Nhận gia sư mơn Hóa Học cho đối tượng Tuyển tập giảng mơn Hóa Học CHƯƠNG II PHẢN ỨNG OXI HĨA – KHỬ I Số oxi hố – cách tính số oxi hố ngun tố chất hóa học I.1 Số oxi hố Số oxi hoá nguyên tố hợp chất số ñại số ñược xác ñịnh với giả thiết liên kết hóa học phân tử hợp chất liên kết ion, nghĩa cặp electron dùng chung liên kết cộng hóa trị coi chuyển hẳn cho ngun tử ngun tố có độ âm ñiện lớn Trong trường hợp liên kết ñược tạo nên hai nguyên tử phân tử hợp chất ñơn chất, cặp electron dùng chung liên kết cộng hóa trị ñược giả ñịnh chia ñều cho hai nguyên tử Ngun tử electron có số oxi hố dương, ngun tử nhận electron có số oxi hố âm giá trị số oxi hoá số electron mà nguyên tử hay nhận I.2 Cách xác ñịnh số oxi hố ðể xác định số oxi hố nguyên tố cần dựa vào quy tắc sau: I.2.1.Trong hợp chất vơ Số oxi hố ngun tố đơn chất khơng Vì cặp electron chung hình thành nguyên tử nguyên tố nằm cách ñều hạt nhân hai nguyên tử Số oxi hố kim loại ln ln có giá trị dương Trong hợp chất kiểu liên kết ion số oxi hoá kim loại ñiện tích ion chúng Ví dụ NaCl, CuSO4, AlCl3 số oxi hố natri, đồng, nhơm +1, +2, +3 Trong ña số hợp chất với phi kim, mức oxi hố hiđro +1: HI, H2O, CH4… Ở hiñrua kim loại số oxi hố hiđro -1: NaH, CaH2, AlH3, … Số oxi hoá oxi hầu hết hợp chất -2 (trừ hợp chất với flo) Trong hợp chất với flo, oxi có số oxi hố dương Ví dụ Trong phân tử OF2, oxi có số oxi hoá +2 Hai cặp electron chung chuyển dịch từ nguyên tử oxi tới nguyên tử flo âm ñiện Một số nguyên tử thể số oxi hố khơng đổi hợp chất: Li, Na, K thể số oxi hố khơng đổi +1; Be, Mg, Ca, Sr, Cd, Zn thể số oxi hố khơng đổi +2; Al thể số oxi hố khơng đổi +3 Trong hợp chất tổng đại số số oxi hoá tất nguyên tố (tính đến số ngun tử) Ví dụ ðối với phân tử KMnO4 Gọi số oxi hoá Mn x, ta có: + x + 4.(-2) = ⇒ x = +7 ðối với ion phức tạp, tổng đại số số oxi hố tất ngun tố (có tính đến số ngun tử chúng) phải điện tích ion Chú ý: ðể tính số oxi hố nhiều ngun tố hợp chất (khi ñều chưa biết rõ số oxi hố chúng) ví dụ FeS2, CuFeS2, … ta phải viết cơng thức cấu tạo chất áp dụng định nghĩa để tính số oxi hố ngun tố hợp chất Ví dụ Phân tử FeS2 Ví dụ Phân tử CaOCl2 S -1 -1 +2 +2 Cl Ca Fe S -2 -1 O +1 Cl I.2.2 Cách tính số oxi hố cacbon hợp chất hữu Copyright © 2007 Lê Phạm Thành Phone: 0976053496 Trang 1/7 Cử nhân chất lượng cao Hóa Học – ðHSP E-mail: thanh.lepham@gmail.com Nhận gia sư mơn Hóa Học cho đối tượng Tuyển tập giảng mơn Hóa Học Số oxi hố cacbon hợp chất hữu tổng ñại số oxi hoá liên kết cacbon với nguyên tử nguyên tố khác Cộng hoá trị cacbon hợp chất hữu ñều số oxi hoá cacbon thường khác mang dấu tuỳ thuộc nguyên tố liên kết với - Nếu cacbon liên kết với ngun tử có tính kim loại (Mg, H, …) số oxi hố cacbon âm - Nếu cacbon liên kết với nguyên tử phi kim (O, N, Cl,…) số oxi hố cacbon dương - Số oxi hoá liên kết C – C Có hai cách tính số oxi hoá cacbon hợp chất hữu: - Cách 1: Xác định theo cơng thức phân tử (giống cách xác định hợp chất vơ cơ) - Cách 2: Xác định số oxi hố cacbon dựa vào cơng thức cấu tạo + Xác định số oxi hốcủa ngun tử cacbon dựa theo cơng thức cấu tạo + Trường hợp hợp chất có nhiều nguyên tử cacbon ta phải tính số oxi hố trung bình cacbon Số oxi hố trung bình cacbon trung bình cộng số oxi hốcủa ngun tử nguyên tố cacbon phân tử Ví dụ C2H5OH H H C H -3 H Vậy số oxi hố trung bình cacbon = C -1 -2 O H H (−3) + ( −1) = −2 II Phản ứng oxi hóa – khử II.1 ðịnh nghĩa Phản ứng oxi hóa – khử phản ứng hóa học có chuyển electron chất phản ứng hay phản ứng oxi hóa – khử phản ứng hóa học có thay ñổi số oxi hoá số nguyên tố Chất khử chất nhường electron chất có số oxi hố tăng sau phản ứng Chất khử cịn gọi chất bị oxi hoá Chất oxi hoá chất nhận electron chất có số oxi hố giảm sau phản ứng Chất oxi hố cịn gọi chất bị khử Sự oxi hoá chất làm cho chất nhường electron hay làm tăng số oxi hố chất Sự khử chất làm cho chất nhận electron hay làm giảm số oxi hố chất Trong phản ứng oxi hóa – khử diễn đồng thời oxi hố khử II.2 Phân loại phản ứng oxi hóa – khử Phản ứng oxi hóa – khử ñược phân thành số loại sau: Phản ứng oxi hóa – khử đơn giản: phản ứng chất oxi hố chất khử khác 0 +1 -1 Ví dụ 2Na + Cl2 2NaCl +2 +1 Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 Phản ứng tự oxi hóa – khử: phản ứng tác nhân oxi hố tác nhân khử nguyên tố (nguyên tố có số oxi hố trung gian) -1 +1 Ví dụ 2Cl2 + 2NaOH +5 4KClO3 +4 2NO2 + 2NaOH Copyright © 2007 Lê Phạm Thành Phone: 0976053496 NaCl + NaClO + H2O -1 +7 KCl + KClO4 +5 +3 NaNO3 + NaNO2 + H2O Trang 2/7 Cử nhân chất lượng cao Hóa Học – ðHSP E-mail: thanh.lepham@gmail.com Nhận gia sư mơn Hóa Học cho đối tượng Tuyển tập giảng mơn Hóa Học Phản ứng oxi hóa – khử nội phân tử: phản ứng tác nhân oxi hoá tác nhân khử nguyên tố khác nằm phân tử +5 -2 +3 to Ví dụ NaNO3 2NaNO2 + O2 +5 -2 -1 to KClO3 +7 -2 2KMnO4 2KCl + O2 +6 to +4 K2MnO4 + MnO2 + O2 Phản ứng oxi hóa – khử phức tạp: phản ứng có nhiều ngun tố thay đổi số oxi hố có axit, kiềm, nước tham gia làm môi trường +7 +2 +2 +3 Ví dụ 10 2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 K2SO4 + 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + 8H2O II.3 Cân phản ứng oxi hóa – khử II.3.1 Nguyên tắc chung “Tổng số electron chất khử cho tổng số electron chất oxi hố nhận” (ðịnh luật bảo tồn electron): ∑e nhường = ∑e nhận Hay: tổng ñộ tăng số oxi hố chất khử tổng độ giảm số oxi hoá chất oxi hoá II.3.2 Phương pháp electron Tiến hành theo bước: Bước 1: Viết sơ ñồ phản ứng, xác định chất oxi hố, chất khử (dựa vào thay đổi số oxi hố) Bước 2: Viết nửa phương trình cho nhận electron Tìm hệ số cân số e cho – nhận (ñể tổng electron nhường = tổng electron nhận) Bước 3: ðưa hệ số tìm từ nửa phương trình cho nhận electron vào chất khử, chất oxi hoá tương ứng phương trình phản ứng Bước 4: Cân chất khơng tham gia q trình oxi hóa – khử (nếu có) theo trật tự sau: số nguyên tử kim loại, gốc axit, số phân tử môi trường (axit kiềm) cuối số lượng phân tử nước ñược tạo thành Kiểm tra kết Ví dụ 11 Cân phương trình phản ứng: +5 Cu + HNO3 +2 +2 Cu(NO3)2 + NO + H2O + Bước 1: Từ sơ ñồ phản ứng thay đổi số oxi hố ngun tố ta thấy, Cu chất +5 khử, HNO3 chất oxi hoá ( N ) + Bước 2: Viết nửa phương trình cho nhận electron tìm hệ số thích hợp cho tổng số electron chất khử nhường tổng số electron chất oxi hoá nhận 3× Cu - 2e +5 2× N + 3e +2 Cu (quá trình oxi hóa) +2 N (quá trình khư) + Bước 3: ðưa hệ số tìm từ nửa phương trình vào phương trình phản ứng: 3Cu + 2HNO 3Cu(NO3)2 + 2NO + H2O + Bước 4: Cân chất khơng tham gia q trình oxi hóa – khử, ta nhận thấy ngồi phân tử +5 +5 N tham gia phản ứng oxi hóa – khử cịn có ngun tử N khơng tham gia q trình mà vào muối nitrat (gốc NO 3− ) nên bên hệ số HNO3 phải cộng thêm tức hệ số 8, ñặt vào nước ñể cân số nguyên tử H kiểm tra lại thơng qua ngun tử O Như phương trình ñã cân là: 3Cu + 8HNO 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O Ghi nhớ: R1 Khi viết nửa phương trình phản ứng biểu diễn q trình oxi hố trình khử nguyên tố, cần theo ñúng số quy ñịnh nguyên tố ñó ðối với phản ứng phức tạp việc lưu ý số cần thiết Copyright © 2007 Lê Phạm Thành Phone: 0976053496 Trang 3/7 Cử nhân chất lượng cao Hóa Học – ðHSP E-mail: thanh.lepham@gmail.com Nhận gia sư mơn Hóa Học cho đối tượng Tuyển tập giảng mơn Hóa Học Ví dụ 12 Viết phương trình phản ứng xảy cho Al tác dụng với HNO3 Biết hỗn hợp khí thu gồm NO NO2 với tỉ lệ số mol : Giải: Ta có q trình nhường electron: +3 Al - 3e Al Quá trình nhận electron: hỗn hợp bao gồm NO NO2 với tỉ lệ số mol : nên ta có: +5 +2 4N + 6e +4 N + 3N ðặt hệ số vào trình nhường nhận electron cho tổng e nhường tổng e nhận: +5 +2 1× 4N + 6e 2× Al - 3e +4 N + 3N +3 Al Dùng hệ số cân ta ñược: 2Al + 10HNO3 2Al(NO3)3+ NO + 3NO2 + 5H2O Nếu phản ứng không ý tới tỉ lệ NO NO2 cân phương trình phản ứng, nhiên phương trình phản ứng khơng ñầu yêu cầu (tỉ lệ số mol NO NO2 1: 1) 4Al + 18HNO3 4Al(NO3)3+ 3NO + 3NO2 + 9H2O R2 Hoặc cân phương trình phản ứng có tham gia chất khí (như H2, O2, Cl2,…) phải ý ñặt hệ số từ trình cho nhận electron vào phương trình phản ứng Ví dụ 13 ðối với việc cân q trình trao đổi electron ngun tố oxi tiến hành theo kiểu: − Kiểu 1: viết trình nhận electron phân tử O2 -2 O2 + 4e 2O − Kiểu 2: viết trình nhận electron nguyên tử -2 O + 2e O Tuy nhiên, dù viết theo kiểu phải ý đến số nguyên tử trao ñổi electron, mà thực chất ý ñến số electron ñược trao ñổi (ñể ñảm bảo tổng electron nhường tổng electron nhận), ñể ñặt hệ số vào phương trình phản ứng khơng bị sai R3 Khi cân bằng, phân tử có ñồng thời nhiều nguyên tố thay ñổi số oxi hoá phải cộng gộp q trình trao đổi electron chúng theo ñúng tỉ lệ nguyên tử nguyên tố phân tử ñể thu ñược trình trao đổi electron lớn, lấy q trình lớn đem cân electron với q trình cịn lại Ví dụ 14 Cân phương trình phản ứng oxi hóa – khử: +2 -1 +3 -2 FeS2 + O2 +4 -2 Fe2O3 + SO2 Lúc ta cần ý: mol FeS2 phản ứng có mol Fe mol S thay đổi số oxi hoá, ta viết gộp hai trình trao đổi electron Fe S (có ý hệ số) thành trình lớn: +2 +3 1× Fe - e Fe -1 +4 2× S - 5e S +2 -1 +3 FeS2 - 11e Fe + 2S +4 Sau dùng q trình lớn để cân xem q trình oxi hố mới: Copyright © 2007 Lê Phạm Thành Phone: 0976053496 Trang 4/7 Cử nhân chất lượng cao Hóa Học – ðHSP E-mail: thanh.lepham@gmail.com Nhận gia sư mơn Hóa Học cho đối tượng Tuyển tập giảng mơn Hóa Học +2 -1 +3 4× FeS2 - 11e +4 Fe + 2S -2 11× O2 + 4e 2O Từ ta ñưa hệ số vào phương trình phản ứng cân bằng: to 4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2 R4 ðối với phản ứng tạo nhiều sản phẩm (của oxi hố hay khử), có nhiều số oxi hố khác viết riêng phản ứng ñối với sản phẩm, viết gộp lại sau ñã nhân hệ số tỉ lệ theo đề Ví dụ 15 Ta làm lại ví dụ 12 sau: ðầu tiên ta viết riêng hai phản ứng tạo NO NO2: Al + 4HNO3 Al(NO3)3 + NO + 2H2O Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O Al + 6HNO3 Vì tỉ lệ NO : NO2 hai phương trình : nên ta cần cộng gộp lại phương trình phản ứng tổng: 1× Al + 4HNO3 Al(NO3)3 + NO + 2H2O 1× Al + 6HNO3 Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O 2Al + 10HNO3 2Al(NO3)3+ NO + 3NO2 + 5H2O R5 Luôn phải kiểm tra lại phương trình phản ứng sau cân II.3.3 Phương pháp ion – electron Cách cân chủ yếu áp dụng cho phản ứng oxi hóa – khử xảy dung dịch, có tham gia mơi trường (axit, bazơ, nước) Khi cân áp dụng theo bước trên, chất oxi hoá chất khử ñược viết theo nguyên tắc sau: Nếu phản ứng có axit tham gia: Vế thừa O phải thêm H+ ñể tạo H2O ngược lại Nếu phản ứng có bazơ tham gia: Vế thừa O thêm H2O để tạo ion OH- ngược lại Nếu phản ứng có nước tham gia: Sản phẩm phản ứng tạo axit, theo nguyên tắc Sản phẩm phản ứng tạo bazơ, theo nguyên tắc Kiểm tra lại cân ñiện tích nguyên tố vế Chú ý: Sự thay đổi số oxi hố số chất phụ thuc vo mụi trng phn ng: +6 môi trờng bazơ +7 K2MnO4 m«i tr−êng trung tÝnh KMnO4 +2 m«i tr−êng axit Ví dụ 16 Xét phản ứng có axit tham gia: KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 +7 +2 Mn2+ + 4H2O +2 +3 Fe3+ - 1e MnO4- + 8H+ + 5Fe2+ Chuyển sang phương trình phân tử: 2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 Ví dụ 17 Xét phản ứng có bazơ tham gia: KMnO4 + K2SO3 + KOH Copyright © 2007 Lê Phạm Thành Phone: 0976053496 Mn2+ K2SO4 + MnSO4 + Fe2(SO4)3 + H2O 1× MnO4- + 5e + 8H+ 5× Fe2+ +4 MnO2 Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O K2SO4 + 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + 8H2O K2SO4 + K2MnO4 + H2O Trang 5/7 Cử nhân chất lượng cao Hóa Học – ðHSP E-mail: thanh.lepham@gmail.com Nhận gia sư mơn Hóa Học cho đối tượng Tuyển tập giảng mơn Hóa Học 2× MnO4- + e 1× SO32- MnO42- - 2e + 2OH- SO42- + H2O 2MnO4- + SO32- + 2OHChuyển sang phương trình phân tử: 2KMnO4 + K2SO3 + 2KOH 2MnO42- + SO42- + H2O K2SO4 + 2K2MnO4 + H2O Ví dụ 18 Xét phản ứng có H2O tham gia: KMnO4 + K2SO3 + H2O K2SO4 + MnO2 2× MnO4- + 3e + 2H2O MnO2 + 4OH- 3× SO32- SO42- + H2O - 2e + 2OH- 2MnO4- + 3SO32- + H2O Chuyển sang phương trình phân tử: 2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O 2MnO2 + 3SO42- + 2OH3K2SO4 + 2MnO2 + 2KOH II.3.4 Phương pháp cân phản ứng oxi hóa – khử hợp chất hữu Cũng tiến hành qua bước nói trên, nhiên bước 1, tính số oxi hố C cần lưu ý số ñiểm sau: Phương pháp chung: Tính theo số oxi hố trung bình C Phương pháp riêng: ðối với phản ứng có thay đổi “nhóm chức”, xét hay ñổi số oxi hóa nguyên tố C “nhóm chức” Ví dụ 19 Xét phản ứng: → C6H5COOH + CO2 + K2SO4 + MnSO4 + H2O C6H5CH=CH2 + KMnO4 + H2SO4 Trong phản ứng này, nhận thấy phân tử stiren có nguyên tử C ngồi nhánh có thay đổi số oxi hóa, cịn ngun tử vịng benzen khơng thay ñổi Chú ý liên kết C – C không gây số oxi hóa, ta xác định trình nhường – nhận electron sau: -1 -2 +3 1× C + C +4 C + C + 10e +7 +2 Mn 2× Mn + 5e ðặt hệ số vào phương trình ta có: → C6H5COOH + CO2 + K2SO4 + 2MnSO4 + 4H2O C6H5CH=CH2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 Bài tập luyện tập Bằng phương pháp thăng electron, cân phương trình phản ứng hóa học sau đây: 1) → KCl + KClO4 + H2O KOH + Cl2 2) Al + H2SO4 → Al2(SO4)3 + SO2 + H2O 3) → S + H2O H2S + SO2 4) SO2 + Br2 + H2O → H2SO4 + HBr 5) Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NO + H2O 6) → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O Fe + HNO3 7) Fe3O4 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O 8) Fe(OH)2 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O 9) → Mg(NO3)2 + N2 + H2O Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NO2 + NO + H2O 10) Mg + HNO3 Copyright © 2007 Lê Phạm Thành Phone: 0976053496 Trang 6/7 Cử nhân chất lượng cao Hóa Học – ðHSP E-mail: thanh.lepham@gmail.com Nhận gia sư mơn Hóa Học cho đối tượng Tuyển tập giảng mơn Hóa Học 11) Al + HNO3 → Al(NO3)3 + H2O + NH4NO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O 12) FexOy + HNO3 13) Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NxOy + H2O 14) HCl + MnO2 → MnCl2 + Cl2 + H2O → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O 15) HCl + KMnO4 16) FeS + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + K2SO4 + MnSO4 + H2O 17) FeS2 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + K2SO4 + MnSO4 + H2O 18) CuFeS2 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + CuSO4 + K2SO4 + MnSO4 + H2O 19) FeCl2 + HNO3 → FeCl3 + Fe(NO3)3 + NO + H2O 20) FeO + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O → Al(NO3)3 + NH3NO3 + H2O 21) Al + HNO3 22) Na2SO3 + KMnO4 + H2O → Na2SO4 + MnO2 + KOH → Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O 23) FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 24) Cl2 + NaOH → NaCl + NaClO + H2O → I2 + NaCl + K2SO4 + H2O 25) NaClO + KI + H2SO4 → K2CrO4 + KNO2 + H2O 26) Cr2O3 + KNO3 + KOH 27) As2S3 + HNO3 + H2O → H3AsO4 + NO + H2SO4 28) Na2SO3 + K2Cr2O7 + H2SO4 → Na2SO4 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O → Br2 + KCl + H2O 29) KClO3 + HBr 30) FeCl2 + H2O2 + HCl → FeCl3 + H2O 31) K2Cr2O7 + HCl → Cl2 + KCl + CrCl3 + H2O → O2 + K2SO4 + MnSO4 + H2O 32) H2O2 + KMnO4 + H2SO4 33) FeO + HNO3 → Fe(NO3)3 + NxOy + H2O 34) FeCO3 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + CO2 + H2O → HCl + H2SO4 35) H2S + Cl2 + H2O 36) MnO2 + O2 + KOH → KMnO4 + H2O 37) CH2 = CH2 + KMnO4 + H2SO4 → CO2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O → CH3CHOHCH2OH + KOH + MnO2 + H2O 38) CH3CH = CH2 + KMnO4 + H2O 39) CH3CH2OH + KMnO4 + H2SO4 → CH3COOH + K2SO4 + MnSO4 + H2O 40) C2H2 + KMnO4 + H2O → H2C2O4 + KOH + MnO2 → C6H5COOH + MnSO4 + K2SO4 + H2O 41) C6H5CH3 + KMnO4 + H2SO4 42) C6H5CH2CH3 + KMnO4 + H2SO4 → C6H5COOH + CO2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O 43) H2C2O4 + KMnO4 + H2SO4 → MnSO4 + K2SO4 + CO2 + H2O → CO2 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O 44) C2H5OH + K2Cr2O7 + H2SO4 → MnSO4 + CaSO4 + K2SO4 + CO2 + H2O 45) KMnO4 + CaC2O4 + H2SO4 → CO2 + SO2 + H2O 46) C12H22O11 + H2SO4 → CO2 + H2O + N2 + O2 47) C3H5O9N3 Copyright © 2007 Lê Phạm Thành Phone: 0976053496 Trang 7/7 Cử nhân chất lượng cao Hóa Học – ðHSP E-mail: thanh.lepham@gmail.com ... phải tính số oxi hố trung bình cacbon Số oxi hố trung bình cacbon trung bình cộng số oxi hốcủa ngun tử nguyên tố cacbon phân tử Ví dụ C2H5OH H H C H -3 H Vậy số oxi hố trung bình cacbon = C -1... bước nói trên, nhiên bước 1, tính số oxi hố C cần lưu ý số ñiểm sau: Phương pháp chung: Tính theo số oxi hố trung bình C Phương pháp riêng: ðối với phản ứng có thay đổi “nhóm chức”, xét hay đổi... + 8H2SO4 K2SO4 + 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + 8H2O II.3 Cân phản ứng oxi hóa – khử II.3.1 Nguyên tắc chung “Tổng số electron chất khử cho tổng số electron chất oxi hố nhận” (ðịnh luật bảo tồn electron):