Làm thế nào để cân bằng phản ứng oxi hóa - khử là câu hỏi được nhiều bạn quan tâm. Nếu với phản ứng không có sự thay đổi số oxi hóa thì dễ dàng cân bằng phương trình nhanh chóng thì với PU oxi hóa khử thì điều đó khó khăn hơn rất nhiều. Đặc biệt cân bằng đối với phản ứng phức tạp có nhiều chất tham gia hoặc sản phẩm hoặc một chất có nhiều số oxi hóa. Để có thể nắm vững điều này, bạn cần nắm được cách lập phương trình hóa học cho phản ứng oxi hóa khử. Chi tiết từng bước tôi sẽ chia sẻ với bạn trong bài viết hôm nay. Hãy đọc kỹ, làm nhiều bài tập, làm đi làm lại. Mình tin rằng nếu bạn hiểu và thực hành nhiều thì những hằng đẳng thức này không thể làm khó bạn được. Tôi sợ nó, nhưng một khi tôi hiểu được bản chất của nó, tôi đã thành thạo nó một cách nhanh chóng và yêu thích hóa học hơn.
I. Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử
Nguyên tắc chung để cân bằng phản ứng oxi hóa khử là cân bằng tổng số electron cho và nhận của các chất khử và chất oxi hóa. Điều này có nghĩa là tổng số e do chất khử nhường phải đúng bằng tổng số e mà chất oxi hóa nhận. Phương pháp này được gọi là phương pháp thăng bằng electron.
Các bước cân bằng PU oxi hóa – khử bằng phương pháp thăng bằng electron
Ví dụ với phản ứng sau: Fe2O3 + CO → Fe + CO2
– Bước 1: Xác định số oxi hóa của những nguyên tố có số oxi hóa thay đổi
+3Fe2O3 + +2CO → 0Fe + +4CO2
– Bước 2: Viết các quá trình khử và oxi hóa, sau đó cân bằng từng quá trình:
+2C → +4C + 2e [C là chất khử do số oxi hóa tăng, quá trình này là quá trình oxi hóa]
+3Fe + 3e → 0Fe [Fe3+ là chất khử]
– Bước 3: Tìm hệ số thích hợp để tổng số e cho bằng tổng số e nhận:
3 x | +2C → +4C + 2e
2 x | +3Fe + 3e → 0Fe
– Bước 4: Ghép hệ số vào sơ đồ phản ứng và hoàn thành phương trình hóa học:
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
II. Những lưu ý khi cân bằng phản ứng oxi hóa khử
Để làm tốt dạng bài tập cân bằng phản ứng oxi hóa – khử, bạn phải xác định chính xác sản phẩm được tạo thành cũng như số oxi hóa của các chất trong một phản ứng hóa học.
– Quy tắc xác định số oxi hóa của các chất:
+ Số oxi hóa của đơn chất bằng 0.
+ Tổng số oxi hóa của các nguyên tố trong 1 CTHH bằng 0 [trung hòa điện].
+ Tổng số oxi hóa của các nguyên tố trong 1 nhóm nguyên tố chính bằng điện tích của nhóm nguyên tố đó.
+ Trong một phân tử bất kì, số oxi hóa của H là +1 và của O là -2.
– Lưu ý: dấu [+] hoặc [-] của số oxi hóa đặt trước số tự nhiên: ví dụ +1, -2…
III. Một số phương pháp cân bằng khác
Có nhiều phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa – khử bên cạnh phương pháp cân bằng electron. Các phương pháp này có thể kể đến như:
- Phương pháp cân bằng đại số đơn giản: cân bằng số nguyên tử của mỗi nguyên tố bằng nhau ở 2 vế của phương trình.
- Phương pháp hóa trị tác dụng
- Phương pháp ion – electron
- Phương pháp nguyên tử nguyên tố
- Phương pháp dùng hệ số phân số
- Phương pháp chẵn – lẻ
- Phương pháp xuất phát từ nguyên tố chung nhất
Trong khuôn khổ bài viết ngày hôm nay, mình chỉ trình bày phương pháp thông dụng được sử dụng nhiều nhất là cách cân bằng một phản ứng oxi hóa khử bằng phương pháp electron.
Có thể nói, bước cân bằng phản ứng oxi hóa khử là một bước rất quan trọng trong việc giải các bài tập dạng này. Điểm mấu chốt ở đây là các bạn phải xác định chính xác sản phẩm được tạo thành sau phản ứng và số oxi hóa của các chất. Chỉ có xác định chính xác số oxi hóa thay đổi thì bạn mới có thể cân bằng chính xác được. Công việc còn lại đơn giản hơn chỉ là cộng trừ nhân chia và thêm hệ số đã tính được vào phương trình.
Mỗi bạn sẽ có một tư duy khác nhau nhưng cần bám sát và hiểu rõ từng phương pháp. Các bạn hãy làm theo phương pháp nào mà các bạn cảm thấy dễ làm nhất và làm nhanh nhất là được. Chúc các bạn thành công và thành thạo nhé!
Cân bằng các phản ứng sau theo phương pháp thăng bằng electron được VnDoc biên soạn chi tiết dễ hiểu hướng dẫn bạn đọc cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa khử bằng phương pháp thăng bằng electron. Mời các bạn cùng theo dõi bài viết dưới đây nhé.
1. Quy tắc xác định số Oxi hóa
● Quy tắc 1: Số oxi hóa của các nguyên tố trong đơn chất bằng 0.
● Quy tắc 2: Trong hầu hết các hợp chất :
- Số oxi hóa của H là +1 [trừ các hợp chất của H với kim loại như NaH, CaH2, thì H có số oxi hóa –1].
- Số oxi hóa của O là –2 [trừ một số trường hợp như H2O2, F2O, oxi có số oxi hóa lần lượt là : –1, +2].
● Quy tắc 3: Trong một phân tử, tổng đại số số oxi hóa của các nguyên tố bằng 0. Theo quy tắc này, ta có thể tìm được số oxi hóa của một nguyên tố nào đó trong phân tử nếu biết số oxi hóa của các nguyên tố còn lại.
● Quy tắc 4: Trong ion đơn nguyên tử, số oxi hóa của nguyên tử bằng điện tích của ion đó. Trong ion đa nguyên tử, tổng đại số số oxi hóa của các nguyên tử trong ion đó bằng điện tích của nó.
\> Chú ý:
Để biểu diễn số oxi hóa thì viết dấu trước, số sau, còn để biểu diễn điện tích của ion thì viết số trước, dấu sau.
Ví dụ: Số oxi hóa Fe+3 còn ion sắt [III] ghi Fe3+.
Nếu điện tích là 1+ [hoặc 1–] có thể viết đơn giản là + [hoặc -] thì đối với số oxi hóa phải viết đầy đủ cả dấu và chữ [+1 hoặc –1].
Trong hợp chất, số oxi hóa của kim loại kiềm luôn là +1, kiềm thổ luôn là +2 và nhôm luôn là +3.
2. Phương pháp thăng bằng electron dựa trên nguyên tắc
Trong phản ứng oxi hoá - khử luôn tồn tại đồng thời chất oxi hoá [chất nhận e] và chất khử [chất nhường e].
Tổng số electron do chất khử nhường phải đúng bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận
3. Phương pháp thăng bằng electron
Bước 1. Xác định số oxi hoá của những nguyên tố thay đổi số oxi hoá
Bước 2. Viết quá trình oxi hoá và quá trình khử, cân bằng mỗi quá trình:
+ Dấu "+e" đặt bên có số oxi hoá lớn.
+ Số e = số oxi hoá lớn - số oxi hoá bé.
+ Nhân cả quá trình với chỉ số của nguyên tố thay đổi số oxi hoá nếu chỉ số khác 1 [với các đơn chất có thể chấp nhận giữ nguyên chỉ số].
Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số e cho bằng tổng số e nhận:
+ Tìm bội chung nhỏ nhất của số e nhường và nhận.
+ Lấy bội chung nhỏ nhất chia cho số e ở từng quá trình được hệ số.
Bước 4. Đặt hệ số của chất oxi hoá và chất khử vào sơ đồ phản ứng và kiểm tra lại.
4. Ví dụ cân bằng phản ứng oxi hóa khử bằng phương pháp thăng bằng electron
Ví dụ 1: Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử sau:
P + O2 → P2O5
Hướng dẫn cân bằng phản ứng oxi hóa khử
Bước 1: Xác định sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng
P0 + O02 → P+52O-25
Bước 2. Viết quá trình oxi hoá và quá trình khử, cân bằng mỗi quá trình:
Quá trình oxi hóa
Quá trình khử
P0 → P+5 +5e
O20 + 2e → 2O-2
Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số e cho bằng tổng số e nhận:
x4
x5
P0 → P+5 +5e
O20 + 2e → 2O-2
Bước 4. Đặt hệ số của chất oxi hoá và chất khử vào sơ đồ phản ứng và kiểm tra lại.
4P + 5O2 → 2P2O5
Ví dụ 2: Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử sau:
Cu + HNO3 → Cu[NO3]2 + NO + H2O
Hướng dẫn cân bằng phản ứng oxi hóa khử
Bước 1: Xác định sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng
Cuo + HN+5O3 → Cu+2[NO3]2 + N+2O + H2O
Bước 2, 3: Ta có thể gộp bước 2, 3 lại với nhau
Bước 4. Đặt hệ số của chất oxi hoá và chất khử vào sơ đồ phản ứng và kiểm tra lại.
3Cu + 8HNO3 → 3Cu[NO3]2 + 2NO + 4H2O
Ví dụ 3: Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử sau:
Fe3O4 + HNO3 → Fe[NO3]3 + NO + H2O
Hướng dẫn cân bằng phản ứng oxi hóa khử
Bước 1: Xác định sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng
Fe+8/33O4 + H+5NO3 → Fe[NO3]3 + N+2O + H2O
Bước 2 + 3: Viết quá trình oxi hoá và quá trình khử, tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số e cho bằng tổng số e nhận
Quá trình oxi hóa: x3
Quá trình khử: x1
Fe3[+8/3] → 3Fe[+3] + 1e
N[+5] + 3e →N[+2]
Bước 4. Đặt hệ số của chất oxi hoá và chất khử vào sơ đồ phản ứng và kiểm tra lại.
Fe3O4 là chất bị oxi hóa, HNO3 vừa là môi trường vừa là chất bị khử.
Cứ 28 phân tử HNO3 tham gia phản ứng chỉ có 1 phân tử đóng vai trò là chất bị khử, 27 phân tử còn lại đóng vai trò là môi trường.
3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe[NO3]3 + NO + 14H2O
Ví dụ 4: Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử sau
FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 → Fe2[SO4]3 + K2SO4 + Cr2[SO4]2 + H2O.
Hướng dẫn cân bằng phương trình oxi hóa khử
Fe+2SO4 + K2Cr+62O7 + H2SO4 → Fe2+3[SO4]3 + K2SO4 + Cr2+3[SO4]2 + H2O.
Quá trình oxi hóa: 6x
Quá trình khử: 1x
Fe2+ → Fe3+ + 1e
2Cr6+ + 2.3e → 2Cr+3
Hay 6FeSO4 + K2Cr2O7 → 3Fe2[SO4]3 + Cr2[SO4]3
Kiểm tra hai vế: thêm K2SO4 vào về phải; thêm 7H2SO4 vào vế trái → thêm 7H2O vào vế phải.
⇒ 6FeSO4 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 → 3Fe2[SO4]3 + K2SO4 + Cr2[SO4]2 + 7H2O
Ví dụ 5. Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử sau:
Fe3O4 + HNO3 → Fe[NO3]3 + NxOy + H2O
Hướng dẫn cân bằng phương trình oxi hóa khử
Bước 1: Xác định số oxi hóa của một số nguyên tố thay đổi trong phản ứng trên:
+8/3Fe3O4 + HN+5O3 → Fe+3[NO3]3 + +2y/xNxOy + H2O
Bước 2: Quá trình oxi hóa và quá trình khử là:
Quá trình oxi hóa: 5x - 2y
Quá trình khử: 1
+8/3Fe3 → 3Fe3+ + 1e
+2y/xNx + [5x-2y]e → xN+2y/x
Vậy phương trình hóa học được cân bằng là:
[5x - 2y] Fe3O4 + [46x - 18y] HNO3 → 3[5x - 2y] Fe[NO3]3 + NxOy + [23x - 9y]H 2O
5. Cân bằng các phản ứng sau theo phương pháp thăng bằng electron
5.1. Cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa khử
- Al + HNO3 → Al[NO3]3 + H2O + NO2
- Fe + H2SO4 → Fe2[SO4]3 + SO2 + H2O
- Fe + HNO3 → Fe[NO3]3 + NO2 + H2O
- Fe + HNO3 → Fe[NO3]3 + N2O + H2O
- Cu + HNO3 → Cu[NO3]2 + NO+ H2O
- Cu + HNO3 → Cu[NO3]2 + NO2 + H2O
- Cu + HNO3 → Cu[NO3]2 + N2O + H2O
- Fe3O4 + H2SO4 → Fe2[SO4]3 + SO2 + H2O
- Al + H2O + NaOH → NaAlO2 + H2
- Ag + HNO3 → AgNO3 + NO + H2O
- Cu + H2SO4 → CuSO4 + SO2 + H2O
- Mg + HNO3 → Mg[NO3]2 + NO + H2O
- Fe3O4 + HNO3 → Fe[NO3]3 + NO + H2O
- Al + HNO3 → Al[NO3]3 + NO + H2O
- Fe3O4 + H2SO4 → Fe2[SO4]3 + SO2 + H2O
- FeO + H2SO4 → Fe2[SO4]3 + SO2 + H2O
- Fe3O4 + HNO3 → Fe[NO3]3 + NO2 + H2O
- Ag + HNO3 → AgNO3 + NO + H2O
- Zn + HNO3 → Zn[NO3]2 + NO + H2O
- Zn + H2SO4 → ZnSO4 + SO2 + H2O
- FeO + HNO3 → Fe[NO3]3 + NO + H2O
- Zn + HNO3 → Zn[NO3]2 + NH4NO3 + H2O
- Zn + HNO3 → Zn[NO3]2 + NO2 + H2O
- Ag + HNO3 → AgNO3 + NO2 + H2O
- Al + HNO3 → Al[NO3]3 + N2O + H2O
- Al + HNO3 → Al[NO3]3 + NO + H2O
- Mg + HNO3 → Mg[NO3]2 + N2O + H2O
- Mg + HNO3 → Mg[NO3]2 + NO + H2O
- Mg + HNO3 → Mg[NO3]2 + N2 + H2
- SO2 + KMnO4 + H2O → MnSO4 + K2SO4 + H2SO4
- H2S + FeCl3 → S + FeCl2 + HCl
- H2S + KMnO4 → KOH + MnO2 + S + H2O
- H2S + Cl2 + H2O → H2SO4 + HCl
- K2Cr2O7 + HCl → CrCl3 + KCl + Cl2 + H2O
- C2H2 + KMnO4 + H2O → [COOH]2 + MnO2 + KOH
- C2H4 + KMnO4 + H2O → C2H4[OH]2 + MnO2 + KOH
- Fe[OH]2 + HNO3 → Fe[NO3]3 + NO2 + H2O
- FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2[SO4]3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
- FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 → Fe2[SO4]3 + Cr2[SO4]3 + K2SO4 + H2O
- FeCO3 + H2SO4 → Fe2[SO4]3 + SO2 + CO2 + H2O
- Cl2 + KOH đặc nóng → KCl + KClO3 + H2O
- Cl2 + Ca[OH]2 → Ca[OCl]2 + CaCl2 + H2O
- HCOOH + AgNO3 + H2O + NH3 → [NH4]2CO3 + Ag + NH4NO3
- AlCl3 + NaOH → NaAlO2 + NaCl + H2O
- KMnO4 + HCl = KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O
- MnO2 + HCl → MnCl2 + Cl2 + H2O
- Cl2 + NaOH → NaCl + NaClO + H2O
- Fe[NO3]2 + HCl → Fe[NO3]3 + FeCl3 + NO + H2O
- Fe[NO3]2 + HNO3 → Fe[NO3]3 + NO2 + H2O
- AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3
- AgNO3 + H2O + NH3 + HCOOH → [NH4]2CO3 + Ag + NH4NO3
5.2. Cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa khử chứa ẩn
- FexOy+ H2 → Fe + H2O
- FexOy + HCl → FeCl2y/x + H2O
- FexOy + H2SO4 → Fe2[SO4]2y/x + H2O
- M + H2SO4 → M2[SO4]n + SO2 + H2O
- M + HNO3 → M[NO3]n + NO + H2O
- FexOy + H2SO4 → Fe2[SO4]2y/x + SO2 + H2O
5.3. Bài tập vận dụng liên quan
Câu 1. Cho 5,6 gam Fe tan hoàn toàn trong dung dịch H2SO4 đặc nóng, sau phản ứng thu được V lít SO2 [đktc, sản phẩm khử duy nhất]. Giá trị của V là:
- 6,72 lít
- 3,36 lít
- 4,48 lít
- 2,24 lít
Hướng dẫn giải chi tiết
nFe= 5,6/56=0,1 mol
Quá trình nhường e
Fe0 → Fe+3 + 3e
0,1 → 0,3
Quá trình nhận e
S+6 + 2e → S+4
0,3 0,15
\=> VSO2 = 0,15.22,4 = 3,36 lít
Câu 2. Cho 11,2 gam Fe tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3 loãng dư, sau phản ứng thu được V lít NO [đktc, sản phẩm khử duy nhất]. Giá trị của V là:
- 6,72 lít
- 2,24 lít
- 3,36 lít
- 4,48 lít
Hướng dẫn giải chi tiết
Số mol của sắt bằng:
nFe = 0,2 mol.
Phương trình phản ứng minh họa liên quan
Fe + 4HNO3 → Fe[NO3]3 + NO↑+ 2H2O
\=> nNO = 0,2
\=> VNO = 0,2.22,4 = 4,48 lít.
Câu 3. Hoà tan m gam hỗn hợp gồm Al, Fe vào dung dịch H2SO4 loãng [dư]. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X. Cho dung dịch Ba[OH]2 [dư] vào dung dịch X, thu được kết tủa Y. Nung Y trong không khí đến khối lượng không đổi, thu được chất rắn Z là:
- hỗn hợp gồm Al2O3 và Fe2O3
- hỗn hợp gồm BaSO4 và Fe2O3
- hỗn hợp gồm BaSO4 và FeO
- Fe2O3
Hướng dẫn giải chi tiết
Phương trình phản ứng hóa học
2Al + 3H2SO4 → Al2[SO4]3 + 3H2
Fe + H 2SO4 → FeSO4 + H2
Dung dịch X gồm Al2[SO4]3 và FeSO4 + Ba[OH]2
Ba[OH]2 + Al2[SO4]3 → BaSO4↓ + Al[OH]3↓
Ba[OH]2 + Al[OH]3 → Ba[AlO2]2 + H2O
Ba[OH]2 + FeSO4 → Fe[OH]2↓ + BaSO4↓
Nung kết tủa Y được Fe2O3 và BaSO4
-------
Các bạn có thể các em cùng tham khảo thêm một số tài liệu liên quan hữu ích trong quá trình học tập như: Giải bài tập Hóa 10, Trắc nghiệm Hóa 10...