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 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 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 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 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
1 Dạng 1: Bài toán tổng hợp về số oxi hóa
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 minh họa
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
2 Dạng 2: Bài toán cân bằng và tính toán
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 minh họa
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
3 Dạng 3: Bài toán thực tế tổng hợp
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 minh họa
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.
Sẵn sàng thử thách bản thân?
Hoàn thành 15 câu hỏi để củng cố kiến thức và kiểm tra mức độ hiểu bài
Làm bài tập ngay