II. Hệ thống câu hỏi và bài tập về phản ứng oxi hóa khử nhằm phát huy năng lực nhận thức và tư duy cho học sinh.
1: FeS2+ O2→ Fe2O3+ SO
Ta có: a FeS2 + bO2 →cFe2O3 + dSO2
Với nguyên tố (Fe) a = 2c còn (S): 2a = d và (O): 2b = 3c + 2d Chọn c = 1 thì a = 2, d = 4, b =11/2, sau đó nhân cả hai vế với 2 ta được phương trình : 4FeS2 +11O2 →Fe2O3 + 8SO2
2- Bản chất của pp đại số:
- Pp này không cho thấy bản chất của pư oxh - k, không thể xác định được chất oxi hóa, chất khử và trong một số trường hợp không xác định được hệ số! (Pp này áp dụng cho tất cả các loại pư hóa học).
Bài 2 : Cân bằng các pư sau theo pp đại số.
a) FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2
b) Cu + H2SO4 → CuSO4 + SO2 + H2O
Đỏp sè: Hệ số của các chất trong pư
a. 4, 11, 2, 8. b) 1, 2, 1, 1, 2. c) 3, 12, 1, 1, 9, 6.
Khi viết các phương trình pư biểu diễn quá trình khử hóa của từng nguyên tố, cần theo đúng chỉ số quy định của từng nguyên tố đó. Đối với các pư phức tạp, việc lưu ý các chỉ số như vậy là rất cần thiết.
3.1.1.2. Phương pháp số oxi hóa.
Phương pháp này tương tù nh pp cân bằng (thăng bằng) (e). Phương pháp này dùa trên nguyên tắc: tổng đại số các sự tăng và giảm soh trong mét pư oxh - k bằng không. Bài 3: N-3H+1+O0 2 → N+2O+2 + H-1 2O-2 2x N-3 ( 2) ( 3)tan 5 soh g + − − = + → N+2 5x O0 . 2 0 2 soh giam − − =− → O-2 Vì (+5)x(2) + (-2)x(5) = 0 Ta có 2NH3+5/2 O2 → 2NO2 +3 H2O
Pp này đặc biệt có ý nghĩa khi cân bằng các phương trình pư oxh - k có liên quan đến chất hữu cơ vì trong những trường hợp này nhiều khi chỉ có sự thay đổi mật độ (e) biểu hiện bằng sự thay đổi soh còn trên thực tế chưa có được sự cho hẳn hoặc nhường hẳn (e).
3.1.1.3. Phương pháp ion – electron.
Cơ sở của phương pháp là dùa vào sự thay đổi soh của nguyên tố trước và sau pư , áp dụng định luật bảo toàn (e) để cân bằng sè (e) thu vào của các quá trình khử và sè (e) nhường đi của các quá trình oxi hóa.
Ưu điểm nổi bật của pp này là rất trực quan:
Không đòi hỏi phải biết chính xác soh, giúp hs nhận dạng được pư oxh - k. Pp này áp dụng thuận lợi khi các pư oxh - k xảy ra trong dd ở đó phần lớn chất oxh và chất khử tồn tại ở dạng ion. Pp Ion -(e) nó còn cho biết bản chất của pư oxh - k.
Với cách cân bằng này hs không cần quan tâm tới bản chất của các liên kết hóa học trong phân tử các chất, không cần biết tới trạng thái của các chất pư , hoặc thuộc tính hóa học của các chất tham gia pư mà chỉ cần áp dụng một cách “máy móc” là có thể cân bằng được phương trình pư . Đối với hs thỡ khâu dễ nhầm lẫn trong quy trình
cân bằng chính là việc chuyển từ các nguyên tố có sự thay đổi soh về dạng phân tử và điền chính xác các cấu tử không thay đổi soh để thỏa mãn định luật bảo toàn khối lượng.
* (Thường) Cân bằng theo 5 bước sau: Các
bước
Cách tiến hành
1 Tách ion, xác định các nguyên tố có soh thay đổi và viết các nửa pư oxh và khử. 2 Cân bằng phương trình các nửa pư :
+ Cân bằng số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vế của nửa pư : -Thêm H+ hay OH-.
-Thêm H2O để cân bằng số nguyên tử Hiđrụ.
-Kiểm soát số nguyên tử oxi ở hai vế (phải bằng nhau). + Cân bằng điện tích: thêm (e) vào mỗi nửa pư để cân bằng điện tích. 3 Cân bằng (e): nhân hệ số để:
∑(e) cho =∑ (e) nhận(hay soh tăng= soh giảm) 4 Cộng các nửa pư , ta có phương trình ion thu gọn
5 Để chuyển phương trình dạng ion thu gọn thành phương trình ion đầy đủ và phương trình phân tử cần cộng vào hai vế những lượng như nhau các cation hoặc anion để bù trừ điện tích.
Bài 4: Cân bằng phương trình pư :
Al + HNO3 →Al(NO3)3 + N2O + H2O
Hướng dẫn:
8Al + 30HNO3 →8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O
2NO- 3 +10H+ + 8e →N2O + 5H2O 8x Al→Al3++3e 3x 2NO- 3+10H++8e →N2O+5H2O 8Al + 6 NO- 3+ 30H+ →8Al3+ + 3N2O + 15 H2O. (+ 24 NO- 3) (+ 24 NO- 3 )
Trong các pư oxh - k, thường có sự tham gia của môi trường, tùy thuộc vào môi trường, khả năng pư của một chất có thể thay đổi.
a)
Phản ứng có axit tham gia
Vế nào thừa oxi thỡ thờm H+ tạo ra H2O (vế nào thiếu oxi thỡ thờm H2O tạo ra H+
)
Sau khi dự đoán các dạng oxi hóa, khử viết cỏc bỏn pư rồi cộng thêm H2O vào vế Ýt oxi hơn, vế nhiều oxi hơn thêm H+ với môi trường axit, dùa vào định luật bảo toàn điện tích để xác định sè (e) nhường và nhận. Cuối cùng là cân bằng (e) và được pư oxh - k ở dạng phương trình ion thu gọn. (Thực ra đây mới chỉ là một trong cỏc cỏch (thiết lập) cân bằng pp ion- (e) mà thôi).
b) Phản ứng có kiềm tham gia:
Vế nào thừa oxi thỡ thờm H2O tạo OH- hay vế nào thiếu oxi thỡ thờm OH- tạo H2O
c) Phản ứng có nước tham gia
Nếu sản phẩm sau pư có axit tạo thành, ta cân bằng theo pư có axit tham gia, nếu sản phẩm sau pư có kiềm tạo thành ta cân bằng theo pư có kiềm tham gia.
Sau đây là một sè vớ dô về cách lập phương trình pư oxh - k theo pp ion - electron.
Bài
5 [ 6 tr 61]: Cân bằng các pư sau theo pp cân bằng ion- (e), cho biết chất oxi hóa, chất khử trong mỗi trường hợp sau: oxi hóa, chất khử trong mỗi trường hợp sau:
a) FeO + HNO3 → Fe(NO3)3 +NO +H2O
b) P +HNO3 + H2O → H3PO4 + NO
Hướng dẫn:
a) 3FeO + 10HN+5O3 → 3Fe(NO3)3 +NO + 5H2O
3. FeO + 2H+ → Fe3+ + H2O + e NO3- + 3e + 4H+ → NO + 2H2O b) 3P + 5HNO3 + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO 3x P + 4H2O →PO3- 4 + 8H+ + 5e 5x NO- 3 + 4H+ +3e → NO + 2H2O. 3P +12H2O +5NO- 3 +20H+ → 3PO3- 4 +24H+ +5NO + 10 H2O 3P+ 5NO- 3 + 2H2O → 3PO3- 4 + 5NO + 4H+
Tuy nhiên để cân bằng phương trình theo pp ion (e) cần có kiến thức về sự điện ly, áp dụng định luật bảo toàn điện tích, bảo toàn khối lượng.
Và điều khó đối với hs là việc thiếu nguyên tố nào đó trong bán phương trình thì lấy ở đâu? (OH-hay H2O…)
Bài 6 :[51 tr 39] [ 45 tr 115] [ 32 tr 38] [24 tr 71] (ĐH Y Dược 91)
Cân bằng các pư sau theo pp cân bằng ion- (e), cho biết chất oxi hóa, chất khử trong mỗi trường hợp sau:
a) KMnO4 + K2SO3+ KOH → K2MnO4 + K2SO4 + H2O
b) KMnO4+ K2SO3 + H2O →MnO2 + K2SO4 + KOH
c) KMnO4 + PH3 + H2SO4 →K2SO4 + MnSO4 + H3PO4 + H2O
Theo pp ion- (e) thì hs chỉ cần biểu diễn một quá trình oxh và một quá trình khử cho dù trong pư có nhiều nguyên tố thay đổi soh.
3.1.1.4. Phương pháp thăng bằng electron.
Phương pháp này có thể áp dụng cho mọi trường hợp (dạng oxh - k) từ đơn giản cho đến phức tạp nhất. Nhất là khi hs mới làm quen với pư oxh - k, việc vận dông pp thiết lập (cân bằng) này giúp cho hs củng cố đối với các khái niệm, hiểu một cách sâu sắc về pư oxh - k. Khi đưa các bài tập thiết lập phương trình pư oxh - k bằng pp thăng bằng (e), giỏo viờn nên đưa ra các dạng bài tập độ khó tăng dần (từ đơn giản đến phức tạp).
Pp này dùa vào sự bảo toàn (e) nghĩa là ∑ (e) của chất khử cho = ∑ (e) của
chất oxh nhận. Cân bằng (thường) theo 5 bước sau:
Các bước Cách tiến hành
1 Viết sơ đồ pư với các chất tham gia xác định nguyên tố có soh thay đổi. 2 Viết các phương trình : Khử (cho (e)).
. Oxh (nhận (e)).
3 Cân bằng (e): Nhân hệ số để: ∑ (e) cho =∑ (e) nhận. ( hay ∑ soh tăng = ∑ soh giảm)
4 Cân bằng nguyên tố: Nói chung theo thứ tự:
1- Kim loại (ion dương). 2- Gốc axit (ion âm).
3- Môi trường (axit, bazơ). 4- Nước (cân bằng H2O là để cân bằng hiđrụ).5 Kiểm soát số nguyên tử oxi ở hai vế (phải bằng nhau).