Bài 13: Phản ứng oxi hoá - khử

I. Số oxi hoá

- Trong các đơn chất, điện tích của nguyên tử luôn bằng 0.

- Trong phân tử, điện tích của nguyên tử nói chung khác 0.

VD1: Trong hợp chất ion NaCl, điện tích của Na là 1+ còn của Cl là 1-.

VD2: Trong phân tử HCl, điện tích thực của H là δ+ còn Cl là δ-, trong đó 0 < δ < 1 và điện tích này không dễ xác định được.

1. Khái niệm

Số oxi hoá của một nguyên tử một nguyên tố trong hợp chất là điện tích của nguyên tử nguyên tố đó với giả định đây là hợp chất ion.

VD3: Hợp chất ion NaCl

- Khi hình thành phân tử NaCl, nguyên tử Na nhường đi 1 electron cho nguyên tử Cl. Vậy sau khi mất 1 electron, nguyên tử Na trở thành ion mang điện tích 1+, số oxi hoá của Na là +1. Nguyên tử Cl nhận 1 electron từ nguyên tử Na trở thành ion mang điện tích 1-, số oxi hoá của Cl là -1.

VD4: Xét phân tử H₂O 

2. Cách xác định số oxi hoá của các nguyên tử các nguyên tố trong hợp chất

Có 2 cách để xác định số oxi hoá của các nguyên tử nguyên tố hoá học trong hợp chất

Cách 1: Dựa theo số oxi hoá của một số nguyên tử đã biết và điện tích của phân tử hoặc ion. Theo cách này, có 2 quy tắc sau đây:

• Quy tắc 1:

- Số oxi hoá của nguyên tử nguyên tố trong đơn chất bằng 0.

- Trong các hợp chất: số oxi hoá của H là +1 (trừ một số hydride: NaH, CaH₂,...); số oxi hoá của O là -2 (trừ một số trường hợp như: OF₂, H₂O₂...); số oxi hoá của các kim loại kiềm (nhóm IA: Li, Na, K,...) luôn là +1, của kim loại kiềm thổ (nhóm IIA: Be, Mg, Ca, Ba,...) luôn là +2; số oxi hoá của nhôm luôn là +3.

Bảng: Số oxi hoá đặc trưng của một số nguyên tử trong hợp chất

• Quy tắc 2: Tổng số oxi hoá của các nguyên tử trong phân tử bằng 0, trong một ion đa nguyên tử bằng chính điện tích của ion đó.

VD6: Phân tử NaCl có tổng số oxi hoá của các nguyên tử là 0. Vì Na có số oxi hoá là +1, nên số oxi hoá của Cl là: 0 - (+1) = -1.

VD7: Ion (NH₄)⁺ có điện tích là 1+ nên số oxi hoá của ion ammonium là +1.

Cách 2: Dựa theo công thức cấu tạo: Giả định hợp chất là hợp chất ion dựa vào công thức cấu tạo

VD8: OF₂ có công thức cấu tạo là F - O - F. Coi OF₂ là hợp chất ion. Vì F có độ âm điện lớn hơn nên hút electron về phía mình. Lúc này F có số oxi hoá là 1-, O là 2+. Vậy số oxi hoá của F là -1, O là +2.

II. PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ

1. Một số khái niệm

Phản ứng oxi hoá khử là phản ứng hoá học trong đó có sự thay đổi số oxi hoá của ít nhất một nguyên tố hoá học.

- Chất oxi hoá (chất bị khử): Là chất nhận electron, số oxi hoá giảm sau phản ứng.

- Chất khử (chất bị oxi hoá): Là chất nhường electron, số oxi hoá tăng sau phản ứng.

- Quá trình oxi hoá là quá trình chất khử nhường electron.

- Quá trình khử là quá trình chất oxi hoá nhận electron.

2. Cân bằng phản ứng oxi hoá - khử theo phương pháp thăng bằng electron.

Phương pháp thăng bằng electron

Nguyên tắc: Tổng số electron chất khử nhường = Tổng số electron chất oxi hoá nhận.

Ví dụ:

Bước 1: Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hoá, từ đó xác định chất oxi hoá, chất khử.

Ta có phản ứng sau:

- Nhận xét:

+ Nguyên tử Cu trước phản ứng có số oxi hoá là 0, sau phản ứng có số oxi hoá +2. Ta thấy số oxi hoá của Cu sau phản ứng tăng ⇒ Cu là chất khử.

+ Nguyên tử Ag trong phân tử AgNO₃ trước phản ứng có số oxi hoá là +1, sau phản ứng có số oxi hoá là 0. Ta thấy số oxi hoá của Ag giảm sau phản ứng ⇒ AgNO₃ là chất oxi hoá.

Bước 2: Biểu diễn quá trình oxi hoá, quá trình khử

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất khử và chất oxi hoá dựa trên nguyên tắc: Tổng số electron chất khử nhường bằng tổng số electron chất oxi hoá nhận.

Bước 4: Đặt hệ số của chất oxi hoá và chất khử vào sơ đồ phản ứng, từ đó tính ra hệ số của các chất khác có mặt trong phương trình hoá học. Kiểm tra sự cân bằng số nguyên tử của các nguyên tố ở hai vế.

III. Ý nghĩa của một số phản ứng oxi hoá - khử quan trọng

Phản ứng oxi hoá – khử có ý nghĩa rất quan trọng, hầu hết các quá trình tự nhiên và nhân tạo trên Trái Đất đều có liên quan đến phản ứng oxi hoá - khử

1. Phản ứng liên quan đến việc cung cấp năng lượng

- Quá trình oxi hoá các phân tử thường giải phóng một lượng lớn năng lượng

• Khi đốt cháy than củi, sẽ sản sinh ra nhiệt để nấu ăn, sưởi ấm,.... Phản ứng sinh ra dưới dạng nhiệt khi đốt than là

C + O₂ \(\underrightarrow{t^o}\) CO₂ ⇒ Phản ứng toả năng lượng.

• Phản ứng oxi hoá đường glucose bằng oxygen để sản sinh ra năng lượng trong cơ thể con người:

C₆H₁₂O₆ + O₂ → 6CO₂ + 6H₂O ⇒ Phản ứng này toả năng lượng.

Đốt than đá: C + O₂  CO₂

2. Phản ứng liên quan đến việc lưu trữ năng lượng

• Pin lithium - ion trong điện thoại, máy tính cũng như acquy trong ô tô, xe máy, có thể dự trữ năng lượng dưới dạng điện năng dựa vào phản ứng oxi hoá - khử. 

  

• Phản ứng quang hợp: Năng lượng mặt trời được thực vật chuyển hoá và tích trữ trong tinh bột.

6CO₂ + 6H₂O  C₆H₁₂O₆ + 6O₂

• Một số phản ứng oxi hoá - khử gây bất lợi cho con người: sự han gỉ kim loại,...

 

Các em đã học:

1. Số oxi hoá của một nguyên tử một nguyên tố trong hợp chất là điện tích của nguyên tử nguyên tố đó với giả định đây là hợp chất ion.

2. Phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng hoá học mà trong đó có sự thay đổi số oxi hoá của ít nhất một nguyên tố hoá học.

3. Việc cân bằng phản ứng oxi hoá - khử dựa theo nguyên tắc: Trong một phản ứng oxi hoá - khử, tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận (sự thằng bằng electron).