Chương 4

Chương 4

PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ

 

 

 

Phản ứng
oxi hoá – khử xảy ra khi đốt cháy nhiên liệu,

tạo ra năng lượng đẩy con tàu bay vào vũ trụ

 

Bài 17:

 PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ

I. ĐỊNH NGHĨA

Thí dụ 1: Khi đốt cháy magie trong không khí, xảy ra sự oxi hoá magie. Phản ứng được biểu diễn bằng phương trình hoá học.

                  
(1)

Ta xác định số oxi hoá của magie
trước và sau phản ứng. Trước phản ứng, magie có số oxi hoá 0,
sau phản ứng có số oxi hoá +2.

Ở phản ứng này, Mg nhường
electron:

                            

Quá trình Mg nhường
electron là quá trình oxi hoá Mg (sự oxi hoá Mg).

Thí dụ 2: Sự khử CuO bằng H2 xảy ra theo
phản ứng:

              
(2)

Ta xác định số oxi hoá của đồng
trước và sau phản ứng. Trước phản ứng, đồng có số oxi hoá +2
(trong CuO), sau phản ứng có số oxi hoá 0.

Ở phản ứng này, thu electron:

Quá trình  thu
electron gọi là quá trình khử  (sự khử ).

Ở phản ứng (1),
oxi là chất oxi hoá, magie là chất khử. Ở phản ứng (2), CuO chất oxi hoá, hiđro là chất khử. Tóm lại:

Chất khử (chất bị oxi hoá) là chất
nhường electron

Chất oxi hoá (chất bị khử) là chất
thu electron

Quá trình oxi hoá (sự oxi hoá) là
quá trình nhường electron

Quá trình khử (sự khử) là quá
trình thu electron

Ta xét các phản ứng không có oxi
tham gia.

Thí dụ 3. Natri cháy trong khí clo tạo ra natri
clorua (NaCl) theo phản ứng:

 

 

 

 

 

 

Trong phản ứng trên, nguyên tử
natri electron biến thành ion Na nguyên tử clo thu
electron biến thành ion Cl-. Hai ion mang điện
tích trái dấu này hút nhau tạo thành hợp chất ion NaCl. Ở đây xảy ra đồng thời sự oxi hoá natri và sự khử clo. Trong
phản ứng (3) cũng xảy ra sự nhường, sự thu electron và
có sự khử clo. Trong phản ứng (3) cũng xảy ra sự nhường, sự thu
electron và có sự thay đổi số oxi hoá.

Thí dụ 4. Khí hiđro cháy trong khí clo tạo ra khí hiđro
clorua HCl, phản ứng được biểu diễn bằng phương trình hoá học.

                                   
(4)

Ở phản ứng này, mỗi nguyên tố H và
mỗi nguyên tố Cl góp một electron để hình thành cặp electron chung
tạo ra hợp chất cộng hoá trị có cực HCl. Trong phân tử HCl, cặp electron chung
bị hút lệch về phía nguyên tử Cl, do nguyên tử Cl có độ âm điện lớn hơn. Trong phản ứng (4) có sự chuyển electron và có sự thay đổi số oxi
hoá.

Thí dụ 5. Khi đun nóng, NH4NO3 phân huỷ theo phản ứng sau:

             
(5)

Ở phản ứng này, nguyên tử N-3
nhường electron, còn nguyên tử  thu
electron. Như vậy, chỉ có sự thay đổi số oxi hoá của một
nguyên tố.

Các phản ứng (1), (2), (3), (4),
(5) đều có chung bản chất, đó là sự chuyển electron giữa
các chất tham gia phản ứng, chúng đều là phản ứng oxi hoá – khử.

Như vậy:

Phản ứng oxi hoá
– khử là phản ứng hoá học, trong đó có sự chuyển electron giữa các chất phản ứng
hay phản ứng oxi hoá – khử là phản ứng hoá học trong đó có sự thay đổi số oxi
hoá của một số nguyên tố.

Sự nhường
electron chỉ có thể xảy ra khi có sự nhận electron. Vì vậy, sự oxi hoá và sự khử bao giờ cũng diễn
ra đồng thời trong một phản ứng oxi hoá – khử. Trong
phản ứng oxi hoá – khử bao giờ cũng có chất oxi hoá và chất khử tham gia.

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

Giả sử trong phản ứng oxi hoá – khử,
chất khử nhường hẳn electron cho chất oxi hoá ta có thể cân bằng phương trình
hoá học của phản ứng theo phương pháp thăng bằng
electron. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc: Tổng số electron
do chất khử nhường phải đúng bằng tổng số electron mà chất oxi hoá nhận.

Thí dụ. Lập phương trình hoá học của phản ứng P cháy trong O2
tạo ra P2O5 theo sơ đồ phản ứng:

P + O2  ®  P2O5

Bước 1: Xác định số oxi hoá của
các nguyên tố trong phản ứng để tìm chất oxi hoá và chất khử:

Số oxi hoá của P tăng  từ 0 đến +5: P là chất khử.

Số oxi hoá của oxi giảm từ 0 đến
-2: O2 là chất oxi hoá.

Bước 2: Viết quá trình oxi hoá và
quá trình khử, cân bằng mỗi quá trình:

           
(quá trình oxi hoá)

      (quá
trình khử)

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất
oxi hoá và chất khử sao cho tổng số electron do chất
khử nhường bằng tổng số electron mà chất oxi hoá nhận:

Bước 4. Đặt các hệ số của chất oxi hoá và chất khử
vào sơ đồ phản ứng, từ đ tính ra hệ số của các chất khác có mặt trong phương
trình hoá học. Kiểm tra cân bằng số nguyên tử của các nguyên tố và cân bằng
điện tích hai vế để hoàn tất việc lập phương trình hoá học của phản ứng.

4P + 5O2 ® 2P2O5

Thí dụ 2. Lập
phương trình hoá học của phản ứng khí cacbon monooxit khư sắt (III) oxit ở nhiệt
độ cao thành sắt và các bon đioxit theo sơ đồ phản ứng:

Fe2O3 +
CO   ®   Fe +
CO2

Bước 1:  Xác định số oxi hoá
của các nguyên tố trong phản ứng để tìm chất oxi hoá và chất khử:

Số oxi hoá của sắt giảm từ +3 đến
O:  (trong Fe2O3)
là chất oxi hoá.

Số oxi hoá của cacbon tăng từ +2 đến
+4: (trong CO) là chất khử.

Bước 2: Viết quá trình oxi hoá và
quá trình khử:

                        
(quá trình khử)

       
                   
(quá trình khử)

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất
oxi hoá và chất khử:

Bước 4: Đặt các hệ số của chất oxi
hoá và chất khử vào sơ đồ phản ứng. Hoàn thành phương trình hoá học:

Fe2O3 +
3CO ®  2Fe + 3CO2

III. Ý NGHĨA CỦA PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ TRONG THỰC TIỄN

Phản ứng oxi hoá
– khử là loại phản ứng hoá học khá phổ biến trong tự nhiên và có tầm quan trọng
trong sản xuất và đời sống.

Trong đời sống,
phần lớn năng lượng ta dùng là năng lượng của phản ứng oxi hoá- khử. Sự cháy của xăng dầu trong các động cơ đốt trong, sự cháy của
than, củi, các quá trình điện phân, các phản ứng xảy ra trong pin, ắc quy … đều
là quá trình oxi hoá – khử.

Trong sản xuất, nhiều phản ứng oxi
hoá – khử là cơ sở của các quá trình sản xuất hoá học như luyện gang, thép, luyện
nhôm, sản xuất các hoá chất cơ bản như xút, axit clohiđric, axit nitric, sản xuất
phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, dược phẩm, ….

Bài 18:

PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG

TRONG HOÁ HỌC VÔ CƠ

I. PHẢN ỨNG CÓ SỰ THAY ĐỔI SỐ OXI HOÁ
VÀ PHẢN ỨNG KHÔNG CÓ SỰ THAY ĐỔI SỐ OXI HOÁ

1. Phản ứng hoá hợp

a. Thí dụ 1:
                
                   

Số oxi hoá của hiđro tăng từ 0 lên
+1

Số oxi hoá của oxi giảm từ 0 xuống
-2

Thí dụ 2:
                    
               

Số oxi hoá của
các nguyên tố không thay đổi.

b. Nhận xét

Trong phản ứng
hoá hợp, số oxi hoá của các nguyên tố có thể thay đổi hoặc không thay đổi.

2. Phản ứng phân huỷ

a. Thí dụ 1:     

Số oxi hoá của oxi tăng từ -2 lên
+0;

Số oxi hoá của
clo giảm từ +5 xuống -1.

Thí dụ 2:
                    
            

Số oxi hoá của
các nguyên tố không thay đổi.

b. Nhận xét

Trong phản ứng
phân huỷ, số oxi hoá của các nguyên tố có thể thay đổi hoặc không thay đổi.

3. Phản ứng thế

a. Thí dụ 1:     

Số oxi hoá của đồng tăng từ 0 lên
+2;

Số oxi hoá của bạc
giảm từ +1 xuống 0.

Thí dụ 2:
                    
                   

Số oxi hoá của kẽm tăng từ 0 lên
+2;

Số oxi hoá của
hiđro giảm từ +1 xuống 0.

b. Nhận xét

Trong hoá học vô
cơ, phản ứng thế bao giờ cũng có sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố.

4. Phản ứng trao đổi

a. Thí dụ 1:     

Số oxi hoá của tất cả các nguyên tố
không thay đổi

Thí dụ 2:
                    
                       

Số oxi hoá của tất cả các nguyên tố
không thay đổi

b. Nhận xét

Trong phản ứng
trao đổi, số oxi hoá của các nguyên tố không thay đổi.

II. KẾT LUẬN

Dựa vào sự
thay đổi số oxi hoá, có thể chia phản ứng hoá học thành hai loại:

– Phản ứng hoá
học có sự thay đổi số oxi hoá là phản ứng oxi hoá – khử.

– Các phản ứng thế, một số phản ứng
hoá học và một số phản ứng phân huỷ thuộc loại phản ứng hoá học này.

– Phản ứng hoá học không có sự
thay đổi số oxi hoá, không phải là phản ứng oxi hoá – khử.

– Các phản ứng trao đổi, một số phản
ứng hoá hợp và một số phản ứng phân huỷ thuộc loại phản ứng hoá học này.

 

Bài 19:

LUYỆN TẬP:

PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ

A. KIẾN THỨC CẦN NẮM VỮNG

1. Sự oxi hoá là sự nhường electron, là sự tăng oxi hoá.

Sự khử là sự thu electron, là sự giảm số
oxi hoá

Người ta còn
gọi sự oxi hoá là quá trình oxi hoá, sự khử lá quá trình khử.

2. Sự oxi hoá và sự khử là hai quá trình có bản chất trái ngược
nhau nhưng xảy ra đồng thời trong một phản ứng. Đó là phản ứng
oxi hoá – khử.

3. Chất khử là chất nhường electron, là chất chứa nguyên tố có số
oxi hoá tăng sau phản ứng. Chất oxi hoá là chất thu electron,
là chất chứa nguyên tố có số oxi hoá giảm sau phản ứng. Trong
phản ứng oxi hoá- khử bao giờ cũng có chất khử và chất oxi hoá tham gia.
Chất khử còn gọi là chất bị oxi hoá và chất oxi hoá còn gọi
là chất bị khử.

4. Phản ứng oxi hoá- khử là phản ứng hoá học trong đó có sự chuyển
electron giữa các chất phản ứng. Nếu dựa vào sự thay đổi số
oxi hoá thì phản ứng oxi hoá – khử là phản ứng hoá học trong đó có sự thay đổi
số oxi hoá của một số nguyên tố.

5. Dựa vào số oxi hoá người ta chia các phản ứng thành 2 loại, đó
là pu1 oxi hoá – khử (số oxi hoá thay đổi) và phản ứng không thuộc loại phản ứng
oxi hoá – khử (số oxi hoá không thay đổi).

 

Bài đọc thêm

MƯA AXÍT

Khí thải công nghiệp và khí thải của
các động cơ đốt trong (ô tô, xe máy) có chứa các khí
SO2, NO, NO2… Các khí này tác dụng với khí O2
và hơi nước trong không khí nhờ xúc tác oxit kim loại
(có trong khói, bụi nhà máy) hoặc ozon tạo ra axít sunfuric H2SO4
và axít HNO3.

2SO2
+ O2 + 2H2O ® 2H2SO4

2NO +
O2 ® 2NO2

4NO2
+ O2 + 2H2O ® 4HNO3

Axít
H2SO4 và HNO3 tan vào nước mưa tạo ra mưa
axít. Hiện nay, mưa axít là nguồn ô nhiễm chính ở một số nơi trên thế giới.

Mưa
axít làm mùa màng thất thu và phá huỷ các công trình xây dựng, các tượng đài
làm từ đá cẩm thạch, đá vôi, đá phiến (các loại đá này có thành phần chính là
CaCO3). Những vật liệu có chứa CaCO3 bị thủng lỗ chỗ và yếu
đi về mặt cơ học do CaCO3 tan trong nước mưa có các axít trên.

CaCO3
+ H2SO4 ® CaSO4 + CO2 ­ + H2O

CaCO3
+ 2HNO3 ® Ca(NO3)2 + CO2 ­ + H2O

Những
bức tượng vô giá bằng đá ở I-ta-li-a và Hi Lạp, đền thờ Ta Ma – Han (Taj Mahal)
ở Ấn Độ bị phá huỷ một phần do mưa axít.

Năm
1958, ở Châu Âu nước mưa có pH = 5, nhưng năm 1962 giảm xuống 4, 5 tại Hà Lan.
Năm 1966, ở Thuỵ Điển, mưa axít có pH = 4,5 đã phá huỷ cây cối, làm đình trệ sự
phát triển rừng. Năm 1979, cũng tại Thuỵ Điển có đến 20.000 hồ có hệ sinh thái
nước bị ảnh hưởng nghiêm trọng, làm chết rất nhiều cá. Axít H2SO4
và muối của kim loại cađimi (Cd), chì (Pb) được tích tụ trong tuyến mùa đông,
khi tuyết tan, nước bị ô nhiễm đổ vào sông, hồ giết chết cá và cả trứng cá.

Nguyên
nhân gây ra mưa axít: H2SO4 đóng vai trò chính, HNO3
đóng vai trò thứ hai.

 

Bài 20:    

BÀI THỰC HÀNH SỐ 1

PHẢN
ỨNG OXI HOÁ – KHỬ

 

I. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM VÀ CÁCH TIẾN HÀNH

1. Phản ứng
giữa kim loại và dung dịch axit

Rót vào ống nghiệm khoảng 2 ml dung dịch axit
sunfuric loãng rồi cho tiếp vào ống nghiệm một viên kẽm nhỏ. Quan sát hiện tượng
xảy ra.

Giải thích hiện tượng. Viết phương trình hoá học của
phản ứng và cho biết vai trò của từng chất trong phản ứng.

2.
Phản ứng giữa kim loại và dung dịch muối

Rót vào ống nghiệm khoảng 2ml dung dịch CuSO4
loãng. Cho vào ống nghiệm một đinh sắt đã được làm sạch bề mặt. Để yên ống nghiệm
khoảng 10 phút. Quan sát hiện tượng xảy ra.

Giải thích hiện tượng. Viết phương trình hoá học của
phản ứng và cho biết vai trò của từng chất trong phản ứng.

3.
Phản ứng oxi hoá – khử trong môi trường axit

Rót vào ống nghiệm khoảng 2ml dung dịch FeSO4,
thêm vào đó 1ml dung dịch H2SO4 loãng.

Nhỏ vào ống nghiệm trên từng giọt dung dịch KMnO4,
lắc nhẹ ống nghiệm sau mỗi lần thêm một giọt dung dịch. Quan sát hiện tượng xảy
ra.

Giải thích hiện tượng. Viết phương trình hoá học của
phản ứng và cho biết vai trò của từng chất trong phản ứng.

II.
VIẾT TƯỜNG TRÌNH