Phản ứng oxi hóa - khử SVIP

I. SỐ OXI HOÁ

1. Khái niệm

Số oxi hóa là điện tích giả định của nguyên tử trong hợp chất khi coi các liên kết đều là liên kết ion.

Ví dụ: Trong hợp chất ion KCl, số oxi hóa của K là +1 còn số oxi hóa của Cl là -1.

Ví dụ: Trong NH₃, nếu giả định là hợp chất ion thì mỗi nguyên tử H mất 1 electron, nguyên tử N nhận 3 electron nên số oxi hoá của H là +1 và của N là -3.

2. Cách xác định số oxi hoá của các nguyên tử các nguyên tố trong hợp chất

Cách 1: Xác định số oxi hoá dựa trên quy tắc và điện tích phân tử/ion.

- Quy tắc 1:

+ Nguyên tử trong đơn chất có số oxi hoá bằng 0.

+ Trong hợp chất, H và O thường có số oxi hoá +1 và -2.

+ Các kim loại nhóm IA, IIA luôn có số oxi hóa là +1 và +2, còn nhôm là +3.

- Quy tắc 2:

+ Tổng số oxi hoá của các nguyên tử trong một phân tử bằng 0.

+ Tổng số oxi hoá của các nguyên tử trong một ion đa nguyên tử bằng đúng điện tích của ion đó.

Ví dụ: Xác định số oxi hoá của N trong NH₃.

Gọi x là số oxi hoá của N. Theo quy tắc 1 và 2, ta có:

x.1 + (+1).3 = 0 ⇒ x = -3

Vậy N có số oxi hoá là -3 trong NH₃.

Cách 2: Dựa vào công thức cấu tạo.

Giả định đó là hợp chất ion, mỗi liên kết được coi là chuyển electron từ nguyên tử có độ âm điện thấp sang nguyên tử có độ âm điện cao hơn.

Ví dụ: Giả định CO₂ là hợp chất ion, mỗi nguyên tử O nhận 2 electron từ nguyên tử C (do O có độ âm điện cao hơn) nên mỗi nguyên tử O có số oxi hoá -2 còn C có số oxi hoá +4.

II. PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ

1. Một số khái niệm

Phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng có sự thay đổi số oxi hoá của ít nhất một nguyên tố.

Trong đó:

- Chất oxi hoá (chất bị khử) là chất nhận electron.

- Chất khử (chất bị oxi hóa) là chất nhường electron.

- Quá trình oxi hoá là quá trình nhường electron.

- Quá trình khử là quá trình nhận electron.

Ví dụ: Xét phản ứng:

\(\overset{0}{Ca}+\overset{0}{Cl_2}\rarr\overset{+2}{Ca}\overset{-1}{Cl_2}\)

- Số oxi hóa của Ca tăng từ 0 lên +2 nên Ca đóng vai trò là chất khử.

- Số oxi hóa của Cl giảm từ 0 xuống -1 nên Cl₂ đóng vai trò là chất oxi hóa.

- Quá trình oxi hóa:

\(\overset{0}{Ca}\rarr\overset{+2}{Ca}+2e\)

- Quá trình khử:

\(\overset{0}{Cl_2}+2e\rarr\overset{-1}{2Cl}\)

2. Cân bằng phản ứng oxi hoá - khử theo phương pháp thăng bằng electron

Phương pháp thăng bằng electron:

- Bước 1: Xác định nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa.

- Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử tương ứng.

- Bước 3: Thăng bằng electron bằng cách nhân hệ số vào các quá trình nhường và nhận electron sao cho tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận, rồi cộng hai quá trình đã nhân hệ số lại với nhau.

- Bước 4: Hoàn thành phương trình dạng phân tử.

Ví dụ: Xét phản ứng oxi hóa - khử:

\(Zn+CuSO_4\rarr ZnSO_4+Cu\)

Bước 1:

\(\overset{0}{Zn}+\overset{+2}{Cu}\overset{+6}{S}\overset{-2}{O_4}\rarr\overset{+2}{Zn}\overset{+6}{S}\overset{-2}{O_4}+\overset{0}{Cu}\)

- Số oxi hoá của Zn tăng từ 0 lên +2 nên Zn là chất khử.

- Số oxi hoá của Cu giảm từ +2 xuống 0 nên CuSO₄ là chất oxi hoá.

Bước 2:

- Quá trình oxi hóa:

\(\overset{0}{Zn}\rarr\overset{+2}{Zn}+2e\)

- Quá trình khử:

\(\overset{+2}{Cu}+2e\rarr\overset{0}{Cu}\)

Bước 3:

Bước 4:

\(Zn+CuSO_4\rarr ZnSO_4+Cu\)

3. Ý nghĩa và một số phản ứng oxi hóa - khử quan trọng

Phản ứng oxi hoá - khử là loại phản ứng phổ biến và giữ vai trò quan trọng trong tự nhiên và công nghiệp.

- Phản ứng oxi hoá - khử thường giải phóng nhiều năng lượng.

Ví dụ: Phản ứng đốt cháy than.

\(C+O_2\overset{t^{o}}{\rarr}CO_2\)

- Phản ứng oxi hoá - khử giúp lưu trữ năng lượng.

Ví dụ: Pin lithium - ion lưu trữ điện năng nhờ phản ứng oxi hoá - khử nên được dùng trong các thiết bị và phương tiện.

Ví dụ: Phản ứng quang hợp chuyển năng lượng Mặt Trời thành tinh bột nhờ phản ứng oxi hoá - khử.

\(6CO_2+6H_2O\overset{hv}{\rarr}C_6H_{12}O_6+6O_2\)

- Phản ứng oxi hoá - khử có thể gây gỉ kim loại, làm hỏng vật liệu.

Ví dụ: Xích sắt bị gỉ trong không khí ẩm.

\(4Fe+3O_2+xH_2O\rarr2Fe_2O_3.xH_2O\)