Cân bằng các phản ứng oxi hóa khử dng 1 năm 2024
|
Giaù o khoa hoù a voâ cô Bieâ n soaï n: Voõ Hoà ng Thaù i © http://vietsciences.free.fr và http://vietsciences.org Võ Hồng Thái Nguyên 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 yêu cầu bổ sung phản ứng, rồi mới cân bằng). + Tính số oxi hóa của nguyên 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 nguyên tử của nguyên tố có số oxi hóa thay đổi, với số oxi hóa được để bên trên. Thêm hệ số thích hợp để số nguyên tử của nguyên 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 nguyên 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 Phản ứng OXH – Khử là phản ứng xảy ra trong đó có sự dịch chuyển e của chất phản ứng hoặc phản ứng OXH khử là phản ứng mà trong đó có sự thay đổi số OXH của 1 hay nhiều nguyên tố. - Chất khử là chất nhường e (số OXH tăng sau phản ứng), chất OXH là chất nhận e (số OXH giảm sau phản ứng). (Chất khử cho tăng, chất o nhận giảm) * Các bước cân bằng phản ứng OXH – Khử Bước 1 : Xác định số oxi hoá của những nguyên tố có số oxi hoá thay đổi : Bước 2 : Viết quá trình oxi hoá và quá trình khử, cân bằng mỗi quá trình : Bước 3 : Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số electron do chất khử nhường bằng tổng số electron mà chất oxi hoá nhận . Bước 4: Cân bằng nguyên tố không thay đổi số OXH * Chú ý: Khi chất oxi hóa (khử) có chỉ số lớn hơn 1 trong phân tử thì phải thêm hệ số (bằng chỉ số trong phân tử) vào quá trình khử (oxi hóa) tương ứng. Ở ví dụ trên : \(\mathop {Fe}\limits^{ + 3} {\mkern 1mu} ,\mathop H\limits^0 {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \) có chỉ số là 2 trong phân tử tương ứng Fe2O3, H2 do vậy cần thêm hệ số 2 vào quá trình khử, oxi hóa. * Một số ví dụ cụ thể: Ví dụ 1: Cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa – khử trong đó chất oxi hóa (khử) còn có vai trò làm môi trường a.\(Al+{{H}_{2}}S{{O}_{d\tilde{}\ddot{}}}\xrightarrow{{{t}^{o}}}A{{l}_{2}}{{(S{{O}_{4}})}_{3}}+S{{O}_{2}}+{{H}_{2}}O\)
\(\overset{0}{\mathop{Al}}\,+{{H}_{2}}\overset{+6}{\mathop{S}}\,{{O}_{4d}}\xrightarrow{{{t}^{o}}}\overset{+3}{\mathop{A{{l}_{2}}}}\,{{(S{{O}_{4}})}_{3}}+\overset{+4}{\mathop{S}}\,{{O}_{2}}+{{H}_{2}}O\) Bước 2 : Viết quá trình oxi hóa, quá trình khử : \(\mathop {2Al}\limits^0 {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \to {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \mathop {A{l_2}}\limits^{ + 3} {\mkern 1mu} {(S{O_4})_3}{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} + {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} 2.3e\) (quá trình oxi hóa ) \(\mathop S\limits^{ + 6} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} + {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} 2e{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \to {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \mathop S\limits^{ + 4} {\mkern 1mu} {O_2}\) (quá trình khử) Bước 3 : Tìm hệ số cho hai quá trình oxi hóa và khử và cân bằng phương trình 1 \(\mathop {2Al}\limits^0 {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \to {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \mathop {A{l_2}}\limits^{ + 3} {\mkern 1mu} {(S{O_4})_3}{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} + {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} 2.3e\) 3 \(\mathop S\limits^{ + 6} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} + {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} 2e{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \to {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \mathop S\limits^{ + 4} {\mkern 1mu} {O_2}\) \(2Al+6{{H}_{2}}S{{O}_{4d}}\xrightarrow{{{t}^{o}}}A{{l}_{2}}{{(S{{O}_{4}})}_{3}}+3S{{O}_{2}}+6{{H}_{2}}O\)
\(K\overset{+7}{\mathop{Mn}}\,{{O}_{4}}+H\overset{-1}{\mathop{Cl}}\,\to KCl+\overset{+2}{\mathop{Mn}}\,C{{l}_{2}}+\overset{0}{\mathop{C{{l}_{2}}}}\,+{{H}_{2}}O\) Bước 2 : Viết quá trình oxi hóa, quá trình khử : \(\overset{-1}{\mathop{2Cl}}\,\to \overset{0}{\mathop{C{{l}_{2}}}}\,+2.1e\) (quá trình oxi hóa ) \(\mathop {Mn}\limits^{ + 7} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} + 5e{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \to \mathop {{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} Mn}\limits^{ + 2} {\mkern 1mu} \) (quá trình khử) Bước 3 : Tìm hệ số cho hai quá trình oxi hóa và khử và cân bằng phương trình \(5\left| {\mathop {2Cl}\limits^{ - 1} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \to {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \mathop {C{l_2}}\limits^0 {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} + {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} 2.1e} \right.\) \(2\left| \overset{+7}{\mathop{Mn}}\,+5e\to \overset{+2}{\mathop{Mn}}\, \right.\) 2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O * Lưu ý: Khi thêm hệ số, các em ưu tiên thêm hệ số vào sản phẩm khử trước + Ở câu a là thêm 3 vào SO2 trước rồi sau đó mới bảo toàn S để thêm hệ số vào H2SO4 \=> Do H2SO4 ngoài đóng vai trò là chất OXH ra, thì còn là chất môi trường (vẫn còn S+6 ở sản phẩm) nên ta không thể thêm hệ số vào H2SO4 ngay được + Ở câu b là thêm 5 vào Cl2 trước rồi sau đó mới bảo toàn Clo để thêm hệ số vào HCl \=> Do HCl ngoài đóng vai trò là chất khử ra, thì còn là chất môi trường (vẫn còn Cl- ở sản phẩm) nên ta không thể thêm hệ số vào HCl ngay được. Ví dụ 2: Cân bằng phương trình phản ứng OXH – Khử sau: a, FeS2 + O2 \(\xrightarrow{{{t}^{0}}}\) Fe2O3 + SO2 b, FeS + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O Hướng dẫn giải chi tiết: Bước 1 : Xác định số oxi hóa, chất oxi hóa, chất khử \(\overbrace {Fe{S_2}}0{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} + {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \mathop {{O_2}}\limits^0 {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \to {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \mathop {F{e_2}}\limits{ + 3} {\mkern 1mu} \mathop {{O_3}}\limits^{ - 2} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} + {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \mathop S\limits^{ + 4} {\mkern 1mu} \mathop {{O_2}}\limits^{ - 2} {\mkern 1mu} \) Chất oxi hóa : \(\mathop {{O_2}}\limits^0 {\mkern 1mu} \) Chất khử : \(\overbrace {Fe{S_2}}^0\) Bước 2 : Viết quá trình oxi hóa, quá trình khử : \(\overbrace{2FeS}^{0}\,\,\,\to \,\,\,\overset{+3}{\mathop{F{{e}_{2}}}}\,\,\,\,+\,\,\,\overset{+6}{\mathop{2S}}\,\,\,\,+\,\,\,18e\) (quá trình oxi hóa ) \(\mathop {{O_2}}\limits^0 {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} + {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} 4e{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \to {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \mathop {2O}\limits^{ - 2} {\mkern 1mu} \)(quá trình khử) Bước 3 : Tìm hệ số cho hai quá trình oxi hóa và khử và cân bằng phương trình 2 \(\overbrace{2Fe{{S}_{2}}}^{0}\,\,\,\to \,\,\,\overset{+3}{\mathop{F{{e}_{2}}}}\,{{O}_{3}}\,\,\,+\,\,\,\overset{+4}{\mathop{4S}}\,{{O}_{2}}\,\,\,+\,\,\,22e\) 11 \(\mathop {{O_2}}\limits^0 {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} + {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} 4e{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \to {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \mathop {2O}\limits^{ - 2} {\mkern 1mu} \) 4FeS2 + 11O2 \(\xrightarrow{{{t}^{0}}}\) 2Fe2O3 + 8SO2
\(\overbrace {FeS}0{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} + {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \mathop {{H_2}S{O_4}}\limits{ + 6} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \to {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \mathop {F{e_2}}\limits^{ + 3} {\mkern 1mu} (\mathop {\mathop S\limits^{ + 6} {\mkern 1mu} {O_4}{)_3}}\limits^{} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} + {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \mathop S\limits^{ + 4} {\mkern 1mu} \mathop {{O_2}}\limits^{ - 2} {\mkern 1mu} + {H_2}O\) Chất OXH: H2SO4 Chất khử: FeS Bước 2: Viết quá trình OXH, quá trình Khử: \(\overbrace{2FeS}^{0}\,\,\,\to \,\,\,\overset{+3}{\mathop{F{{e}_{2}}}}\,\,\,\,+\,\,\,\overset{+6}{\mathop{2S}}\,\,\,\,+\,\,\,18e\) (quá trình oxi hóa) \(\mathop S\limits^{ + 6} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} + {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} 2e{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \to {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \mathop S\limits^{ + 4} {\mkern 1mu} \) (quá trình khử) Bước 3: Tìm hệ số 2 quá trình OXH và Khử và cân bằng phương trình 1 \(\overbrace{2FeS}^{0}\,\,\,\to \,\,\,\overset{+3}{\mathop{F{{e}_{2}}}}\,\,\,\,+\,\,\,\overset{+6}{\mathop{2S}}\,\,\,\,+\,\,\,18e\) 9 \(\mathop S\limits^{ + 6} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} + {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} 2e{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \to {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \mathop S\limits^{ + 4} \) \(2FeS + 10{H_2}S{O_4} \to F{e_2}{(S{O_4})_3} + 9S{O_2} + 10{H_2}O\) * Lưu ý: Trong phương trình này, H2SO4 vẫn đóng vai trò chất OXH và là chất môi trường, nên ta cần thêm hệ số vào SO2 trước, sau đó bảo toàn nguyên tố S rồi mới thêm hệ số cho H2SO4. |
