(a) Cân bằng phÆ°Æ¡ng trình hóa há»c

 

Phản ứng giữa calcium oxalate () và potassium permanganate () trong môi trÆ°á»ng axit tạo ra các sản phẩm bao gồm calcium sulfate (), potassium sulfate (), manganese sulfate (), carbon dioxide (), và water ().

 

Phản ứng tổng quát là:

 

 

 

Bước 1. Xác định sự thay đổi số oxi hóa

• Mn trong KMnO₄:

• Trong KMnO₄, Mn có số oxi hóa .

• Trong MnSO₄, Mn có số oxi hóa .

→ Quá trình khử: Mn nhận 5 electron.

• C trong CaC₂O₄ (ion oxalate):

• C trong oxalate () có số oxi hóa (mỗi carbon).

• Sau phản ứng, C chuyển thành , có số oxi hóa .

→ Quá trình oxi hóa: C mất 1 electron.

 

Bước 2. Viết các bán phản ứng

1. Bán phản ứng khử (Mn):

 

2. Bán phản ứng oxi hóa (C trong oxalate):

 

 

Bước 3. Cân bằng electron

• Bán phản ứng khử của Mn cần 5 electron, trong khi bán phản ứng oxi hóa của C chỉ cần 2 electron.

• Äể cân bằng, nhân bán phản ứng oxi hóa của oxalate vá»›i 5 và bán phản ứng khá»­ của Mn vá»›i 2.

• Bán phản ứng oxi hóa (C) sau khi nhân 5:

 

• Bán phản ứng khử (Mn) sau khi nhân 2:

 

 

Bước 4. Cộng các bán phản ứng lại

 

Kết hợp các bán phản ứng đã nhân số electron bằng nhau:

 

 

 

Bước 5. Cân bằng phản ứng tổng thể

 

Các ion và sản phẩm khác:

• phản ứng với và tạo ra .

• từ 1 mol , tức là mỗi mol calcium oxalate cần 2 mol KMnO₄.

 

Vậy phản ứng tổng thể là:

 

(b) Xác định nồng độ ion calcium trong máu

 

Äể xác định nồng Ä‘á»™ ion calcium trong máu, ta cần sá»­ dụng thông tin phản ứng đã cân bằng và số liệu cho trÆ°á»›c:

• 1 mL máu chứa đủ calcium oxalate để phản ứng với 2,05 mL dung dịch KMnO₄ có nồng độ .

• Nồng độ KMnO₄ là , tức là 1 L dung dịch KMnO₄ chứa KMnO₄.

 

Bước 1: Tính số mol KMnO₄ đã phản ứng

 

Số mol KMnO₄ phản ứng với 2,05 mL (0,00205 L) dung dịch KMnO₄:

 

 

 

Bước 2: Tính số mol calcium oxalate phản ứng

 

Từ phương trình phản ứng, ta biết rằng 1 mol phản ứng với 2 mol KMnO₄, do đó số mol trong mẫu máu là:

 

 

 

BÆ°á»›c 3: Tính số mol ion Ca²âº

 

Má»—i mol chứa 1 mol ion Ca²âº, vì vậy số mol ion Ca²⺠là:

 

 

 

Bước 4: Tính nồng độ ion Ca²⺠trong 1 mL máu

 

Nồng độ ion Ca²⺠trong 1 mL máu là:

 

 

 

Äể chuyển sang Ä‘Æ¡n vị mg/100 mL, ta cần nhân vá»›i 100 và vá»›i khối lượng mol của ion Ca²⺠(40,08 g/mol):

 

 

 

Chuyển sang đơn vị mg/100 mL:

 

 

 

Vậy, nồng Ä‘á»™ ion Ca²⺠trong máu là 20 mg Ca²âº/100 mL máu.

Äể tính enthalpy () của quá trình hòa tan calcium chloride () trong nÆ°á»›c, ta sá»­ dụng phÆ°Æ¡ng trình:

 

 

 

Trong phản ứng hòa tan:

 

 

 

Dá»±a trên dữ liệu nhiệt hóa há»c () của các chất, ta có:

•

• và là các giá trị mà chúng ta cần tra cứu.

 

Các giá trị của các ion trong dung dịch (theo bảng nhiệt hóa há»c):

•

•

 

Vậy, thay vào phương trình:

 

 

 

Tính toán:

 

 

 

 

 

Vậy, enthalpy của quá trình hòa tan trong nước là .

 

Äáp án là .

 

Dưới đây là cách cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron cho từng phản ứng, kèm theo xác định chất oxi hóa, chất khử, quá trình oxi hóa và khử.

a. Phản ứng:

 

 

 

Bước 1. Xác định sự thay đổi số oxi hóa

• Fe: từ 0 chuyển thành 3 trong .

→ Quá trình oxi hóa: Fe mất 3 electron; Chất khử: Fe.

• N trong NO₃â»: từ 5 (trong HNO₃) chuyển thành 2 trong NO.

→ Quá trình khử: N trong NO₃⻠nhận 3 electron; Chất oxi hóa: HNO₃ (hay chính nitrate).

 

Bước 2. Viết các bán phản ứng

1. Bán phản ứng oxi hóa (Fe):

 

2. Bán phản ứng khử (NO₃⻠→ NO):

• Bắt đầu với:

 

• Cân bằng O: NO₃⻠có 3 O, NO có 1 O, nên thêm 2 H₂O vào sản phẩm:

 

• Cân bằng H: bên phải có H, nên thêm bên trái:

 

• Cân bằng điện tích: bên trái có , bên phải là 0. Do đó, thêm 3 electron bên trái:

 

 

Bước 3. Nhân bán phản ứng sao cho số electron trao đổi bằng nhau

• Trong bán phản ứng oxi hóa: mất 3eâ»

• Trong bán phản ứng khá»­: nhận 3eâ»

→ Các bán phản ứng đã có số electron bằng nhau.

 

Bước 4. Cộng các bán phản ứng lại

 

\[

\begin{array}{rcl}

\text{Fe} & \rightarrow & \text{Fe}^{3+} + 3e^- \quad\quad\quad\quad\quad\quad (1)\\[1mm]

4\,\text{H}^+ + \text{NO}_3^- + 3e^- & \rightarrow & \text{NO} + 2\,\text{H}_2\text{O} \quad (2)\\[1mm]

\hline

\text{Fe} + 4\,\text{H}^+ + \text{NO}_3^- & \rightarrow & \text{Fe}^{3+} + \text{NO} + 2\,\text{H}_2\text{O}

\end{array}

\]

 

BÆ°á»›c 5. ÄÆ°a vá» dạng phản ứng ban đầu

 

Trong sản phẩm chính ta có . Äiá»u này có nghÄ©a là ion kết hợp vá»›i 3 ion NO₃â»:

 

Vậy cá»™ng thêm 3 HNO₃ (cung cấp 3 NO₃⻠và 3 Hâº) vào vế trái để hợp thành muối.

 

Lấy vào vế trái tổng cộng số H⺠và NO₃⻠sẽ là:

• Trong bán phản ứng khử có và .

• Cộng với 3 HNO₃ cung cấp thêm và .

 

Như vậy, phản ứng tổng thể trở thành:

 

hay gộp lại:

 

(LÆ°u ý rằng cách trình bày số HNO₃ đôi khi có dạng “điá»u kiện pha loãng†cho phản ứng khá»­ nitrate thành NO; ở đây kết quả cân bằng là thông dụng.)

 

Tóm tắt cho phản ứng (a):

• Chất khá»­: Fe (0 → 3; mất 3eâ»)

• Chất oxi hóa: NO₃⻠(N từ 5 → 2; nhận 3eâ»)

• Quá trình oxi hóa: Fe bị oxi hóa

• Quá trình khử: NO₃⻠bị khử

• Phản ứng cân bằng:

 

b. Phản ứng:

 

 

 

Bước 1. Xác định sự thay đổi số oxi hóa

• Mn trong KMnO₄:

Trong KMnO₄, Mn có số oxi hóa 7; trong MnSO₄, Mn có số oxi hóa 2.

→ Quá trình khá»­: Mn nhận 5eâ»; Chất oxi hóa: KMnOâ‚„.

• Fe trong FeSO₄:

Trong FeSO₄, Fe có số oxi hóa 2; trong Fe₂(SO₄)₃, Fe có số oxi hóa 3.

→ Quá trình oxi hóa: Fe mất 1eâ»; Chất khá»­: FeSOâ‚„.

 

Bước 2. Viết bán phản ứng theo phương pháp thăng bằng electron

 

Bán phản ứng khử (Mn):

Trong dung dịch axit (do có H₂SO₄) thì bán phản ứng của permanganat là:

 

 

Bán phản ứng oxi hóa (Fe):

 

 

Äể số electron trao đổi bằng nhau, nhân bán phản ứng oxi hóa của Fe vá»›i 5:

 

 

Bước 3. Cộng các bán phản ứng

 

 

 

BÆ°á»›c 4. ÄÆ°a vá» dạng phản ứng ban đầu

 

Nhận xét các thành phần:

• Nguồn của MnOâ‚„â»: KMnOâ‚„

• Nguồn của Fe²âº: FeSOâ‚„

• Acid: Hâ‚‚SOâ‚„ cung cấp H⺠và SO₄²â»

• Các ion SO₄²⻠kết hợp vá»›i Fe³âº, Mn²âº, và K⺠tạo thành muối:

• Fe³⺠kết hợp thành

• Mn²⺠tạo thành MnSO₄

• K⺠từ KMnO₄ tạo thành K₂SO₄

 

Ta cần xác định các hệ số sao cho phù hợp. Theo bán phản ứng đã cân bằng, nếu nhân đôi toàn bộ ta có:

 

Tương ứng:

• Số mol KMnOâ‚„: 2 (vì má»—i KMnOâ‚„ cung cấp 1 MnOâ‚„â»)

• Số mol FeSOâ‚„: 10 (cung cấp 10 Fe²âº)

• Ion Kâº: từ 2 KMnOâ‚„ → 2 Kâº

• Fe³⺠từ 10 Fe²âº: để tạo thành , cần nhóm Fe theo cặp, nên số mol là .

 

Xét số ion SO₄²⻠cần có:

• Sản phẩm:

• Trong : 5 × 3 = 15 SO₄²â»

• Trong MnSOâ‚„: 2 × 1 = 2 SO₄²â»

• Trong Kâ‚‚SOâ‚„: 1 × 1 = 1 SO₄²â»

→ Tổng cần: SO₄²â».

• Nguồn:

• Từ FeSOâ‚„: 10 mol FeSOâ‚„ cung cấp 10 SO₄²â»

• Phần còn lại: SO₄²⻠phải đến từ H₂SO₄.

 

HÆ¡n nữa, Hâ‚‚SOâ‚„ cung cấp Hâº; 8 mol Hâ‚‚SOâ‚„ sẽ cung cấp Hâº, trùng khá»›p vá»›i H⺠đã có trong bán phản ứng.

 

Vậy phản ứng cân bằng đầy đủ là:

 

 

 

Tóm tắt cho phản ứng (b):

• Chất oxi hóa: KMnOâ‚„ (Mn: 7 → 2; nhận 5eâ»)

• Chất khá»­: FeSOâ‚„ (Fe: 2 → 3; mất 1eâ»)

• Quá trình khá»­: MnOâ‚„â» bị khá»­ thành Mn²âº

• Quá trình oxi hóa: Fe²⺠bị oxi hóa thành Fe³âº

• Phản ứng cân bằng đầy đủ:

 

Như vậy, ta đã cân bằng hai phản ứng bằng phương pháp thăng bằng electron và nêu rõ:

• (a): Fe bị oxi hóa, nitrate bị khử.

• (b): Fe²⺠bị oxi hóa (chất khử) và MnO₄⻠bị khử (chất oxi hóa).

 

Hy vá»ng phần giải thích trên đã rõ ràng và chi tiết!