BÀI 12: PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CUỘC SỐNG

MỞ ĐẦU

Đom đóm có thể phát sáng ra ánh sáng đặc biệt, không toả nhiệt như ánh sáng nhân tạo. Cấu tạo bên trong lớp da bọng của đom đóm là dãy các tế bào phát quang có chứa leciferin. Luciferin tác dụng với oxygen, cùng xúc tác enzyme, để tạo ra ánh sáng. Đây là phản ứng oix hoá – khử.

Trong cuộc sống cũng như trong tự nhiên có nhiều hiện tượng mà nguyên nhân chính là do phản ứng oxi hoá – khử gây ra. Phản ứng oxi hoá – khử là gì? Vai trò quan trọng của chúng trong cuộc sống như thế nào?

Giải nhanh:

- Là phản ứng hóa học mà có sự chuyển dịch electron giữa các chất phản ứng. 

- Vai trò:

+ Gắn liền với cuộc sống: sự cháy của than củi; sự cháy của xăng, dầu trong các động cơ đốt trong; các phản ứng xảy ra trong pin…

+ Là cơ sở của quá trình sản xuất trong công nghiệp nặng; sản xuất các hóa chất cơ bản; sản xuất phân bón;…

1. SỐ OXI HOÁ

Thảo luận 1: Quan sát Hình 12.1, hãy viết quá trình nhường và nhận electron trong phản ứng giữa magnesium và oxygen.

Giải nhanh:

Mg → Mg²⁺ + 2e

O₂ + 4e → 2O^2-

Thảo luận 2: Quan sát Hình 12.2a, hydrogen cháy trong chlorine với ngọn lửa sáng, tạo hợp chất hydrogen chloride (HCl). Nếu cặp electron chung trong hợp chất cộng hoá trị HCl lệch hẳn về phía nguyên tử Cl (Hình 12.2b), hãy xác định điện tích của các nguyên tử trong phân tử HCl.

Giải nhanh:

Điện tích của Cl là 1- và của H là 1+.

Thảo luận 3: Nêu điểm khác nhau giữa kí hiệu số oxi hoá và kí hiện điện tích của ion M trong hình sau:

Giải nhanh:

Số oxi hoá có dấu viết trước số, điện tích có số viết trước dấu.

Thảo luận 4: Dự đoán số oxi hoá của các nguyên tử trong nhóm IA, IIA, IIIA trong các hợp chất. Giải thích.

Giải nhanh:

Lần lượt là +1, +2, +3 vì số oxi hoá của các nguyên tố này thường trùng với số thứ nhóm.

Luyện tập: Hãy xác định số oxi hoá của các nguyên tử trong các đơn chất, hợp chất và ion sau: Zn, H₂, Cl^-, O^2-, S^2-, HSO4-, Na₂S₂O₃, KNO₃.

Giải nhanh:

Luyện tập: Magnetite là khoáng vật sắt từ có hàm lượng sắt cao nhất được dùng trong ngành luyện gang, thép với công thức hoá học là Fe₃O₄.

Hãy xác định số oxi hoá của nguyên tử Fe trong hợp chất trên.

Giải nhanh:

Là +8/3.

2. PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ

Thảo luận 5: Hãy nhận xét và giải thích sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tử trong chất oxi hoá và chất khử trước và sau phản ứng.

Giải nhanh:

Zn có số oxi hoá tăng từ 0 đến +2. H⁺ có số oxi hoá giảm từ +1 về 0.

Luyện tập: Cho phương trình hoá học của các phản ứng sau:

H₂S + Br₂ → 2HBr + S↓ (1)

2KClO₃  t°→  2KCl + 3O₂↑ (2)

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O  (3)

Phản ứng nào là phản ứng oxi hoá – khử? Vì sao? Hãy xác định quá trình oxi hoá và quá trình khử của các phản ứng đó.

Giải nhanh:

Phản ứng (1) và (2) vì trong phản ứng có sự thay đổi số oxi hoá.

(1): S^-2 → S + 2e (quá trình oxi hoá); Br₂ + 2e → 2Br^-1 (quá trình khử)

(2): 2O^-2 → O₂ + 4e (quá trình oxi hoá); Cl⁺⁵ + 6e → Cl^-1 (quá trình khử).

Thảo luận 6: Làm thế nào để biết một phản ứng là phản ứng oxi hoá – khử?

Giải nhanh:

- Có sự thay đổi số oxi hoá.

- Xảy ra đồng thời quá trình oxi hoá và quá trình khử.

Luyện tập: Hãy nêu 3 ví dụ về phản ứng có sự thay đổi số oxi hoá của nguyên tử và 3 ví dụ về phản ứng không có sự thay đổi số oxi hoá của nguyên tử.

Giải nhanh:

- Có sự thay đổi:

- Không có sự thay đổi:

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

CaCO₃ + H₂SO₄ → CaSO₄ + CO₂+ H₂O

2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O

3. LẬP PHƯƠNG TRÌNH HOÁ HỌC CỦA PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ

Luyện tập: Lập phương trình hoá học của các phản ứng oxi hoá – khử sau, xác định vai trò của các chất tham gia phản ứng.

KMnO₄ + HCl → KCl + MnCl₂ + Cl₂↑ + H₂O  (1)

NH₃ + Br₂ → N₂ + HBr (2)

NH₃ + CuO  t°→  Cu + N₂ + H₂O  (3)

FeS₂ + O₂  t°→  Fe₂O₃ + SO₂  (4)

KClO₃  t°, MnO2→  KCl + O₂↑ (5)

Giải nhanh:

(1) có chất oxi hoá KMnO₄, chất khử là HCl.

Quá trình oxi hoá: 5x |2Cl^-1 → Cl₂ + 2e

Quá trình khử:  2x |Mn⁺⁷ + 5e → Mn⁺²

PTHH: 2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂↑ + 8H₂O

(2) có chất oxi hoá Br₂, chất khử là NH₃.

Quá trình oxi hoá: 2N^-3 → N₂ + 6e

Quá trình khử:  3x |Br₂ + 2e → 2Br^-1

PTHH: 2NH₃ + 3Br₂ → N₂ + 6HBr

(3) có chất oxi hoá CuO, chất khử là NH₃.

Quá trình oxi hoá: 2N^-3 → N₂ + 6e

Quá trình khử: 3x |Cu⁺² + 2e → Cu

PTHH: 2NH₃ + 3CuO  t°→  3Cu + N₂ + 3H₂O

(4) có chất oxi hoá FeS₂, chất khử là O₂.

Quá trình oxi hoá: 4x |Fe⁺² → Fe⁺³ + e

4x |2S^-1 → 2S⁺⁴ + 10e

Quá trình khử:      11x |O₂ + 4e → 2O^-2

PTHH: 4FeS₂ + 11O₂  t°→  2Fe₂O₃ + 8SO₂

(5) KClO₃ vừa là chất khử, vừa là chất oxi hoá.

Quá trình oxi hoá: 3x |2O^-2 → O₂ + 4e

Quá trình khử:  2x |Cl⁺⁵ + 6e → Cl^-1

PTHH: 2KClO₃  t°, MnO2→  2KCl + 3O₂↑

4. Ý NGHĨA CỦA PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ

Thảo luận 7: Lập phương trình hoá hoc của phản ứng đốt cháy gas trong không khí và phản ứng kích nổ hỗn hợp nhiên liệu của tàu con thoi. Xác định vai trò của các chất trong mỗi phản ứng.

Giải nhanh:

Các PTHH:

Thảo luận 8: Quan sát Hình 12.7 và đọc thông tin, hãy lập phương trình hoá học của phản ứng quang hợp ở cây xanh. Quá trình quang hợp của thực vật có vai trò quan trọng như thế nào đối với cuộc sống?

Giải nhanh:

PTHH: 6CO₂ + 6H₂O  asmt→  C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Quá trình quang hợp tổng hợp carbohydrate, tích luỹ năng lượng cho thực vật, điều hoà không khí.

Thảo luận 9: Từ thông tin về “Luyện kim”, viết phản ứng của khí carbon monoxide khử iron (II) oxide ở nhiệt độ cao. Lập phương trình hoá học của phản ứng theo phương pháp thăng bằng electron, xác định vai trò của các chất trong phản ứng.

Giải nhanh:

Chất khử CO, chất oxi hoá Fe₂O₃.

Quá trình khử:        2Fe⁺³ + 6e → Fe

Quá trình oxi hoá:  3x| C⁺² → C⁺⁴ + 2e

PTHH: 3CO + Fe₂O₃  t°→  3CO₂ + 2Fe

Thảo luận 10:  Đọc thông tin về “Điện hoá” để biết được phản ứng oxi hoá – khử gắn liền với cuộc sống. Lập phương trình hoá học của phản ứng sinh ra dòng điện trong pin khi zinc phản ứng với manganese dioxide.

Giải nhanh:

Chất khử Zn, chất oxi hoá MnO₂.

Quá trình khử:  2Mn⁺⁴ + 2e → 2Mn⁺³

Quá trình oxi hoá:    Zn → Zn⁺² + 2e

PTHH: Zn + 2MnO₂ → ZnO + Mn₂O₃ + năng lượng

Vận dụng: Hãy nêu thêm một số phản ứng oxi hoá – khử quan trọng gắn với đời sống hằng ngày.

Giải nhanh:

Phản ứng gỉ sắt sau 1 thời gian dùng, phản ứng thuỷ phân, cao su dùng lâu bị cứng…

BÀI TẬP

Bài 1: Tính số oxi hoá của nguyên tử có đánh dấu * trong các chất và ion dưới đây:

Giải nhanh:

a) Lần lượt là +6, +7, +7, -3.

b) Lần lượt là +3, +5, +5, +6.

Bài 2: Lập phương trình hoá học của các phản ứng sau bằng pương pháp thăng bằng electron, nêu rõ chất oxi hoám chất khử trong mỗi trường hợp.

a) HCl + MnO₂  t°→  MnCl₂ + Cl₂↑ + H₂O

b) KMnO₄ + KNO₂ + H₂SO₄ → MnSO₄ + KNO₃ + K₂SO₄ + H₂O

c) Fe₃O₄ + HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO↑ + H₂O

d) H₂C₂O₂ + KMnO₄ + H₂SO₄ → CO₂↑ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Giải nhanh:

a) 4HCl + MnO₂  t°→  MnCl₂ + Cl₂↑ + H₂O

HCl: chất oxi hoá, MnO₂: chất khử

b) 2KMnO₄ + 5KNO₂ + 3H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 5KNO₃ + K₂SO₄ + 3H₂O

KMnO₄: chất oxi hoá, KNO₂: chất khử

c) 3Fe₃O₄ + 28HNO₃ → 9Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 14H₂O

Fe₃O₄: chất khử, HNO₃: chất oxi hoá

d) 5H₂C₂O₂ + 6KMnO₄ + 9H₂SO₄ → 10CO₂↑ + 6MnSO₄ + 3K₂SO₄ + 14H₂O

H₂C₂O₂: chất khử, KMnO₄: chất oxi hoá

Bài 3: Có nhiều hiện tượng xảy ra xung quanh ta, em hãy nêu hai phản ứng oxi hoá – khử gắn liền với cuộc sống hằng ngày và lập phương trình hoá học của các phản ứng đó bằng phương pháp thăng bằng electron.

Giải nhanh:

Phản ứng đốt than: C + O₂  t°→  CO₂

Phản ứng lên men glucose: C₆H₁₂O₆  enzyme→  2C₂H₅OH + 2CO₂

Bài 4: Viết phương trình hoá học của phản ứng điều chế muối xinc chloride (ZnCl₂) bằng một phản ứng oxi hoá – khử và một phản ứng không phải là phản ứng oxi hoá – khử.

Giải nhanh:

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O

Bài 5: Nhiên liệu rắn dành cho tên lửa tăng tốc của tàu vũ trụ con thoi là hỗn hợp gồm ammonium perchlorate (NH₄ClO₄) và bột nhôm. Khi được đốt đến trên 200 ^oC, ammonium perchlorate nổ theo phản ứng sau:

NH₄ClO₄  200 °C→  N₂↑ + Cl₂↑ + O₂↑ + H₂O↑

Lập phương trình hoá học của phản ứng bằng phương pháp thăng bằng electron.

Giải nhanh:

PTHH: