Chuyên đề: PHẢN ỨNG OXI HOÁ - KHỬ ppt

Chuyên đề: PHẢN ỨNG OXI HOÁ - KHỬ
I. ĐỊNH NGHĨA:
Định nghĩa1: Phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng trong đó có sự trao đổi electron giữa các chất tham gia phản
ứng.
- chất ở đây được hiểu theo nghĩa rộng: có thể là nguyên tử, phân tử hay ion.
Định nghĩa2: phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng có sự thay đổi số oxi hoá của một số nguyên tố.
- Nói chung trong đa số trường hợp nên sử dụng ĐN2 để xét một phản ứng có phải là phản ứng oxi hoá - khử hay
không.
II. SỐ OXI HOÁ:
Định nghĩa: Số oxi hoá là điện tích của nguyên tố trong phân tử, nếu giả định liên kết trong phân tử là liên kết
ion.
Các quy tắc tính số oxi hoá:
Quy tắc 1: Trong đơn chất số oxi hoá của nguyên tố bằng không. lưu ý: liên kết giữa 2 nguyên tử cùng một
nguyên tố không tính số oxi hoá.
Quy tắc 2: Trong hợp chất, tổng số oxi hoá của các nguyên tử bằng không.
Vd: trong phân tử SO
2
: Số oxi hoá của S + 2.Số oxi hoá của O = 0.
Quy tắc 3: Trong ion đơn nguyên tử số oxi hoá của nguyên tố bằng điện tích của ion đó.
Quy tắc 4: Trong ion đa nguyên tử, tổng số oxi hoá của các nguyên tử bằng điện tích ion đó.
Hệ quả quan trọng: Trong hợp chất:
- số oxi hoá của O thường là - 2, H là + 1.
- Số oxi hoá của kim loại bằng hoá trị của kim loại nhưng có dấu “+”.
- Số oxi hoá của các nguyên tử trung tâm một số ion thường gặp :
6 5 3
2 |
4 3 4
S O , N O , N H
  
  
.

III. CÂN BẰNG PHẢN ỨNG OXI HOÁ - KHỮ:
Phương pháp thăng bằng electron:
Nguyên tắc: Số electron chất khử nhường = Số electron của chất oxi hoá nhận.
Phương pháp: có 5 bước:
Bước 1: - Ghi số oxi hoá của các nguyên tử có số oxi hoá thay đổi.
VD:
0 5 3 4
3 3 3 2 2
Fe H N O Fe(NO ) N O H O.
  
   
Bước 2: - Xác định chất oxi hoá và chất khử.
chất có số oxi hoá tăng là chất khử. Chất có số oxi hoá giảm là chất oxi hoá.
Với VD trên: - Chất oxi hoá là
5
N

trong HNO
3
.
- Chất khử là
0
Fe
.
Bước 3: - Viết sơ đồ quá trình nhường và nhận electron.
Với VD trên:
Quá trình nhường electron: Fe


3

Fe

+ 3e.
Quá trình nhận electron:
5 4
N 1e N
 
 
.
Lưu ý: số e nhường hoặc nhận = số oxi hoá lớn – số oxi hoá bé.
Bước 4: - Cân bằng số electron cho và electron nhận.

1x

3x
Bước 5: - Đưa hệ số vào phản ứng.
Theo thứ tự sau:
- Hệ số của chất oxi hoá và chất khử(kim loại, sản phẩm khử).
- Cân bằng gốc axit(cân bằng N, S trong gốc ).
- Cân bằng H
2
O(cân bằng H).
Bước 6: - Kiểm tra số nguyên tử oxi 2 vế của phản ứng.
Các thí dụ:
a) Cu + HNO
3
 Cu(NO
3
)
2

+ NO + H
2
O.
b) Fe + HNO
3
 Fe(NO
3
)
3
+ NO + H
2
O.
c) Fe + H
2
SO
4
 Fe
2
(SO
4
)
3
+ SO
2
+ H
2
O
d) Mg + HNO
3
 Mg(NO

3
)
2
+ N
2
+ H
2
O.
e) Al + HNO
3
 Al(NO
3
)
3
+ N
2
O + H
2
O.
f) Ca + H
2
SO
4
 CaSO
4
+ H
2
S + H
2
O.

g) Zn + HNO
3
 Zn(NO
3
)
2
+ NH
4
NO
3
+ H
2
O.
h) MnO
2
+ HClđặc  MnCl
2
+ Cl
2
+ H
2
O
i) KMnO
4
+ HCl  KCl + MnCl
2
+ Cl
2
+ H
2

O.
IV. CÁC DẠNG PHẢN ỨNG OXI HOÁ - KHỬ ĐẶC BIỆT:
a. Phản ứng có nhiều nguyên tố thay đổi số oxi hoá trong cùng một phân tử:
Dạng này thường gặp khi cho hợp chất sunfua(S) tác dụng với chất oxi hóa mạnh như HNO
3
, H
2
SO
4
…
Ví dụ:
+2 -2 +5 +3 +4 +6
3 3 3 2 2 4 2
FeS + H N O Fe(NO ) + N O +H S O + H O


ở đây có 2 nguyên tố nhường e là Fe và S, nếu ta cân bằng theo pp thăng bằng e thì gặp khó khăn và dễ sai. Vì
vậy đối với những bài toán dạng này ta cân bằng bằng phương pháp phân tử-electron.
Với phản ứng trên:
Quá trình nhường e:
3 6
FeS Fe S n.e
 
   .
Vì trong bán phương trình thì nguyên tố và điện tích hai vế phải bằng nhau, trong bán phản ứng trên số nguyên tố
hai bên đã bằng nhau nên ta chỉ cần cân bằng điện tích, ở vế trái(FeS) điện tích bằng không, vế phải(Fe
+3
và S
+6
)

có tổng điện tích dương là +9, do đó để tổng điện tích ở vế phải bằng không thì phải có 9e
-
cộng vào. Hay
Số e nhường = tổng điện tích dương  n=9.
Sau đó ta viết quá trình nhận e của N
+5
và tiến hành cân bằng như các phản ứng đã học.
3 6
5 4
FeS Fe S 9.e
N e N
 
 
  
 

+2 -2 +5 +3 +4 +6
3 3 3 2 2 4 2
FeS + 12H NO Fe(NO ) + 9N O +H S O + 5H O


Các thí dụ:
a.
2 3 3 2 4 2
FeS HNO3 Fe(NO ) NO H SO H O
    

b.
2 3 3 3 4 2 4 2
As S HNO H AsO NO H SO H O

    

c.
2 2 2 3 2
FeS O Fe O SO
  
b. Phản ứng có sự thay đổi số oxi hoá của một nguyên tố thành nhiều nấc:
Dạng này thường gặp khi cho kim loại tác dụng với HNO
3
.
ví dụ:
3 3 3 2 2
Al HNO Al(NO ) NO N O H O
    
0 3
5 4
Fe Fe 3e.
N 1e N

 
 
 
1.


9.

Nhận xét: loại phản ứng này phụ thuộc vào tỉ lệ số mol sản phẩm khử mà phương trình sẻ có bộ hệ số cân
bằng khác nhau, vì vậy để cân bằng phản ứng này thường có u cầu kèm theo tỉ lệ số mol giữa các sản phẩm
khử, nếu khơng có tỉ lệ này thì bài tốn có vơ số bộ hệ số cân bằng khác nhau.

Phương pháp cân bằng: Viết q trình nhận e tạo ra cả hai sản phẩm khử theo đúng tỉ lệ mà đề u cầu:
Với thí dụ trên
Nếu tỉ lệ NO:NO
2
=2:1 ta có
0 3
5 2 1
2
14
Al Al 3e
3
4N 14e 2N N

  

 

  

0 5 3 3 1
2
3 3 3 2
14Al 64H NO 14Al(NO ) 6 N O 3N O 32H O
   
    
Chú ý: nếu bài tốn gặp dạng này thì chúng ta nên tách thành hai phản ứng thì bài tốn trở nên đơn giản hơn.
Ví dụ: Cho 54 gam Al tác dụng hết với dung dịch HNO
3
thu được V lít (đktc) hỗn hợp khí gồm NO và N
2

O có tỉ
lệ số mol NO:N
2
O=2:1. Tính V? Biết phản ứng khơng tạo NH
4
NO
3
.
Giải:
C1: viết phương trình dạng tổ hợp cả hai sản phẩm khử theo đúng tỉ lệ. Với bài trên vì tỉ lệ của bài ra đúng theo
phương trình (1) nên ta có thể tính theo phương trình (1)
0 5 3 3 1
2
3 3 3 2
14Al 64H N O 14 Al(NO ) 6 N O 3N O 32H O
14 6 3
2mol x y
   
    
             

Ta tính được :
2
2 6
0 857
14
2 3
0 429
14
1 286

1 286 22 4 28 8
  
  
  
 
NO
N O
.
n x , mol
.
n y , mol
Sốmol hổnhợpkhí :nhh x y , mol
Vậy thểtíchhổn hợpkhí là:V , . , , lít

Cách 2: Viết hai phương trình tách riêng:
3 3 3 2
Al 4HNO Al(NO ) NO 2H O
x x
   
            


3 3 3 2 2
8Al 30HNO 8Al(NO ) 3N O 15H O
8
x y
3
   
             

Với:
6
2 1
9
7
8
3
7
2
3
7
9
22 4 22 4 28 8
7





 
    
 
  
 




  
Al

x : y :
x
sốmol hổnhợpkhí x y
x y n
y
Thểtíchhổn khí là:V nhh. , . , , lít

c. Phản ứng có hệ số bằng chữ:
Đây là dạng phản ứng tổng qt, trong đó một trong các chất chưa được xác định rõ cơng thức:
Ví dụ:
M + HCl  MCl
n
+ H
2

ở đây M, MCln chưa xác định.
Phương pháp cân bằng, quan trọng nhất là đưa ra được số oxi hóa của ngun tố thay đổi số oxi hóa.
Với thí dụ trên:
0
0
2
2
2 2


 
 
n
.
M M n.e

n.
H .e H

2M + 2nHCl  2MCl
n
+ nH
2
.
Các thí dụ:
a. Mg + HNO
3
 Mg(NO
3
)
3
+ NxOy +H
2
O.
b. FexOy + H
2
SO
4
đặcFe
2
(SO
4
)
3
+SO
2

+H
2
O.
d. Phản ứng khơng xác định rõ mơi trường:
Ví dụ:
KHSO
3
+ KMnO
4
+ KHSO
4
K
2
SO
4
+ MnSO
4
+ H
2
O
Phương pháp:
B1: dùng pp e cân bằng chất oxi hóa và chất khử.
B2: dùng pp đại số tìm hệ số của các chất còn lại.
Với ví dụ trên:
4 6
7 2
5
2
2
5

.
S S .e
.
M n .e M n
 
 
 
 

Đưa hệ số chất oxi hóa và chất khử vào ta được:
+4 +7 +6 +2
3 4 4 2 4 4 2
5KH SO + 2K M nO + KHSO K SO + 2M nSO +
H O


Còn lại hệ số của KHSO
4
, K
2
SO
4
, H
2
O thì ta khơng có “cơ sở” nào để cân bằng(vì ta khơng xác định được S
+6

trong K
2
SO

4
là của KHSO
3
hay KHSO
4
). Vì vậy để cân bằng dạng này ta áp dụng thêm pp đại số: đặt hệ số các
chất còn lại là ẩn a, b, c ta có
+4 +7 +6 +2
3 4 4 2 4 4 2
5KH SO + 2K M nO + aKHSO bK SO + 2M nSO
+c H O

Dựa vào bảo tồn ngun tố:
Với K: 5+2+a=2b
Với S: 5+a=b+2
Với H: 5+a=2c
Tìm được a=1, b=4, c=3. Và được:
+4 +7 +6 +2
3 4 4 2 4 4 2
5KH SO + 2K M nO + KHSO 4K SO + 2M nSO +
3H O

e. Phản ứng oxi hố - khử trong hố học hữu cơ:
Để cân bằng các phản ứng oxi hóa khử trong hóa hữu cơ người ta thường viết cơng thức hợp chất hữu cơ dưới
dạng cơng thức phân tử, rồi tính số oxi hóa trung bình.
Ví dụ:
2 2 4 2 2 2 2
CH CH KMnO H O MnO CH OH CH OH KOH
      
Nếu để dưới dạng cơng thức cấu tạo như trên ta cũng cân bằng được nhưng hơi khó trong việc xác định số oxi

hóa, vì vậy ta chuyển thành dạng cơng thức phân tử thì dễ cân bằng hơn:
2 7 4 1
2 4 4 2 2 2 6 2
C H K MnO H O MnO C H O KOH
   
     

Rồi sau đó cân bằng như một phản ứng oxi hóa khử thông thường.
2 7 4 1
2 4 4 2 2 2 6 2
2 1
7 4
3 2 4 2 3 2
3
2 2 2
2
3
C H K MnO H O MnO C H O KOH
.
C C e
.
Mn e Mn
   
 
 
     
 
 

V. HOÀN THÀNH PHẢN ỨNG OXI HOÁ - KHỬ :

1. Một số chất oxi hóa thường gặp:
1.1. Axit: gồm axit loại I và axit loại II
1.1.1. Axit loại I là các axit mà tính oxi hóa chỉ do H
+
quyết định, gồm:HCl, H2SO4 loãng, HBr…
 Các axit loại I tác dụng được với các kim loại trước hiđro để giải phóng hiđrô.
 Fe tác dụng với axit loại I chỉ tạo Fe(II).
1.1.2. Axit loại II là các axit mà tính oxi hóa do nguyên tử trung tâm quyết định, gồm:

5
3
H NO

cả loãng và đặc, tính oxi hóa do N
+5
quyết định, tác dụng được với hầu hết kim loại(chỉ
trừ Au, Pt), phản ứng không giải phóng H
2
mà giải phóng sản phẩm khử chứa N có số oxi hóa
nhỏ hơn +5 như:NO
2
, NO, N
2
O, N
2
, NH
4
NO
3
.

Phản ứng chung:


6
2 4
H SO

đặc, tính oxi hóa do S
+6
quyết định, tác dụng được với hầu hết kim loại(chỉ trừ Au, Pt),
phản ứng không giải phóng H
2
mà giải phóng sản phẩm khử chứa S có số oxi hóa nhỏ hơn +6
như: SO
2
, S, H
2
S.

Lưu ý:
 Với HNO
3
đặc nóng thì thường giải phóng NO
2
, H
2
SO
4
đặc nóng thì thường giải phóng SO
2

.
 Fe tác dụng với axit loại II cho sản phẩm trong đó Fe có số oxi hóa +3.
 Fe và Al không tác dụng với HNO
3
đặc nguội và H
2
SO
4
đặc nguội.
 Không chỉ tác dụng với kim loại, axit loại II còn tác dụng được với nhiều chất khữ khác như: một
số phi kim(P, C, S, As…), hợp chất của sắt có số oxi hóa dưới +3(FeO, Fe
3
O
4
, FeS…), các chất
khử khác(HI, HBr…)…
1.1.3. Các thí dụ: hoàn thành các phản ứng sau:
a. Cho Fe tác dụng được với axit nitric loãng thu được dung dich A(chỉ chứa một muối và axit dư)chất khí
không màu hóa nâu ngoài không khí.
b. Cho Cu tác dụng với axit nitric đặc nóng.
c. Cho nhôm tác dụng với axit sunfuric đặc nguội.
d. Cho Mg tác dụng hết với dung dịch axit nitric loãng thu được dung dịch A và không thấy khí thoát ra.
e. Cho Zn tác dụng với dung dịch axit sunfuric đặc thấy có kết tủa màu vàng xuất hiện.
f. Cho Al tác dụng với axit nitric loãng thấy thu được dung dịch A(không chứa amoni nitrat) và hỗn hợp khí
X gồm hai khí không màu, bị hóa nâu ngoài không khí, tỉ khối hơi của X so với hiđro bằng 14,5.

1.2. Kalipemanganat(KMnO
4
): dạng tinh thể màu tím đậm, dễ tan trong nước cho dung dịch có màu tím.
KMnO

4
là chất oxi hóa mạnh, nhưng tính oxi hóa phụ thuộc vào môi trường.
NO
2
(nâu đỏ)
NO (ko màu hóa nâu ngoài kk)
M + HNO
3
 M(NO
3
)
n
+ N
2
O (ko màu nặng hơn kk) + H
2
O (*)
N
2
(ko màu nhẹ hơn kk)
NH
4
NO
3
(ko có h.t)
SO
2
(ko màu sốc)
M + H
2

SO
4
 M
2
(SO
4
)
n
+ S (kết tủa vàng) + H
2
O (**)
H
2
S (ko màu, mùi trứng thối)

Ví dụ:
FeSO
4
+ KMnO
4
+ H
2
SO
4

C
2
H
4
+ KMnO

4
+ H
2
O C
2
H
6
O
2
+ …
1.3. Oxi: oxi là một chất oxi hóa mạnh, oxi hóa được nhiều đơn chất và hợp chất
Oxi tác dụng với hầu hết kim loại(trừ Au, Pt) tạo oxit
M + O
2
 M
2
On
Ví dụ:
Mg + O
2
…(cháy rất sáng)
Na + O
2
 …
Fe + O
2
 …(sản phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ)
Oxi tác dụng với nhiều phi kim tạo oxit(trừ các halogen)
Ví dụ:
Ptrắng + O

2
 …
S + O
2
…
N
2
+ O
2

3000
o
C

…
Oxi tác dụng với nhiều chất khử khác(số oxi hóa thấp) như NH3, H2S, SO2, NO, FeS
Ví dụ:
NH
3
+ O
2
dư N
2
+ H
2
O.
NH
3
+ O
2

o
Pt,t

NO + H
2
O.
H
2
S + O
2
thiếu S + H
2
O.
H
2
S + O
2
dư  SO
2
+ H
2
O.
NOko màu + O
2
 NO
2
nâu.
1.4. Một số dạng phản ứng oxi hóa khử thường gặp:
Kim loại tác dụng với axit loại I.

M + nHX  MX
n
+ H
2
.
Điều kiện: Kim loại M phải đứng trước hiđro trong dãy điện hóa.
Kim loại tác dụng với axit loại II:
Kim loại tác dụng với axit nitric: theo (*)
Kim loại tác dụng với axit sunfuric: theo (**)
Một số phi kim tác dụng với axit loại II tạo thành axit cao nhất hoặc oxit cao nhất(nếu axit kém bền).
Ví dụ:
P + H
2
SO
4
 H
3
PO
4
+ SO
2
+H
2
O.
C + HNO
3
 CO
2
+ NO
2

+ H
2
O.
S + H
2
SO
4
 SO
2
+ H
2
O.
Các hợp chất của sắt có số oxi hóa nhỏ hơn 3 khi tác dụng với chất oxi hóa thì sắt chuyển lên số oxi hóa +3.
Ví dụ:
FeSO
4
+ KMnO
4
+H
2
SO
4
…
FeO + HNO
3
 … + NO + …
FeCl
2
+ Cl
2

…
Fe(OH)
2
trắng xanh + O
2
+ H
2
O  …
Fe(OH)
2
+ H
2
SO
4
đặc …
Fe(OH)
3
+ HNO
3

Các hợp chất sunfua tác dụng với axit loại II tạo thành SO
2
hoặc H2SO4
Ví dụ:
FeS
2
+ H
2
SO
4

đặc  + SO
2
+
FeS
2
+ HNO
3
 + NO
2
+

KMnO
4


t
rung tính

bazo

axit

Mn
2+
(màu h
ồ
ng nh
ạ
t)

MnO
2
(kết tủa đen)+KOH

K
2
MnO
4
(tan, màu xanh)