Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hoá- khử

Chương trình Hóa học III CÁC PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG PHẢN ỨNG OXI HÓA KHỬ Nguyên tắc chung để cân bằng phản ứng oxi hóa khử là số điện tử cho của chất khử phải bằng số điện tử nhận của chất oxi hóa hay số oxi hóa tăng của chất khử phải bằng số oxi hóa giảm của chất oxi hóa. III.1. PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ (THĂNG BẰNG ELECTRON) Thực hiện các giai đoạn: + Viết phương trình phản ứng xảy ra với đầy đủ tác chất, sản phẩm (nếu đầu bài yêu cầu bổ sung phản ứng, rồi mới cân bằng). + Tính số oxi hóa của nguyên tố có số oxi hóa thay đổi. Nhận diện chất oxi hóa, chất khử. + Viết phản ứng cho, phản ứng nhận điện tử (Phản ứng oxi hóa, phản ứng khử). Chỉ cần viết nguyên tử của nguyên tố có số oxi hóa thay đổi, với số oxi hóa được để bên trên. Thêm hệ số thích hợp để số nguyên tử của nguyên tố có số oxi hóa thay đổi hai bên bằng nhau. + Cân bằng số điện tử cho, nhận. Số điện tử cho của chất khử bằng số điện tử nhận của chất oxi hóa (Hay số oxi hóa tăng của chất khử bằng số oxi hóa giảm của chất oxi hóa) bằng cách thêm hệ số thích hợp. + Phối hợp các phản ứng cho, nhận điện tử; các hệ số cân bằng tìm được; và phản ứng lúc đầu để bổ sung hệ số thích hợp vào phản ứng lúc đầu. + Cuối cùng cân bằng các nguyên tố còn lại (nếu có) như phản ứng trao đổi. Các thí dụ: Cân bằng các phản ứng sau đây theo phương pháp cân bằng điện tử. Thí dụ 1 +7 +2 +2 +3 KMnO 4 + FeSO 4 + H 2 SO 4 MnSO 4 + Fe 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + H 2 O Chất oxi hóa Chất khử + 7 + 2 2 Mn +5e - Mn (phản ứng khử) +2 +3 5 2Fe -2e - 2Fe (Phản ứng oxi hóa) (+4) (+6) 2KMnO 4 + 10FeSO 4 + H 2 SO 4 2MnSO 4 + 5Fe 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + H 2 O 2KMnO 4 + 10FeSO 4 + 8H 2 SO 4 2MnSO 4 + 5Fe 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + 8H 2 O Thí dụ 2: +8/3 +5 +3 +2 Fe 3 O 4 + HNO 3 Fe(NO 3 ) 3 + NO + H 2 O Chất khử Chất oxi hóa +8/3 +3 3 3Fe - e - 3Fe (Phản ứng oxi hóa) (+8) (+9) +5 +2 N + 3e - N (Phản ứng khử) 3Fe 3 O 4 + HNO 3 9Fe(NO 3 ) 3 + NO + H 2 O 3Fe 3 O 4 + 28HNO 3 9Fe(NO 3 ) 3 + NO + 14H 2 O [ Trong 28 phân tử HNO3 của tác chất, chỉ có 1 phân tử là chất oxi hóa thật sự, còn 27 phân tử tham gia trao đổi (tạo môi trường axit, tạo muối nitrat) ] Thí dụ 3 : +2 -1 0 +3 -2 +4 -2 FeS 2 + O 2 Fe 2 O 3 + SO 2 Chất khử Chất oxi hóa Pirit sắt, Sắt (II) pesunfua +2 +3 2Fe -2e - 2Fe (Phản ứng oxi hóa) (+4) (+6) 2 -22e - -1 +4 4S - 20e - 4S (Phản ứng oxi hóa) (-4) (+16) 0 -2 11 O 2 + 4e- 2O (Phản ứng khử) (0) (-4) 4FeS 2 + 11O 2 t 0 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 Thí dụ 4: +2y/x +5 +3 +2 Fe x O y + HNO 3 Fe(NO 3 ) 3 + NO + H 2 O Chất khử  Chất oxi hóa +2y/x +3 3 xFe - (3x-2y)e - xFe (Phản ứng oxi hóa) (+2y) (+3x) +5 +2 (3x-2y) N +3e - N (Phản ứng khử) 3Fe x O y +(3x-2y)HNO 3 3xFe(NO 3 ) 3 + (3x-2y)NO + H 2 O 3Fe x O y + (12x-2y)HNO 3 3xFe(NO 3 ) 3 + (3x-2y)NO + (6x-y)H 2 O Thí dụ 5: +2y/x +5 +n +1 M x O y + HNO 3 M(NO 3 ) n + N 2 O + H 2 O chất khử  chất oxi hóa +2y/x +n 8 xM - (nx-2y)e - xM (Phản ứng oxi hóa) (+2y) (+nx) +5 +1 (nx-2y) 2N + 8e - 2N (Phản ứng khử) (+10) (+2) 8M x O y + (2nx-4y)HNO 3 8xM(NO 3 ) n + (nx-2y)N 2 O + H 2 O 8M x O y + (10nx-4y)HNO 3 8xM(NO 3 ) n + (nx-2y)N 2 O + (5nx-2y)H 2 O [ (2nx - 4y) phân tử HNO3 là chất oxi hóa thật sự, nó bị khử tạo (nx-2y) phân tử N2O; còn (10nx-4y) - (2nx- 4y) = 8nx phân tử HNO3 tham gia trao đổi, tạo môi trường axit, tạo muối nitrat, trong đó số oxi hóa của N không đổi] Thí dụ 6: 0 +5 +3 +2 +1 Al + HNO 3 Al(NO 3 ) 3 + xNO + yN 2 O + H 2 O Chất khử Chất oxi hóa 0 +3 (3x+8y) Al -3e - Al (Phản ứng oxi hóa) +5 +2 xN +3xe - xN (Phản ứng khử) (+5x) (+2x) 3 + (3x+8y) e - +5 +1 2yN +8ye - 2yN (Phản ứng khử) (+10y) (+2y) (3x+8y)Al + (3x+6y)HNO 3 (3x+8y)Al(NO 3 ) 3 + 3xNO + 3yN 2 O + H 2 O (3x +8y)Al +(12x+30y)HNO 3 (3x+8y)Al(NO 3 ) 3 + 3xNO + 3yN 2 O + (6x+15)H 2 O Thí dụ 7: +2y/x +2 +2m/n +4 Fe x O y + CO t 0 Fe n O m + CO 2 Chất oxi hóa  Chất khử +2y/x +2m/n nxFe + (2ny-2mx)e - nxFe (Phản ứng khử) (+2ny) (+2mx) +2 +4 (ny-mx) C -2e - C (Phản ứng oxi hóa) nFe x O y + (ny-mx)CO xFe n O m + (ny-mx)CO 2 Thí dụ 8 : +8/3 +5 +3 +2y/x Fe 3 O 4 + HNO 3 Fe(NO 3 ) 3 + N x O y + H 2 O Chất khử Chất oxi hóa +8/3 +3 (5x-2y) 3Fe - e - 3Fe (Phản ứng oxi hóa) (+8) (+9) +5 +2y/x xN + (5x-2y)e - xN (Phản ứng khử) (+5x) (+2 y ) (5x-2y)Fe 3 O 4 + xHNO 3 (15x-6y)Fe(NO 3 ) 3 + N x O y + H 2 O (5x-2y)Fe 3 O 4 + (46x-18y)HNO 3 (15x-6y)Fe(NO 3 ) 3 + N x O y + (23x-9y)H 2 O Thí dụ 9 : -1 +6 +1 +3 CH 3 -CH 2 -OH + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 CH 3 -CHO + Cr 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + H 2 O Chất khử Chất oxi hóa -1 +1 3 C - 2e - C (Phản ứng oxi hóa) +6 +3 2Cr + 6e - 2Cr xN (Phản ứng khử) (+12) (+6) 3CH 3 -CH 2 -OH + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 3CH 3 -CHO + Cr 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + H 2 O 3CH 3 -CH 2 -OH + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 3CH 3 -CHO + Cr 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + 7H 2 O 4 Thí dụ 1 0 : 0 +7 +4 +2 C 6 H 12 O 6 + MnO 4 - + H + CO 2 + Mn 2+ + H 2 O Chất khử Chất oxi hóa 0 +4 5 6C - 24e - 6C (Phản ứng oxi hóa ) (0) (+24) +7 +2 24 Mn + 5e - Mn (Phản ứng khử ) 5C 6 H 12 O 6 + 24MnO 4 - + H + 30CO 2 + 24Mn 2+ + H 2 O 5C 6 H 12 O 6 + 24MnO - + 72H + 30CO 2 + 24Mn 2+ + 66H 2 O Thí dụ 1 1 : +2 -1 +6 +3 +4 FeS 2 + H 2 SO 4 (đ, nóng ) Fe 2 (SO 4 ) 3 +SO 2 + H 2 O Chất khử Chất oxi hóa +2 +3 2Fe - 2e - 2Fe (+4) (+6) -22e - -1 +4 4S - 20e 4S (-4) (+6) +6 +4 11 S + 2e - S 2FeS 2 + 11H 2 SO 4 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 15SO 2 + H 2 O 2FeS 2 + 14H 2 SO 4 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 15SO 2 + 14H 2 O Thí dụ 12 : C n H 2n + 1 OH + K 2 Cr 2 O 7 +H 2 SO 4 CH 3 COOH + CO 2 + Cr 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + H 2 O ( Cho biết số mol CH 3 COOH và CO 2 tạo ra bằng nhau ) Kết quả : 9 C n H 2n + 1 OH + 5n K 2 Cr 2 O 7 + 20n H 2 SO 4 3n CH 3 COOH + 3n CO 2 + 5n Cr 2 (SO 4 ) 3 + 5n K 2 SO 4 + (23n +9) H 2 O Thí dụ 1 3 : C x H y O + KMnO 4 + HCl CH 3 -CHO + CO 2 + MnCl 2 + KCl + H 2 O (Cho biết số mol giữa CH 3 -CHO với CO2 là 1 : 1) Kết quả : 15C x H y O + (2x+ 3y -6)KMnO 4 + (6x +9y -18)HCl 5xCH 3 -CHO + 5xCO 2 + (2x +3y -6)MnCl 2 + (2x+3y -6)KCl + (-7x +12y -9)H 2 O Thí dụ 14 : C n H 2n - 2 + KMnO 4 + H 2 O KOOC-COOK + MnO 2 + KOH Kết quả : 6C n H 2n - 2 + (10n -4)KMnO 4 + (4 -4n) H 2 O 3nKOOC-COOK + (10n -4)MnO 2 + (4n -4)KOH Thí dụ 15 : Zn + H 2 SO 4 (đ, nóng ) ZnSO 4 + SO 2 + H 2 S + H 2 O ( Tỉ lệ số mol n SO 2 : n H 2 S = a : b) Kết quả : (a+4b)Zn + (2a+5b)H 2 SO 4 (a+4b)ZnSO 4 + aSO 2 + bH 2 S + (2a+4b)H 2 O Thí dụ 16 : K 2 SO 3 + KMnO 4 + KHSO 4 K 2 SO 4 + MnSO 4 + H 2 O Kết quả : 5K 2 SO 3 + 2KMnO 4 + 6KHSO 4 9K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 3H 2 O Ghi chỳ G.1. Phn ng t oxi húa kh (Phn ng t oxi húa t kh) l mt loi phn ng oxi húa kh c bit, trong úù mt cht va l cht oxi húa va l cht kh v cú s cho, nhn in t gia cỏc phõn t ca cựng mt cht. Ngha l phõn t cht ny cho in t (úng vai trũ cht kh) n mt phõn t khỏc ca cựng cht y (úng vai trũ cht oxi húa). Trong thc t thng gp ch mt nguyờn t trong phõn t cú s oxi húa thay i v h s nguyờn ng trc phõn t tỏc cht ny 2. T h ớ d : + 4 +5 +2 3NO 2 + H 2 O 2HNO 3 + NO Cht kh Axit nitric Nitụ oxit Cht oxi húa (2 phaõn tửỷ NO 2 cho ieọn tửỷ, 1 phaõn tửỷ NO 2 nhaọn ieọn tửỷ) + 4 +3 +5 2NO 2 + 2NaOH NaNO 2 + NaNO 3 + H 2 O Cht oxi húa i Natri nitrit Natri nitrat Cht kh (1 phaõn tửỷ NO 2 cho ieọn tửỷ, 1 phaõn tửỷ NO 2 nhaọn ieọn tửỷ) 0 0 + 1 -1 H-CHO + H-CHO t 0 , X t O=CH-CH 2 -OH Cht kh Cht oxi húa (2H-CHO) G.2. Phn ng oxi húa kh ni phõn t l mt phn ng oxi húa kh c bit, trong ú mt cht va l cht oxi húa, va l cht kh v cú s cho, nhn in t ngay trong mt phõn t cht ú. Thng gp hai nguyờn t khỏc nhau trong phõn t cú s oxi húa thay i. Nhng cng cú trng hp ch mt nguyờn t trong phõn t cú s oxi húa thay i (nguyờn t ny cho in t v nguyờn t ca cựng nguyờn t y trong cựng phõn t nhn in t). T h ớ d : + 7 -2 + 6 + 4 0 2KMnO 4 t 0 K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 Cht oxi húa Kali manganatMangan ioxit Oxi Cht kh (Mn nhn in t, O cho in t trong cựng phõn t KMnO4) [...]... Vit cỏc phn ng cho, phn ng nhn in t (chớnh l cỏc phn ng oxi húa, phn ng kh) Vit nguyờn c dng ion hay phõn t, vi s oxi húa bờn trờn Thờm h s thớch hp s nguyờn t ca nguyờn t cú s oxi húa thay i hai bờn bng nhau + Cõn bng s in t cho, nhn S in t cho ca cht kh phi bng s in t nhn ca cht oxi húa (Hay s oxi húa tng ca cht kh phi bng s oxi húa gim ca cht oxi húa) bng cỏch nhõn h s thớch hp Xong ri cng v vi v... cõn bng phn ng oxi húa kh Ti sao gi phn ng cho in t cng l phn ng oxi húa? Ti sao gi phn ng nhn in t l phn ng kh? Ti sao núi nhn din cht oxi húa, cht kh gúp phn cõn bng phn ng oxi húa kh d dng hn? S dng phng phỏp cõn bng i s trong trng hp no? +3 3+ Khi Fe , Fe , Fe(III) cú khỏc nhau khụng? Cho thớ d minh ha Phn ng oxi húa ni phõn t l phn ng nh th no? Cho hai thớ d minh ha Th no l phn ng t oxi húa kh? Cho... cú phn ng sn) + Tớnh s oxi húa ca cỏc nguyờn t cú s oxi húa thay i Nhn din cht oxi húa, cht kh + Vit di dng ion cht no phõn ly c thnh ion trong dung dch (Cht no khụng phõn ly c thnh ion nh cht khụng tan, cht khớ, cht khụng in ly, thỡ nguyờn dng phõn t hay nguyờn t) Tuy nhiờn ch gi li nhng ion hay phõn t no cha nguyờn t cú s oxi húa thay i (ion hay phõn t no cha nguyờn t cú s oxi húa khụng thay i thỡ...+6 -2 2 K2Cr2O7 +6 Cht oxi húa Cht kh +3 +5 -2 0 2KClO3 0 t 2K2CrO4 + Cr2O3 + 3/2O2 Kali cromat Crom(III) oxit (Cr nhn in t, O cho in t trong cựng phõn t K2Cr2O7) -1 0 0 MnO2 , t 2KCl + 3O2 Cht oxi húa Cht kh 0 -1 +1 Cl2 + 2NaOH NaCl + NaClO + H2O Cht oxi húa Natri clorua Natri hipoclorit Cht kh (Nguyờn t Cl ny cho in t v nguyờn t Cl kia... phn ng t oxi húa kh? Cho hai thớ d Phõn bit phn ng t oxi húa kh vi phn ng oxi húa kh ni phõn t Cho thớ d minh ha +7 0 +4 2+ Hóy cho bit ý ngha khi vit:: Mn, Mn, Mn, Mn(II), Mn(VII), Mn , MnO4 Hóy túm gn cỏc giai on cõn bng mt phn ng oxi húa kh theo phng phỏp cõn bng in t Cho thớ d minh ha bng mt phn ng c th Hóy vit gn cỏc giai on cõn bng mt phn ng oxi húa kh theo phng phỏp cõn bng ion - in t Cho thớ... NO : n N2O = 3 : 2) NO3 + +5 3NO3 + (+15) +5 4NO3 (+20) +5 HNO3 Cht oxi húa - 14NO3 in tớch : 14(-1) -14 + + 64H 2N2O + H2O (Phn ng oxi húa ) +2 3NO (+6) (Phn ng kh ) +1 2N2O (+4) (Phn ng kh ) 2+ 25Mg + 6NO + in tớch : 25(+2) +50 + 32H2O 4N2O 25Mg + 64HNO3 25Mg(NO3)2 + 6NO + 4N2O + 32H2O Thớ d 7: -2 +7 CnH2n + KMnO4 + H2O Cht kh Cht oxi húa CnH2n + MnO4 (2n - n)/n +4 CnH2n(OH)2 + MnO2 + KOH CnH2n(OH)2... + 2MnO2 4H2O 3CnH2n(OH)2 + 2KOH Thớ d 8: +3 FeCl3 + Cht oxi húa 3+ Fe -1 KI I + - 3+ 2Fe 2+ Fe e 2e + +3 3+ 2 Fe + -1 2I (-2) + + + +2 2+ Fe 0 I2 (0) in tớch : 2(+3) + 2(-1) +4 2FeCl3 Cht kh + FeCl2 2KI 2I + 0 I2 + KCl I2 (Phn ng kh ) (Phn ng oxi húa ) 2+ 2Fe + I2 in tớch : 2(+2) + 1(0) +4 2FeCl2 + I2 + 2KCl + Thớ d 9: +6 +4 22Cr2O7 + SO3 + Cht oxi húa Cht kh +6 2Cr2O7 + (+12) +4 2SO3 - + 3 2Cr2O7 +... + H2SO4 Cht oxi húa Cht kh MnO4 _ + 2 Mn + 2+ Fe +7 2 MnO4 + +22+ 5 2Fe (+4) 2MnO4 +2 +3 MnSO4 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O 5e 2e +2 2+ Mn +3 3+ 2Fe (+6) 2+ 10Fe 2+ 2Mn + - + 3+ 2Fe + in tớch : 2(-1) + 10(+2) +18 + + 16H 2KMnO4 + 10Fe2(SO4)3 + 8H2SO4 (Phn ng kh ) (Phn ng oxi húa ) 3+ +10Fe 2(+2) + 10(+3) +34 + 8H2O 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O Thớ d 2: +7 +4 KMnO4 + K2SO3 + KOH Cht oxi húa Cht kh... 2MnO4 +6 2SO4 +6 + K2SO4 SO4 2- (Phn ng kh ) (Phn ng oxi húa ) 22MnO4 + 4 SO 2- 2(-2) + 1(-2) + H2O -4 2MnO4 + 2SO3 + 2OH 2KMnO4 + K2SO4 + 2KOH -6 22MnO4 + 2SO4 + 2K2MnO4 + H2O K2SO4 + H2O Thớ d 3: +8/3 Fe3O4 + Cht kh Fe3O4 +6 H2SO4(, núng ) Cht oxi húa +3 +4 Fe2(SO4)3 + SO2 + 2SO4 + 3+ 2Fe + SO2 +8/3 2Fe3O4 (+16) +6 2SO4 - 2e + 2e +33+ 6Fe (Phn ng oxi húa ) (+18) +4 SO2 (Phn ng kh ) 2Fe3O4 + H2O + 2SO4... Cht oxi húa Natri clorua Natri hipoclorit Cht kh (Nguyờn t Cl ny cho in t v nguyờn t Cl kia trong cựng phõn t Cl2 nhn in) -2 -2 -3 -1 0 H3PO4, t , p CH3-CH2-OH CH2 = CH2 + H2O Tõm oxi húa T õm kh Bi tp 10 Cõn bng cỏc phn ng oxi húa kh sau õy theo phng phỏp cõn bng in t: 1) Fe3O4 2) FexOy H2SO4(, núng ) 0 t + H2 FenOm + 3) Ca3(PO4)2 4) MxOy + + SiO2 + + P4 + CO + CaSiO3 M2(SO4)n + NaOH HNO3(l) H2O 0 . Hóa học III CÁC PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG PHẢN ỨNG OXI HÓA KHỬ Nguyên tắc chung để cân bằng phản ứng oxi hóa khử là số điện tử cho của chất khử phải bằng số điện. nguyên tố có số oxi hóa thay đổi. Nhận diện chất oxi hóa, chất khử. + Viết phản ứng cho, phản ứng nhận điện tử (Phản ứng oxi hóa, phản ứng khử) . Chỉ cần