Các phương trình oxi hóa khử thường gặp và bài tập áp dụng

Các phương trình oxi hóa khử thường gặp và bài tập áp dụng
1. Phân loại các dạng phản ứng oxi hóa khử
Phản ứng oxi hóa khử hay còn được gọi là oxi hóa hoàn nguyên trong hóa
học hữu cơ (không nên viết là oxi hóa vì khiến người đọc nhầm lẫn với các
quá trình khác mà dùng đến oxygen phân tử) là một loại phản ứng hóa học có
sự thay đổi trạng thái oxi hóa hay số oxi hóa của tác chất. Sự oxi hóa là sự
nhường, cho, mất đi điện tử (electron) hay sự tăng số oxi hoá. Ngược lại, sự
khử là sự nhận điện tử hay giảm số oxi hóa.
Phản ứng oxi hóa khử được chia thành hai nhóm chính:
- Sự chuyển dời điện tử: Thông thường, chỉ có một điện tử di chuyển từ một
phân tử, ion, hay một nguyên tử bị oxi hóa đến một phân tử, ion, hay một
nguyên tử bị hoàn nguyên. Loại phản ứng này thường được nhắc đến khi nói
về sự oxi hóa khử của một cặp hợp chất hay trong điện hóa học.
- Sự chuyển dời phân tử: Một phân tử di chuyển từ tác chất sang tác chất
khác. Ví dụ, khi sắt bị gỉ, trạng thái oxi hóa của các phân tử sắt tăng khi sắt
biến đổi thành sắt oxi, cùng lúc đó trạng thái oxi hóa của oxygen giảm khi
nhận được điện tử từ phân tử sắt. Mặc dù phản ứng oxi hóa thường gắn liền
với sự tạo oxi (như sắt (II) oxi), phản ứng này vẫn có thể xảy ra với các tiểu
phân (species) khác. Trong phản ứng hydrogen hóa (hydrogenation), nối đôi
C=C bị khử hay hoàn nguyên bởi sự chuyển dời của phân tử hydrogen.
Dạng 1: Kim loại tác dụng với phi kim
Trong dạng phản ứng này, kim loại và phi kim phản ứng với nhau tạo thành
một hợp chất ion. Kim loại mất electron (bị oxi hóa) và phi kim nhận electron (bị khử). Ví dụ: Fe + S → FeS
Ở đây, sắt (Fe) bị oxi hóa từ trạng thái 0 lên +2, trong khi lưu huỳnh (S) bị
khử từ trạng thái 0 xuống -2.
Dạng 2: Kim loại tác dụng với axit
Trong loại phản ứng này, kim loại phản ứng với axit để tạo ra muối và khí
hydro. Kim loại bị oxi hóa và ion H+ trong axit bị khử thành H2.
Ví dụ: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Kẽm (Zn) bị oxi hóa từ trạng thái 0 lên +2, trong khi ion H+ trong axit HCl bị khử từ +1 xuống 0 (H2).
Dạng 3: Phi kim tác dụng với phi kim
Phản ứng này xảy ra giữa hai phi kim để tạo thành hợp chất cộng hóa trị. Một
phi kim bị oxi hóa và phi kim kia bị khử. Ví dụ: S + O2 → SO2
Lưu huỳnh (S) bị oxi hóa từ trạng thái 0 lên +4, trong khi oxi (O2) bị khử từ 0 xuống -2.
Dạng 4: Hợp chất tác dụng với hợp chất
Trong phản ứng này, hai hợp chất tác dụng với nhau tạo ra nhiều sản phẩm
khác nhau, trong đó có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tố.
Ví dụ: KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O
Trong phản ứng này, Mn trong KMnO4 bị khử từ +7 xuống +2, còn Cl trong
HCl bị oxi hóa từ -1 lên 0 (Cl2).
Các dạng phản ứng oxi hóa khử này không chỉ quan trọng trong hóa học cơ
bản mà còn có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và đời sống hàng ngày.
Việc hiểu rõ cách phân loại và cơ chế của từng loại phản ứng giúp chúng ta
có thể áp dụng hiệu quả trong các thí nghiệm và quá trình sản xuất.
2. Phương pháp cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa khử
Cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa khử là một bước quan trọng để
đảm bảo rằng số nguyên tử và điện tích của các nguyên tố trong phản ứng
được bảo toàn. Một trong những phương pháp phổ biến để cân bằng phương
trình này là phương pháp thăng bằng electron.
Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong từng chất tham gia phản ứng
Trước tiên, chúng ta cần xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong các
chất tham gia phản ứng. Điều này giúp xác định các nguyên tố nào bị oxi hóa
(tăng số oxi hóa) và các nguyên tố nào bị khử (giảm số oxi hóa).
Bước 2: Lập phương trình hóa học cho quá trình oxi hóa và quá trình khử
Sau khi xác định được số oxi hóa, chúng ta lập các phương trình riêng lẻ cho
quá trình oxi hóa và quá trình khử.
Bước 3: Cân bằng số electron nhường và số electron nhận bằng cách nhân
các phương trình với các hệ số thích hợp
Để đảm bảo số electron nhường bằng số electron nhận, chúng ta nhân các
phương trình với các hệ số thích hợp.
Bước 4: Cộng các phương trình đã được cân bằng electron để có được
phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa khử
Cuối cùng, chúng ta cộng các phương trình đã cân bằng electron để có được
phương trình hóa học hoàn chỉnh của phản ứng oxi hóa khử.
Phương trình cuối cùng này đã được cân bằng về số nguyên tử của từng
nguyên tố và số electron trao đổi. Phương pháp thăng bằng electron giúp
chúng ta dễ dàng cân bằng các phương trình phức tạp và đảm bảo tính chính
xác trong các phản ứng hóa học. 3. Bài tập áp dụng
Câu 1: Hàm lượng iron (II) sulfate được xác định qua phản ứng oxi hóa – khử
với potassium permanganate theo sơ đồ sau:
FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + K2SO4 + MnSO4 + H2O
Thể tích KMnO4 0,02M để phản ứng vừa đủ 20 mL dung dịch FeSO4 0,1M là A. 20 mL. B. 30 mL. C. 40 mL. D. 50 mL.
Câu 2: Cho potassium iodide (KI) tác dụng với potassium permanganate
(KMnO4) trong dung dịch sulfuric acid (H2SO4) thu được 3,02 gam
manganese (II) sulfate (MnSO4), I2 và K2SO4. Khối lượng iodine (I2) tạo thành là A. 1,27 gam. B. 12,7 gam. C. 2,54 gam. D. 25,4 gam.
Câu 3. Hòa tan 14 gam Fe trong dung dịch H2SO4 loãng, dư thu được dung
dịch X. Thêm dung dịch KMnO4 1M vào dung dịch X. Biết KMnO4 có thể oxi
hóa FeSO4 trong môi trường H2SO4 thành Fe2(SO4)3 và bị khử thành
MnSO4. Thể tích dung dịch KMnO4 1M đã phản ứng là A. 20 mL. B. 30 mL. C. 40 mL. D. 50 mL.
Câu 4: Cho 2,34 gam kim loại M (có hóa trị không đổi là n) tác dụng với dung
dịch H2SO4 (đặc nóng, dư) thu được 3,2227 L SO2 (điều kiện chuẩn). Kim loại M là A. Mg. B. Fe. C. Al. D. Cu.
Câu 5. Xét phản ứng trong giai đoạn đầu của quá trình Ostwald: NH3 + O2 → NO + H2O
Biết trong không khí chứa 21% thể tích oxygen và các thể tích khí đo ở cùng
điều kiện nhiệt độ và áp suất. Trong công nghiệp, lượng thể tích không khí
cần trộn với 1 thể tích khí ammonia với để thực hiện phản ứng trên là A. 4,95. B. 5,95. B. 6,95. D. 1,25.
Câu 6: Dẫn khí SO2 vào 100 mL dung dịch KMnO4 0,02 M đến khi dung dịch
vừa mất màu tím. Phản ứng xảy ra theo sơ đồ sau:
SO2 + KMnO4 + H2O → H2SO4 + K2SO4 + MnSO4
Thể tích khí SO2 đã tham gia phản ứng ở điều kiện chuẩn là A. 123,95 L. B. 123,95 mL. C. 12,395 L. D. 12,935 mL.
Câu 7: Quặng pyrite có thành phần chính là FeS2 được dùng làm nguyên liệu
để sản xuất sulfuric acid. Phản ứng xảy ra theo sơ đồ sau: FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2
Thể tích không khí (chứa 21% thể tích oxygen, ở điều kiện chuẩn) cần dùng
để đốt cháy hoàn toàn 2,4 tấn FeS2 trong quặng pyrite là A. 6492,6 L. B. 6492,6 m3. C. 6492,6 cm3. D. 6492,6 dm3.
Câu 8: Dưới tác dụng của các chất xúc tác, glucose lên men tạo thành ethanol: C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 (1)
Ethanol sinh ra lên men thành acetic acid:
C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O (2)
Giả sử hiệu suất cả quá trình là 60%. Lượng glucose cần dùng để thu được 1 lít acetic acid 1M là A. 150 gam. B. 180 gam. D. 240 gam. D. 210 gam.
Câu 9: Sodium peroxide (Na2O2), potassium superoxide (KO2) được sử
dụng trong bình lặn để hấp thụ khí carbon dioxide và cung cấp khí oxygen
cho con người theo các phản ứng sau: Na2O2 + CO2 → Na2CO3 + O2↑ KO2 + CO2 → K2CO3 + O2↑
Để thể tích khí carbon dioxide hấp thụ bằng thể tích khí oxygen sinh ra cần
trộn Na2O2 và KO2 theo tỉ lệ số mol là A. 1 : 2. B. 1 : 3. C. 1 : 4. D. 3 : 1.
Câu 10: Cho 8,4 gam Fe phản ứng hoàn toàn với lượng dư dung dịch HNO3,
thể tích khí NO (đkc) bay ra là (coi NO là sản phẩm khử duy nhất) A. 2,2400 lít. B. 3,3600 lít. C. 3,7185 lít D. 5,6360 lít
Câu 11: Cân bằng phương trình phản ứng sau:
Fe + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O
Câu 12: Cho 10 gam hỗn hợp gồm Al và Fe tác dụng với dung dịch HCl dư,
thu được 8,96 lít khí H2 (đktc). Xác định thành phần phần trăm khối lượng
của mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu.
Document Outline

• Các phương trình oxi hóa khử thường gặp và bài tập
  • 1. Phân loại các dạng phản ứng oxi hóa khử
  • 2. Phương pháp cân bằng phương trình phản ứng oxi
  • 3. Bài tập áp dụng