Tài liệu Vấn đề 1 hóa vô cơ docx

A- Vấn đề 1 hóa vô cơ
I. Số oxi hóa (Số OXID HÓA)

Số oxi hóa là một đại lượng qui ước. Tính được số oxi hóa giúp ta nhận
diện nhanh chất oxi hóa, chất khử, viết được các phản ứng oxi hóa khử
và cân bằng được các phản ứng oxi hóa khử


I.1. Định nghĩa

Số oxi hóa của một nguyên tố là một đại lượng cho biết khả năng cho
hoặc nhận điện tử của nguyên tử nguyên tố đó trong một phân tử. Nó
bằng điện tích xuất hiện trên nguyên tử nguyên tố đó với giả thiết tất
cả phân tử các hợp chất đều gồm các ion - một - nguyên - tử tạo nên.
Người ta qui ước, một liên kết cộng hóa trị phân cực (có cực) coi như
một liên kết ion, với các đôi điện tử góp chung bị kéo hẳn về phía
nguyên tố nào có có độ âm điện lớn hơn.
Như vậ
y, số oxi hóa bằng điện tích thật nếu đó là một liên kết ion,
bằng điện tích qui ước (biểu kiến) nếu đó là một liên kết cộng hóa trị
phân cực.

Thí dụ:
NaCl Na
+
Cl
-
( ion thật sự) ⇒ x
Na
= +1 ; x
Cl

= -1 (x: số
oxi hóa)
CaO Ca
2+
O
2-
(ion thật sự) ⇒ x
Ca
= +2 ; x
O
= -2

HCl (khí) (ion biểu kiến) ⇒ x
H
= +1 ;
x
Cl
= -1

H
2
O (ion biểu kiến) ⇒ x
H
=
+1 ; x
O
= -2

NH
3

(Amoniac)

(ion biểu kiến) ⇒ x
H
= +1 ; x
N
= -
3
(ion qui ước)


CH
4
(Metan)


(ion biểu kiến) ⇒ xH = +1 ; xC = -4
(ion qui ước)

I.2. Các qui ước (qui tắc) để tính số oxi hóa

I.2.1. Trong đơn chất


Số oxi hóa của các nguyên tử trong đơn chất bằng không
(0).
Thí dụ:
Na
x
Na

= 0
H
2

N
2
(Nitơ, Nitrogen)
O
2
(oxi, oxygen)
O
3
(ozon)
[O] (oxi nguyên tử)
[H] (hiđro nguyên tử, hydrogen nguyên
tử)
He
Cl
2

Fe
x
H
= 0
x
N
= 0
x
O
= 0

x
O
= 0
x
O
= 0
x
H
= 0
x
He
= 0
x
Cl
= 0
x
Fe
= 0

I.2.2. Trong hợp chất


Tổng đại số số oxi hóa của các nguyên tử trong hợp chất bằng không
(0).

Thí dụ:
H
2
SO
4

KMnO
4

K
2
Cr
2
O
7

C
12
H
22
O
11

HNO
3

2x
H
+ x
S
+ 4x
O
= 0
x
K

+ x
Mn
+ 4x
O
= 0
2x
K
+ 2x
Cr
+7x
O
= 0
12x
C
+ 22x
H
+ 11x
O
= 0
x
H
+ x
N
+ 3x
O
= 0

_ Kim loại kiềm
[ Liti (Litium, Li), Natri (Natrium, Na), Kali (Kalium, K), Rubiđi
(Rubidium, Rb), Xezi (Cesium, Cs), Franxi (Francium, Fr) ] trong hợp

chất luôn luôn có số oxi hóa bằng +1.

Thí dụ:
NaCl
KOH
Li
2
O
CH
3
COONa
K
2
SO
4

Na
K
Li
x
Na
= +1
x
K
= +1
x
Li
= +1
x
Na

= +1
x
K
= +1
x
Na
= 0
x
K
= 0
x
Li
= 0
- Kim loại kiềm thổ
Canxi (Calcium, Ca), Stronti (Strontium, Sr), Bari (Barium, Ba), Rađi
(Radium, Ra) ] cũng như Berili (Berilium, Be), Magie (Magnesium, Mg)
trong hợp chất luôn luôn có số oxi hóa bằng +2.

Thí dụ:
CaO
BaSO
4

Mg(NO
3
)
2

Ba(OH)
2

Ca(HCOO)
2

x
Ca
= +2
x
Ba
= +2
x
Mg
= +2
x
Ba
= +2
x
Ca
= +2
Mg
Ca
Ba
x
Mg
= 0
x
Ca
= 0
x
Ba

= 0

- Hiđro (Hidrogen, H)
trong hợp chất hầu hết có số oxi hóa bằng +1. Nhưng H trong các
hiđrua (hidrur) kim loại có số oxi hóa bằng -1.

Thí dụ:

HNO
3

H
2
SO
4

C
2
H
5
OH
C
6
H
12
O
6

H
2

O
2

NaH (Natri hiđrua, Hidrur natrium)
CaH
2
(Canxi hidrua, Hidrur calcium)
H
2

[H]
x
H
= +1
x
H
= +1
x
H
= +1
x
H
= +1
x
H
= +1
x
H
= -1
x

H
= -1
x
H
= 0
x
H
= 0

- Oxi (Oxigen, O)
trong hợp chất hầu hết có số oxi hóa bằng -2. Nhưng O trong các
peoxit (peroxid, -O-O-) có số oxi hóa bằng -1. O trong hợp chất với Flo
(Fluor, OF2) có số oxi hóa bằng +2.
Thí dụ:

HNO
3

KMnO
4

H
2
SO
4

C
6
H
5

NO
2

K
2
Cr
2
O
7

H
2
O
H
2
O
2
(H-O-O-H, Hiđro peoxit, Peroxid hidrogen)
Na
2
O
2
(Na-O-O-Na, Natri peoxit, Peroxid natrium)
CaO
2
(Canxi peoxit, Peroxid calcium)
OF
2
(F-O-F, oxi florua, Fluorur oxigen)
O

2
(Oxi)
O
3
(ozon)
[O] (Oxi nguyên tử)
x
O
= -2
x
O
= -2
x
O
= -2
x
O
= -2
x
O
= -2
x
O
= -2
x
O
= - 1
x
O
= -1

x
O
= -1
x
O
= +2
x
O
= 0
x
O
= 0
x
O
= 0


I.2.3. Trong ion


Tổng đại số số oxi hóa của các nguyên tử trong ion bằng điện tích của
ion.

Thí dụ:
Na
+

O
2 -

NH
4
+

Fe
3+

MnO
4
-

MnO
4
2-

SO
3
2-

Ag
+

Cr
2
O
7
2-

Cu
2+

x
Na
= +1
x
O
= -2
x
N
+ 4x
H
= +1
x
Fe
= +3
x
Mn
+ 4x
O
= -1
x
Mn
+ 4x
O
= -2
x
S
+ 3x
O
= -2

x
Ag
= +1
2x
Cr
+ 7x
O
= -2
x
Cu
= +2

Bài tập 1

Tính số oxi hóa của các nguyên tố có gạch dưới trong các chất sau:
KMn
O
4
, K
2
MnO
4
, MnO
2
, Mn
2+
, MnO
4
-
, MnO

4
2-
, Mn, MnSO
4
, MnCl
2
, HNO
3
, HNO
2
,
N
O
3
-
, NO
2
, NO
2
-
, N
2
, NH
4
+
, NH
4
NO
3
, N

2
O, NO, N
2
O
3
, N
2
O
5
, KNO
3
, N
2
O
4
, (NH
4
)
2
SO
4
,
Cu
O, Cu, Cu
2
O, Cu
2+
, CuSO
4
, CuCl, CuCl

2
, Cu(OH)
2
, FeO, Fe
2
O
3
, Fe
3
O
4
, Fe, Fe(OH)
2
,
Fe
(OH)
3
, FeS
2
, FeCO
3
, Fe
3+
, FeSO
4
, Fe
2
(SO
4
)

3
, Fe(NO
3
)
3
, CaC
2
, Al
4
C
3
, C, CO, CO
2
.
Bài tập 1'
Tính số oxi hóa của các nguyên tố có gạch dưới trong các phân tử và
ion sau đây:
K
2
Cr
2
O
7
, Cr, Cr
3+
, K
2
CrO
4
, Cr

2
O
7
2-
, Cr
2
(SO
4
)
3
, Cr
2
O
3
, CrO
4
2-
, CrCl
3
, CrO
2
-
, CrO, Cr
2
O
3
,
Cr
O
3

, Cr(OH)
3
, Na
2
Cr
2
O
7
, CrBr
3
, NaCrO
2
, H
2
SO
4
, H
2
SO
3
, FeSO
4
, SO
3
, SO
3
2-
, Na
2
S

2
O
3
,
Na
2
S
4
O
6
, S, S
8
, SO
4
2-
, SO
2
, H
2
S, SF
6
, FeS
2
, FeS, K
2
S, KHS, H
3
PO
4
, P

4
, P, P
2
O
5
, P
2
O
3
,
P
H
3
, PO
4
3-
, AlO
2
-
, KAlO
2
, HCl, Cl
2
, Cl
-
, KClO
3
, NaClO, ClO
-
.

Ghi chú

G1.
Hầu hết các nguyên tố hóa học trong bảng hệ thống tuần hoàn là kim
loại, chỉ có một số ít là phi kim (không kim loại).
Sau đây là 11 phi kim thường
gặp:


H


C N O F

Si P S Cl

Br

I

Dạng đơn chất của 11 phi kim trên là:
F
2
, Cl
2
, Br
2
, I

2
, O
2
, S, N
2
, P, C, Si, H
2
.

G2.
Kim loại không có số oxi hóa âm. Kim loại có số oxi hóa bằng 0 trong
đơn chất, có số oxi hóa dương trong các hợp chất (Bởi vì kim loại chỉ
cho điện tử, thể hiện tính khử, chứ không nhận điện tử). Nguyên tố
nào có số oxi hóa âm (trong hợp chất) thì đó là nguyên tố phi kim.


G3. Độ âm điện

Độ âm điện của một nguyên tố là một đại lượng cho biết khả
năng thu
hút các điện tử góp chung trong một liên kết cộng hóa trị của nguyên
tử nguyên tố đó. Độ âm điện càng lớn thì sự thu hút các điện tử góp
chung càng nhiều. Flo (F, Fluor) có độ âm điện lớn nhất, bằng 4, các
kim loại kiềm có độ âm điện nhỏ nhất, nhỏ hơn 1.
Sau đây là trị số độ âm điện của một số nguyên tố thường gặp:

Nguyên
tố
C
H O N

Cl
Br F S Ca Na K
Độ âm
điện
2,5
2,1 3,5 3,0 2,8
2,7 4,0 2,4 1,04 1,0 0,9

G4.
Liên kết giữa hai nguyên tử của cùng một nguyên tố thì không tính số
oxi hóa. Nói cách khác, số oxi hóa của liên kết này bằng 0. (Vì độ âm
điện hai nguyên tử của cùng một nguyên tố bằng nhau, nên các điện
tử góp chung được phân phối đều giữa hai nguyên tử, liên kết cộng
hóa trị không cực, không xuất hiện điện tích, nên số oxi hóa bằng
không).
H-H
Cl-
Cl
O=O
N≡N
H
3
C-
CH
3

H
2
C=CH
2

HC≡CH
H
2
N-
NH
2

x
H

= 0
x
Cl

= 0
x
O
=
0
x
N
=
0
3x
H
+
x
C
= 0

2x
H
+ x
C

= 0
x
H
+ x
C

= 0
2x
H

+ x
N

= 0

G5.
Cacbon (Carbon, C) trong hợp chất hữu cơ chỉ có hóa trị 4 duy nhất,
nhưng C có thể có các số oxi hóa: -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4.
Để tính số oxi hóa của từng nguyên tử C trong phân tử một chất hữu
cơ thì ta phải viết công thức cấu tạo (CTCT) của chất đó ra, và số oxi
hóa của mỗi nguyên tử C bằng tổng số số oxi hóa của các liên kết
quanh nguyên tử C này, trong đó số oxi hóa của liên kết giữa C với C
thì không tính (bằng 0). S
ố oxi hóa trung bình của C bằng trung bình
cộng số oxi hóa của các nguyên tử C có mặt trong phân tử. Số oxi hóa

trung bình có thể không nguyên. Có thể tính số oxi hóa trung bình
nhanh hơn bằng cách chỉ cần căn cứ vào công thức phân tử (CTPT).
Khi cân bằng phản ứng oxi hóa, có thể chỉ cần căn cứ vào số oxi hóa
trung bình.


Thí dụ:
Tính số oxi hóa của từng nguyên tử cacbon, số oxi hóa trung bình của
C trong các phân tử hợp chất hữu cơ sau đây:
Propan (CH
3
CH
2
CH
3
), Axit axetic (CH
3
COOH), Acrolein (CH
2
=CH-CHO),
Glucozơ (mạch hở) (HOCH
2
CHOHCHOHCHOHCHOHCHO).
Bài tập 2
Tính số oxi hóa của từng nguyên tử C, O, N, Cl trong các phân tử chất
hữu cơ sau đây:

Bài tập 2

Tính số oxi hóa của từng nguyên tử C, H, N, O trong các phân tử hữu
cơ sau:
Glixin (Glicin, H
2
N-CH
2
-COOH); Axit lactic (Acid lactic, CH
3
-CHOH-COOH); Axit
cloaxetic (Acid cloroacetic, Cl-CH
2
-COOH); Anilin (C
6
H
5
-NH
2
); Nitrobenzen (C
6
H
5
-
NO
2

); đietylete (Dietyl eter, C
2
H
5
-O-C
2
H
5
); Rượu benzylic (C
6
H
5
-CH
2
-OH); Lizin
(Lysin, H
2
N-CH
2
-CH
2
-CH
2
-CH
2
-CHNH
2
-COOH); Cloropren (2-Clobuta đien-1,3
CH
2

=CH-CCl=CH
2
); Metylamin (CH
3
-NH
2
); Axit acrilic (CH
2
=CH-COOH).

Bài tập 2’
Tính số oxi hóa của từng nguyên tử C, H, N, O trong các phân tử hữu
cơ sau:
Benzanđehit (Benzaldehid, C
6
H
5
-CHO); Phenol (C
6
H
5
-OH); Glixerin (Glicerin,
CH
2
OH-CHOH-CH
2
OH); p-Cresol (p-CH
3
-C
6

H
4
-OH); Axit fomic (Acid formic,
HCOOH); Axit picric (2,4,6-Trinitrophenol); TNT (2,4,6-Trinitrotoluen); Axit glutamic
(HOOC-CH
2
-CH
2
-CHNH
2
-COOH); Alanin (CH
3
-CHNH
2
-COOH); Isopren (CH
2
=CH-
CCH
3
=CH
2
); Axit ω-aminoenantoic (H
2
N-CH
2
-CH
2
-CH
2
-CH

2
-CH
2
-CH
2
-COOH); Axit
ađipic [ Acid adipic, HOOC-(CH
2
)
4
-COOH ].
Cho biết:
Nguyên tố:
C H O N Cl
Độ âm điện
2,5 2,1 3,5 3,0 2,8

G.6. Phân biệt khái niệm hóa trị với số oxi hóa


Định nghĩa hóa trị:
Hóa trị của một nguyên tố là một đại lượng cho biết khả năng kết hợp
của một nguyên tử nguyên tố đó với bao nhiêu nguyên tử khác để tạo
thành phân tử một chất.

Người ta chọn nguyên tử hiđro làm đơn vị hóa trị (H có hóa trị 1). Do
đó, hóa trị của một nguyên tố là bằng số
nguyên tử H (hay số nguyên
tử hóa trị 1 tương đương) mà một nguyên tử của nguyên tố đó có thể
kết hợp để tạo thành phân tử một chất.

Với phân tử AH
n
thì A có hóa trị n.

Thí dụ:
HCl ⇒ Cl có hóa trị 1
H
2
O ⇒ O có hóa trị 2
NH
3
⇒ N có hóa trị 3
CH
4
⇒ C có hóa trị 4
PCl
5
⇒ P có hóa trị 5
SO
2
⇒ S có hóa trị 4
SO
3
⇒ S có hóa trị 6
Mn
2
O
7
⇒ Mn có hóa trị 7

Như vậy, hóa trị là một số nguyên dương, còn số oxi hóa là điện tích,
nên có thể âm hoặc dương.
Khi nói hóa trị âm, hóa trị dương (hóa trị ion), thực chất là nói về số
oxi hóa.


G.7.
H có hóa trị 1 duy nhất trong mọi chất; O có hóa trị 2 duy nhất trong
mọi chất. Nhưng H có thể có các số oxi hóa +1, 0, -1. O có thể có các
số oxi hóa -2; -1; 0; +2.


G.8. Hóa trị ion

Hóa trị ion của một nguyên tố là bằng điện tích xuất hiện trên nguyên
tử của nguyên tố đó khi nó hiện diện ở dạng ion. Hóa trị ion cho biết
số điện tử mà một nguyên tử của nguyên tố đó đã cho ho
ặc nhận để
tạo thành ion tương ứng.

Như vậy hóa trị ion cũng chính là số oxi hóa nhưng hóa trị ion là bằng
điện tích thật, còn số oxi hóa có thể chỉ là điện tích biểu kiến (qui ước).

Thí dụ:
NaCl
Na
+
Cl
-

Na có hóa trị ion là +1 (Natri đã nhận 1
điện tử) Cl có hóa trị ion là -1 (Clo đã nhận
1 điện tử)
MgF
2
Mg
2+
2F
-

Mg có hóa trị ion là +2 (Mg đã cho 2 điện
tử) F có hóa trị ion là -1 (F nhận 1 điện tử)
CaO Ca
2+
O
2

Ca có hóa trị ion là +2 (Ca cho 2 electron)
O có hóa trị ion là -2 (O nhận 2 electron)
Al
2
S
3
2Al
3+
3S
2-

Al có hóa trị ion là +3 S có hóa trị ion là -2

G.9. Cộng hóa trị (Hóa trị cộng hóa trị)

Cộng hóa trị của một nguyên tố là bằng số điện tử hóa trị mà một
nguyên tử của nguyên tố đó đã đưa ra góp chung để tạo liên kết cộng
hóa trị.
Cộng hóa trị của một nguyên tố bằng số liên kết cộng hóa trị xuất phát
từ nguyên tử đó đi ra trong công thức cấu tạo.

Cộng hóa trị cũng chính là hóa trị của nguyên tố đó, nhưng khái niệm
hóa trị tổng quát hơn (Cũng giống như khái niệm số oxi hóa tổng quát
hơn hóa trị ion).


Thí dụ:


H - Cl H có cộng hóa trị 1 (H đưa ra 1 điện t
ử đóng góp để tạo liên kết
cộng hóa trị)
Cl có cộng hóa trị là 1 (Cl đưa ra 1 điện tử đóng góp để tạo liên kết
cộng htrị)

H có cộng hóa trị 1
N có cộng hóa trị 3



H có cộng hóa trị 1

C có cộng hóa trị 4

Bài tập 3

Hãy cho biết hóa trị, số oxi hóa của các nguyên tử trong các phân tử,
ion sau đây:
Nước
(H
2
O); Hiđropeoxit (Peroxid hidrogen, H
2
O
2
); Sắt (II) sunfua (Sulfur
sắt (II), FeS); Pirit sắt (FeS
2
); Canxi cacbua (Carbur calcium, CaC
2
);
Nhôm cacbua (Al
4
C
3
); Kali pemanganat (Permanganat kalium,
KMnO
4
); Axit sunfuric (Acid sulfuric, H
2
SO

4
); Kali sunfat (K
2
SO
4
);
Etilen (C
2
H
4
); Axetilen (Acetilen, C
2
H
2
); Mesitilen (1,3,5-
Trimetylbenzen); Kali ñicromat (K
2
Cr
2
O
7
); Kali cromat (K
2
CrO
4
); Axit
picric (2,4,6- Trinitrophenol); Oxi (O
2
); Ozon (O
3

, giả sử coi ozon có
cấu tạo vòng); NO
3
-
; NH
4
+
; SO
4
2-
; Cu
2+
; MnO
4
2
; Fe
2+
; Fe
3+
; CrO
4
2-
;
Cr
2
O
7
2-
; NO
2

-
. O
2-
, O
2
2-
; Axit nitrô (HNO
2
).

Bài tập 3'

Hãy xác định hóa trị, số oxi hóa, hóa trị ion, cộng hóa trị (nếu có) của
các nguyên tố trong các chất sau đây:
Benzen (C
6
H
6
); Natri oxit (Na
2
O); Natri peoxit (Na
2
O
2
); Axit photphoric (Acid
phosphoric, H
3
PO
4
); đồng (II) clorua (Clorur đồng (II)); đồng (I) clorua: Amoniac; Axit

nitric; Bari nitrat; Axit hipoclorô (HClO); Axit clorơ (HClO
2
); Axit cloric (HClO
3
); Axit
pecloric (HClO
4
); Canxi peoxit (CaO
2
); Hidro sunfua (Sulfur hidrogen, H
2
S); Hidro
pesunfua (Persulfur hidrogen, H
2
S
2
); o - Cresol (o - Metyl phenol); Vinyl clorua
(CH
2
=CH-Cl); Iot (Iod, I
2
); I
-
; S
2-
; S
2
2-
; N
3-

; Vinylaxetilen (CH
2
=CH-C≡CH).
