Vì độ âm điện hai nguyên tử của cùng một nguyên tố bằng nhau, nên các điện tử góp chung được phân phối đều giữa hai nguyên tử, liên kết cộng hóa trị không cực, không xuất hiện điện tích,[r]
(1)A- Vấn đề hóa vô I Số oxi hóa (Số OXID HÓA) Số oxi hóa là đại lượng qui ước Tính số oxi hóa giúp ta nhận diện nhanh chất oxi hóa, chất khử, viết các phản ứng oxi hóa khử và cân các phản ứng oxi hóa khử I.1 Định nghĩa Số oxi hóa nguyên tố là đại lượng cho biết khả cho nhận điện tử nguyên tử nguyên tố đó phân tử Nó điện tích xuất trên nguyên tử nguyên tố đó với giả thiết tất phân tử các hợp chất gồm các ion - - nguyên - tử tạo nên Người ta qui ước, liên kết cộng hóa trị phân cực (có cực) coi liên kết ion, với các đôi điện tử góp chung bị kéo hẳn phía nguyên tố nào có có độ âm điện lớn Như vậy, số oxi hóa điện tích thật đó là liên kết ion, điện tích qui ước (biểu kiến) đó là liên kết cộng hóa trị phân cực Thí dụ: NaCl Na+ Cl- ( ion thật sự) xNa = +1 ; xCl = -1 CaO Ca2+ O2- (ion thật sự) xCa = +2 ; xO = -2 HCl (khí) H2O (ion biểu kiến) xH = +1 ; xCl = -1 (ion biểu kiến) xH = +1 ; xO = -2 NH3 (Amoniac) (ion biểu kiến) xH = +1 ; xN = -3 (ion qui ước) (x: số oxi hóa) (2) CH4 (Metan) I.2 (ion biểu kiến) xH = +1 ; xC = -4 (ion qui ước) Các qui ước (qui tắc) để tính số oxi hóa I.2.1 Trong đơn chất Số oxi hóa các nguyên tử đơn chất không (0) Na xNa = H2 xH = N2 (Nitơ, Nitrogen) xN = O2 (oxi, oxygen) xO = O3 (ozon) xO = [O] (oxi nguyên tử) xO = [H] (hiđro nguyên tử, hydrogen nguyên tử) xH = He xHe = Cl2 xCl = Fe xFe = Thí dụ: I.2.2 Trong hợp chất Tổng đại số số oxi hóa các nguyên tử hợp chất không (0) Thí dụ: H2SO4 2xH + xS + 4xO = KMnO4 xK + xMn + 4xO = (3) K2Cr2O7 2xK + 2xCr +7xO = C12H22O11 12xC + 22xH + 11xO = HNO3 xH + xN + 3xO = _ Kim loại kiềm [ Liti (Litium, Li), Natri (Natrium, Na), Kali (Kalium, K), Rubiđi (Rubidium, Rb), Xezi (Cesium, Cs), Franxi (Francium, Fr) ] hợp chất luôn luôn có số oxi hóa +1 Thí dụ: NaCl xNa = +1 KOH xK = +1 Li2O xLi = +1 CH3COONa xNa = +1 K2SO4 xK = +1 Na xNa = K xK = Li xLi = - Kim loại kiềm thổ Canxi (Calcium, Ca), Stronti (Strontium, Sr), Bari (Barium, Ba), Rađi (Radium, Ra) ] Berili (Berilium, Be), Magie (Magnesium, Mg) hợp chất luôn luôn có số oxi hóa +2 Thí dụ: CaO xCa = +2 (4) BaSO4 xBa = +2 Mg(NO3)2 xMg = +2 Ba(OH)2 xBa = +2 Ca(HCOO)2 xCa = +2 Mg xMg = Ca xCa = Ba xBa = - Hiđro (Hidrogen, H) hợp chất hầu hết có số oxi hóa +1 Nhưng H các hiđrua (hidrur) kim loại có số oxi hóa -1 Thí dụ: HNO3 xH = +1 H2SO4 xH = +1 C2H5OH xH = +1 C6H12O6 xH = +1 H2O2 xH = +1 NaH (Natri hiđrua, Hidrur natrium) xH = -1 CaH2 (Canxi hidrua, Hidrur calcium) xH = -1 H2 xH = [H] xH = (5) - Oxi (Oxigen, O) hợp chất hầu hết có số oxi hóa -2 Nhưng O các peoxit (peroxid, -O-O-) có số oxi hóa -1 O hợp chất với Flo (Fluor, OF2) có số oxi hóa +2 Thí dụ: HNO3 KMnO4 H2SO4 C6H5NO2 K2Cr2O7 H2O H2O2 (H-O-O-H, Hiđro peoxit, Peroxid hidrogen) Na2O2 (Na-O-O-Na, Natri peoxit, Peroxid natrium) CaO2 (Canxi peoxit, Peroxid calcium) OF2 (F-O-F, oxi florua, Fluorur oxigen) O2 (Oxi) O3 (ozon) [O] (Oxi nguyên tử) xO = -2 xO = -2 xO = -2 xO = -2 xO = -2 xO = -2 xO =1 xO = -1 xO = -1 xO = (6) +2 xO =0 xO =0 xO =0 I.2.3 Trong ion Tổng đại số số oxi hóa các nguyên tử ion điện tích ion Thí dụ: Na+ xNa = +1 O2 - xO = -2 NH4+ xN + 4xH = +1 Fe3+ xFe = +3 MnO4- xMn + 4xO = -1 MnO42- xMn + 4xO = -2 SO32- xS + 3xO = -2 Ag+ xAg = +1 Cr2O72- 2xCr + 7xO = -2 Cu2+ xCu = +2 (7) Bài tập Tính số oxi hóa các nguyên tố có gạch các chất sau: KMnO4, K2MnO4, MnO2, Mn2+, MnO4-, MnO42-, Mn, MnSO4, MnCl2, HNO3, HNO2, NO3-, NO2, NO2-, N2, NH4+, NH4NO3, N2O, NO, N2O3, N2O5, KNO3, N2O4, (NH4)2SO4, CuO, Cu, Cu2O, Cu2+, CuSO4, CuCl, CuCl2, Cu(OH)2, FeO, Fe2O3, Fe3O4, Fe, Fe(OH)2, Fe(OH)3, FeS2, FeCO3, Fe3+, FeSO4, Fe2(SO4)3, Fe(NO3)3, CaC2, Al4C3, C, CO, CO2 Bài tập 1' Tính số oxi hóa các nguyên tố có gạch các phân tử và ion sau đây: K2Cr2O7, Cr, Cr3+, K2CrO4, Cr2O72-, Cr2(SO4)3, Cr2O3, CrO42-, CrCl3, CrO2-, CrO, Cr2O3, CrO3, Cr(OH)3, Na2Cr2O7, CrBr3, NaCrO2, H2SO4, H2SO3, FeSO4, SO3, SO32-, Na2S2O3, Na2S4O6, S, S8, SO42-, SO2, H2S, SF6, FeS2, FeS, K2S, KHS, H3PO4, P4, P, P2O5, P2O3, PH3, PO43-, AlO2-, KAlO2, HCl, Cl2, Cl-, KClO3, NaClO, ClO- Ghi chú G1 Hầu hết các nguyên tố hóa học bảng hệ thống tuần hoàn là kim loại, có số ít là phi kim (không kim loại) Sau đây là 11 phi kim thường gặp: H C N O F Si P S Cl Br I Dạng đơn chất 11 phi kim trên là: F2, Cl2, Br2, I2, O2, S, N2, P, C, Si, H2 (8) G2 Kim loại không có số oxi hóa âm Kim loại có số oxi hóa đơn chất, có số oxi hóa dương các hợp chất (Bởi vì kim loại cho điện tử, thể tính khử, không nhận điện tử) Nguyên tố nào có số oxi hóa âm (trong hợp chất) thì đó là nguyên tố phi kim G3 Độ âm điện Độ âm điện nguyên tố là đại lượng cho biết khả thu hút các điện tử góp chung liên kết cộng hóa trị nguyên tử nguyên tố đó Độ âm điện càng lớn thì thu hút các điện tử góp chung càng nhiều Flo (F, Fluor) có độ âm điện lớn nhất, 4, các kim loại kiềm có độ âm điện nhỏ nhất, nhỏ Sau đây là trị số độ âm điện số nguyên tố thường gặp: Nguyên C tố Độ âm điện H O N Cl Br F S Ca Na K 2,5 2,1 3,5 3,0 2,8 2,7 4,0 2,4 1,04 1,0 0,9 G4 Liên kết hai nguyên tử cùng nguyên tố thì không tính số oxi hóa Nói cách khác, số oxi hóa liên kết này (Vì độ âm điện hai nguyên tử cùng nguyên tố nhau, nên các điện tử góp chung phân phối hai nguyên tử, liên kết cộng hóa trị không cực, không xuất điện tích, nên số oxi hóa không) HCCH H2NNH2 xH = xCl = xO = xN = 3xH + xC 2xH + xC = xH + xC 0 0 =0 =0 2xH + xN =0 H-H Cl-Cl O=O NN H3C-CH3 H2C=CH2 G5 (9) Cacbon (Carbon, C) hợp chất hữu có hóa trị nhất, C có thể có các số oxi hóa: -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4 Để tính số oxi hóa nguyên tử C phân tử chất hữu thì ta phải viết công thức cấu tạo (CTCT) chất đó ra, và số oxi hóa nguyên tử C tổng số số oxi hóa các liên kết quanh nguyên tử C này, đó số oxi hóa liên kết C với C thì không tính (bằng 0) Số oxi hóa trung bình C trung bình cộng số oxi hóa các nguyên tử C có mặt phân tử Số oxi hóa trung bình có thể không nguyên Có thể tính số oxi hóa trung bình nhanh cách cần vào công thức phân tử (CTPT) Khi cân phản ứng oxi hóa, có thể cần vào số oxi hóa trung bình Thí dụ: Tính số oxi hóa nguyên tử cacbon, số oxi hóa trung bình C các phân tử hợp chất hữu sau đây: Propan (CH3CH2CH3), Axit axetic (CH3COOH), Acrolein (CH2=CH-CHO), Glucozơ (mạch hở) (HOCH2CHOHCHOHCHOHCHOHCHO) Bài tập Tính số oxi hóa nguyên tử C, O, N, Cl các phân tử chất hữu sau đây: (10) Bài tập Tính số oxi hóa nguyên tử C, H, N, O các phân tử hữu sau: Glixin (Glicin, H2N-CH2-COOH); Axit lactic (Acid lactic, CH3-CHOH-COOH); Axit cloaxetic (Acid cloroacetic, Cl-CH2-COOH); Anilin (C6H5-NH2); Nitrobenzen (C6H5NO2); đietylete (Dietyl eter, C2H5-O-C2H5); Rượu benzylic (C6H5-CH2-OH); Lizin (Lysin, H2N-CH2-CH2-CH2-CH2-CHNH2-COOH); Cloropren (2-Clobuta đien-1,3 CH2=CH-CCl=CH2); Metylamin (CH3-NH2); Axit acrilic (CH2=CH-COOH) Bài tập 2’ Tính số oxi hóa nguyên tử C, H, N, O các phân tử hữu sau: Benzanđehit (Benzaldehid, C6H5-CHO); Phenol (C6H5-OH); Glixerin (Glicerin, CH2OH-CHOH-CH2OH); p-Cresol (p-CH3-C6H4-OH); Axit fomic (Acid formic, HCOOH); Axit picric (2,4,6-Trinitrophenol); TNT (2,4,6-Trinitrotoluen); Axit glutamic (HOOC-CH2-CH2-CHNH2-COOH); Alanin (CH3-CHNH2-COOH); Isopren (CH2=CHCCH3=CH2); Axit -aminoenantoic (H2N-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH); Axit ađipic [ Acid adipic, HOOC-(CH2)4-COOH ] Cho biết: Nguyên tố: C Độ âm điện 2,5 H O N Cl 2,1 3,5 3,0 2,8 G.6 Phân biệt khái niệm hóa trị với số oxi hóa (11) Định nghĩa hóa trị: Hóa trị nguyên tố là đại lượng cho biết khả kết hợp nguyên tử nguyên tố đó với bao nhiêu nguyên tử khác để tạo thành phân tử chất Người ta chọn nguyên tử hiđro làm đơn vị hóa trị (H có hóa trị 1) Do đó, hóa trị nguyên tố là số nguyên tử H (hay số nguyên tử hóa trị tương đương) mà nguyên tử nguyên tố đó có thể kết hợp để tạo thành phân tử chất Với phân tử AHn thì A có hóa trị n Thí dụ: HCl Cl có hóa trị H2O O có hóa trị NH3 N có hóa trị CH4 C có hóa trị PCl5 P có hóa trị SO2 S có hóa trị SO3 S có hóa trị Mn2O7 Mn có hóa trị Như vậy, hóa trị là số nguyên dương, còn số oxi hóa là điện tích, nên có thể âm dương Khi nói hóa trị âm, hóa trị dương (hóa trị ion), thực chất là nói số oxi hóa G.7 H có hóa trị chất; O có hóa trị chất Nhưng H có thể có các số oxi hóa +1, 0, -1 O có thể có các số oxi hóa -2; -1; 0; +2 G.8 Hóa trị ion (12) Hóa trị ion nguyên tố là điện tích xuất trên nguyên tử nguyên tố đó nó diện dạng ion Hóa trị ion cho biết số điện tử mà nguyên tử nguyên tố đó đã cho nhận để tạo thành ion tương ứng Như hóa trị ion chính là số oxi hóa hóa trị ion là điện tích thật, còn số oxi hóa có thể là điện tích biểu kiến (qui ước) Thí dụ: NaCl Na+ Cl- Na có hóa trị ion là +1 (Natri đã nhận điện tử) Cl có hóa trị ion là -1 (Clo đã nhận điện tử) MgF2 Mg2+ 2F- Mg có hóa trị ion là +2 (Mg đã cho điện tử) F có hóa trị ion là -1 (F nhận điện tử) CaO Ca2+ O2 Ca có hóa trị ion là +2 (Ca cho electron) O có hóa trị ion là -2 (O nhận electron) Al2S3 2Al3+ 3S2- Al có hóa trị ion là +3 S có hóa trị ion là -2 G.9 Cộng hóa trị (Hóa trị cộng hóa trị) Cộng hóa trị nguyên tố là số điện tử hóa trị mà nguyên tử nguyên tố đó đã đưa góp chung để tạo liên kết cộng hóa trị Cộng hóa trị nguyên tố số liên kết cộng hóa trị xuất phát từ nguyên tử đó công thức cấu tạo Cộng hóa trị chính là hóa trị nguyên tố đó, khái niệm hóa trị tổng quát (Cũng giống khái niệm số oxi hóa tổng quát hóa trị ion) Thí dụ: H - Cl H có cộng hóa trị (H đưa điện tử đóng góp để tạo liên kết cộng hóa trị) Cl có cộng hóa trị là (Cl đưa điện tử đóng góp để tạo liên kết cộng htrị) H có cộng hóa trị N có cộng hóa trị H có cộng hóa trị C có cộng hóa trị (13) Bài tập Hãy cho biết hóa trị, số oxi hóa các nguyên tử các phân tử, ion sau đây: Nước (H2O); Hiđropeoxit (Peroxid hidrogen, H2O2); Sắt (II) sunfua (Sulfur sắt (II), FeS); Pirit sắt (FeS 2); Canxi cacbua (Carbur calcium, CaC 2); Nhôm cacbua (Al4C3); Kali pemanganat (Permanganat kalium, KMnO 4); Axit sunfuric (Acid sulfuric, H2SO4); Kali sunfat (K2SO4); Etilen (C2H4); Axetilen (Acetilen, C2H2); Mesitilen (1,3,5- Trimetylbenzen); Kali ñicromat (K2Cr2O7); Kali cromat (K2CrO4); Axit picric (2,4,6Trinitrophenol); Oxi (O2); Ozon (O3, giả sử coi ozon có cấu tạo vòng); NO3-; NH4+; SO42-; Cu2+; MnO42; Fe2+; Fe3+; CrO42-; Cr2O72-; NO2- O2-, O22-; Axit nitrô (HNO2) Bài tập 3' Hãy xác định hóa trị, số oxi hóa, hóa trị ion, cộng hóa trị (nếu có) các nguyên tố các chất sau đây: Benzen (C6H6); Natri oxit (Na2O); Natri peoxit (Na2O2); Axit photphoric (Acid phosphoric, H3PO4); đồng (II) clorua (Clorur đồng (II)); đồng (I) clorua: Amoniac; Axit nitric; Bari nitrat; Axit hipoclorô (HClO); Axit clorơ (HClO 2); Axit cloric (HClO3); Axit pecloric (HClO4); Canxi peoxit (CaO2); Hidro sunfua (Sulfur hidrogen, H2S); Hidro pesunfua (Persulfur hidrogen, H2S2); o - Cresol (o - Metyl phenol); Vinyl clorua (CH2=CH-Cl); Iot (Iod, I2); I-; S2-; S22-; N3-; Vinylaxetilen (CH2=CH-CCH) (14)