Buzz
1. Phân loại các dạng phản ứng oxi hóa khử
Phản ứng oxi hóa khử, hay còn gọi là phản ứng oxi hóa-reduction trong hóa học hữu cơ (không nên gọi là chỉ oxi hóa để tránh nhầm lẫn với các quá trình khác liên quan đến oxygen phân tử), là loại phản ứng hóa học trong đó trạng thái oxi hóa hoặc số oxi hóa của các chất phản ứng thay đổi. Oxi hóa là quá trình nhường hoặc mất điện tử (electron) hoặc tăng số oxi hóa. Ngược lại, khử là quá trình nhận điện tử hoặc giảm số oxi hóa.
Phản ứng oxi hóa khử được phân chia thành hai nhóm chính:
- Di chuyển điện tử: Thông thường, một điện tử di chuyển từ một phân tử, ion, hoặc nguyên tử bị oxi hóa đến một phân tử, ion, hoặc nguyên tử bị khử. Phản ứng này thường xuất hiện khi thảo luận về sự oxi hóa khử giữa các hợp chất hoặc trong điện hóa học.
- Di chuyển phân tử: Một phân tử chuyển từ tác chất này sang tác chất khác. Ví dụ, khi sắt bị gỉ, trạng thái oxi hóa của sắt tăng lên khi sắt chuyển thành sắt oxi, trong khi trạng thái oxi hóa của oxygen giảm do nhận điện tử từ sắt. Dù thường liên quan đến sự tạo thành oxi (như sắt (II) oxi), phản ứng oxi hóa vẫn có thể xảy ra với các phân tử khác. Trong phản ứng hydrogen hóa, nối đôi C=C bị khử do sự di chuyển của phân tử hydrogen.
Loại 1: Kim loại phản ứng với phi kim
Trong phản ứng này, kim loại và phi kim kết hợp tạo thành một hợp chất ion. Kim loại mất electron (bị oxi hóa) trong khi phi kim nhận electron (bị khử).
Ví dụ: Fe + S → FeS
Tại 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.
Loại 2: Kim loại phản ứng với axit
Trong phản ứng này, kim loại tương tác với axit để tạo thành muối và khí hydro. Kim loại bị oxi hóa, còn 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).
Loại 3: Phi kim phản ứng với phi kim
Trong phản ứng này, hai phi kim kết hợp để tạo thành hợp chất cộng hóa trị. Một phi kim bị oxi hóa, trong khi phi kim còn lại 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.
Loại 4: Hợp chất phản ứng với hợp chất
Trong phản ứng này, hai hợp chất phản ứng với nhau tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau, với 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, trong khi Cl trong HCl bị oxi hóa từ -1 lên 0 (Cl2).
Các loại phản ứng oxi hóa khử này không chỉ có vai trò quan trọng trong hóa học cơ bản mà còn ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống hàng ngày. Hiểu rõ các dạng và cơ chế của từng loại phản ứng giúp chúng ta áp dụng hiệu quả trong thí nghiệm và quy 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 bước thiết yếu để đảm bảo rằng số nguyên tử và điện tích của các nguyên tố được bảo toàn trong phản ứng. Một phương pháp phổ biến để thực hiện điều này là phương pháp cân bằng electron.
Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong các chất tham gia phản ứng
Trước hết, cần xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong các chất tham gia phản ứng. Điều này giúp nhận diện các nguyên tố bị oxi hóa (tăng số oxi hóa) và các nguyên tố bị khử (giảm số oxi hóa).
Bước 2: Xây dựng các phương trình hóa học cho quá trình oxi hóa và khử
Sau khi xác định số oxi hóa, chúng ta lập các phương trình riêng cho quá trình oxi hóa và quá trình khử.
Bước 3: Cân bằng số electron nhường và số electron nhận bằng cách điều chỉnh hệ số của các phương trình
Để đảm bảo sự cân bằng giữa số electron nhường và số electron nhận, chúng ta cần điều chỉnh hệ số của các phương trình cho phù hợp.
Bước 4: Kết hợp các phương trình đã cân bằng electron để xây dựng phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa khử
Cuối cùng, chúng ta kết hợp các phương trình đã được cân bằng electron để tạo ra phương trình hóa học hoàn chỉnh của phản ứng oxi hóa khử.
Phương trình cuối cùng đã được cân bằng về số nguyên tử của từng nguyên tố và số electron trao đổi. Phương pháp cân bằng electron giúp chúng ta xử lý các phương trình phức tạp một cách chính xác và hiệu quả trong hóa học.
3. Bài tập thực hành
Câu 1: Xác định hàm lượng iron (II) sulfate thông qua phản ứng oxi hóa – khử với potassium permanganate theo phương trình sau:
FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + K2SO4 + MnSO4 + H2O
Thể tích của KMnO4 0,02M cần thiết để phản ứng hoàn toàn với 20 mL dung dịch FeSO4 0,1M là
A. 20 mL.
B. 30 mL.
C. 40 mL.
D. 50 mL.
Câu 2: Khi potassium iodide (KI) phản ứng 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 ra 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 khả năng oxi hóa FeSO4 thành Fe2(SO4)3 trong môi trường H2SO4 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: Khi cho 2,34 gam kim loại M (có hóa trị không đổi là n) phản ứng với dung dịch H2SO4 (đặc nóng, dư), thu được 3,2227 L SO2 (ở điều kiện chuẩn). Kim loại M là
A. Mg.
B. Fe.
C. Al.
D. Cu.
Câu 5. Xem xét phản ứng trong giai đoạn đầu của quá trình Ostwald:
NH3 + O2 → NO + H2O
Biết rằng không khí có 21% thể tích oxy và các thể tích khí được đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất. Trong sản xuất công nghiệp, lượng không khí cần phối trộn với 1 thể tích khí amoniac để thực hiện phản ứng trên là
A. 4,95.
B. 5,95.
C. 6,95.
D. 1,25.
Câu 6: Cho khí SO2 vào 100 mL dung dịch KMnO4 0,02 M cho đến khi dung dịch hết màu tím. Phản ứng diễn ra theo sơ đồ sau:
SO2 + KMnO4 + H2O → H2SO4 + K2SO4 + MnSO4
Thể tích khí SO2 đã 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, chủ yếu là FeS2, được sử dụng để sản xuất axit sulfuric. Phản ứng xảy ra như sau:
FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2
Thể tích không khí (chứa 21% thể tích oxy, ở điều kiện chuẩn) cần thiết để hoàn toàn đốt cháy 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: Với sự hỗ trợ của các chất xúc tác, glucose lên men sẽ tạo ra ethanol:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 (1)
Ethanol sinh ra sẽ tiếp tục lên men thành axit acetic:
C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O (2)
Giả sử hiệu suất của toàn bộ quá trình là 60%. Lượng glucose cần thiết để thu được 1 lít axit acetic 1M là
A. 150 gam.
B. 180 gam.
D. 240 gam.
C. 210 gam.
Câu 9: Sodium peroxide (Na2O2) và potassium superoxide (KO2) được sử dụng trong bình lặn để hấp thụ khí carbon dioxide và cung cấp khí oxy cho người sử dụng thông qua các phản ứng sau:
Na2O2 + CO2 → Na2CO3 + O2↑
KO2 + CO2 → K2CO3 + O2↑
Để thể tích khí carbon dioxide được hấp thụ bằng thể tích khí oxy tạo ra, cần phối 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 dung dịch HNO3 dư, thể tích khí NO (đkc) sinh ra là (giả sử 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 đây:
Fe + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O
Câu 12: Cho 10 gam hỗn hợp gồm Al và Fe phản ứng với dung dịch HCl dư, thu được 8,96 lít khí H2 (ở điều kiện tiêu chuẩn). Tính phần trăm khối lượng của từng kim loại trong hỗn hợp ban đầu.
