Lý thuyết trọng tâm hóa học 10 kết nối bài 15: Phản ứng oxi hóa – khử

I. SỐ OXI HÓA

1. Khái niệm

Số oxi hóa là điện tích quy ước của nguyên tử trong phân tử khi coi tất cả các electron liên kết đều chuyển hoàn toàn về nguyên tử có độ âm điện lớn hơn.

Cách biểu diễn số oxi hóa:  Số oxi hóa được viết ở dạng đại số, dấu viết trước số viết sau.

Xét phân tử HCl: Độ âm điện của Cl lớn hơn độ âm điện của nguyên tử H, nếu các cặp electron liên kết chuyển hoàn toàn về nguyên tử Cl thì nguyên tử Cl có thêm 1 cặp electron và trở thành ion âm có điện tích 1- ( số oxi hóa của Cl là -1); nguyên tử H mất đi 1 electron và trở thành ion dương có điện tích 1+ ( số oxi hóa của H là +1)

Xét phân tử N₂: Hai nguyên tử N giống hệt nhau nên cặp electron liên kết không lệch về nguyên tử nào. Do vậy, mỗi nguyên tử H đều trung hòa về điện, có điện tích bằng 0 và số oxi hóa là 0.

2. Quy tắc xác định số oxi hóa

• Quy tắc 1: Trong đơn chất, số oxi hóa của nguyên tử bằng 0.

Ví dụ: 

• Quy tắc 2: Trong phân tử hợp chất thông thường, số oxi hóa của hydrogen là +1, của oxygen là -2, các kim loại điển hình có số oxi hóa dương và có giá trị bằng số electron hóa trị.
• Quy tắc 3: Trong hợp chất, tổng số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử bằng 0

Ví dụ: 

Tổng số oxi hóa = (+4).1 + (-2).2 = 0

• Quy tắc 4: Trong ion đơn nguyên tử, số oxi hóa của nguyên tử bằng điện tích ion; trong ion đa nguyên tử, tổng số oxi hóa của các nguyên tử bằng điện tích ion.

Ví dụ: ion Cl^- có số oxi hóa là -1

Ion NH₄⁺ : 

Tổng số oxi hóa = (-3) + (+1).4 = +1

Các bước xác định số oxi hóa:

• Bước 1: Xác định chất cần xác định là đơn chất, hợp chất hay ion.
• TH₁: Là đơn chất → áp dụng quy tắc 1
• TH₂: Là hợp chất/ ion → bước 2:
• Bước 2: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố số có SOH thường không đỏi.
• Bước 3: Đặt SOH của nguyên tố còn lại là x, Áp dụng QT3 hoặc QT4 để tìm x.

Trả lời câu hỏi 1 sgk trang 73:

a) Số oxi hóa của nguyên tử Fe trong Fe, FeO, Fe₂O₃, Fe(OH)₃, Fe₃O₄ lần lượt là 0, +2, +3, +3, $\frac{8}{3}$

b) Số oxi hóa của nguyên tử S trong S, H₂S, SO₂, SO₃, H₂SO₄, Na₂SO₃ lần lượt là 0, -2, +4, +6, +6, +4.

II. CHẤT OXI HÓA, CHẤT KHỬ, PHẢN ỨNG OXI HÓA – KHỬ

1. Chất oxi hóa, chất khử.

Ví dụ 2:

Quá trình nhường electron: 

=> Quá trình oxi hóa, C là chất khử

Quá trình nhận electron: 

=> Quá trình khử, O là chất oxi hóa

Ví dụ 3:

Quá trình nhường electron: 

=> Quá trình khử, Fe là chất oxi hóa

Quá trình nhận electron: 

=> Quá trình oxi hóa, C là chất khử

Kết luận:

• Chất khử là chất nhường electron
• Chất oxi hóa là chất nhận electron
• Quá trình oxi hóa là quá trình chất khử nhường electron
• Quá trình khử là quá trình chất oxi hóa nhận electron.

Trả lời thực thành sgk trang 73:

1.

Thí nghiệm 1: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

• Quá trình oxi hóa: Fe⁰ → Fe⁺² + 2e   
• Quá trình khử: Cu⁺² + 2e → Cu⁰

Thí nghiệm 2: Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂

• Quá trình oxi hóa: Fe⁰ → Fe⁺² + 2e      
• Quá trình khử: 2H⁺ + 2e → H₂⁰

2.

Thí nghiệm 1:

• Chất oxi hóa CuSO₄
• Chất khử Fe

Thí nghiệm 2:

• Chất oxi hóa H₂SO₄
• Chất khử Fe

2. Phản ứng oxi hóa khử.

Phản ứng oxi hóa khử là phản ứng hóa học xảy ra đồng thời quá trình nhường electron và quá trình nhận electron.

Dấu hiệu để nhận biết phản ứng oxi hóa – khử là có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tử.

Trả lời câu hỏi 2 sgk trang 74:

a) 

b, Quá trình oxi hóa chất khử và quá trình khử chất oxi hóa diễn ra như sau:

Quá trình oxi hóa: $Fe^{+2}\rightarrow Fe^{+3}+1e$

Quá trình khử: $O_{2}+4e\rightarrow 2O^{-2}$

III. LẬP PHƯƠNG TRÌNH HÓA HỌC CỦA PHẢN ỨNG OXI HÓA – KHỬ

Nguyên tắc của phương pháp: Tổng số electron chất khử thường bằng tổng số electron chất oxi hóa nhận.

Trả lời câu hỏi 3 sgk trang 73:

Phản ứng b, là phản ứng oxi hóa – khử do có sự thay đổi số oxi hóa của nguyên tử, phản ứng a, không phải là phản ứng oxi hóa khử.

• Bước 1: Xác định số oxi hóa của nguyên tử bị thay đổi:

• Bước 2: Biểu diễn quá trình oxi hóa – khử:

• Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất khử và chất oxi hóa theo nguyên tắc: tổng số electron chất khử nhường bằng tổng số electron chất oxi hóa nhận.

• Bước 4: Đặt hệ số vào sơ đồ phản ứng. Cân bằng số lượng nguyên tử các nguyên tố còn lại.

C  + CO₂ $\overset{t^{o}}{\rightarrow}$ 2CO

IV. Ý NGHĨA CỦA PHẢN ỨNG OXI HÓA KHỬ

1. Sự cháy

Câu 1:

a) C là chất khử; O₂ là chất oxi hóa

b) C là chất khử; O₂ là chất oxi hóa

Các yếu tố tạo nên sự cháy:

• Chất cháy: thường là nhiên liệu
• Chất oxi hóa: Oxygen
• Thường có sự tỏa nhiệt và phát sáng.

Các phương pháp dập lửa

• Ngăn cách oxy với chất cháy: phủ đất cát, bọt chữa cháy, chăn nệm ướt,…
• Làm lạnh thu nhiệt: CO₂, N₂, nước.
• Giảm nồng độ oxy quanh đám cháy: sử dụng bình chữa cháy(CO₂, N₂)

2. Sự han gỉ kim loại

Câu 2:

$4Fe+3O_{2}+xH_{2}O\rightarrow 2Fe_{2}O_{3}.xH_{2}O$

Để bảo vệ đồ vật bằng kim loại:

• Lau chùi thường xuyên
• Rửa sạch, lau khô sau sử dụng
• Quét sơn
• Ngâm trong dầu
• Để nơi khô ráo

3. Sản xuất hóa chất:

Câu 3:

(1) S + O₂ $\overset{t^{o}}{\rightarrow}$ SO₂

(2) 4FeS₂ + 11O₂ $\overset{t^{o}}{\rightarrow}$ 2Fe₂O₃ + 8SO₂

(3) 2SO₂ + O₂ $\overset{t^{o},xt}{\rightarrow}$ 2SO₃

(4) SO₃ + H₂O → H₂SO₄

Các phản ứng 1, 2, 3 là phản ứng oxi hóa khử.

4. Chuyển hóa các chất trong tự nhiên.

Tia sét tạo ra lửa điện, tạo điều kiện cho N phản ứng với O tạo ra NO, sau đó NO bị oxi hóa tạo NO₃^- trong nước mưa cung cấp đạm cho cây lúa phát triển mạnh.

5. Xác định nồng độ một chất bằng phản ứng oxi hóa – khử

Trong phòng thí nghiệm, thuốc tím (KMnO₄) là chất thông dụng nhất để xác định hàm lượng của các chất.