Bài 15. Phản ứng oxi hóa - khử

a) Định nghĩa

Số oxi hóa là điện tích của nguyên tử trong phân tử, được tính theo quy ước nhất định.

Kí hiệu: Viết phía trên nguyên tố, dấu trước số

Ví dụ: H₂^(+1)O^(-2), Na^(+1)Cl^(-1)

b) Quy tắc xác định số oxi hóa

1. Đơn chất: Số oxi hóa = 0

• H₂, O₂, N₂, Fe, Cu: Số oxi hóa = 0

2. Trong hợp chất:

• H: Thường +1 (trừ hidrua kim loại: NaH, CaH₂ → H có số oxi hóa -1)
• O: Thường -2 (trừ F₂O → O có +2; peroxyt H₂O₂ → O có -1)
• Kim loại:
  • Nhóm IA: +1 (Na, K, Li...)
  • Nhóm IIA: +2 (Mg, Ca, Ba...)
  • Nhóm IIIA: +3 (Al)
• Phi kim:
  • F: Luôn -1
  • Cl, Br, I: Thường -1 (trừ khi kết hợp với O, F)

3. Quy tắc tổng:

• Trong phân tử: Tổng số oxi hóa = 0
• Trong ion: Tổng số oxi hóa = Điện tích ion

c) Ví dụ xác định số oxi hóa

Ví dụ 1: H₂SO₄

H: +1; O: -2; S: x

2(+1) + x + 4(-2) = 0

2 + x - 8 = 0 → x = +6

Vậy: H₂^(+1)S^(+6)O₄^(-2)

Ví dụ 2: SO₄²⁻

S: x; O: -2

x + 4(-2) = -2

x - 8 = -2 → x = +6

Vậy: S^(+6)O₄²⁻

a) Định nghĩa

Phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng hóa học trong đó có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố.

b) Các khái niệm

1. Quá trình oxi hóa:

• Là quá trình nhường electron
• Số oxi hóa tăng
• Ví dụ: Fe^0 → Fe^(+3) + 3e (oxi hóa)

2. Quá trình khử:

• Là quá trình nhận electron
• Số oxi hóa giảm
• Ví dụ: Cl₂^0 + 2e → 2Cl^(-1) (khử)

3. Chất khử:

• Là chất nhường electron
• Bị oxi hóa (số oxi hóa tăng)
• Ví dụ: Fe, H₂, C, kim loại

4. Chất oxi hóa:

• Là chất nhận electron
• Bị khử (số oxi hóa giảm)
• Ví dụ: O₂, Cl₂, KMnO₄, HNO₃

c) Ví dụ phản ứng oxi hóa - khử

Phản ứng: 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

Fe^0 → Fe^(+3) + 3e (oxi hóa) × 2

Cl₂^0 + 2e → 2Cl^(-1) (khử) × 3

• Fe là chất khử (bị oxi hóa)
• Cl₂ là chất oxi hóa (bị khử)

Phương pháp thăng bằng electron

Các bước:

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố

Bước 2: Xác định chất oxi hóa, chất khử

Bước 3: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử

Bước 4: Tìm hệ số sao cho tổng số electron nhường = tổng số electron nhận

Bước 5: Đặt hệ số vào phương trình và hoàn thành

Ví dụ: Cân bằng phương trình

Fe + HCl → FeCl₃ + H₂

Bước 1: Xác định số oxi hóa

Fe^0 + H^(+1)Cl^(-1) → Fe^(+3)Cl₃^(-1) + H₂^0

Bước 2: Xác định chất oxi hóa, khử

• Fe: 0 → +3 (tăng) → Chất khử
• H: +1 → 0 (giảm) → Chất oxi hóa

Bước 3: Viết quá trình

Fe^0 → Fe^(+3) + 3e (oxi hóa)

2H^(+1) + 2e → H₂^0 (khử)

Bước 4: Thăng bằng electron

Fe^0 → Fe^(+3) + 3e | × 2

2H^(+1) + 2e → H₂^0 | × 3

Bước 5: Hoàn thành phương trình

2Fe + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂

a) Trong đời sống

• Hô hấp: Oxi hóa glucose tạo năng lượng
• Quang hợp: Khử CO₂ thành glucose
• Tẩy trắng: Dùng chất oxi hóa (Cl₂, H₂O₂)
• Khử trùng: Dùng chất oxi hóa mạnh

b) Trong công nghiệp

• Luyện kim: Khử quặng sắt: Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂
• Sản xuất hóa chất: Tổng hợp amoniac, axit...
• Pin và ắc quy: Phản ứng oxi hóa - khử tạo điện năng
• Mạ điện: Phủ kim loại lên bề mặt

c) Trong phân tích hóa học

• Chuẩn độ oxi hóa - khử
• Xác định hàm lượng chất
• Phân tích định tính, định lượng