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.

Giải nhanh:

Fe nhường electron: Fe → Fe²⁺ + 2e

Oxygen của không khí nhận electron: 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.

Giải nhanh:

Số oxi hóa của Al là +3, của O là -2, của Ca là +2, của F là -1.

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

Giải nhanh:

Số oxi hóa của N là +2, O là -2, của H là +1, C là -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.

Giải nhanh:

- Nguyên tử O có 6 electron lớp vỏ ngoài cùng nên có xu hướng nhận thêm 2 electron để đạt được cấu hình khí hiếm 

- Nguyên tử kim loại nhóm IA có 1 electron lớp vỏ ngoài cùng nên có xu hướng nhường 1 electron này để đạt được cấu hình khí hiếm. 

- Nguyên tử kim loại nhóm IIA có 2 electron lớp vỏ ngoài cùng nên có xu hướng nhường 2 electron này để đạt được cấu hình khí hiếm.

- Nguyên tử Al có 3 electron lớp vỏ ngoài cùng nên có xu hướng nhường 3 electron này để đạt được 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

Giải nhanh:

- Fe₂O₃: số oxi hóa của Fe là +3, O là -2.

- Na₂CO₃: số oxi hóa của Na là +1, C là +4, O là +2.

- KAl(SO₄)₂: số oxi hóa của 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^-.

Giải nhanh:

- NO₃^-: số oxi hóa của N là +5, O là -2.

- NH₄⁺: số oxi hóa của N là -3, H là +1.

- MnO₄^-: số oxi hóa của Mn là +7, O là -2.

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

Giải nhanh:

Trong mỗi liên kết đơn, H góp 1 electron chuyển sang N. Có 3 liên kết N-H nên số oxi hóa 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⁺.

Giải nhanh:

Vì độ âm điện của F lớn hơn nên 2 cặp electron chung sẽ lệch hoàn toàn 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.

Giải nhanh:

Cả Ag và Cl đều có sự thay đổi số oxi hóa

Không có sự thay đổi số oxi hoá.

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

Giải nhanh:

3 số oxi hóa của Cl là 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.

Giải nhanh:

Quá tình oxi hoá: Al → Al³⁺ + 3e => Al là chất khử

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

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

Giải nhanh:

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

Quá trình oxi hoá:  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 oxi hoá

Quá trình oxi hoá:       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?

Giải nhanh:

a) Diễn ra trong quá trình luyện gang.

b) Diễn ra trong quá trình 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

Giải nhanh:

a) 2Cl^-1 → Cl₂ +2e

Pb⁺⁴ + 2e → Pb⁺² 

PTHH: 4HCl + PbO₂ → PbCl₂ + Cl₂ + 2H₂O

b) 2x| Mn⁺⁷ + 5e → Mn⁺²

    5x| 2Cl^-1 → Cl₂ +2e

PTHH: 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.

Giải nhanh:

Là phản ứng oxi hoá – khử. Một số biện pháp:

- Sơn, mạ, bôi dầu mỡ lên trên 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)

Giải nhanh:

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^-

Giải nhanh:

a) Số oxi hóa của O là -2, H là +1, S là +4

b) Số oxi hóa của O là -2, H là +1, Al là +3

c) Số oxi hóa của Na là +1, H là -1, Al là +3.

d) Số oxi hóa của 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

Giải nhanh:

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

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

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

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

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

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

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

Quá trình oxi hóa: 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

Giải nhanh:

a) Cl₂ + 2e → 2Cl^-

2Br^- → Br₂ + 2e

PTHH: 2NaBr + Cl₂ → 2NaCl + Br₂

b)      2x| Fe⁺³ + 3e → Fe

3x| C⁺² → C⁺⁴ + 2e

PTHH: Fe₂O₃ + 3CO →  2Fe + 3CO₂

c) 2I⁺⁵ + 10e → I₂

5x| C⁺² → C⁺⁴ + 2e

PTHH: 5CO + I₂O₅ →  5CO₂ + I₂

d)      2x| Cr⁺³ → Cr⁺⁶ + 3e

3x| Br₂ + 2r → 2Br^-

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

e)       2x| Mn⁺⁷ + 5e → Mn⁺²

5x| C⁺² → C⁺⁴ + 2e

PTHH: 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.

Giải nhanh:

a) Số oxi hóa của O là -1, H là +1

b) Nguyên tử O vì số oxi hóa của O là -1 trong H₂O₂, trong các hợp chất khác số oxi hóa của O thường là -2. 

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.

Giải nhanh:

- PTHH: C₂H₅OH + 3O₂  2CO₂ + 3H₂O

- Là phản ứng oxi hóa – khử, thuộc loại phản ứng cung cấp năng lượng.