Lập phương trình phản ứng oxi hóa khử theo phương pháp thăng bằng electron
|
VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 10 bài viết Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử theo phương pháp thăng bằng electron, nhằm giúp các em học tốt chương trình Hóa học 10.  Nội dung bài viết Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử theo phương pháp thăng bằng electron: Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố: Chất khử (chất có số oxi hóa tăng) và chất oxi hóa (chất có số oxi hóa giảm). Bước 2: Viết quá trình oxi hóa của chất khử và quá trình khử của chất oxi hóa. Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất khử và chất oxi hóa (số nguyên tối giản). Bước 4: Đặt các hệ số đó vào phương trình nhưng nếu có tạo muối thì tạm thời chưa cân bằng axit phản ứng. Đếm S để cân bằng axit H2SO4; đếm N để cân bằng axit HNO3; đếm Cl để cân bằng axit HCl. Đếm H để cân bằng H2O. Loại 1: Phản ứng oxi hóa – khử thông thường. Loại 2: Phản ứng oxi hóa – khử ở môi trường axit, bazơ, trung tính (H2O) Lưu ý: Trong môi trường axit, KMnO4 bị khử xuống Mn; trong môi trường kiềm, KMnO4 bị khử thành K2MnO4 còn trong môi trường trung tính KMnO4 bị khử thành MnO2. Loại 3: Phản ứng oxi hóa – khử trong đó chất khử, chất oxi hóa cũng là môi trường. Loại 4: Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử bằng phương pháp ion-electron. Loại 5: Phản ứng oxi hóa – khử phức tạp. Loại 6: Phản ứng tự oxi hóa – khử: Phản ứng tự oxi hóa – khử là phản ứng trong đó một chất vừa đóng vai trò là chất oxi hóa vừa đóng vai trò là chất khử. Loại 7: Phản ứng oxi hóa – khử nội phân tử: Phản ứng oxi hóa – khử nội phân tử là phản ứng trong đó hai nguyên tố trong cùng một phân tử bị thay đổi số oxi hóa, một nguyên tố có số oxi hóa tăng và một nguyên tố có số oxi hóa giảm.
PHƯƠNG PHÁP THĂNG BẰNG ELECTRON Đối với các phản ứng oxi hóa-khử, do có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tử, dẫn đến việc viết các PTHH trở nên khó khăn hơn so với các phản ứng không xẩy ra sự oxi hóa-khử. Để có thể dễ dàng lập được PTHH của phản ứng này thì phương pháp thường sử dụng là "Phương pháp thăng bằng electron". Nguyên tắc của phương pháp: Trong một phản ứng oxi hóa-khử luôn có tổng số electron chất khử nhường bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận. Các bước để lập PTHH bằng phương pháp thăng bằng electron 1. Xác định sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố trong sơ đồ phản ứng. 2. Viết các quá trình oxi hóa và khử, cân bằng mỗi quá trình. 3. Tìm hệ số thích hợp để để nhân vào sao cho tổng số electron mà chất khử nhường bằng tổng số eletron mà chất oxi hóa nhận. 4. Đặt hệ số của chất khử và chất oxi hóa vào sơ đồ phản ứng.Hoàn thành phương trình hóa học. Lưu ý: Để có thể kiểm tra xem phương trình đã được cân bằng chính xác hay chưa thì sẽ sử dụng bảo toàn nguyên tố oxi. \(\Sigma\)O trong chất tham gia= \(\Sigma\)O trong sản phẩm. Ví dụ: Cân bằng phương trình hóa học sau Fe + H2SO4 đặc,nóng → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O B1. Fe0 + H2S+6O4 → Fe2+3(SO4)3 + S+4O2 + H2O B2. 2Fe0 → 2Fe+3 +6e S+6 +2e → S+4 B3. \(^{1\times}_{3\times}\left[{}\begin{matrix}2Fe^0\rightarrow2Fe^{+3}+6e\\S^{+6}+2e\rightarrow S^{+4}\end{matrix}\right.\) B4. 2Fe + 4H2SO4 đặc,nóng → Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O
PHƯƠNG PHÁP THĂNG BẰNG ELECTRON .I. SỐ OXI HOÁ Số oxi hoá của một nguyên tố trong phân tử là điện tích của nguyên tử nguyên tố đó trong phân tử, nếu giả định rằng liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử là liên kết ion. .II. SỐ OXI HOÁ ĐƯỢC XÁC ĐỊNH THEO CÁC NGUYÊN TẮC SAU: Qui tắc 1: Số oxi hoá của nguyên tố trong các đơn chất bằng không. Thí dụ: Số oxi hoá của Na, Fe, H2, N2, O2, Cl2,… đều bằng không. Qui tắc 2: Trong hầu hết các hợp chất, số oxi hoá của hiđro bằng +1, trừ hiđrua kim loại (NaH, CaH2,…). Số oxi hoá của oxi bằng -2, trừ trường hợp OF2 và peoxit (chẳng hạn H2O2, Na2O2,…). Kim loại kiềm và kiềm thổ luôn có số oxi hoá dương và bằng hoá trị của nó trong hợp chất. Qui tắc 3: Trong một phân tử, tổng số oxi hoá của các nguyên tố bằng không. Qui tắc 4: Số oxi hóa của các ion đơn nguyên tử bằng điện tích của ion đó. Trong ion đa nguyên tử, tổng số oxi hoá của các nguyên tố bằng điện tích của ion. Thí dụ: Tính số oxi hoá của nguyên tố lưu huỳnh trong. SO3, SO2, H2SO4, KMnO4, SO42- Đặt x là số oxi hoá của nguyên tố lưu huỳnh trong các hợp chất và ion trên, ta có: – Trong SO3: x+3.(-2) = 0 ⟹ x = +6 – Trong SO2: x+2.(-2) = 0 ⟹ x = +4 – Trong H2SO4: 2.(+1) +x+4.(-2) = 0 ⟹ x= +6 – Trong KMnO4: +1+x+4.(-2) = 0⟹ x= +7 – Trong SO42- : x+4.(-2) = -2⟹ x= +6 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH Bước 1: Xác định số oxi hóa của những nguyên tố có số oxi hóa thay đổi Bước 2: Viết hai quá trình nhường và nhận electron, cân bằng mỗi quá trình Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số electron do chất khử nhường bằng tống số electron mà chất oxi hóa nhận Bước 4: Đặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào sơ đồ phản ứng. Hoàn thành phương trình hóa học Bước 5: Kiểm tra theo thứ tự: Kim loại→ Phi kim → Hydro → Oxi. Ví dụ 1 Lập phương trình hóa học của phản ứng sau Fe2O3 + CO → Fe + CO2 Hướng dẫn giải Bước 1: Xác định số oxi hóa của những nguyên tố có số oxi hóa thay đổi Bước 2: Viết hai quá trình nhường và nhận electron, cân bằng mỗi quá trình Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số electron do chất khử nhường bằng tống số electron mà chất oxi hóa nhận Bước 4: Đặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào sơ đồ phản ứng. Hoàn thành phương trình hóa học Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 Bước 5: Kiểm tra theo thứ tự: Kim loại→ Phi kim → Hydro → Oxi. Ví dụ 2 Cân bằng các phản ứng sau theo phương pháp thăng bằng electron KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 → MnSO4 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O Hướng dẫn giải Bước 1: Xác định số oxi hóa của những nguyên tố có số oxi hóa thay đổi Bước 2: Viết hai quá trình nhường và nhận electron, cân bằng mỗi quá trình Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số electron do chất khử nhường bằng tống số electron mà chất oxi hóa nhận Bước 4: Đặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào sơ đồ phản ứng. Hoàn thành phương trình hóa học 2KMnO4 + 10FeSO4 + H2SO4 → 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O Bước 5: Kiểm tra theo thứ tự: Kim loại→ Phi kim → Hydro → Oxi. 2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 → 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O Chú ý 1: Nhân chỉ số vào quá trình nhường hoặc nhận electron Ví dụ 1 Cân bằng các phản ứng sau theo phương pháp thăng bằng electron Al + HNO3 (loãng) → Al(NO3)3 + N2O + H2O Hướng dẫn giải 8Al + 30HNO3 (loãng) = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O Chú ý 2: * Trong trường hợp một phân tử có nhiều nguyên tố thay đổi số oxi hoá, Ta viết đủ các quá trình oxi hoá hoặc quá trình khử rồi cộng gộp chung các quá trình lại. * Nếu các nguyên tố thay đổi số oxi hóa thuộc các phân tử khác nhau, ta viết đầy đủ các quá trình oxi hoá hoặc quá trình khử rồi cộng gộp riêng từng quá trình lại. Ví dụ 1: Cân bằng các phản ứng sau theo phương pháp thăng bằng electron FeS2 + HNO3 → Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO2 + H2O Hướng dẫn giải FeS2 + 18HNO3 → Fe(NO3)3 + 2H2SO4 +15NO2 +7 H2O Ví dụ 2: Cân bằng các phản ứng sau theo phương pháp thăng bằng electron As2S3 + HNO3 loãng + H2O → H3AsO4 + H2SO4 + NO Hướng dẫn giải 3As2S3 + 28HNO3 loãng + 4H2O → 6H3AsO4 + 9H2SO4 + 28NO Chú ý 3: Phản ứng tạo ra nhiều sản phẩm Ta phải viết riêng từng quá trình phản ứng đối với mỗi sản phẩm rồi cộng gộp lại sau khi đã nhân với hệ số tỉ lệ giữa các sản phẩm theo đề. Ví dụ 1: Cân bằng các phản ứng sau theo phương pháp thăng bằng electron Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + N2 ↑ + N2O ↑ + H2O Biết tỉ lệ thể tích: N2: N2O=5:4 Hướng dẫn giải Theo đề: tỉ lệ thể tích: N2: N2O=5:4. Vậy ta nhân (1) cho 5 và nhân (2) cho 4 rồi cộng 2 phương trình lại ta được phương trình (3)
41Mg + 100HNO3 → 41Mg(NO3)2 + 5N2 ↑ + 4N2O ↑ + 50H2O Ví dụ 2: Cân bằng phương trình phản ứng sau: Fe + HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + N2 + N2O + H2O Biết tỉ khối của hỗn hợp khí so với H2 là 20 Hướng dẫn giải:
Các phản ứng riêng: 10Fe + 36HNO3 = 10Fe(NO3)3 + 3N2 + 18H2O (1) 8Fe + 30HNO3 = 8Fe(NO3)3 + 3N2O + 15H2O (2) Để có tỉ lệ trên ta nhân phương trình (2) với 3 rồi cộng hai phương trình, ta có: 34Fe + 126HNO3 loãng = 34Fe(NO3)3 + 3N2 + 9N2O + 63H2O Hoặc viết các nửa phản ứng riêng: Fe + HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + N2 + N2O + H2O
Tỉ lệ thể tích: N2: N2O=1:3. Vậy ta nhân (1) cho 1 và nhân (2) cho 3 rồi cộng 2 phương trình lại ta được phương trình (3)
34Fe + 126HNO3 loãng = 34Fe(NO3)3 + 3N2 + 9N2O + 63H2O Chú ý 4: Đối với phản ứng oxi hóa – khử có hệ số bằng chữ Xác định chính xác sự tăng, giảm số oxi hóa của các nguyên tố. Chú ý nhân chỉ số của nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa Ví dụ 1: Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử sau: Al + HNO3 → Fe(NO3)3 + NxOy + H2O Hướng dẫn giải:
Ví dụ 2: Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử sau: M + HNO3 → M(NO3)n + NO2 + H2O Hướng dẫn giải:
Chú ý 5: Cân bằng phản ứng oxi hoá – khử có chất hữu cơ tham gia. Cũng tiến hành theo 4 bước. Nhưng ở bước (1) khi tính số oxi hoá của C cần lưu ý:
Cách 1: Phương pháp chung
Cách 2: Phương pháp riêng
BÀI TẬP ÁP DỤNG
|
