Bài 16. Ôn tập chương 4 - Phản ứng oxi hóa - khử
Tổng hợp và ôn tập kiến thức về số oxi hóa và phản ứng oxi hóa - khử.
Tổng hợp kiến thức Chương 4
1. Số oxi hóa - Tổng hợp quy tắc
Quy tắc xác định số oxi hóa
| Trường hợp | Số oxi hóa | Ví dụ |
|---|---|---|
| Đơn chất | 0 | H₂, O₂, Fe, Cu |
| H (thường) | +1 | HCl, H₂O, H₂SO₄ |
| H (hidrua) | -1 | NaH, CaH₂ |
| O (thường) | -2 | H₂O, CO₂, Fe₂O₃ |
| O (peroxyt) | -1 | H₂O₂, Na₂O₂ |
| O (với F) | +2 | F₂O |
| Kim loại IA | +1 | Na, K, Li |
| Kim loại IIA | +2 | Mg, Ca, Ba |
| Al | +3 | Al₂O₃, AlCl₃ |
| F | -1 | HF, NaF, F₂O |
Quy tắc tổng
- Phân tử trung hòa: Tổng số oxi hóa = 0
- Ion: Tổng số oxi hóa = Điện tích ion
2. Phản ứng oxi hóa - khử - Sơ đồ tổng hợp
Các khái niệm cơ bản
| Khái niệm | Đặc điểm | Ví dụ |
|---|---|---|
| Quá trình oxi hóa | Nhường e, số oxi hóa tăng | Fe^0 → Fe^(+3) + 3e |
| Quá trình khử | Nhận e, số oxi hóa giảm | Cu^(+2) + 2e → Cu^0 |
| Chất khử | Nhường e, bị oxi hóa | Fe, H₂, C, kim loại |
| Chất oxi hóa | Nhận e, bị khử | O₂, Cl₂, KMnO₄ |
Mối quan hệ
Chất khử → Nhường e → Bị oxi hóa → Số oxi hóa tăng
Chất oxi hóa → Nhận e → Bị khử → Số oxi hóa giảm
3. Phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa - khử
Các bước thực hiện
Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố
Bước 2: Xác định chất oxi hóa, chất khử (dựa vào sự thay đổi số oxi hóa)
Bước 3: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử
Bước 4: Thăng bằng electron (tìm hệ số sao cho tổng e nhường = tổng e nhận)
Bước 5: Đặt hệ số vào phương trình và hoàn thành
Ví dụ minh họa
Cân bằng: Al + HCl → AlCl₃ + H₂
Al^0 → Al^(+3) + 3e | × 2
2H^(+1) + 2e → H₂^0 | × 3
Kết quả: 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂
4. Ứng dụng thực tế
Trong sinh học
- Hô hấp tế bào: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Năng lượng
- Quang hợp: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
Trong công nghiệp
- Luyện kim: Khử quặng kim loại
- Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂
- CuO + H₂ → Cu + H₂O
- Sản xuất hóa chất:
- Tổng hợp amoniac: N₂ + 3H₂ → 2NH₃
- Sản xuất axit sunfuric, axit nitric
Trong đời sống
- Pin và ắc quy: Chuyển hóa năng lượng hóa học thành điện năng
- Tẩy trắng: Dùng Cl₂, H₂O₂
- Khử trùng: Dùng chất oxi hóa mạnh
- Chống gỉ: Bảo vệ kim loại khỏi bị oxi hóa
Các dạng bài tập
Dạng 1: Dạng 1: Bài toán tổng hợp về số oxi hóa
Phương pháp giải:
Phương pháp:
- Áp dụng đầy đủ các quy tắc xác định số oxi hóa
- Chú ý các trường hợp đặc biệt (H, O)
- Sử dụng quy tắc tổng để tính số oxi hóa chưa biết
Ví dụ:
a) Số oxi hóa của H và O:
H₂O₂:
- H: +1 (quy tắc thường)
- O: -1 (peroxyt, không phải -2)
NaH:
- Na: +1 (kim loại IA)
- H: -1 (hidrua kim loại)
F₂O:
- F: -1 (F luôn -1)
- O: +2 (trường hợp đặc biệt khi kết hợp với F)
b) Số oxi hóa của Mn trong KMnO₄:
K: +1; O: -2; Mn: x
(+1) + x + 4(-2) = 0
1 + x - 8 = 0 → x = +7
Đáp án: Mn có số oxi hóa +7
Dạng 2: Dạng 2: Bài toán cân bằng và tính toán
Phương pháp giải:
Phương pháp:
- Cân bằng phương trình bằng phương pháp thăng bằng electron
- Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng
- Sử dụng công thức: n = m/M, n = V/22.4 (đktc)
- Tính toán theo phương trình hóa học
Ví dụ:
a) Cân bằng phương trình:
Al + HCl → AlCl₃ + H₂
Al^0 → Al^(+3) + 3e | × 2
2H^(+1) + 2e → H₂^0 | × 3
Phương trình: 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂
b) Tính thể tích H₂:
n(Al) = 5.4 / 27 = 0.2 mol
Theo PT: n(H₂) = (3/2) × n(Al) = (3/2) × 0.2 = 0.3 mol
V(H₂) = 0.3 × 22.4 = 6.72 lít
c) Tính khối lượng AlCl₃:
Theo PT: n(AlCl₃) = n(Al) = 0.2 mol
M(AlCl₃) = 27 + 35.5×3 = 133.5 g/mol
m(AlCl₃) = 0.2 × 133.5 = 26.7 g
Đáp án: V(H₂) = 6.72 lít; m(AlCl₃) = 26.7 g
Dạng 3: Dạng 3: Bài toán thực tế tổng hợp
Phương pháp giải:
Phương pháp:
- Phân tích tình huống thực tế
- Xác định phản ứng oxi hóa - khử liên quan
- Cân bằng phương trình và tính toán
- Đánh giá hiệu quả, ý nghĩa thực tiễn
Ví dụ:
a) Cân bằng phương trình:
Cu^(+2)O^(-2) + C^(+2)O^(-2) → Cu^0 + C^(+4)O₂^(-2)
Cu^(+2) + 2e → Cu^0 (khử)
C^(+2) → C^(+4) + 2e (oxi hóa)
Phương trình: CuO + CO → Cu + CO₂
- Chất oxi hóa: CuO (Cu bị khử)
- Chất khử: CO (C bị oxi hóa)
b) Tính khối lượng Cu:
m(CuO) = 1 tấn = 1000 kg
M(CuO) = 64 + 16 = 80 g/mol
n(CuO) = 1,000,000 / 80 = 12,500 mol
Theo PT: n(Cu) lý thuyết = n(CuO) = 12,500 mol
n(Cu) thực tế = 12,500 × 90% = 11,250 mol
m(Cu) = 11,250 × 64 = 720,000 g = 720 kg
c) Giải thích:
Ưu điểm của CO:
- CO là chất khí, tiếp xúc tốt với CuO
- Phản ứng xảy ra nhanh, hiệu suất cao
- Dễ kiểm soát nhiệt độ
- Sản phẩm CO₂ dễ tách ra
Nhược điểm của C:
- C rắn, tiếp xúc kém
- Cần nhiệt độ cao hơn
- Khó kiểm soát
- Cu có thể bị lẫn C
Kết luận: Dùng CO hiệu quả và kinh tế hơn trong công nghiệp.