1. Định nghĩa phản ứng oxi hoá - khử
Ví dụ : Khi đốt natri trong khí clo, ta có phương trình phản ứng :
(1)
Trong phản ứng trên, nguyên tử natri nhường electron cho nguyên tử clo, biến thành ion Na+ và ion Clˉ. Ta có các quá trình sau :
Na - e = Na+ Cl + e = Clˉ
Người ta gọi quá trình natri nhường electron là quá trình oxi hoá natri.
Quá trình clo thu electron là quá trình khử clo. Nguyên tử natri nhường electron : nó là chất khử (hay chất bị oxi hoá).
Nguyên tử clo thu electron : nó là chất oxi hoá (hay chất bị khử). Phản ứng (1) là phản ứng oxi hoá - khử
Ví dụ 2 : Cho clo tác dụng với muối sắt (II) clorua, ta có phương trình phản ứng :
(2)
Trong phản ứng trên ion Fe2+ (trong muối FeCl2) nhường electron cho nguyên tử clo để tạo thành ion Fe3+ và ion Clˉ. Ta có các quá trình sau :
Fe2+ - e = Fe3+ sự oxi hoá Cl + e = Clˉ sự khử Ion Fe2+ là chất khử, nguyên tử clo là chất oxi hoá.
Khái niệm "chất" ở đây là bao gồm nguyên tử, phân tử hoặc ion. Phản ứng (2) là phản oxi hoá - khử
Định nghĩa : Sự oxi hoá là sự mất electron Sự khử là sự thu electron
Chất nhường electron là chất khử Chất thu electron là chất oxi hoá.
Phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng trong sso nguyên tử hoặc ion này nhường electron cho nguyên tử hoặc ion khác.
Một chất chỉ có thể nhường electron khi có mặt một chất khác thu electron. Vì vậy trong phản ứng oxi hoá - khử, quá trình oxi hoá và quá trình khử bao giờ cũng diễn ra đồng thời.
2. Số oxi hoá (hay mức oxi hoá)
Để thuận tiện cho việc thành lập phương trình phản ứng oxi hoá - khử, người ta dùng khái niệm số oxi hoá.
Số oxi hoá là diện tích của nguyên tử trong phân tử nếu giả định rằng các cặp electron chung chuyển hẳn về nguyên tử có độ âm điện lớn hơn (nghĩa là nếu phân tử có liên kết ion).
Số oxi hoá của các nguyên tố được xác định theo các quy tắc sau : a. Số oxi hoá của nguyên tử các đơn chất bằng không
Ví dụ : Số oxi hoá của Fe, Cu, Cl, S bằng không
b. Đối với các ion đơn nguyên tử, số oxi hoá bằng điện tích của ion đó. Ví dụ : Số oxi hoá của Na+, Mg2+, Iˉ, S2-, lần lượt bằng +1, +2, -1, -2. c. Trong các hợp chất, số oxi hoá của hiđro bằng +1, của oxi bằng -2. d. Trong một phân tử, tổng số oxi hoá của các nguyên tử bằng không.
Ví dụ : Tính số oxi hoá của nitơ trong các hợp chất amoniac NH3, axit nitơrơ HNO2 và axit nitric HNO3.
Ta gọi x, y, z là các số oxi hoá cần tìm. Trong NH3 : x + 3(+1) = 0 → x = -3 Trong HNO2 : (+1) + y + 2(-2) = 0 → y = +3 Trong HNO3 : (+1) + z + 3(-2) = 0 → z = +5
3. Cân bằng phương trình phản ứng oxi hoá - khử A. Nhận xét
Qua các ví dụ 1 và 2 (phần I) ta thấy
- Trong các phản ứng oxi hoá - khử, bao giờ cũng có sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố. - Khi một chất nhường electron, số oxi hoá của nó tăng lên.
- Khi một chất thu electron, số oxi hoá của nó giảm đi. B. Cân bằng phương trình phản ứng oxi hoá - khử
Ví dụ 1 : Fe2O3 + H2→ Fe + H2O Ta theo các bước sau :
1. Xác định số oxi hoá của các nguyên tố trong phản ứng để tìm chất oxi hoá và chất khử.
Số oxi hoá của sắt giảm từ +3 đến 0 : Fe+3 (trong Fe2O3) là chất oxi hoá. Số oxi hoá của hiđro tăng từ 0 đến +1 : H là chất khử.
2. Viết các quá trình oxi hoá và quá trình khử, cân bằng mỗi quá trình. Fe+3 + 3e = Fe0
H - e = H+
3. Tìm hệ số đồng thời cho chất oxi hoá và chất khử theo quy tắc số electron do chất khử nhường ra bằng số electron chất oxi hoá thu vào.
Hệ số:
Các hệ số 1 và 3 có nghĩa là một ion Fe+3 đã thu 3e của 3 nguyên tử H hoặc 2 ion Fe+3 đã thu 63 của 3 phân tử H2.
4. Đặt các hệ số của chất oxi hoá và chất khử vào phương trình phản ứng và kiểm tra lại : Fe2O3 + 3H2= 2Fe + 3H2O
Ví dụ 2 : Cân bằng phương trình phản ứng đốt khí hiđro sunfua
Số oxi hoá của lưu huỳnh tăng từ -2 đến +4. Vậy S-2 (trong H2S) là chất khử. Số oxi hoá của oxi giảm tử 0 đến -2. Vậy O là chất oxi hoá.
2. S-2 - 6e = S+4 O2 + 4e = 2O-2
3. Tìm hệ số đồng thời của chất oxi hoá và chất khử :
- Tìm bội số chung nhỏ nhất cho 2 hệ số electron (ở đây là 12)
4. Đặt các hệ số của chất oxi hoá và chất khử vào phương trình. Dựa trên cơ sở đó, cần bằng toàn phương trình
2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O 4. Phân loại các phản ứng hoá học
Trong hoá học vô cơ, người ta thường chia các phản ứng hoá học thành hai loại :
1) Phản ứng không kèm theo sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố :Đó là phản ứng trao đổi, một số phản ứng kết hợp, một số phản ứng phân huỷ.
Ví dụ : NaCl + AgNO3 = AgCl + NaNO3 SO3 + H2O = H2SO4 CaCO3 O t → CaO + CO2
Trong các phản ứng trên, không có sự nhường và sự thu electron nên số oxi hoá của các nguyên tố không thay đổi.
2) Phản ứng kèm theo sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố : Đó là phản ứng oxi hóa - khử.
Từ đó ra có định nghĩa sau :