Bài 13: Phản ứng oxi hóa - khử

PT: 3O2 + 4Fe + 6H2O → 4Fe(OH)3↓

Fe → Fe3+ + 3e (nhường electron).

O2 + 4e → 2O2- (nhận electron).

- Al2O3: Số oxi hóa của O là -2.

Gọi a là số oxi hóa của Al. Áp dụng quy tắc 1 và 2

=> a.2 + (-2).3 = 0 → x = +3

Vậy số oxi hóa của O là -2, Al là +3

- CaF2

Gọi x là số oxi hóa của F, theo quy tắc 1 và 2 có:

1.(+2) + 2.x = 0 → x = -1.

Vậy số oxi hóa của Ca là +2, của F là -1.

- N = O có công thức ion giả định là N2+O2-

Vậy số oxi hóa của N là +2, O là -2.

- CH4 có công thức ion giả định là C4-H4+

Vậy số oxi hóa của C là -4, H là +1.

- Nguyên tử O với cấu hình electron là 1s22s22p4, có 6 electron ở lớp vỏ ngoài cùng nên xu hướng cơ bản là nhận thêm 2 electron để đạt được lớp vỏ có 8 electron ở lớp ngoài như khí hiếm ⇒ Vậy số oxi hóa của O là -2.

O + 2e → O2-

- Nguyên tử kim loại nhóm IA có cấu hình electron chung là ns1, có 1 electron ở lớp vỏ ngoài cùng nên xu hướng cơ bản là nhường đi 1 electron để đạt được lớp vỏ có 8 electron ở lớp ngoài như khí hiếm ⇒ Vậy số oxi hóa của kim loại nhóm IA là +1.

- Nguyên tử kim loại nhóm IIA có cấu hình electron chung là ns2, có 2 electron ở lớp vỏ ngoài cùng nên xu hướng cơ bản là nhường đi 2 electron để đạt được lớp vỏ có 8 electron ở lớp ngoài như khí hiếm ⇒ Vậy số oxi hóa của kim loại nhóm IIA là +2.

- Nguyên tử Al với cấu hình electron là [Ne]3s23p1, có 3 electron ở lớp vỏ ngoài cùng nên xu hướng cơ bản là nhường đi 3 electron để đạt được lớp vỏ có 8 electron ở lớp ngoài như khí hiếm ⇒ Vậy số oxi hóa của Al là +3.

Al → Al3+ + 3e

- Fe2O3

Gọi x là số oxi hóa của Fe, theo quy tắc 1 và 2 có:

2.x + 3.(-2) = 0 → x = +3.

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

- Na2CO3

Gọi x là số oxi hóa của C, theo quy tắc 1 và 2 có:

2.(+1) + 1.x + 3.(-2) = 0 → x = +4.

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

- KAl(SO4)2

Gọi x là số oxi hóa của S, theo quy tắc 1 và 2 có:

1.(+1) + 1.(+3) + 2[1.x + 4.(-2)] = 0 → x = +6.

Vậy số oxi hóa của K là +1, của Al là +3, của S là +6, của O là -2.

- NO3-

Gọi x là số oxi hóa của N, theo quy tắc 1 và 2 có:

1.x + 3.(-2) = -1 → x = +5.

Vậy số oxi hóa của N là +5, của O là -2.

- NH4+

Gọi x là số oxi hóa của N, theo quy tắc 1 và 2 có:

1.x + 4.(+1) = +1 → x = -3.

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

- MnO4-

Gọi x là số oxi hóa của Mn, theo quy tắc 1 và 2 có:

1.x + 4.(-2) = -1 → x = +7.

Vậy số oxi hóa của Mn là +7, của O là -2

Bước 1: Viết cấu hình electron của N (Z = 7) và H (Z = 1)

N (Z = 7): 1s22s22p3

H (Z = 1): 1s1

Bước 2: Biểu diễn sự hình thành các cặp electron chung cho NH3

H có 1e ở lớp electron ngoài cùng, N có 5e ở lớp electron ngoài cùng.

⟹ Mỗi nguyên tử góp chung 1e để đạt cấu hình khí hiếm bền vững.

Bước 3: Công thức Lewis của NH3

NH3 có công thức ion giả định là N3-H3+

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

Độ âm điện của F (3,98) lớn hơn O (3,44) nên nguyên tử F mang phần điện tích âm còn nguyên tử O mang phần điện tích dương.

(3) Cl20 + 2NaOH → Na+O2-Cl+ + Na+Cl- + H2O

Nguyên tố Cl thể hiện 3 số oxi hóa trong phản ứng (3).

Al + O2 → Al2O3

Al0 → Al3+ + 3e (quá trình oxi hóa)

Al là chất nhường electron → chất khử.

O0 + 2e → O2- (quá trình khử)

O là chất nhận electron → chất oxi hóa.

a) Fe2O3 + CO → Fe + CO2

Bước 1. Xác định và ghi sự thay đổi số oxi hóa trước và sau phản ứng.

Fe23+O32- + C2+O2- → Fe0 + C4+O22-

Bước 2. Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.

Fe3+ + 3e → Fe

C2+ → C4+ + 2e

Bước 3. 

⇒ 2Fe3+ + 3C2+ → 2Fe + 3C4+

Bước 4. Dựa vào sơ đồ để hoàn thành phương trình dạng phân tử.

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

b) NH3 + O2 → NO + H2O

Bước 1. Xác định và ghi sự thay đổi số oxi hóa trước và sau phản ứng.

N3-H3+ + O20 → N2+O2- + H2+O2-

Bước 2. Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.

O20 + 4e → O2-

N3- → N2+ + 5e

Bước 3.

⇒ 4N3- + 5O20 → 4N2+O2- + 6O2-

Bước 4. Dựa vào sơ đồ để hoàn thành phương trình dạng phân tử.

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

Các phản ứng trên thường gặp trong cuộc sống và sản xuất. Những phản ứng này thường diễn ra trong quá trình sản xuất gang và sản xuất acid nitric.

a) HCl + PbO2 → PbCl2 + Cl2 + H2O

H+Cl- + Pb4+O22- → Pb2+Cl2- + Cl20 + H2+O2-

⇒ 2Cl- + Pb4+ → Pb2+ + Cl20

2HCl + PbO2 → PbCl2 + Cl2 + H2O

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

K+Mn7+O42- + H+Cl- → K+Cl- + Mn2+Cl2- + Cl20 + H2+O2-

⇒ 10Cl- + 2Mn7+ → 2Mn2+ + 5Cl20

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

Sắt bị gỉ trong không khí ẩm có là phản ứng oxi hóa – khử vì có sự trao đổi electron trong đó Fe là chất khử, O2 là chất oxi hóa.

3O2 + 4Fe + 6H2O → 4Fe(OH)3↓

Đề xuất một vài biện pháp hạn chế sự tạo gỉ kim loại nêu trên.

- Ngăn không cho kim loại tiếp xúc với môi trường: sơn mạ, bôi dầu mỡ ... lên trên bề mặt kim loại.

- Chế tạo hợp kim ít bị ăn mòn: ví dụ như cho thêm vào thép một số kim loại như crom, niken để làm tăng độ bền.

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

C-4H4+ + O20 → C4+O22- + H2+O2-

Quá trình thay đổi số oxi hóa

C-4  → C4+ + 8e

O20 + 4e → 2O2-

a) H2SO3

Gọi x là số oxi hóa của S, theo quy tắc 1 và 2 có:

2.(+1) + 1.x + 3.(-2) = 0 → x = +4.

Vậy số oxi hóa của H là +1, của S là +4, của O là -2.

b) Al(OH)4-

Gọi x là số oxi hóa của Al, theo quy tắc 1 và 2 có:

1.x + 4.[1.(-2) + 1.(+1)] = -1 → x = +3.

Vậy số oxi hóa của Al là +3, của O là -2, của H là +1.

c) NaAlH4

Gọi x là số oxi hóa của H, theo quy tắc 1 và 2 có:

1.(+1) + 1.(+3) + 4.x = 0 → x = -1.

Vậy số oxi hóa của Na là +1, của Al là +3, của H là -1.

d) NO2-

Gọi x là số oxi hóa của N, theo quy tắc 1 và 2 có:

1x + 2.(-2) = -1 → x = +3.

Vậy số oxi hóa của N là +3, của O là -2

a) Ag+ + Fe2+ → Ag + Fe3+

Ag+ + 1e → Ag (quá trình khử)

Fe2+ → Fe3++ 1e (quá trình oxi hóa)

Chất oxi hóa: Ag+

Chất khử: Fe2+

b) 3Hg2+ + 2Fe → 3Hg + 2Fe3+

Hg2+ + 2e → Hg (quá trình khử)

Fe → Fe3+ + 3e (quá trình oxi hóa)

Chất oxi hóa: Hg2+

Chất khử: Fe

c) 2As + 3Cl2 → 2AsCl3

As → As3+ + 3e (quá trình oxi hóa)

Cl2 + 2e → 2Cl- (quá trình khử)

Chất khử: As

Chất oxi hóa: Cl2

d) Al + 6H+ + 3N5+O3- → Al3+ + 3N4+O2 + 3H2O

Al → Al3+ + 3e (quá trình oxi hóa)

N5+ + 1e → N4+ (quá trình khử)

Chất khử: Al

Chất oxi hóa: NO3-

a) \(\mathrm{NaBr}+\mathrm{Cl}_2 \rightarrow \mathrm{NaCl}+\mathrm{Br}_2\)
\(\begin{aligned}& \Rightarrow \stackrel{-1}{B r}+\stackrel{0}{C l} \rightarrow \stackrel{0}{B r}+\stackrel{-1}{C l} \\& 2 \mathrm{NaBr}+\mathrm{Cl}_2 \rightarrow 2 \mathrm{NaCl}+\mathrm{Br}_2 \\&\end{aligned}\)
b) \(\mathrm{Fe}_2 \mathrm{O}_3+\mathrm{CO} \rightarrow \mathrm{Fe}+\mathrm{CO}_2\)
\(\begin{aligned}& \Rightarrow 2 \stackrel{+3}{\mathrm{~F}} e+3 \stackrel{+2}{\mathrm{C}} \rightarrow 2 \stackrel{0}{\mathrm{~F}} e+3 \stackrel{+4}{\mathrm{C}} \\& \mathrm{Fe}_2 \mathrm{O}_3+3 \mathrm{CO} \rightarrow 2 \mathrm{Fe}+3 \mathrm{CO}_2 \\&\end{aligned}\)

\(\begin{aligned}& \text { c) } \mathrm{CO}+\mathrm{I}_2 \mathrm{O}_5 \rightarrow \mathrm{CO}_2+\mathrm{I}_2 \\& \stackrel{+2}{\mathrm{C}} \mathrm{O}+\stackrel{+5}{\mathrm{I}}{ }_2 \mathrm{O}_5 \rightarrow \stackrel{+4}{\mathrm{C}} \mathrm{O}_2+\stackrel{0}{\mathrm{I}} 2 \\& 5 \times \mid \stackrel{+2}{\mathrm{C}} \rightarrow \stackrel{+4}{\mathrm{C}}+2 e \\& 2 \times \mid \stackrel{+5}{\mathrm{I}}+5 e \rightarrow \stackrel{0}{\mathrm{I}} \\& \Rightarrow \stackrel{+2}{\mathrm{C}}+2 \stackrel{+5}{\mathrm{I}} \rightarrow \stackrel{+4}{\mathrm{C}}+\stackrel{0}{\mathrm{I}} \\& 5 \mathrm{CO}+\mathrm{I}_2 \mathrm{O}_5 \rightarrow 5 \mathrm{CO}_2+\mathrm{I}_2\end{aligned}\)
d) \(\mathrm{Cr}(\mathrm{OH})_3+\mathrm{Br}_2+\mathrm{OH}^{-} \rightarrow \mathrm{CrO}_4{ }^{2-}+\mathrm{Br}^{-}+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}\)
\(\begin{aligned}& 3 \times \left\lvert\, \begin{array}{l}0 \\1 \times\end{array}\right. \\& \Rightarrow \mathrm{Cr}+1 e \rightarrow \mathrm{Br}^{-} \\& \mathrm{Cr}(\mathrm{OH})_3+5 \mathrm{OH}^{-} \rightarrow \mathrm{CrO}_4{ }^{2-}+3 \mathrm{Br}+5 \mathrm{OH}^{-} \rightarrow \mathrm{CrO}_4{ }^{2-}+3 \mathrm{Br}^{-}+4 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \\& 2 \mathrm{Cr}(\mathrm{OH})_3+3 \mathrm{Br}_2+10 \mathrm{OH}^{-} \rightarrow 2 \mathrm{CrO}_4{ }^{2-}+6 \mathrm{Br}^{-}+8 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}\end{aligned}\)\(\begin{aligned} & \text { e) } \mathrm{H}^{+}+\mathrm{MnO}_4^{-}+\mathrm{HCOOH} \rightarrow \mathrm{Mn}^{2+}+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}+\mathrm{CO}_2 \\ & \mathrm{H}^{+}+\mathrm{MnO}_4^{-}+\stackrel{+1+2-2-2+1}{\mathrm{HCO}} \rightarrow \mathrm{Mn}^{2+}+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}+\stackrel{+4-2}{\mathrm{C}} \mathrm{O}_2 \\ & 5 \times \mid \stackrel{+1+2-2-2+1}{\mathrm{H}} \stackrel{+4-2}{\mathrm{O} O} \rightarrow \stackrel{+2}{\mathrm{C}}+2 \mathrm{H}^{+}+2 e \\ & 2 \times \mathrm{H}^{+}+\mathrm{MnO}_4^{-}+5 \mathrm{e} \rightarrow \mathrm{Mn}^{2+}+4 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \\ & \Rightarrow 16 \mathrm{H}^{+}+2 \mathrm{MnO}_4^{-}+\stackrel{+1+2-2-2+1}{\mathrm{H}} \stackrel{+1}{\mathrm{O}} \rightarrow 2 \mathrm{Mn}^{2+}+8 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}+5 \stackrel{+4-2}{\mathrm{C}} \mathrm{O}_2+10 \mathrm{H}^{+} \\ & 6 \mathrm{H}^{+}+2 \mathrm{MnO}_4^{-}+5 \mathrm{HCOOH} \rightarrow 2 \mathrm{Mn}^{2+}+8 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}+5 \mathrm{CO}_2 \end{aligned}\)

a) H – O – O – H

Số oxi hóa của H là +1

Gọi x là số oxi hóa của O, theo quy tắc 1 và 2 có:

1.(+1) + 1.x + 1.x + 1.(+1) = 0 → x = -1.

Vậy số oxi hóa của H là +1, của O là -1 (trường hợp đặc biệt).

b) Nguyên tố O gây nên tính oxi hóa của H2O2.

2Fe2+ + H2O2 + 2H+ → 2Fe3+ + 2H2O(quá trình oxi hóa)

2Fe3+ + H2O2 + 2OH- → 2Fe2+ + 2H2O + O2 (quá trình khử)

C2H5OH + 4O2 → 3CO2 + 3H2O

C22-H5+O2-H+ + O20 → C4+O22- + H2O

C2- → C4+ + 6e (quá trình oxi hóa)

O20 + 4e → 2O2- (quá trình khử)

Phản ứng này có là phản ứng oxi hóa – khử. Nó thuộc loại phản ứng cung cấp năng lượng.