BÀI 13: PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ

MỞ ĐẦU

Quá trình bị gỉ của đinh ốc ngoài không khi được mô tả như hình dưới đấy:

Trong quá trình này, hãy cho biết nguyên tử nguyên tố nào nhường electron, nguyên tử nguyên tố nào nhận electron. Giải thích.

Đáp án chuẩn:

Fe nhường: Fe → Fe²⁺ + 2e. Oxygen nhận: 2H₂O + O₂ + 4e → 4OH^-

I. SỐ OXI HOÁ

Luyện tập 1: Xác định số oxi hóa của mỗi nguyên tử nguyên tố trong các hợp chất ion Al₂O₃, CaF₂.

Đáp án chuẩn:

Al: +3, O: -2, Ca: +2, F: -1.

Luyện tập 2: Xác định số oxi hóa của mỗi nguyên tử trong hợp chất sau: NO, CH₄

Đáp án chuẩn:

N: +2, O: -2, H: +1, C: -4.

Câu 1: Dựa theo quy tắc octet, giải thích vì sao số oxi hóa của O là -2, của kim loại nhóm IA là +1, của kim loại nhóm IIA là +2 và của Al là +3.

Đáp án chuẩn:

- Nguyên tử O có 6e lớp ngoài cùng nên nhận thêm 2e để đạt cấu hình khí hiếm. 

- Nguyên tử kim loại nhóm IA có 1e lớp ngoài cùng nên nhường 1e để đạt cấu hình khí hiếm. 

- Nguyên tử kim loại nhóm IIA có 2e lớp ngoài cùng nên nhường 2e để đạt cấu hình khí hiếm.

- Nguyên tử Al có 3e lớp ngoài cùng nên nhường 3e để đạt cấu hình khí hiếm.

Luyện tập 3: Xác định số oxi hóa của mỗi nguyên tử trong các hợp chất: Fe₂O₃, Na₂CO₃, KAl(SO₄)₂

Đáp án chuẩn:

- Fe₂O₃: Fe là +3, O là -2.

- Na₂CO₃: Na là +1, C là +4, O là +2.

- KAl(SO₄)₂: K là +1, Al là +3, S là +6, O là -2.

Luyện tập 4: Xác định số oxi hóa của mỗi nguyên tử trong các ion NO₃^-, NH₄⁺, MnO₄^-.

Đáp án chuẩn:

- NO₃^-: N là +5, O là -2.

- NH₄⁺: N là -3, H là +1.

- MnO₄^-: Mn là +7, O là -2.

Luyện tập 5: Xác định số oxi hóa của mỗi nguyên tử trong NH₃ theo cách 2.

Đáp án chuẩn:

H góp 1e chuyển sang N. Có 3 liên kết N-H nên số OXH của N là +3, H là -1.

Câu 2: Dựa vào độ âm điện, giải thích vì sao công thức ion giả định của OF₂ là F^-O²⁺F^- mà không phải là F⁺O^2-F⁺.

Đáp án chuẩn:

Vì ĐÂĐ của F lớn hơn nên cặp e chung lệch về F.

II. PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ

Câu 3: Xác định số oxi hóa của các nguyên tử trong phản ứng (1), (2). Cho biết nguyên tố nào có sự thay đổi số oxi hóa.

Đáp án chuẩn:

=> Ag và Cl có sự thay đổi 

=> Không thay đổi.

Câu 4: Nguyên tố Cl thể hiện bao nhiêu số oxi hóa trong phản ứng (3)?

Đáp án chuẩn:

0, +1, -1.

Câu 5: Trong phản ứng ở ví dụ 1, hãy chỉ ra chất khử, chất oxi hóa, quá trình khử, quá trình oxi hóa.

Đáp án chuẩn:

Quá tình OXH: Al → Al³⁺ + 3e => Al - chất khử

Quá trình khử: O₂ + 4e → 2O^2- => O₂ - chất OXH.

Câu 6: Cân bằng các phản ứng oxi hóa – khử sau. Chỉ ra chất oxi hóa, chất khử, sự oxi hóa, sự khử.

a) Fe₂O₃ + CO → Fe + CO₂

b) NH₃ + O₂ → NO + H₂O

Đáp án chuẩn:

a) Quá trình khử: 2x|Fe³⁺ + 3e → Fe => Fe₂O₃ là chất OXH

Quá trình OXH:  3x|C⁺² → C⁺⁴ + 2e => CO là chất khử

PTHH: Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

b) Quá trình khử: 4x| N⁺³ + 1e → N⁺² => NH₃ là chất OXH

Quá trình OXH:       O₂ + 4e → 2O^2- => O₂ là chất khử

PTHH: 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O

Câu 7: Các phản ứng trên thường gặp trong đời sống và trong sản xuất. Những phản ứng này thường diễn ra trong quá trình nào?

Đáp án chuẩn:

a) Luyện gang.

b) Điều chế HNO₃

Luyện tập 6: Cân bằng các phản ứng oxi hóa – khử sau:

a) HCl + PbO₂ → PbCl₂ + Cl₂ + H₂O

b) KMnO₄ + HCl → KCl + MnCl₂ + Cl₂ + H₂O

Đáp án chuẩn:

a) 4HCl + PbO₂ → PbCl₂ + Cl₂ + 2H₂O

b) 2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O

Vận dụng: Sắt bị gỉ trong không khí ẩm. Đó có phải là phản ứng oxi hóa – khử không? Đề xuất một vài biện pháp hạn chế sự tạo gỉ kim loại nêu trên.

Đáp án chuẩn:

Có. Biện pháp:

- Sơn, mạ, bôi dầu mỡ lên bề mặt,…

- Chế tạo hợp kim ít bị ăn mòn…

Câu 8: Hãy viết các quá trình thay đổi số oxi hóa của mỗi nguyên tử nguyên tố trong phản ứng oxi hóa hoàn toàn methane (thành phần chính của khí thiên nhiên)

Đáp án chuẩn:

O₂ + 4e → 2O^-2

C^-4 → C⁺⁴ + 8e

BÀI TẬP

Bài 1: Xác định số oxi hóa của mỗi nguyên tử trong phân tử và ion sau đây:

a) H₂SO₃                b) Al(OH)₄^-            c) NaAlH₄              d) NO₂^-

Đáp án chuẩn:

a) O là -2, H là +1, S là +4

b) O là -2, H là +1, Al là +3

c) Na là +1, H là -1, Al là +3.

d) N là +3, O là -2.

Bài 2: Xác định chất oxi hóa, chất khử, viết quá trình oxi hóa, quá trình khử trong các phản ứng sau:

a) Ag⁺ + Fe²⁺ → Ag + Fe³⁺                 

b) 3Hg²⁺ + 2Fe → 3Hg + 2Fe³⁺

c) 2As + 3Cl₂ → 2AsCl₃                     

d*) Al + 6H⁺ + 3NO₃^- → Al³⁺ + 3NO₂ + 3H₂O

Đáp án chuẩn:

a) Quá trình khử: Ag⁺ + 1e → Ag => Ag⁺ là chất OXH

Quá trình OXH: Fe²⁺ → Fe³⁺ + 1e => Fe²⁺ là chất khử 

b) Quá trình khử: Hg²⁺ + 2e → Hg => Hg²⁺ là chất OXH

Quá trình OXH: Fe → Fe⁺³ +3e => Fe là chất khử

c) Quá trình OXH: As → As³⁺ + 3e => As là chất khử

Quá trình khử: Cl₂ + 2e → 2Cl => Cl₂ là chất OXH

d) Quá trình khử: N⁺⁵ + 1e → N⁺⁴ => NO₃^- là chất OXH

Quá trình OXH: Al → Al⁺³ + 3e

Bài 3: Cân bằng các phản ứng oxi hóa – khử sau đây bằng phương pháp thăng bằng electron:

a) NaBr + Cl₂ → NaCl + Br₂              

b) Fe₂O₃ + CO →  Fe + CO₂

c) CO + I₂O₅ →  CO₂ + I₂                   

d) Cr(OH)₃ + Br₂ + OH^- →  CrO₄^2- + Br^- + H₂O

e) H⁺ + MnO₄^- + HCOOH →  Mn²⁺ + H₂O + CO₂

Đáp án chuẩn:

a) 2NaBr + Cl₂ → 2NaCl + Br₂

b) Fe₂O₃ + 3CO →  2Fe + 3CO₂

c) 5CO + I₂O₅ →  5CO₂ + I₂

d) 2Cr(OH)₃ + 3Br₂ + 10OH^-   →  2CrO₄^2- + 6Br^- + 8H₂O

e) 6H⁺ + 2MnO₄^- + 5HCOOH →  2Mn²⁺ + 8H₂O + 5CO₂

Bài 4: Nước oxi già có tính oxi hóa mạnh, do khả năng oxi hóa của hydrogen peroxide (H₂O₂).

a) Từ công thức cấu tạo H – O – O – H, hãy xác định số oxi hóa của mỗi nguyên tử.

b) Nguyên tử nguyên tố nào gây nên tính oxi hóa của H₂O₂. Viết quá trình khử minh họa cho nguyên tử nguyên tố đó.

Đáp án chuẩn:

a) O là -1, H là +1

b) Nguyên tử O vì khi này số oxi hóa của O là -1. Quá trình khử: O^-1 + 1e → O^-2  

Bài 5: Xăng E5 được tạo nên bởi sự pha trộn xăng A92 và ethanol (C₂H₅OH) theo tỉ lệ thể tích tương ứng là 95 : 5, giúp thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch, phù hợp với xu thế phát triển chung trên thế giới và góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.

Viết phương trình của phản ứng hóa học đốt cháy ethanol thành CO₂ và H₂O. Phản ứng này có phải là phản ứng oxi hóa – khử hay không? Nó thuộc loại phản ứng cung cấp hay tích trữ năng lượng.

Đáp án chuẩn:

- PTHH: C₂H₅OH + 3O₂  t°→  2CO₂ + 3H₂O

- Có, loại cung cấp năng lượng.