Bài giảng cân bằng oxi hóa khử

5/13/2013

Kiem tra 15 (Lam 2 trong 3 cau)
CN BNG OXI HểA KH

1. Tính pH để:
(a) Bắt đầu kết tủa Mg(OH)2 từ dung dịch MgCl2 0,01M.
(b) Mg(OH)2 kết tủa thực tế hoàn toàn, tức là sau khi kết tủa
[ Mg2+] = 10-5 M. Mg(OH)2 có tích số tan là 10-9,22.
2. Tính độ tan của PbS trong nước ; Khi tính kể đến sự tương tác
của ion S2- với ion H+ của nước. H2S có pK1 = 7, pK2 = 15.
PbS có tích số tan tương ứng là 6,8.10-29.
3. Nồng độ của dung dịch NH3 phải bằng bao nhiêu để hoà tan
hết 0,01 mol AgCl trong 100 ml dung dịch. Biết AgCl có T =
10-9,75 các phức bạc amonicat có các hằng số tạo phức tổng
công là: 10 2,32 ; 107,24.

5/13/2013

1

5/13/2013

2

1


5/13/2013

KHÁI NIỆM PHẢN ỨNG OXI HÓA – KHỬ

PHẢN ỨNG OXI HOÁ KHỬ

“Phản ứng oxi hoá-khử là phản ứng giữa chất oxi hoá, có khả năng nhận electron
và chất khử có khả năng cho electron”.
Trong phản ứng oxi hoá - khử có sự cho và nhận electron nên có sự thay đổi số

- KHÁI NIỆM PHẢN ỨNG OXI HÓA-KHỬ

oxi hoá của các chất tham gia phản ứng.

- THẾ OXI HOÁ-KHỬ, PHƯƠNG TRÌNH NERNST

Ví dụ:
Ce4+ +

- NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI THẾ OXI HOÁ-KHỬ

Fe2+

=

Ce3+

+

Fe3+

- HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA PHẢN ỨNG OXI HOÁ-KHỬ

5/13/2013

3

5/13/2013

4

2


5/13/2013

Thế oxi hoá khử



Cốc 1: dung dịch CuSO4, nhúng điện cực Cu;
Cốc 2: dung dịch ZnSO4 nhúng điện cực Zn.

Các phản ứng oxi hoá khử là gì?



5/13/2013

5

Hai dung dịch tiếp xúc qua cầu muối. Khi nối các
điện cực xuất hiện dòng điện chạy theo chiều

nào?

5/13/2013

6

3


5/13/2013

KHÁI NIỆM PHẢN ỨNG OXI HÓA – KHỬ

THẾ OXI HÓA- KHỬ- Xác định chiều
phản ứng

Zn – e = Zn2+
Cu2+ + e = Cu + SO42Zno + Cu2+ = Cuo + Zn2+



 Cực Cu: nhận electron, chất oxi hoá; Cực Zn: cho electron,
chất khử.
 Chiều di chuyển e: từ cực kẽm Zn sang cực Cu; Chiều dòng
điện: từ cực Cu sang cực Zn

Tại sao phản ứng xảy ra theo chiều
Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+
5/13/2013

7





Thế oxi hoá-khử: thước đo mức độ oxi hoá-khử của một
cặp bất kỳ, còn gọi là cường độ oxi hoá-khử.
Chất có thế oxi hoá-khử cao: chất oxi hoá mạnh; chất
khử yếu
Chất có thế oxi hoá-khử thấp: chất oxi hoá yếu, chất
khử mạnh;
Để xác định chiều phản ứng giữa 2 cặp oxi hoá khử:
So sánh 2 thế oxi hoá khử, chất nào có thế oxi hoá-khử
cao đóng vai trò chất oxi hoá còn chất nào có thế oxi
hoá-khử thấp đóng vai trò chất khử.

5/13/2013

8

4


5/13/2013

Thế oxi hoá-khử tiêu chuẩn E0


Thế oxi hoá khử tiêu chuẩn: thế đo được trong điều kiện

tiêu chuẩn, nồng độ các chất tham gia phản ứng bằng
đơn vị



Kí hiệu: E0ox/Kh:



Cho biết cường độ oxi hoá khử của chất



Xem bảng thế oxi hoá khử tiêu chuẩn cho biết chất nào
là chất oxi hoá mạnh, chất nào là chất khử mạnh?



Từ bảng trên cho biết kim loai nào phản ứng được với
axit sinh ra H2?

5/13/2013

9

5/13/2013

10

5

5/13/2013

THẾ OXI HÓA – KHỬ, PHƯƠNG TRÌNH NERNST

Phương trình Nernst: tính thế oxi hoá-khử


Trong điều kiện không phải tiêu chuẩn,
tính thế oxi hoá khử như thế nào?

E = E0ox/kh +

Trong dung dịch rất loãng, hệ số hoạt độ gần bằng1, nên:

 Thay

đổi nhiệt độ
 Thay đổi p
 Thay đổi nồng độ các chất oxi hoá; khử

E = E0ox/kh + 0,059/n log([Ox]/[Kh])
Trong đó:

E
E

 Sử dụng phương trình Nernst!

5/13/2013

RT aox
ln
nF akh

11

5/13/2013

: thế của cặp oxi hoá khử nghiên cứu
0
ox/kh

: là thế ox-kh tiêu chuẩn

n

: số electron trao đổi

R
T

: hằng số khí (8,3144)
: nhiệt độ tuyệt đối
12

6

5/13/2013

Bài tập

Thế oxi hoá khử tiêu chuẩn điều kiện

Tính thế của:
a) Dung dịch chứa Fe3+ có nồng độ là 0.1M và Fe2+ có
nồng độ là 0.01M. Cho E0 của cặp Fe3+/Fe2+ là 0.77V.



b) Dung dịch chứa KMnO4 có nồng độ là 0.01M và Mn2+ là
0.02M và pH = 3.8. Cho E0 của cặp KMnO4/Mn2+ là 1.55
V.
c) Khi thêm 50mL dung dịch Fe2+ 0.1M vào 1L dung dịch ở
truờng hợp (b).

5/13/2013

13

Các yếu tố ảnh huởng đến thế oxi hoá
khử
 pH
 Tác

nhân tạo phức (với chất oxi hoá/khử)
 Tác nhân tạo kết tủa (với chất oxi hoá/khử)
Trong các điều kiện này, sử dụng thế oxi hoá khử

tiêu chuẩn điều kiện

5/13/2013

14

7


5/13/2013

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN THẾ OXI HÓA – KHỬ

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN THẾ OXI HÓA – KHỬ

* Ảnh hưởng của axit
a) H+ tham gia vào phản ứng oxi hoá khử
Ví dụ:
Cho EAsO43-/AsO33- = 0,57V;
EI2/2I- = 0,54V
 AsO43- phản ứng với I2
tuy nhiên khi thay đổi nồng độ H+, phản ứng chạy theo
chiều ngược lại, I- oxi hoá được AsO33-.
5/13/2013

15

Xét cặp AsO43-/AsO33- :
AsO43- + 2 H+ + 2e = AsO33- + H2O
Phương trình Nernst được viết:

3

E = Eo AsO

4

3-

/AsO33

-

+

0,059 [ AsO4 ].[H  ]2
log
3
2
[ AsO3 ]

Thế tiêu chuẩn là thế tại đó nồng độ các chất bằng 1M:
[AsO43-] =[ AsO33-] = 1M
Nếu nồng độ H+ =10-8 , khi đó thế tiêu chuẩn điều kiện:
E = 0,57 + 0,059/2.log(10-8)2 = 0,11V
Với điều kiện này, I2 oxi hoá được asenit thành asenat.
5/13/2013

16

8

5/13/2013

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN THẾ OXI HÓA – KHỬ

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN THẾ OXI HÓA – KHỬ

* Ảnh hưởng của chất tạo phức :

b) Ảnh hưởng của môi trường axit

Xét cặp Fe3+/Fe2+

+

- Trong một số trường hợp, ion H không trực tiếp
tham gia vào phản ứng ox-kh nhưng tạo môi
trường axit, cụ thể là loại axit lại ảnh hưởng nhiều
0

4+

đến thế ox-kh. VD E của cặp Ce /Ce

3+

tại các

MT axit khác nhau.

Fe3+ +e = Fe2+ → E = EoFe3+/Fe2+ + 0,059 log

[ Fe 3 ]
(1)
[ Fe 2 ]

Khi có F- :
Fe2+ -e

=

Fe3+ ; Fe3+ + 6F- = FeF633

Fe2+ + 6F- -e = FeF63- → E = E’oFeF6/Fe2+ + 0,059 log
Mặt khác:

FeF =
6

3-

[ FeF6 ]
[ Fe 2  ].[ F  ] 6

(2)

3

[ FeF6 ]

[ Fe 3 ].[ F  ] 6

--> [FeF63-]/[F-]6 = FeF63-.[Fe3+]
5/13/2013

17

5/13/2013

18

9


5/13/2013

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN THẾ OXI HÓA – KHỬ

Phương trình Nernst viết cho cặp Fe3+/Fe2+ khi có chất tạo
phức là:
E = E’oFeF6/Fe2+ + 0,059 log

3

[ Fe ]
. FeF 6
[ Fe 2  ]

(2’)

Lấy1 trừ đi 2’ ta có:
E’oFe3+/Fe2+ = Eo Fe3+/Fe2+ +0,059 log 1/FeF63-

Ảnh hưởng của phản ứng kết tủa?
Giải thích tại sao Cu2+ lại có thể oxi hoá
được I- mặc dù E0Cu2+/Cu+= 0.17V còn E0I2/I= 0.54V?
 Cho tích số tan của CuI là 10-12.


Thay Eo Fe3+/Fe2+ và FeF63- vào ta có:
E= 0,77V+0,059.(-16) = -0,174V
Kết luận: Khi có chất tạo phức, thế ox-kh của cặp Fe3+/Fe2+
giảm đáng kể.
5/13/2013

19

5/13/2013

20

10


5/13/2013

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN THẾ OXI HÓA – KHỬ

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN THẾ OXI HÓA – KHỬ

* Ảnh hưởng của phản ứng kết tủa
Khi có chất kết tủa phản ứng với chất oxi hoá-khử, thế oxi hoá-khử bị ảnh

Mặt khác [I-] có thể tính từ tích số tan:
[I-] = TCuI/[Cu+]

hưởng, gọi là thế oxi hoá-khử tiêu chuẩn điều kiện. Chiều của phản ứng có thể
thay đổi.

Phương trình Nernst được viết lại là:

Ví dụ: trường hợp Cu2+, khi không có I- phương trình Nernst được viết:
E = Eo Cu2+/Cu+

[Cu 2 ]
+ 0,059log
[Cu  ]

E = E’o Cu

(1)

Khi có mặt I- các phản ứng như sau:
Cu

+

I

-

+ 0,059log

E’o CuI/Cu = Eo Cu
+

= CuI

Thay E

Cu2+ + I- +e = CuI

o

2+

+

Cu /Cu

[Cu 2  ].TCuI
[Cu  ]

(2)

21

5/13/2013

2+

/Cu+

- 0,059logT CuI

= 0,17V và TCuI = 10-12 ta có:

E’o Cu

→ E = E’o Cu2+/CuI + 0,059log [Cu2+].[I-]
5/13/2013

/Cu+

Lấy (1) trừ đi (2) ta có:

Cu2+ + e = Cu+
+

2+

2+

/Cu+

= 0,88V
22

11

5/13/2013

THẾ OX-KH CỦA CẶP KHÔNG LIÊN HỢP

THẾ CẶP OXOX-KH KHÔNG LIÊN HỢP

Ví dụ: Trộn 50 ml dung dịch Ce4+ 0,1M với 50 ml dung

5/13/2013

1. Viết phương trình phản ứng

dịch Fe2+ 0,05M, tính thế của dung dịch.

2. Tính nồng độ các chất sau phản ứng

Giải: Sau phản ứng, chất oxi hoá dư, thế của dung dịch

3. Tính thế theo cặp nào còn dư sau phản ứng

được tính theo phương trình

4. Nếu không dư (phản ứng vừa đủ) : tính theo 2
cặp rồi cộng lại (để triệt tiêu nồng độ).

E = EoCe

Lưu ý: nếu hệ số của phản ứng không bằng
nhau, phải nhân hệ số trước khi cộng thế.

E = 1,44V +

4+

23

5/13/2013

/Ce3+

+ 0,059log

[Ce4 ]
[Ce3 ]

0,059 log 1 = 1,44V

24

12


5/13/2013

THẾ OX-KH CỦA CẶP KHÔNG LIÊN HỢP

THẾ OX-KH CỦA CẶP KHÔNG LIÊN HỢP

4+

Ví dụ: Trộn 50 ml dung dịch Ce 0,05M với 50 ml dung dịch
Fe2+ 0,1M, tính thế của dung dịch.
Giải: sau phản ứng, Fe2+ dư, thế của dung dịch như sau:

Ví dụ: Khi trộn 50 ml dung dịch Ce4+ 0,1M với 50 ml dung dịch Fe2+
0,1M, tính thế của dung dịch sau khi trộn.
Giải: Các bán phản ứng:

[Fe3 ]
E = E Fe3+/Fe2+ + 0,059log 2
[Fe ]

Ce4+ + e = Ce3+; E = EoCe

4+

o

Fe3+ + e = Fe2+; E = EoFe

3+

E = 0,77V + 0,059 log 1 = 0,77V

2E = EoCe

Cộng:

4+

+ EoFe

3+

/Fe2+

/Fe2+

+ 0,059 log

Theo bảo toàn khối lượng:

[Ce4+] =[Fe2+]

5/13/2013

/Ce3+

+ Eo Fe3+/Fe2+;

→

E

[Ce 4 ]
[Ce 3 ]

+ 0,059log

[Ce3+]= [Fe3+]

4+

25

/Ce3+

+ 0,059log

Theo ĐL bảo toàn e-:

2E = Eo Ce
5/13/2013

/Ce3+

[ Fe 3 ]
[ Fe 2 ]

[Ce 4  ].[ Fe 3 ]
[Ce 3 ].[ Fe 2  ]

E oCe 4 /Ce3  E oFe3 /Fe2
2

26

13

5/13/2013

THẾ OX-KH CỦA CẶP KHÔNG LIÊN HỢP
Giải: Có các bán phản ứng:
MnO4- +5e + 8H+ = Mn2+ +4 H2O

THẾ OX-KH CỦA CẶP KHÔNG LIÊN HỢP

E = Eo MnO

4

/Mn2+

+0,059/5log

[ MnO4 ].[ H  ]8
[ Mn 2 ]

(1)

Fe3+ + e = Fe2+

Ví dụ: Lấy 50 ml dung dịch MnO4- 0,02M trộn với 50 ml dung dịch
Fe2+ nồng độ 0,1M. Nồng độ H+ luôn bằng 1M. Tính thế củ dung dịch
sau phản ứng.

-

E= Eo Fe

3+

[ Fe 3 ]
[ Fe 2 ]

+ 0,059log

/Fe2+

(2)

Nhân (1) với 5 rồi cộng với (2) ta có:


6E = 5EoMnO

4

-

/Mn2+

+ Eo Fe

3+

/Fe2+

+ 0,059 log

Theo định luật bảo toàn electron:
Theo định luật bảo toàn khối lượng:
Do đó:
6E = 5EoMnO4-/Mn2+ + EoFe

3+

5/13/2013

27

5/13/2013

--> E 

5E

o
MnO4 / Mn 2 

E

6

o
Fe 3 / Fe 2 

[ MnO4 ].[ Fe 3 ]

[ Mn 2  ][ Fe 2  ]

5[Mn2+] = [Fe3+]
5[MnO4-] = [ Fe2+]
/Fe2+

--> E=

5 x1,52  0,77
=1,396V
6

28

14


5/13/2013

THẾ OX-KH CỦA CẶP KHÔNG LIÊN HỢP
THẾ OX-KH CỦA CẶP KHÔNG LIÊN HỢP

Cr2O72-+6e +14H+ =2Cr3+ +7 H2O

Ta có:

2

E = EoCr O
2

Ví dụ: Trộn 50 ml dung dịch K2Cr2O7 0,02M với 50 ml dung
dịch Fe2+ 0,12M; cho nồng độ H+ = 1M.

7

2-

/2Cr3+

+

[Cr O ].[H  ]14
0,059
log 2 7 3 2
6
[Cr ]

Fe3+ + e = Fe2+
E = EoFe

3+

/Fe2+

+ 0,059log

[ Fe 3 ]
[ Fe 2 ]
2

→ 7E = 6EoCr O
2

7

2-

/2Cr3+

+ EoFe

3+

/Fe2+

+ 0,059log

[Cr2 O7 ].[ Fe 3 ]
[Cr 3 ] 2 .[ Fe 2  ] 2

Theo định luật bảo toàn electron: [Fe3+] = 3[Cr3+] --> [Cr3+]=[Fe3+]/3
Theo định luật bảo toàn khối lượng: [Fe2+] = 6[Cr2O72-] --> [Cr2O72-]=[Fe2+]/6
3
[ Fe 2  ] [ Fe 3 ].9
=
2[ Fe 3 ]
6[ Fe 3 ] 2 [ Fe 2  ]

7E = 6EoCr O

2

5/13/2013

29

5/13/2013

7

2-

/2Cr3+

+EoFe

3+

/Fe2+

+0,059log

3
2[ Fe 3 ]

30

15

5/13/2013

HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA PHẢN ỨNG OX-KH

aOx1 +b Kh2 = aKh1 + bOx2

HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA PHẢN ỨNG OX-KH

Kh1 a .Ox 2 b
K
Ox1 a. Kh2 b

Khi:
Eoox +

Viết các phương trình Nernst riêng cho từng cặp:
Đối với cặp oxi hóa:
aOx1 + ne = a Kh1
Eox =

Eoox

[Ox1 ] a
0,059
+
log
n
[ Kh1 ] a

bOx2 + ne = b Kh2

5/13/2013

[Ox 2 ] b
0,059
log
n
[ Kh2 ] b

[Ox 2 ] b [ Kh1 ] a
0,059
log
n
[Ox1 ] a [ Kh2 ] b

--> Eoox - Eokh =

0,059
log K
n

n( E o ox  E o kh )
0,059

K= 10X

trong đó: x =
5/13/2013

Ekh

--> Eoox - Eokh =

Có thể viết:
31

=

[Ox1 ] a
[Ox 2 ] b
0,059
0,059
= Eokh +
log
log
a
n
n
[ Kh1 ]
[ Kh2 ] b

--> LogK =

Đối với cặp khử:

Ekh = Eokh +

Eox

n( E o ox  E o kh )
0,059

32

16


5/13/2013

Tóm tắt
1. Thế oxi hóa – khử, phương trình Nersnt:
E = E0ox/kh + 0,059/n log([Ox]/[Kh])
2. Khi có ảnh hưởng của pH, chất tạo phức, kết tủa:
phải tính thế oxi hóa – khử điều kiện
3. Thế oxi hóa – khử của cặp không liên hợp:
- Viết phương trình phản ứng
- Tính nồng độ các chất sau phản ứng
- Tính thế theo cặp nào còn dư sau phản ứng
- Nếu không dư (phản ứng vừa đủ) : tính theo 2 cặp
rồi cộng lại (để triệt tiêu nồng độ).
* Lưu ý: nếu hệ số của phản ứng không bằng nhau,
phải nhân hệ số trước khi cộng thế.
4. Hằng số cân bằng của phản ứng:
K= 10X n( E o ox  E o kh )
trong đó: x =
5/13/2013
0,059

33

17