M ục lục
2.3.1.Sử dụng các khái niệm phản ứng oxi hóa khử trong dạy tính chất
học của các chất.
2.3.1.1. Từ các khái niệm về hĩa trị, số oxi hĩa, cấu hình của nguyên tử, độ
âm điện, đặc điểm liên kết…để giải thích tính chất hĩa học của chất đĩ. [6]
Chất khử: Chất oxi hĩa:
2 x 5 x
Khi dạy chương 5 - Nhĩm Halogen và chương 6 – Nhĩm Oxi, lớp 10 - Nâng cao, ta cĩ thể vận dụng các khái niệm hĩa trị, số oxi hĩa, cấu hình của nguyên tử, đặc điểm liên kết…để giải thích cho tính chất hĩa học của chất đĩ.
Ví dụ1: Khi dạy bài Clo cĩ thể dùng khái niệm số oxi hĩa và xét cấu hình electron
để giải thích tại sao trong các hợp chất thì Flo cĩ số oxi hĩa -1 mà Clo, Brom, Iot ngồi số oxi hĩa -1 cịn cĩ số oxi hĩa +1, +3, +5, +7. Kết luận tính chất hĩa học cơ
bản của halogen và giải thích chiều biến đổi tính chất đĩ khi xét từ flo đến iot.
HD: Nguyên tử halogen cĩ 7e ngồi cùng nên cĩ khả năng nhận thêm 1e tạo số
oxi hĩa -1. Khả năng này là duy nhất đối với Flo vì nĩ cĩ độ âm điện lớn nhất và khơng cĩ phân lớp d. Các nguyên tố cịn lại do cấu hình cĩ phân lớp d nên khi bị
kích thích sẽ tạo ra 1, 3, 5, 7 electron và số oxi hĩa tương ứng là +1, +3, +5, +7. - Tính chất hĩa học cơ bản của halogen là tính oxi hĩa và giảm từ F đến I vì độ âm
điện giảm dần, bán kính nguyên tử tăng dần.
Nhận xét : Tác dụng của câu hỏi này là giải thích, củng cố và khắc sâu kiến thức tính chất hố học của các nguyên tố nhĩm halogen.
Ví dụ 2: Khi dạy bài 41 - Oxi, GK10, Nâng cao. GV cĩ thểđặt câu hỏi:
Từ cấu hình của oxi, xác định số oxi hĩa của oxi trong hợp chất ? Giải thích vì sao oxi thể hiện tính oxi hĩa mạnh.
HD:
Nguyên tử oxi cĩ cấu hình electron là : 1s22s22p4
Nếu biểu diễn cấu hình electron lớp ngồi cùng bằng ơ lượng tử :
Ta thấy lớp ngồi cùng của oxi cĩ 6 electron độc thân khuynh hướng dễ nhận thêm 2 electron nữa đểđạt cấu hình bền của khí hiếm. Và một yếu tố quan trọng nữa là độ âm điện của oxi lớn 3,44 lớn thứ hai sau Flo. Vì vậy, khi tham gia phản ứng hố học, oxi dễ nhận thêm 2e và cĩ số oxi hố là -2
→ Tính chất hố học của oxi là tính oxi hố mạnh.
• Tác dụng với nhiều kim loại trừ (Au, Pt..) • Tác dụng được với phi kim (trừ halogen)
• Tác dụng được với nhiều hợp chất vơ cơ và hữu cơ.
Ví dụ 3: Khi dạy bài 45, Hợp chất cĩ oxi của lưu huỳnh, SGK10, Nâng cao. GV cĩ thểđặt HS vào tính huống cĩ vấn đề sau: Trong hợp chất SO2 và CO2, lưu huỳnh và cacbon đều cĩ số oxi hố là +4 nhưng tại sao SO2 vừa cĩ tính khử vừa cĩ tính oxi hố trong khi đĩ CO2 chỉ cĩ tính oxi hố ?
HD:
ðể giải quyết câu hỏi này ta phải xét đến cấu hình electron của cacbon và lưu huỳnh để xem lưu huỳnh và cacbon cĩ những số oxi hố nào.
- Cấu hình electron của cacbon ( Z= 6): 1s22s22p2do đĩ cacbon cĩ 4 số oxi hố là -4,-2, 0, +2, +4. Trong hợp chất CO2, cacbon cĩ số oxi hố +4 là số oxi hố cao nhất nên khi tham gia phản ứng nĩ chỉ cĩ thể giảm số oxi hố xuống +2, hoặc 0 bằng cách nhận thêm 2, hoặc 4 electron → CO2 chỉ thể hiện tính oxi hố.
- Cấu hình electron của lưu huỳnh ( Z= 16 ): 1s22s22p63s23p4 , lưu huỳnh cĩ 4 số
oxi hố là : -2, 0, +4, +6. Trong hợp chất SO2, số oxi hố của lưu huỳnh là +4 là số
oxi hố trung gian, do đĩ nĩ cĩ thể tăng số oxi hố lên +6 bằng cách nhường 2 electron và lúc này SO2 thể hiện tính khử, ngược lại nĩ cũng cĩ thể giảm số oxi hố xuống 0 hoặc -2 bằng cách nhận thêm 4 hoặc 6 elctron và lúc này SO2 thể hiện tính oxi hố → SO2 vừa thể hiện tính oxi hố vừa thể hiện tính khử. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết luận: Dựa vào cấu hình elctron, số oxi hố …Ta cĩ thể giải thích tính chất hố học của nhiều đơn chất và hợp chất, thể hiện sự hợp lý và logic, giúp HS hiểu rõ, khắc sâu kiến thức bài học.
2.3.1.2. Sử dụng các khái niệm của phản ứng oxi hĩa - khử dựđốn tính chất của đơn chất và hợp chất.
Ví dụ 1: Khi dạy bài 40 - Khái quát về nhĩm Oxi, SGK10, Nâng cao. GV cĩ thể đặt câu hỏi : Giải thích tại sao Oxi, lưu huỳnh, Selen và Telu ở cùng phân nhĩm chính nhĩm VI mà chỉ Oxi chỉ cĩ hố trị II, trong đĩ Lưu huỳnh, Selen và Telu cĩ hố trị II, IV, VI ? Dựđốn tính chất hĩa học của chúng. [13]
HD: Cấu hình electron lớp ngồi cùng của O và S ở trạng thái cơ bản :
• (Z = 8) Nếu biểu diễn cấu hình lớp e ngồi cùng bằng ơ lượng tử :
• S (Z = 16) Nếu biểu diễn cấu hình lớp e ngồi cùng bằng ơ lượng tử :
- Ở trạng thái này các nguyên tử O, S đều cĩ hai electron độc thân do đĩ chúng cĩ hố trị II (Trong hợp chất oxi, lưu huỳnh cĩ số oxi hĩa -2) ⇒ Oxi, lưu huỳnh thể hiện tính oxi hĩa mạnh.
- Oxi lớp ngồi cùng khơng cĩ phân lớp d, cịn lưu huỳnh lớp ngồi cùng cĩ phân lớp d trống, do mức năng lượng 3s, 3p, 3d là tương đương nhau nên khi bị kích thích các eletron cĩ thể nhảy sang obitan d trống để tạo 4 electron độc thân hoặc 6 electron
độc thân, do đĩ lưu huỳnh cĩ hố trị IV hoặc hố trị VI (cĩ thêm các số oxi hĩa là +4,+6) ⇒ Lưu huỳnh cịn thể hiện tính khử.
S* :
Cịn Selen, Telu ở trạng thái cơ bản : Se : 4s24p4d0 ; Te : 5s25p4 5d0 Giải thích tương tự như lưu huỳnh.
- Kiến thức cũ : cấu hình electron của nguyên tử, mức năng lượng của các electron trên các lớp, các phân lớp.
- Kiến thức mới : nguyên nhân sự khác nhau về hố trị của O với S, Se và Te trong các hợp chất dẫn đến sự khác nhau về tính chất hĩa học.
Ví dụ 2: Khi dạy bài Lưu huỳnh ở chương 6 - Hĩa học 10 ta cĩ thể đặt câu hỏi yêu cầu học sinh nhắc lại số oxi hĩa cĩ thể cĩ của lưu huỳnh. Từđĩ dựđốn về tính chất của đơn chất lưu huỳnh.
2s2 2p4
HD:
- Lưu huỳnh cĩ số oxi hĩa : -2, 0, +4, +6. Lưu huỳnh đơn chất cĩ số oxi hố 0, S cĩ thể tăng hoặc giảm số oxi hĩa bằng cách nhường hoặc nhận electron. Khi tham gia phản ứng lưu huỳnh vừa thể hiện tính oxi hĩa vừa thể hiện tính khử:
• S thể hiện tính oxi hĩa khi phản ứng với kim loại, hidro.
• S thể hiện tính khử khi phản ứng với phi kim mạnh hơn Cl2, F2, O2 và các hợp chất cĩ tính oxi hĩa.
Ví dụ 3: Khi dạy các hợp chất của lưu huỳnh, bài H2S, SO2 từ việc yêu cầu HS xác
định số oxi hố của lưu huỳnh trong các hợp chất đĩ mà giúp HS rút ra được tính chất hố học cơ bản của chúng. Trong hợp chất H2S, lưu huỳnh cĩ số oxi hố là -2, là số oxi hố thấp nhất, do đĩ nĩ chỉ cĩ thể tăng số oxi hố lên 0, +4, +6 bằng cách nhường đi 2, 6, 8 electron và HS rút ra kết luận là hidro sunfua chỉ thể hiện tính khử . Số oxi hố của lưu huỳnh trong hợp chất SO2 là +4, đây là số oxi hố trung gian, do vậy mà nĩ cĩ thể tăng số oxi hố lên +6 bằng cách nhường 2 electron và lúc này SO2 thể hiện tính khử. Tuy nhiên, nĩ cũng cĩ thể giảm số oxi hố xuống 0, -2 bằng cách nhận thêm 4, 6 electron nữa và lúc này SO2 thể hiện tính oxi hố. HS rút ra kết luận, SO2 vừa là chất oxi hố vừa là chất khử.
Ví dụ 4: Khi dạy chương 2, Nhĩm Nitơ, bài 10 Nitơ, SGK hố học 11 - Nâng cao, GV cĩ thểđặt câu hỏi: Dựa vào cấu hình electron của nguyên tố Nitơ hãy cho biết N cĩ thể cĩ những số oxi hố nào? Từđĩ dựđốn tính chất hố học của N. [6]
HD: Cấu hình electron của nguyên tố Nitơ là : 1s22s22p3 , lớp ngồi cùng của N cĩ 5 electron nĩ cĩ thể nhận thêm 3 electron để đạt cấu hình bền của khí hiếm, lúc này N cĩ số oxi hố -3 trong hợp chất NH3→ N thể hiện tính khử. Tuy nhiên, N cũng cĩ thể nhường 1, 2, 3, 4, 5 electron ở lớp thứ hai và lúc này N cĩ số oxi hố +1 (Trong hợp chất N2O), Số oxi hố +2 (trong hợp chất NO),+3 (trong hợp chất N2O3) Số oxi hố +4 (trong hợp chất NO2), Số oxi hố +5 (trong hợp chất N2O5) .
Vậy N cĩ 6 số oxi hố là : -3, 0, +1, +2,+3, +4, +5.
- Nitơ cĩ cơng thức phân tử là N2, hai nguyên tử N liên kết với nhau bằng ba liên kết cộng hố trị khơng cĩ cực nên phân tử Nitơ rất bền. Ở nhiệt độ thường, nitơ khá trơ
về mặt hố học nhưng ở nhiệt độ cao nitơ trở nên hoạt động hơn và cĩ thể tác dụng
được với nhiều chất. ðơn chất N2 cĩ số oxi hố 0, khi tham gia phản ứng tuỳ thuộc vào chất phản ứng mà nitơ thể hiện tính oxi hố hay tính khử, tuy nhiên tính oxi hố vẫn trội hơn tính khử.
+ Nitơ thể hiện tính oxi hố khi tác dụng với các chất khử mạnh như hidro, kim loại. + Nitơ thể hiện tính khử khi tác dụng với chất oxi hố mạnh như oxi.
Kết luận: Việc xác định số oxi hố của một nguyên tố trong hợp chất khá đơn giản và dựa vào số oxi hố ta cĩ thể dựđốn tính chất hố học của hợp chất chứa nguyên tốđĩ trên cơ sở các số oxi hố cĩ thể cĩ của nguyên tố đĩ một cách chính xác, giúp cho HS dễ hiểu, dễ tiếp thu kiến thưc mới, cảm thấy hứng thú hơn khi học Hố học. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.3.2. Sử dụng các khái niệm phản ứng oxi hĩa - khửđể giải bài tập.
2.3.2.1. Bài tập mang tính lý thuyết
1) Xác định điện hĩa trị, cộng hĩa trị và số oxi hĩa của các chất.
Bài tập1. Xác định điện hĩa trị của các nguyên tử và nhĩm nguyên tử trong những hợp chất ion sau: BaO, K2O, CaCl2, AlF3, Ca(NO3)2 ( Bài 8 SGK Hố học 10 – Nâng cao, trang 96)
HD: ðiện hĩa trị của các nguyên tố bằng điện tích của ion tương ứng.
- ðiện hĩa trị của Ba trong BaO là 2, của K trong K2O là 1, của Ca trong CaCl2 là 2, của Al trong AlF3 là 3, của Ca trong Ca(NO3)2 là 2.
Bài tập 2. Xác định cộng hĩa trị của nguyên tử những nguyên tố trong những hợp chất cộng hĩa trị sau: NH3, HBr, AlBr3, PH3, CO2.(Bài 9 SGK Hố học 10 – Nâng cao, trang 96)
HD: Cộng hĩa trị của nguyên tố bằng số liên kết của nguyên tử nguyên tố đĩ
được tạo với các nguyên tử khác trong phân tử.
- Cộng hĩa trị của nguyên tố N trong NH3 là 3, của H trong HBr là 1, của Al trong AlBr3 là 3, của P trong PH3 là 3, của C trong CO2 là 4.
Bài tập 3. Xác định số oxi hĩa của : ( Bài 5 SGK Hố học10. Nâng cao, trang 103) a) Cacbon trong CH4, CO, CO2, CO32-, HCO3-.
c) Clo trong ClO4-, ClO-, Cl2, ClO3-, Cl2O7. HD: a) Số oxi hĩa (SOXH) của C trong CH4 là -4.
SOXH của C trong CO là +2, CO2 là +4, trong CO32- là +4.
b) SOXH của S trong SO2 là +4, trong H2SO3 là +4, trong S2- là -2, trong S là trong SO32- là +4, trong HSO4- là +6, trong HS- là -2.
c) SOXH của Clo trong ClO4- là +7, trong ClO- là +1, trong Cl2 là 0, trong ClO3- là +5, trong Cl2O7 là +7.
Nhận xét: Các bài tập 1, 2, 3 cĩ tác dụng giúp HS phân biệt giữa điện hố trị, cộng hố trị và số oxi hố của nguyên tố trong hợp chất. Từđĩ hiểu rõ và xác định chính xác số oxi hố của nguyên tố trong hợp chất là bước ban đầu để cân bằng đúng phương trình phản ứng oxi hố – khử.
2) Loại bài tập nhận biết phản ứng oxi hĩa - khử .
Nguyên tắc: Dựa vào sự thay đổi số oxi hĩa, cĩ thể chia phản ứng hĩa học ra thành hai loại :
• Phản ứng hĩa học cĩ sự thay đổi số oxi hĩa (phản ứng oxi hĩa – khử). Phản
ứng thế, một số phản ứng hĩa hợp và một số phản ứng phân hủy thuộc loại phản ứng hĩa học này.
• Phản ứng hĩa học khơng cĩ sự thay đổi số oxi hĩa (phản ứng khơng phải phản ứng oxi hĩa – khử). Phản ứng trao đổi, một số phản ứng hĩa hợp và một số
phản ứng phân hủy thuộc loại phản ứng này.
Bài tập 1. Hãy cho biết trong những phản ứng hố học xảy ra quanh ta sau đây, phản
ứng nào là phản ứng oxi hố – khử ? (Bài tập 2 trang 113 - SGK Hố học THCS) a) ðốt than trong lị : C + O2 →to
CO2
b) Dùng cacbon oxit khử sắt (III) oxit trong luyện kim : Fe2O3 + 3CO →to 2Fe + 3CO2
c) Nung vơi : CaCO3 →to
CaO + CO2
d) Sắt bị gỉ trong khơng khí : 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3
HD: Các phản ứng a) b) d) là phản ứng oxi hĩa - khử vì các phản ứng đĩ đều xảy ra (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
khử vì trong phản ứng khơng cĩ chất nhường oxi và chất chiếm oxi hay khơng xảy ra đồng thời sự oxi hố và sự khử.
Bài tập 2. Trong các loại phản ứng dưới đây phản ứng nào là phản ứng oxi hĩa - khử, phản ứng nào khơng phải là phản ứng oxi hĩa – khử. Giải thích?
(Bài tập 2 SGK Hố học 10 Nâng cao, trang 109) A. 2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2. B. 2Fe(OH)3→ Fe2O3 + 3H2O.
C. 4KClO3 → 3KClO4 + KCl D. 2KClO3 → 2KCl + 3O2
HD: A. là phản ứng oxi hĩa - khử, vì cĩ sự thay đổi số oxi hĩa của chất phản ứng và sản phẩm tạo thành. 7 6 7 4 2 0 2 3 2 4 M n e M n M n e M n O O e + + + + − + → + → → +
B. ðây là phản ứng phân hủy, khơng phải là phản ứng oxi hĩa – khử, vì khơng cĩ sự thay đổi số oxi hĩa.
C. ðây là phản ứng oxi hĩa - khử, vì cĩ sự thay đổi số oxi hĩa của chất phản ứng và sản phẩm tạo thành. 5 7 5 1 2 6 Cl Cl e Cl e Cl + + + − → + + →
D. là phản ứng oxi hĩa - khử, vì cĩ sự thay đổi số oxi hĩa của chất phản ứng và sản phẩm tạo thành. 5 1 2 0 2 6 2 4 C l e C l O O e + − − + → → + Nhận xét: - Phản ứng thế, một số phản ứng hố hợp và một số phản ứng phân huỷ
thuộc loại phản ứng oxi hố – khử. Phản ứng trao đổi, một số phản ứng hố hợp và một số phản ứng phân huỷ khơng thuộc loại phản ứng oxi hố – khử. Phản ứng oxi
hố – khửở cấp THCS khơng mang tính khái quát, dấu hiệu nhận biết là cĩ oxi tham gia phản ứng, cĩ sự cho và nhận oxi, nĩ dựa trên các phản ứng cụ thể, đơn giản chưa