Phương pháp cân bằng oxi hóa khử.pdf

Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái
©

và

Võ Hồng Thái

21
Chương trình Hóa học

III CÁC PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG PHẢN ỨNG
OXI HĨA KHỬ


Ngun tắc chung để cân bằng phản ứng oxi hóa khử là số điện tử cho của chất khử phải bằng số
điện tử nhận của chất oxi hóa hay số oxi hóa tăng của chất khử phải bằng số oxi hóa giảm của
chất oxi hóa.

III.1. PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ (THĂNG BẰNG ELECTRON)

Thực hiện các giai đoạn:

+ Viết phương trình phản ứng xảy ra với đầy đủ tác chất, sản phẩm (nếu đầu bài u cầu bổ
sung phản ứng, rồi mới cân bằng).

+ Tính số oxi hóa của ngun tố có số oxi hóa thay đổi. Nhận diện chất oxi hóa, chất khử.

+ Viết phản ứng cho, phản ứng nhận điện tử (Phản ứng oxi hóa, phản ứng khử). Chỉ cần viết
ngun tử của ngun tố có số oxi hóa thay đổi, với số oxi hóa được để bên trên. Thêm hệ số
thích hợp để số ngun tử của ngun tố có số oxi hóa thay đổi hai bên bằng nhau.

+ Cân bằng số điện tử cho, nhận. Số điện tử cho của chất khử bằng số điện tử nhận của chất oxi
hóa (Hay số oxi hóa tăng của chất khử bằng số oxi hóa giảm của chất oxi hóa) bằng cách thêm hệ
số thích hợp.

+ Phối hợp các phản ứng cho, nhận điện tử; các hệ số cân bằng tìm được; và phản ứng lúc đầu
để bổ sung hệ số thích hợp vào phản ứng lúc đầu.

+ Cuối cùng cân bằng các ngun tố còn lại (nếu có) như phản ứng trao đổi.

Các thí dụ: Cân bằng các phản ứng sau đây theo phương pháp cân bằng điện tử.

Thí dụ 1

+7 +2 +2 +3
KMnO
4
+ FeSO
4
+ H
2
SO
4
MnSO
4
+ Fe
2
(SO
4
)
3

+ K
2
SO
4
+ H
2
O
Chất oxi hóa Chất khử



+7 +2
2 Mn +5e
-
Mn (phản ứng khử)
+2 +3
5 2Fe -2e
-
2Fe (Phản ứng oxi hóa)
(+4) (+6)

2KMnO
4
+ 10FeSO
4
+ H
2
SO
4
2MnSO

4
+ 5Fe
2
(SO
4
)
3
+ K
2
SO
4
+ H
2
O
Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái
©

và

Võ Hồng Thái

22

2KMnO
4
+ 10FeSO
4
+ 8H
2
SO

4
2MnSO
4
+ 5Fe
2
(SO
4
)
3
+ K
2
SO
4
+ 8H
2
O

Thí dụ 2:

+8/3 +5 +3 +2
Fe
3
O
4
+ HNO
3
Fe(NO
3
)
3

+ NO + H
2
O
Chất khử Chất oxi hóa


+8/3 +3
3 3Fe - e
-
3Fe (Phản ứng oxi hóa)
(+8) (+9)
+5 +2
N + 3e
-
N (Phản ứng khử)

3Fe
3
O
4
+ HNO
3
9Fe(NO
3
)
3
+ NO + H
2
O

3Fe
3
O
4
+ 28HNO
3
9Fe(NO
3
)
3
+ NO + 14H
2
O

[ Trong 28 phân tử HNO3 của tác chất, chỉ có 1 phân tử là chất oxi hóa thật sự, còn 27 phân tử
tham gia trao đổi (tạo mơi trường axit, tạo muối nitrat)
]

Thí dụ 3
:

+2 -1 0 +3 -2 +4 -2
FeS
2
+ O
2
Fe
2
O
3

+ SO
2


Chất khử
Chất oxi hóa


Pirit sắt, Sắt (II) pesunfua

+2 +3
2Fe -2e
-
2Fe (Phản ứng oxi hóa)
(+4) (+6)

2

-22e
-

-1

+4
4S - 20e
-
4S (Phản ứng oxi hóa)

(-4) (+16)

0 -2
11 O
2
+

4e- 2O (Phản ứng khử)
(0) (-4)

4FeS
2
+ 11O
2

t
0
2Fe
2
O
3
+ 8SO
2


Thí dụ 4:


+2y/x +5 +3 +2
Fe
x
O

y
+ HNO
3
Fe(NO
3
)
3
+ NO + H
2
O
Chất khử ⇐ Chất oxi hóa

+2y/x +3
3 xFe - (3x-2y)e
-
xFe
(Phản ứng oxi hóa)

(+2y) (+3x)

+5 +2

(3x-2y) N +3e
-
N
(Phản ứng khử)


Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái
©

và

Võ Hồng Thái

23
3Fe
x
O
y
+ (3x-2y)HNO
3
3xFe(NO
3
)
3
+ (3x-2y)NO + H
2
O
3Fe
x
O
y
+ (12x-2y)HNO
3
3xFe(NO
3
)
3
+ (3x-2y)NO + (6x-y)H

2
O

Thí dụ 5:


+2y/x +5 +n +1

M
x
O
y
+ HNO
3
M(NO
3
)
n
+ N
2
O + H
2
O


chất khử
⇐
chất oxi hóa

+2y/x +n

8 xM - (nx-2y)e
-
xM
(Phản ứng oxi hóa)


(+2y) (+nx)

+5 +1
(nx-2y) 2N + 8e
-
2N
(Phản ứng khử)

(+10) (+2)

8M
x
O
y
+ (2nx-4y)HNO
3
8xM(NO
3
)
n
+ (nx-2y)N
2
O + H
2

O

8M
x
O
y
+ (10nx-4y)HNO
3
8xM(NO
3
)
n
+ (nx-2y)N
2
O + (5nx-2y)H
2
O

[ (2nx - 4y) phân tử HNO3 là chất oxi hóa thật sự, nó bị khử tạo (nx-2y) phân tử N2O; còn
(10nx-4y) - (2nx- 4y) = 8nx phân tử HNO3 tham gia trao đổi, tạo mơi trường axit, tạo muối
nitrat, trong đó số oxi hóa của N khơng đổi]


Thí dụ 6:


0 +5 +3 +2 +1
Al + HNO
3
Al(NO

3
)
3
+ xNO + yN
2
O + H
2
O
Chất khử Chất oxi hóa





0 +3
(3x+8y) Al -3e
-
Al (Phản ứng oxi hóa)


+5 +2
xN +3xe
-
xN (Phản ứng khử)

(+5x) (+2x)


3

+ (3x+8y) e
-

+5 +1
2yN +8ye
-
2yN (Phản ứng khử)
(+10y) (+2y)

(3x+8y)Al + (3x+6y)HNO
3
(3x+8y)Al(NO
3
)
3
+ 3xNO + 3yN
2
O + H
2
O

(3x +8y)Al +(12x+30y)HNO
3
(3x+8y)Al(NO
3
)
3
+ 3xNO + 3yN
2
O +

(6x+15)H
2
O

Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái
©

và

Võ Hồng Thái

24



Thí dụ 7:

+2y/x +2 +2m/n +4
Fe
x
O
y
+ CO
t
0
Fe
n
O
m
+ CO

2


Chất oxi hóa

⇐

Chất khử


+2y/x +2m/n
nxFe + (2ny-2mx)e
-
nxFe
(Phản ứng khử)

(+2ny) (+2mx)

+2 +4
(ny-mx) C -2e
-
C (Phản ứng oxi hóa)

nFe
x
O
y
+ (ny-mx)CO xFe
n
O

m
+ (ny-mx)CO
2



Thí dụ 8:


+8/3 +5 +3 +2y/x
Fe
3
O
4
+ HNO
3
Fe(NO
3
)
3
+ N
x
O
y
+ H
2
O

Chất khử

Chất oxi hóa


+8/3 +3
(5x-2y) 3Fe - e
-
3Fe
(Phản ứng oxi hóa)

(+8) (+9)

+5 +2y/x
xN + (5x-2y)e
-
xN (Phản ứng khử)
(+5x) (+2y)

(5x-2y)Fe
3
O
4
+ xHNO
3
(15x-6y)Fe(NO
3
)
3
+ N
x
O

y
+ H
2
O

(5x-2y)Fe
3
O
4
+ (46x-18y)HNO
3
(15x-6y)Fe(NO
3
)
3
+ N
x
O
y
+ (23x-9y)H
2
O



Thí dụ 9:

-1 +6 +1 +3
CH
3

-CH
2
-OH + K
2
Cr
2
O
7
+ H
2
SO
4
CH
3
-CHO + Cr
2
(SO
4
)
3
+ K
2
SO
4
+ H
2
O

Chất khử Chất oxi hóa

-1 +1


3 C - 2e
-
C
(Phản ứng oxi hóa)


+6 +3
2Cr + 6e
-
2Cr xN
(Phản ứng khử)

(+12) (+6)


3CH
3
-CH
2
-OH + K
2
Cr
2
O
7
+ H
2

SO
4
3CH
3
-CHO + Cr
2
(SO
4
)
3
+ K
2
SO
4
+ H
2
O


3CH
3
-CH
2
-OH + K
2
Cr
2
O
7
+ 4H

2
SO
4
3CH
3
-CHO + Cr
2
(SO
4
)
3
+ K
2
SO
4
+ 7H
2
O


Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái
©

và

Võ Hồng Thái

25
Thí dụ 10:

0 +7 +4 +2
C
6
H
12
O
6

+ MnO
4
-
+ H
+
CO
2
+ Mn
2+
+ H
2
O

Chất khử

Chất oxi hóa



0 +4
5 6C - 24e
-

6C (Phản ứng oxi hóa )
(0) (+24)
+7 +2
24 Mn + 5e
-
Mn (Phản ứng khử )

5C
6
H
12
O
6
+ 24MnO
4
-
+ H
+
30CO
2
+ 24Mn
2+
+ H
2
O
5C
6
H
12
O

6
+ 24MnO
4
-
+ 72H
+
30CO
2
+ 24Mn
2+
+ 66H
2
O



Thí dụ 11:
+2 -1 +6 +3 +4
FeS
2
+ H
2
SO
4
(đ, nóng ) Fe
2
(SO
4
)
3

+ SO
2
+ H
2
O

Chất khử Chất oxi hóa


+2 +3
2Fe - 2e
-
2Fe
(+4) (+6)

-22e
-
-1 +4
4S - 20e 4S

(-4) (+6)

+6 +4
11 S + 2e
-
S

2FeS
2
+ 11H

2
SO
4
Fe
2
(SO
4
)
3
+ 15SO
2
+ H
2
O

2FeS
2
+ 14H
2
SO
4
Fe
2
(SO
4
)
3
+ 15SO
2
+ 14H

2
O



Thí dụ 12:


C
n
H
2n + 1
OH + K
2
Cr
2
O
7
+H
2
SO
4
CH
3
COOH + CO
2
+ Cr
2
(SO
4

)
3
+ K
2
SO
4
+ H
2
O

(
Cho biết số mol
CH
3
COOH và CO
2

tạo ra bằng nhau
)

Kết quả :

9 C
n
H
2n + 1
OH + 5n K
2
Cr
2

O
7
+ 20n H
2
SO
4


3n CH
3
COOH + 3n CO
2
+ 5n Cr
2
(SO
4
)
3
+ 5n K
2
SO
4
+ (23n +9) H
2
O
Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái
©

và

Võ Hồng Thái

26



Thí dụ 13:


C
x
H
y
O + KMnO
4
+ HCl CH
3
-CHO + CO
2
+ MnCl
2
+ KCl + H
2
O
(
Cho biết số mol giữa
CH
3
-CHO
với

CO2 là 1 : 1)


Kết quả :


15C
x
H
y
O + (2x+ 3y -6)KMnO
4
+ (6x +9y -18)HCl
5xCH
3
-CHO + 5xCO
2
+ (2x +3y -6)MnCl
2
+ (2x+3y -6)KCl + (-7x +12y -9)H
2
O



Thí dụ 14:


C

n
H
2n - 2
+ KMnO
4
+ H
2
O KOOC-COOK + MnO
2
+ KOH

Kết quả :


6C
n
H
2n - 2
+ (10n -4)KMnO
4
+ (4 -4n) H
2
O
3nKOOC-COOK + (10n -4)MnO
2
+ (4n -4)KOH



Thí dụ 15:

Zn + H
2
SO
4
(đ, nóng ) ZnSO
4
+ SO
2
+ H
2
S + H
2
O
(
Tỉ lệ số mol n
SO
2
: n H
2
S = a : b)

Kết quả :


(a+4b)Zn + (2a+5b)H
2
SO
4

(a+4b)ZnSO
4
+ aSO
2
+ bH
2
S + (2a+4b)H
2
O



Thí dụ 16:


K
2
SO
3
+ KMnO
4
+ KHSO
4
K
2
SO
4
+ MnSO
4
+ H

2
O

Kết quả :


5K
2
SO
3
+ 2KMnO
4
+ 6KHSO
4
9K
2
SO
4
+ 2MnSO
4
+ 3H
2
O


Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái
©

và

Võ Hồng Thái

27
Ghi chú

G.1. Phản ứng tự oxi hóa khử (Phản ứng tự oxi hóa tự khử) là một loại phản ứng oxi hóa
khử đặc biệt, trong đóï một chất vừa là chất oxi hóa vừa là chất khử và có sự cho,
nhận điện tử giữa các phân tử của cùng một chất. Nghĩa là phân tử chất này cho điện
tử (đóng vai trò chất khử) đến một phân tử khác của cùng chất ấy (đóng vai trò chất
oxi hóa). Trong thực tế thường gặp chỉ một ngun tố trong phân tử có số oxi hóa thay
đổi và hệ số ngun đứng trước phân tử tác chất này
≥
2.



Thí dụ
:

+4 +5 +2
3NO
2
+ H
2
O 2HNO
3
+ NO
Chất khử
Axit nitric Nitơ oxit

Chất oxi hóa (2 phân tử NO
2
cho điện tử, 1 phân tử NO
2
nhận điện tử)


+4 +3 +5
2NO
2
+ 2NaOH NaNO
2
+ NaNO
3
+ H
2
O
Chất oxi hóa i Natri nitrit Natri nitrat
Chất khử
(1 phân tử NO
2
cho điện tử, 1 phân tử NO
2
nhận điện tử)



0 0 +1 -1
H-CHO + H-CHO
t

0
, Xt
O=CH-CH
2
-OH

Chất khử
Chất oxi hóa
(2H-CHO)



G.2.
Phản ứng oxi hóa khử nội phân tử là một phản ứng oxi hóa khử đặc biệt, trong đó một
chất vừa là chất oxi hóa, vừa là chất khử và có sự cho, nhận điện tử ngay trong một
phân tử chất đó. Thường gặp hai ngun tố khác nhau trong phân tử có số oxi hóa
thay đổi. Nhưng cũng có trường hợp chỉ một ngun tố trong phân tử có số oxi hóa
thay đổi (ngun tử này cho điện tử và ngun tử của cùng ngun tố ấy trong cùng
phân tử nhận điện tử).



Thí dụ
:


+7 -2 +6 +4 0
2KMnO
4
t

0

K
2
MnO
4
+ MnO
2
+ O
2


Chất oxi hóa Kali manganat Mangan đioxit Oxi

Chất
khử (Mn nhận điện tử, O cho điện tử trong cùng phân tử KMnO4)



+6 -2 +6 +3 0
2 K
2
Cr
2
O
7

t
0

2K
2
CrO
4
+ Cr
2
O
3
+ 3/2O
2


Chất oxi hóa
Kali cromat Crom(III) oxit
Chất khử (Cr nhận điện tử, O cho điện tử trong cùng phân tử K2Cr2O7)

+5 -2 -1 0
2KClO
3

MnO
2
,

t
0

2KCl + 3O
2

Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái
©

và

Võ Hồng Thái

28

Chất oxi hóa

Chất khử

0 -1 +1
Cl
2
+ 2NaOH NaCl + NaClO + H
2
O

Chất oxi hóa
Natri clorua Natri hipoclorit
Chất
khử (Ngun tử Cl này cho điện tử và ngun tử Cl kia trong cùng phân tử Cl
2

nhận điện)


-2 -2 -3 -1

CH
2
= CH
2
+ H
2
O
H
3
PO
4
, t
0
, p
CH
3
-CH
2
-OH

Tâm oxi hóa T âm kh ử



Bài tập 10


Cân bằng các phản ứng oxi hóa khử sau đây theo phương pháp cân bằng điện
tử:

1) Fe
3
O
4
+ H
2
SO
4
(đ, nóng ) Fe
2
(SO
4
)
3
+ SO
2
+ H
2
O

2) Fe
x
O
y
+ H
2

t
0

Fe
n
O
m
+ H
2
O

3) Ca
3
(PO
4
)
2
+ SiO
2
+ C
t
0

P
4
+ CO + CaSiO
3


4) M
x
O
y

+ H
2
SO
4
(đ, nóng ) M
2
(SO
4
)
n
+ SO
2
+ H
2
O

5) NaCrO
2
+ Br
2
+ NaOH Na
2
CrO
4
+ NaBr + H
2
O

6) Zn + HNO
3

(l) Zn(NO
3
)
2
+ xNO
2
+ yNO + H
2
O

Bài tập 10’

Cân bằng các phản ứng sau đây theo phương pháp thăng bằng electron:


1) C
12
H
22
O
11
+ MnO
4
-
+ H
+
CO
2
+ Mn
2+

+ H
2
O

2) C
n
H
2n + 1
CHO +KMnO
4
+H
2
SO
4
CH
3
COOH + CO
2
+MnSO
4
+K
2
SO
4
+H
2
O
(
n
CH

3
COOH
: n
CO
2
= 1 : 1)

3) Zn + KNO
3
+ KOH K
2
ZnO
2
+ NH
3
+ H
2
O

4) Al + KNO
2
+ NaOH + H
2
O KAlO
2
+ NaAlO
2
+ NH
3

5) Na
2
SO
3
+ KMnO
4
+ NaHSO
4
Na
2
SO
4
+ MnSO
4
+ K
2
SO
4
+ H
2
O

6) C
n
H
m
O + KMnO
4
+ H

2
SO
4
CH
3
CHO + CO
2
+ MnSO
4
+ K
2
SO
4
+ H
2
O
(n
CH
3
CHO
: n
CO
2
= 1 : 1)