Tài liệu Chương II: Phản ứng oxi-hóa khử docx

Nhận gia sư môn Hóa Học cho mọi ñối tượng Tuyển tập bài giảng môn Hóa Học



Copyright © 2007 Lê Phạm Thành Cử nhân chất lượng cao Hóa Học – ðHSP
Phone: 0976053496 E-mail:
Trang 1/7

CHƯƠNG II. PHẢN ỨNG OXI HÓA – KHỬ


I. Số oxi hoá – cách tính số oxi hoá của các nguyên tố trong một chất hóa học
I.1. Số oxi hoá
Số oxi hoá của một nguyên tố trong hợp chất là số ñại số ñược xác ñịnh với giả thiết rằng mọi liên kết
hóa học trong phân tử hợp chất ñều là liên kết ion, nghĩa là cặp electron dùng chung của liên kết cộng hóa
trị cũng ñược coi là chuyển hẳn cho nguyên tử của nguyên tố có ñộ âm ñiện lớn hơn. Trong trường hợp
liên kết ñược tạo nên giữa hai nguyên tử như nhau ở trong phân tử của hợp chất cũng như của ñơn chất,
cặp electron dùng chung của liên kết cộng hóa trị ñược giả ñịnh là chia ñều cho hai nguyên tử ñó.
Nguyên tử mất electron có số oxi hoá dương, nguyên tử nhận electron có số oxi hoá âm và giá trị của
số oxi hoá bằng số electron mà nguyên tử mất hay nhận.
I.2. Cách xác ñịnh số oxi hoá
ðể xác ñịnh số oxi hoá của một nguyên tố cần dựa vào các quy tắc sau:
I.2.1.Trong hợp chất vô cơ
 Số oxi hoá của các nguyên tố trong ñơn chất bằng không. Vì các cặp electron chung hình thành
giữa các nguyên tử của cùng một nguyên tố nằm cách ñều hạt nhân của hai nguyên tử.
 Số oxi hoá của các kim loại luôn luôn có giá trị dương. Trong các hợp chất kiểu liên kết ion số oxi
hoá của các kim loại bằng ñiện tích các ion của chúng.
Ví dụ 1. NaCl, CuSO
4
, AlCl
3

số oxi hoá của natri, ñồng, nhôm lần lượt là +1, +2, +3.
 Trong ña số các hợp chất với phi kim, mức oxi hoá của hiñro bằng +1: HI, H
2
O, CH
4
…
 Ở các hiñrua kim loại số oxi hoá của hiñro bằng -1: NaH, CaH
2
, AlH
3
, …
 Số oxi hoá của oxi trong hầu hết các hợp chất bằng -2 (trừ các hợp chất với flo).
 Trong các hợp chất với flo, oxi có số oxi hoá dương.
Ví dụ 2. Trong phân tử OF
2
, oxi có số oxi hoá +2. Hai cặp electron chung chuyển dịch từ nguyên tử
oxi tới các nguyên tử flo âm ñiện hơn.
 Một số nguyên tử luôn thể hiện số oxi hoá không ñổi trong các hợp chất: Li, Na, K thể hiện số oxi
hoá không ñổi là +1; Be, Mg, Ca, Sr, Cd, Zn thể hiện số oxi hoá không ñổi là +2; Al thể hiện số oxi hoá
không ñổi là +3.
 Trong hợp chất tổng ñại số các số oxi hoá của tất cả các nguyên tố (tính ñến số nguyên tử) bằng 0.
Ví dụ 3. ðối với phân tử KMnO
4

Gọi số oxi hoá của Mn là x, ta có: 1 + x + 4.(-2) = 0 ⇒ x = +7

 ðối với các ion phức tạp, tổng ñại số các số oxi hoá của tất cả các nguyên tố (có tính ñến số
nguyên tử của chúng) phải bằng ñiện tích của ion.
Chú ý: ðể tính số oxi hoá của nhiều nguyên tố trong hợp chất (khi ñều chưa biết rõ số oxi hoá của
chúng) ví dụ FeS

2
, CuFeS
2
, …. khi ñó ta phải viết công thức cấu tạo của từng chất rồi áp dụng ñịnh nghĩa
ñể tính số oxi hoá của từng nguyên tố trong mỗi hợp chất.
Ví dụ 4. Phân tử FeS
2
Fe
S
-1
S
-1
+2

Ví dụ 5. Phân tử CaOCl
2
Ca
Cl
O
Cl
-1
+2
-2
+1

I.2.2. Cách tính số oxi hoá của cacbon trong hợp chất hữu cơ

Nhận gia sư môn Hóa Học cho mọi ñối tượng Tuyển tập bài giảng môn Hóa Học

Copyright © 2007 Lê Phạm Thành Cử nhân chất lượng cao Hóa Học – ðHSP
Phone: 0976053496 E-mail:
Trang 2/7
 Số oxi hoá của cacbon trong hợp chất hữu cơ bằng tổng ñại số oxi hoá của 4 liên kết của cacbon
với các nguyên tử nguyên tố khác.
 Cộng hoá trị của cacbon trong hợp chất hữu cơ ñều bằng 4 nhưng số oxi hoá của cacbon thường
khác 4 và mang dấu tuỳ thuộc nguyên tố liên kết với nó.
- Nếu cacbon liên kết với nguyên tử có tính kim loại hơn (Mg, H, …) thì số oxi hoá của cacbon là âm
- Nếu cacbon liên kết với nguyên tử phi kim (O, N, Cl,…) thì số oxi hoá của cacbon là dương
- Số oxi hoá trong liên kết C – C bằng 0.
 Có hai cách tính số oxi hoá của cacbon trong hợp chất hữu:
- Cách 1: Xác ñịnh theo công thức phân tử (giống như cách xác ñịnh ñối với hợp chất vô cơ).
- Cách 2: Xác ñịnh số oxi hoá của cacbon dựa vào công thức cấu tạo.
+ Xác ñịnh số oxi hoácủa từng nguyên tử cacbon dựa theo công thức cấu tạo
+ Trường hợp hợp chất có nhiều nguyên tử cacbon ta phải tính số oxi hoá trung bình của cacbon.
 Số oxi hoá trung bình của cacbon là trung bình cộng của số oxi hoácủa các nguyên tử của cùng một
nguyên tố cacbon trong phân tử.
Ví dụ 6. C
2
H
5
OH
C
C
H
H
H O
H
H

H
-2
-1-3


Vậy số oxi hoá trung bình của cacbon
2
2
)1()3(
−=
−+−
=
.
II. Phản ứng oxi hóa – khử
II.1. ðịnh nghĩa
Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học trong ñó có sự chuyển electron giữa các chất phản ứng
hay phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học trong ñó có sự thay ñổi số oxi hoá của một số nguyên
tố.
 Chất khử là chất nhường electron hay là chất có số oxi hoá tăng sau phản ứng. Chất khử còn gọi là
chất bị oxi hoá.
 Chất oxi hoá là chất nhận electron hay là chất có số oxi hoá giảm sau phản ứng. Chất oxi hoá còn
gọi là chất bị khử.
 Sự oxi hoá một chất là làm cho chất ñó nhường electron hay làm tăng số oxi hoá của chất ñó.
 Sự khử một chất là làm cho chất ñó nhận electron hay làm giảm số oxi hoá của chất ñó.
 Trong phản ứng oxi hóa – khử bao giờ cũng diễn ra ñồng thời sự oxi hoá và sự khử.

II.2. Phân loại phản ứng oxi hóa – khử
Phản ứng oxi hóa – khử có thể ñược phân thành một số loại sau:
1. Phản ứng oxi hóa – khử ñơn giản: là phản ứng trong ñó chất oxi hoá và chất khử khác nhau.
Ví dụ 7.

2Na + Cl
2
2NaCl
Zn + 2HCl ZnCl
2
+ H
2
0 0 +1 -1
0 +1 +2 0

2. Phản ứng tự oxi hóa – khử: là phản ứng trong ñó tác nhân oxi hoá và tác nhân khử là một nguyên tố
duy nhất (nguyên tố có số oxi hoá trung gian).
Ví dụ 8.
2Cl
2
+ 2NaOH NaCl + NaClO + H
2
O
4KClO
3
KCl + KClO
4
2NO
2
+ 2NaOH NaNO
3
+ NaNO
2
+ H
2

O
0 -1 +1
+5 -1 +7
+4 +5 +3

Nhận gia sư môn Hóa Học cho mọi ñối tượng Tuyển tập bài giảng môn Hóa Học



Copyright © 2007 Lê Phạm Thành Cử nhân chất lượng cao Hóa Học – ðHSP
Phone: 0976053496 E-mail:
Trang 3/7
3. Phản ứng oxi hóa – khử nội phân tử: là phản ứng trong ñó tác nhân oxi hoá và tác nhân khử là
những nguyên tố khác nhau nhưng cùng nằm trong một phân tử.
Ví dụ 9.
NaNO
3
2NaNO
2
+ O
2
KClO
3
2KCl + O
2
2KMnO
4
K
2
MnO

4
+ MnO
2
+ O
2
+5 -2 +3 0
+5 -2 -1 0
+7 -2 +6 +4 0
t
o
t
o
t
o

4. Phản ứng oxi hóa – khử phức tạp: là phản ứng trong ñó có nhiều nguyên tố thay ñổi số oxi hoá hoặc
có axit, kiềm, nước tham gia làm môi trường.
Ví dụ 10.
2KMnO
4
+ 10FeSO
4
+ 8H
2
SO
4
K
2
SO
4

+ 2MnSO
4
+ 5Fe
2
(SO
4
)
3
+ 8H
2
O
+7 +2 +2 +3

II.3. Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử
II.3.1. Nguyên tắc chung
“Tổng số electron của chất khử cho bằng tổng số electron của chất oxi hoá nhận” (ðịnh luật bảo toàn
electron): ∑e
nhường
= ∑e
nhận
Hay: tổng ñộ tăng số oxi hoá của chất khử bằng tổng ñộ giảm số oxi hoá của chất oxi hoá.

II.3.2. Phương pháp electron
Tiến hành theo 4 bước:
 Bước 1: Viết sơ ñồ phản ứng, xác ñịnh chất oxi hoá, chất khử (dựa vào sự thay ñổi số oxi hoá).
 Bước 2: Viết các nửa phương trình cho nhận electron. Tìm hệ số và cân bằng số e cho – nhận (ñể
tổng electron nhường = tổng electron nhận).
 Bước 3: ðưa hệ số tìm ñược từ các nửa phương trình cho nhận electron vào các chất khử, chất oxi
hoá tương ứng trong các phương trình phản ứng.
 Bước 4: Cân bằng chất không tham gia quá trình oxi hóa – khử (nếu có) theo trật tự sau: số nguyên

tử kim loại, gốc axit, số phân tử môi trường (axit hoặc kiềm) và cuối cùng là số lượng phân tử nước ñược
tạo thành. Kiểm tra kết quả.
Ví dụ 11. Cân bằng phương trình phản ứng:
Cu + HNO
3
Cu(NO
3
)
2
+ NO + H
2
O
0 +5 +2 +2

+ Bước 1: Từ sơ ñồ phản ứng ở trên và sự thay ñổi số oxi hoá của các nguyên tố ta thấy, Cu là chất
khử, HNO
3
là chất oxi hoá (
5+
N
).
+ Bước 2: Viết các nửa phương trình cho và nhận electron và tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số
electron do chất khử nhường bằng tổng số electron do chất oxi hoá nhận.
Cu - 2e Cu
N + 3e N
0 +2
+5 +2
(qu¸ tr×nh oxi hãa)
(qu¸ tr×nh khö)
3×

2×

+ Bước 3: ðưa hệ số tìm ñược từ các nửa phương trình vào phương trình phản ứng:
3Cu + 2HNO
3
3Cu(NO
3
)
2
+ 2NO + H
2
O

+ Bước 4: Cân bằng các chất không tham gia quá trình oxi hóa – khử, ta nhận thấy ngoài 2 phân tử
5+
N
tham gia phản ứng oxi hóa – khử thì còn có 6 nguyên tử
5+
N
không tham gia quá trình này mà chỉ ñi
vào muối nitrat (gốc
−
3
NO
) nên ở bên hệ số của HNO
3
chúng ta phải cộng thêm 6 nữa tức là hệ số bằng 8,
rồi ñặt 4 vào nước ñể cân bằng số nguyên tử H và kiểm tra lại thông qua nguyên tử O. Như vậy phương
trình ñã cân bằng là:
3Cu + 8HNO

3
3Cu(NO
3
)
2
+ 2NO + 4H
2
O

Ghi nhớ:
R1. Khi viết các nửa phương trình phản ứng biểu diễn quá trình oxi hoá và quá trình khử của từng
nguyên tố, cần theo ñúng chỉ số quy ñịnh của từng nguyên tố ñó. ðối với các phản ứng phức tạp việc lưu
ý các chỉ số như vậy là rất cần thiết.
Nhận gia sư môn Hóa Học cho mọi ñối tượng Tuyển tập bài giảng môn Hóa Học



Copyright © 2007 Lê Phạm Thành Cử nhân chất lượng cao Hóa Học – ðHSP
Phone: 0976053496 E-mail:
Trang 4/7
Ví dụ 12. Viết phương trình phản ứng xảy ra khi cho Al tác dụng với HNO
3
. Biết hỗn hợp khí thu
ñược gồm NO và NO
2
với tỉ lệ số mol là 1 : 3.
Giải:
Ta có quá trình nhường electron:
Al - 3e Al
0 +3

Quá trình nhận electron: do hỗn hợp bao gồm NO và NO
2
với tỉ lệ số mol là 1 : 3 nên ta có:
4N + 6e N + 3N
+5 +2 +4

ðặt các hệ số vào các quá trình nhường nhận electron sao cho tổng e nhường bằng tổng e nhận:
4N + 6e N + 3N
+5 +2 +4
Al - 3e Al
0 +3
1×
2×

Dùng các hệ số và cân bằng ta ñược:
2Al + 10HNO
3
2Al(NO
3
)
3
+ NO + 3NO
2
+ 5H
2
O

Nếu trong phản ứng trên chúng ta không chú ý tới tỉ lệ của NO và NO
2

thì vẫn cân bằng ñược phương
trình phản ứng, tuy nhiên phương trình phản ứng ñó không ñúng như ñầu bài yêu cầu (tỉ lệ số mol của
NO và NO
2
là 1: 1).
4Al + 18HNO
3
4Al(NO
3
)
3
+ 3NO + 3NO
2
+ 9H
2
O

R2. Hoặc khi cân bằng phương trình phản ứng có sự tham gia của chất khí (như H
2
, O
2
, Cl
2
,…) thì
cũng phải chú ý khi ñặt hệ số từ các quá trình cho nhận electron vào phương trình phản ứng.
Ví dụ 13. ðối với việc cân bằng quá trình trao ñổi electron của nguyên tố oxi chúng ta có thể tiến
hành theo 2 kiểu:
−
−−
− Kiểu 1: viết quá trình nhận electron của phân tử O

2

O
2
+ 4e 2O
0 -2

−
−−
− Kiểu 2: viết quá trình nhận electron của nguyên tử
O + 2e O
0 -2

Tuy nhiên, dù viết theo kiểu nào thì cũng phải chú ý ñến số nguyên tử trao ñổi electron, mà thực chất
là chú ý ñến số electron ñược trao ñổi (ñể ñảm bảo tổng electron nhường bằng tổng electron nhận), ñể khi
ñặt hệ số vào phương trình phản ứng không bị sai.
R3. Khi cân bằng, nếu trong một phân tử có ñồng thời nhiều nguyên tố thay ñổi số oxi hoá thì phải
cộng gộp các quá trình trao ñổi electron của chúng theo ñúng tỉ lệ nguyên tử của các nguyên tố trong
phân tử ñể thu ñược một quá trình trao ñổi electron lớn, và lấy quá trình lớn này ñem cân bằng electron
với các quá trình còn lại.
Ví dụ 14. Cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa – khử:
FeS
2
+ O
2
Fe
2
O
3
+ SO

2
+2 -1 0 +3 -2 +4 -2

Lúc này ta cần chú ý: cứ 1 mol FeS
2
phản ứng thì có 1 mol Fe và 2 mol S thay ñổi số oxi hoá, như vậy
ta viết gộp hai quá trình trao ñổi electron của Fe và S (có chú ý hệ số) thành một quá trình lớn:
Fe - e Fe
S - 5e S
+2 +3
-1 +4
1×
2×
FeS
2
- 11e Fe + 2S
+2 -1 +3 +4

Sau ñó dùng quá trình lớn này ñể cân bằng và xem nó là quá trình oxi hoá mới:
Nhận gia sư môn Hóa Học cho mọi ñối tượng Tuyển tập bài giảng môn Hóa Học



Copyright © 2007 Lê Phạm Thành Cử nhân chất lượng cao Hóa Học – ðHSP
Phone: 0976053496 E-mail:
Trang 5/7
FeS
2
- 11e Fe + 2S
O

2
+ 4e 2O
+2 -1 +3 +4
0 -2
4×
11×

Từ ñây ta ñưa các hệ số vào phương trình phản ứng và cân bằng:
4FeS
2
+ 11O
2
2Fe
2
O
3
+ 8SO
2
t
o

R4. ðối với phản ứng tạo ra nhiều sản phẩm (của sự oxi hoá hay sự khử), trong ñó có nhiều số oxi
hoá khác nhau thì có thể viết riêng từng phản ứng ñối với từng sản phẩm, rồi viết gộp lại sau khi ñã nhân
hệ số tỉ lệ theo ñề bài ra.
Ví dụ 15. Ta có thể làm lại ví dụ 12 như sau:
ðầu tiên ta viết riêng hai phản ứng tạo NO và NO
2
:
Al + 4HNO
3

Al(NO
3
)
3
+ NO + 2H
2
O
Al + 6HNO
3
Al(NO
3
)
3
+ 3NO
2
+ 3H
2
O

Vì tỉ lệ NO : NO
2
ở hai phương trình trên ñã là 1 : 3 nên ta chỉ cần cộng gộp lại là sẽ ñược phương
trình phản ứng tổng:
Al + 4HNO
3
Al(NO
3
)
3
+ NO + 2H

2
O
Al + 6HNO
3
Al(NO
3
)
3
+ 3NO
2
+ 3H
2
O
1×
1×
2Al + 10HNO
3
2Al(NO
3
)
3
+ NO + 3NO
2
+ 5H
2
O

R5. Luôn phải kiểm tra lại phương trình phản ứng sau khi cân bằng.

II.3.3. Phương pháp ion – electron

Cách cân bằng này chủ yếu áp dụng cho các phản ứng oxi hóa – khử xảy ra trong dung dịch, có sự
tham gia của môi trường (axit, bazơ, nước).
Khi cân bằng cũng áp dụng theo 4 bước như trên, nhưng các chất oxi hoá và chất khử ñược viết theo
nguyên tắc sau:
1. Nếu phản ứng có axit tham gia: Vế nào thừa O phải thêm H
+
ñể tạo H
2
O và ngược lại.
2. Nếu phản ứng có bazơ tham gia: Vế nào thừa O thì thêm H
2
O ñể tạo ra ion OH
-
và ngược lại.
3. Nếu phản ứng có nước tham gia:
 Sản phẩm phản ứng tạo ra axit, theo nguyên tắc 1.
 Sản phẩm phản ứng tạo ra bazơ, theo nguyên tắc 2.
4. Kiểm tra lại sự cân bằng ñiện tích và nguyên tố 2 vế.
Chú ý: Sự thay ñổi số oxi hoá của một số chất phụ thuộc vào môi trường phản ứng:
KMnO
4
K
2
MnO
4
MnO
2
Mn
2+
+7

+6
+4
+2
m«i tr−êng baz¬
m«i tr−êng axit
m«i tr−êng trung tÝnh

Ví dụ 16. Xét phản ứng có axit tham gia:
KMnO
4
+ FeSO
4
+ H
2
SO
4
K
2
SO
4
+ MnSO
4
+ Fe
2
(SO
4
)
3
+ H
2

O

MnO
4
-
+ 5e + 8H
+
Mn
2+
+ 4H
2
O
Fe
2+
- 1e Fe
3+
+7 +2
+2 +3
1×
5×
MnO
4
-
+ 8H
+
+ 5Fe
2+
Mn
2+
+ 5Fe

3+
+ 4H
2
O

Chuyển sang phương trình phân tử:
2KMnO
4
+ 10FeSO
4
+ 8H
2
SO
4
K
2
SO
4
+ 2MnSO
4
+ 5Fe
2
(SO
4
)
3
+ 8H
2
O

Ví dụ 17. Xét phản ứng có bazơ tham gia:
KMnO
4
+ K
2
SO
3
+ KOH K
2
SO
4
+ K
2
MnO
4
+ H
2
O