F. THÔNG TIN BỔ SUNG
V. Thiết lập phương trình của phản ứng oxi hóa - khử
Có một số cách để thiết lập phương trình của phản ứng oxi hóa - khử như phương pháp thăng bằng electron, phương pháp ion - electron, tất cả đều dựa vào nguyên lí bảo toàn khối lượng và bảo toàn điện tích. Ở đây chỉ đề cập đến phương pháp thăng bằng electron, vì đây là phương pháp đơn giản nhưng lại có thể cân bằng hầu hết các phản ứng oxi hóa khử. Các bước cân bằng theo phương pháp này như sau:
Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng (chỉ nên biểu diễn số oxi hóa của những nguyên tố nào có sự thay đổi số oxi hóa). Từ đó dựa vào dấu hiệu nhận biết để xác định chất oxi hóa, chất khử.
Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử và cân bằng mỗi quá trình.
Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất oxi hóa và chất khử theo nguyên tắc:
tổng số electron cho bằng tổng số electron nhận. Tức là đi tìm bội số chung nhỏ nhất của số electron cho và số electron nhận, sau đó lấy bội số chung đó chia cho số electron cho hoặc nhận thì được hệ số của chất khử và chất oxi hóa tương ứng.
Bước 4: Đặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào phương trình phản ứng.
Sau đó chọn hệ số thích hợp cho các chất không tham gia vào phản ứng oxi hóa - khử.
Thí dụ 1: Phản ứng oxi hóa - khử đơn giản, không có môi trường Fe2O3 + H2 tO Fe + H2O
Bước 1: Xác định số oxi hóa , chất oxi hóa , chất khử
F+e32O3 + o tO o + H+12O H2Fe
Chất oxi hóa : Fe+3 (trong Fe2O3)
Chất khử: H02
Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa, khử
2Fe+3 + 2x3e 2Fe0 (quá trình khử) H02 2H+ + 2x1e (quá trình oxi hóa)
Chú ý: Khi chất oxi hóa (khử) có chỉ số lớn hơn 1 trong phân tử thì phải thêm hệ số (bằng chỉ số trong phân tử) vào quá trình khử (oxi hóa ) tương ứng. Ở thí dụ trên: Fe+3, H0 có chỉ số là 2 trong phân tử tương ứng Fe2O3, H2 do vậy cần thêm hệ số 2 vào quá trình khử, oxi hóa .
Bước 3: Tìm hệ số cho hai quá trình oxi hóa và khử
Bội số chung nhỏ nhất (BSCNN) = 6 do đó hệ số mỗi quá trình như sau:
1x 2Fe+3 + 2 x 3e 2Fe0 3x H02 2H+1 +2 x 1e
Bước 4: Đặt hệ số chất oxi hóa , chất khử vào phương trình Fe2O3 + 3H2 2Fe + 3H2O
Thí dụ 2: Phản ứng oxi hóa - khử trong đó chất oxi hóa (khử) còn có vai trò làm môi trường
Cu + H2SO4đặc
tO
CuSO +SO2 + H2O
Cu + H2SO4đặc CuSO4 +SO2 +H2O Chất oxi hóa : S+6 (trong H2SO4)
Chất khử: Cu0
Bước 2: Viết quá trình oxi hóa, quá trình khử:
Cu Cu+2 + 2e (quá trình oxi hóa ) S+6 + 2e S+4 (quá trình khử)
Bước 3: Tìm hệ số cho hai quá trình oxi hóa và khử BSCNN
= 2
1 x Cu Cu+2 + 2e 1 x S+6 + 2e S+4
Bước 4: Đặt hệ số chất oxi hóa , chất khử vào phương trình
4
Bước 1: Xác định số oxi hóa , chất oxi hóa , chất khử
o +6 tO +2 +4
Do H2SO4 vừa đóng vai trò là chất oxi hóa vừa đóng vai trò là môi trường nên hệ số của nó trong phương trình không phải là hệ số của quá trình khử mà phải cộng thêm phần tham gia làm môi trường. Những hợp chất đóng hai vai trò như vậy thường cân bằng hệ số cuối cùng.
Cou +2H2S+O6 4đặc tO C+u2SO4 + +S4O2 + 2H2O
Thí dụ 3: Phản ứng oxi hóa - khử phức tạp: có nhiều chất oxi hóa hoặc khử
FeS2 + O2 tO Fe2O3 + SO2 ( F+e2S- 21 )
Bước 1: Xác định số oxi hóa, chất oxi hóa , chất khử +2 -1 o tO +3 -2 + +S4O-22FeS2 + O2
Fe2O3 Chất oxi hóa : O20
Chất khử: Fe+2, S-1 (trong FeS2)
Bước 2: Viết quá trình oxi hóa, quá trình khử:
Do có hai chất khử là Fe+2, S-1 trong một phân tử nên lần lượt viết quá trình oxi hóa của chúng rồi cộng hai quá trình đó lại, chú ý đảm bảo tỉ lệ số nguyên tử trong phân tử FeS2 giữa Fe+2 và S-1 là 1:2
1 x 2Fe+2 2Fe+3 + 2e (trong Fe2O3, Fe+3 có hệ số 2) 2 x 2S-1 2S+4 + 10e (trong FeS2 , S-1 có hệ số 2)
2FeS2 2Fe+3 + 4S+4 + 22e
2FeS2 2Fe+3 + 4S+4 + 22e (quá trình oxi hóa ) O 02 + 4e 2O-2 (quá trình khử)
Bước 3: Tìm hệ số cho hai quá trình oxi hóa và khử BSCNN
= 44
2 x 2FeS2 2Fe+3 + 4S+4 + 22e 11 x O 02 + 4e 2O-2
Bước 4: Đặt hệ số chất oxi hóa , chất khử vào phương trình
+2 -1 o
tO +3 -2
+ 8+S4O-22
4FeS2 + 11O22Fe2O3
Thí dụ 4: Phản ứng oxi hóa - khử của hợp chất hữu cơ
tO + H2OC3H8 + O2CO2
Bước 1: Xác định số oxi hóa , chất oxi hóa , chất khử
-C8/33H8 + Oo2 tO +C4O-2 2 + H2O-2
Chất oxi hóa : C-8/3 (trong C3H8) Chất khử: O 02
Nhận xét: trong phản ứng trên tất cả các nguyên tử C đều bị oxi hóa thành CO2 nên sử dụng số oxi hóa trung bình để cân bằng phương trình hóa học.
Bước 2: Viết quá trình oxi hóa, quá trình khử:
3C-8/3 3C+4 + 20e (quá trình oxi hóa ) O 02 + 4e 2O-2 (quá trình khử)
CH3 CH
CH3 CH
Bước 3: Tìm hệ số cho hai quá trình oxi hóa và khử BSCNN = 20 1 x 3C-8/3 3C+4 + 20e
5 x O 02 + 4e 2O-2
Bước 4: Đặt hệ số chất oxi hóa, chất khử vào phương trình
-C8/33H8 + 5Oo2 tO 3+C4O-22 + 4H2O-2
Thí dụ 5: Phản ứng oxi hóa - khử của hợp chất hữu cơ
CH3