Đề tài Nghiên cứu hệ thống kiến thức phản ứng oxi hoá – khử trong chương trình hoá học phổ thông

1 MỤC LỤC Phụ lục bìa…………………………………………………………………………...i Lời cam đoan …………………………………………………………………….....ii Lời cảm ơn……………………………………………………………………….…iii Mục lục ……………………………………………………………………………..1 Danh mục các cụm từ viết tắt……………………………………………………….3 MỞ ðẦU……………………………………………………………………………4 CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Khái quát về phản ứng hĩa học………………………………………………..7 1.1.1.Khái niệm phản ứng hĩa học………………………………………………7 1.1.2. Các loại phản ứng hĩa học……………………………………………….7 1.2. Phản ứng oxi hĩa - khử………………………………………………………...9 1.2.1. Một số khái niệm ………………………………………………………..9 1.2.2. Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hĩa - khử……………………15 1.2.3. Ý nghĩa và tầm quan trọng của phản ứng oxi hĩa - khử……………......22 CHƯƠNG 2 PHẢN ỨNG OXI HĨA –KHỬ TRONG CHƯƠNG TRÌNH HĨA HỌC PHỔ THƠNG 2.1. Phản ứng oxi hĩa - khử trong chương trình hố học phổ thơng ……………..24 2.1.1. Phản ứng oxi hĩa - khử trong chương trìnhtrung học cơ sở…..………..24 2.1.2. Phản ứng oxi hĩa – khử trong chương trình trung học phổ thơng……...27 2.2. Phản ứng oxi hĩa- khử…………………………………………………….....30 2.2.1. Nội dung phản ứng oxi hĩa – khử trong hĩa học vơ cơ……………….....30 2.2.2. Nội dung phản ứng oxi hĩa – khử trong hĩa học hữu cơ………………...32 2.3. Vận dụng phản ứng oxi hĩa - khử trong dạy hĩa học phổ thơng…………....38 2.3.1. Sử dụng các khái niệm phản ứng oxi hĩa - khử trong dạy tính chất hĩa học của các chất……………………………………………………………...38 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 2 2.3.2. Sử dụng các khái niệm phản ứng oxi hĩa - khử để giải bài tập……..........43 2.3.3. Sử dụng kiến thức phản ứng oxi hố - khử để giải thích tính chất các chất, các hiện tượng hĩa học cĩ liên quan trong thực tiễn………………………….......59 KẾT LUẬN VÀ ðỀ XUẤT 1. Kết luận chung ………………………………………………………………...64 2. Ý kiến đề xuất………………………………………………………………....64 Tài liệu tham khảo………………………………………………………………...65 Phụ lục…………………………………………………………………………...- p1- PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 3 DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT CTðG : Cơng thức đơn giản CTPT : Cơng thức phân tử ðktc : ðiều kiện tiêu chuẩn GV : Giáo viên HD : Hướng dẫn HS : Học sinh SGK : Sách giáo khoa Soh : Số oxi hố THCS : Trung học cơ sở THPT : Trung học phổ thơng PTHH : Phương trình hĩa học. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 4 MỞ ðẦU 1. Lý do chọn đề tài - Xuất phát từ yêu cầu của sự nghiệp giáo dục, thực trạng giảng dạy bộ mơn hĩa học ở cấp trung học phổ thơng địi hỏi người giáo viên khơng ngừng nâng cao năng lực chuyên mơn, đổi mới phương pháp dạy học nhằm giúp học sinh tiếp thu tri thức một cách tốt nhất. - Phản ứng oxi hĩa - khử là loại phản ứng quan trọng và xuyên suốt trong chương trình hĩa học phổ thơng. Kiến thức về phản ứng oxi hố - khử được vận dụng phổ biến trong dạy học cũng như trong đời sống. Vậy, phản ứng oxi hĩa - khử là phản ứng thế nào? Phân loại chúng trong hĩa học vơ cơ, hữu cơ ra sao? So sánh sự khác nhau cơ bản giữa phản ứng oxi hĩa – khử và các phản ứng khác; làm thế nào cĩ thể nhận biết được phản ứng oxi hĩa – khử và các phản ứng thơng thường cũng như các bước lập phương trình phản ứng. Tầm quan trọng của phản ứng oxi hĩa – khử, phản ứng oxi hĩa - khử được nghiên cứu và phát triển như thế nào từ chương trình trung học cơ sở sang chương trình trung học phổ thơng. Khi nắm rõ các nội dung trên, giáo viên sẽ vận dụng phản ứng oxi hố - khử trong dạy hĩa học ở phổ thơng được tốt hơn. - Hĩa học là khoa học thực nghiệm, giáo viên khơng chỉ dạy cho học sinh cách tiếp thu tri thức mà cịn phải rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng các kiến thức hố học để giải thích các hiện tượng trong thực tiễn như: tất cả các phản ứng cháy, các phản ứng tạo ra dịng điện trong pin, ắcquy… Các phản ứng xảy ra trong cơ thể người như sự oxi hĩa glucơzơ thành khí cacbơnic và hơi nước… Tất cả các hiện tượng hố học trên đều dùng các kiến thức của phản ứng oxi hố - khử để giải thích. Do vậy, chúng tơi chọn đề tài “ Nghiên cứu phản ứng oxi hố - khử trong chương trình hố học phổ thơng “ làm nội dung nghiên cứu của khĩa luận tốt nghiệp. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 5 2. Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu hệ thống kiến thức phản ứng oxi hố – khử trong chương trình hố học phổ thơng. - Nghiên cứu việc sử dụng phản ứng oxi hĩa – khử trong chương trình hĩa học phổ thơng cũng như các kiến thức cĩ liên quan đến phản ứng oxi hĩa – khử trong dạy các chất và bài tập vận dụng cĩ liên quan đến phản ứng oxi hĩa – khử. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu các tài liệu cĩ liên quan đến phản ứng oxi hĩa - khử. - Nghiên cứu sự hình thành và phát triển, các quy luật biến đổi trong sự tạo thành sản phẩm oxi hĩa – khử. - Tìm hiểu sự vận dụng phản ứng oxi hĩa - khử trong việc giảng dạy bộ mơn hĩa học trung học phổ thơng. 4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý luận : sách giáo khoa hĩa học trung học phổ thơng và các tài liệu cĩ liên quan đến phản ứng oxi hĩa – khử. 5. ðối tượng nghiên cứu Phản ứng oxi hĩa – khử trong chương trình trung học phổ, sách giáo khoa hố học phổ thơng và các tài liệu khác cĩ liên quan đến phản ứng oxi hĩa – khử. 6. Khả năng áp dụng của đề tài Nghiên cứu đề tài hồn thành sẽ gĩp thêm tài liệu tham khảo cho giáo viên dạy hĩa học ở các trường THPT, sinh viên đang học chuyên ngành hĩa học và tài liệu học tập cho HS trung học cơ sở, trung học phổ thơng. 7. Lịch sử đề tài ðã cĩ rất nhiều cơng trình nghiên cứu, nhiều sách, tài liệu nghiên cứu phản ứng oxi hĩa - khử của nhiều tác giả khác nhau như: • Nguyễn Trọng Thọ, Ngơ Ngọc An, Phản ứng oxi hĩa – khử và sự điện phân, Nhà xuất bản giáo dục, năm 2006. Khai thác phản ứng oxi hĩa - khử ở nhiều gĩc độ như : phân loại phản ứng, các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hĩa - khử các dạng bài tốn về phản ứng oxi hĩa - khử. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 6 • Một số bài viết trong Tạp chí hố học & Ứng dụng : 1. Phạm Hà Thanh, Phạm Ngọc Sơn - Cách tính nhanh khối lượng muối tạo thành trong phản ứng oxi hĩa – khử. (Số 3(75)/2008). 2. Lê Ngọc Sáng, Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hĩa - khử bằng phương pháp thăng bằng electron và phân tử ion. (Số 8(80)/2008). ðề tài chúng tơi quan tâm nghiên cứu phản ứng oxi hĩa - khử trong chương trình hĩa học phổ thơng nhằm tìm hiểu sự hình thành, phát triển và vận dụng phản ứng oxi hố - khử trong dạy hố học phổ thơng. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 7 CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Khái quát về phản ứng hĩa học 1.1.1.Khái niệm phản ứng hĩa học [2] Quá trình biến đổi chất này thành chất khác gọi là phản ứng hĩa học. Chất ban đầu bị biến đổi trong phản ứng gọi là chất phản ứng (chất tham gia, chất mới sinh ra là sản phẩm). Trong phản ứng hố học tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các chất tạo thành sau phản ứng. Phản ứng hĩa học được ghi theo phương trình chữ như sau: Tên các chất phản ứng → Tên các sản phẩm Ví dụ: Lưu huỳnh + sắt → Sắt (II)sunfua Trong quá trình phản ứng, lượng chất phản ứng giảm dần, lượng sản phẩm tăng dần. Trong phản ứng hĩa học chỉ cĩ liên kết giữa các nguyên tử thay đổi làm cho phân tử này biến thành phân tử khác. Phản ứng xảy ra được khi các chất tham gia tiếp xúc trực tiếp với nhau, cĩ trường hợp đun nĩng, cĩ trường hợp cần xúc tác. Nhận biết dấu hiệu xảy ra dựa vào dấu hiệu cĩ chất mới tạo thành. 1.1.2. Các loại phản ứng hĩa học 1.1.2.1. Các loại phản ứng trong hĩa học vơ cơ : [2]
Phản ứng cĩ sự thay đổi số oxi hĩa và phản ứng khơng cĩ sự thay đổi số oxi hĩa Các dạng phản ứng hố học cơ bản: - Phản ứng phân tích là phản ứng trong đĩ một chất bị phân tích thành nhiều chất mới. Ví dụ: CaCO3 = CaO + CO2 ↑ - Phản ứng kết hợp là phản ứng trong đĩ hai hay nhiều chất kết hợp với nhau tạo thành một chất mới. Ví dụ: BaO + H2O = Ba(OH)2. - Phản ứng thế là phản ứng trong đĩ nguyên tử của ngyên tố này ở dạng đơn chất thay thế nguyên tử của nguyên tố khác trong hợp chất. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 8 Ví dụ: Zn + H2SO4 lỗng = ZnSO4 + H2 ↑ - Phản ứng trao đổi là phản ứng trong đĩ các hợp chất trao đổi nguyên tử hay nhĩm nguyên tử với nhau. Ví dụ: BaCl2 + NaSO4 = BaSO4 + 2NaCl.
Phân loại dựa trên hiệu ứng nhiệt của phản ứng : - Phản ứng tỏa nhiệt. ðịnh nghĩa: Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng hĩa học giải phĩng năng lượng dưới dạng nhiệt. Ví dụ như phản ứng đốt cháy xăng dầu, cung cấp năng lượng để vận hành xe cộ, máy mĩc… - Phản ứng thu nhiệt ðịnh nghĩa : phản ứng thu nhiệt là phản ứng hĩa học hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt. Ví dụ như khi sản xuất vơi, người ta phải liên tục cung cấp năng lượng dưới dạng nhiệt để thực hiện phản ứng phân hủy đá vơi. 1.1.2.2.Các loại phản ứng trong hĩa hữu cơ:[2]
Phản ứng cộng. Phân tử hữu cơ kết hợp thêm với các nguyên tử hoặc phân tử khác. Ví dụ: 02 3 32 tHC CH H H C CH≡ + → −
Phản ứng thế Một hoặc một nhĩm nguyên tử ở phân tử hữu cơ bị thế bởi một hoặc một nhĩm nguyên tử khác. Ví dụ: H3C – OH + H-Br → H3C- Br +HOH
Phản ứng tách Một vài nguyên tử hoặc nhĩm nguyên tử bị tách ra khỏi phân tử. Ví dụ: H3C- CH2-OH 0 ,170H C+ → H2C = CH2 +H2O
Phản ứng phân hủy Phân tử bị phá hủy hồn tồn thành các nguyên tử hoặc các phân tử nhỏ. Ví dụ: CH4 → ot C + 2H2 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 9 C4H10 + 5F2 → 4C + 10HF C6H12 + 9O2 → 6CO2 + 6H2O
Phản ứng este hĩa Là phản ứng điều chế este bằng cách đun nĩng ancol với axit cacboxylic, cĩ axit mạnh làm xúc tác. RCOOH + R’OH H +


⇀↽


R – COOR’ + H2O
Phản ứng trùng hợp Phản ứng trùng hợp là quá trình kết hợp liên tiếp nhiều phân tử nhỏ giống nhau hoặc tương tự nhau tạo thành những phân tử rất lớn gọi là polime. Trong phản ứng trùng hợp, chất đầu (các phân tử nhỏ) được gọi là monome. Sản phẩm của phản ứng gồm nhiều mắt xích monome hợp thành nên được gọi là polime. Số lượng mắt xích monome trong một phân tử polime gọi là hệ số trùng hợp và kí hiệu là n. 1.2. Phản ứng oxi hĩa - khử 1.2.1. Một số khái niệm 1.2.1.1. Hĩa trị và số oxi hĩa [4]
Hĩa trị - Hĩa trị đặc trưng cho khả năng nguyên tử của các nguyên tố đĩ cĩ thể hình thành một số liên kết hố học nhất định. Hố trị thường gắn liền với một kiểu liên kết cụ thể. Cĩ thể định nghĩa nĩ là số nguyên tử của nguyên tố hĩa trị một kết hợp với một nguyên tử của nguyên tố đã cho. Chẳng hạn, trong axit clohidric HCl, clo cĩ hĩa trị một, trong nước H2O oxi cĩ hĩa trị hai, trong amoniac NH3 nitơ cĩ hĩa trị ba, trong metan CH4 cacbon cĩ hĩa trị bốn, trong PCl5 photpho cĩ hĩa trị năm, trong SF6 lưu huỳnh cĩ hĩa trị sáu…. - Với sự phát triển học thuyết về liên kết hĩa học, hĩa trị của nguyên tử trong phân tử được hiểu là số cặp điện tử mà nguyên tử đã cho dùng để liên kết với những nguyên tử khác, như vậy hĩa trị được định nghĩa là số liên kết nhờ đĩ nguyên tử đã cho kết hợp với những nguyên tử khác. Số liên kết mà nguyên tử cĩ thể tạo thành bằng số điện tử khơng kết đơi của nĩ. Ở đây khơng tính đến tính cĩ cực của liên kết PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 10 được tạo thành và vì vậy hĩa trị khơng cĩ dấu. Cần nhấn mạnh rằng hĩa trị xác định theo số liên kết khơng thể âm và cũng cĩ thể bằng khơng. - ðiện hố trị được xác định bằng số electron mà một nguyên tử mất đi hay thu vào khi tạo thành ion đơn. ðĩ là điện tích của các ion trong hợp chất ion. Chẳng hạn, trong phân tử CaCl2, nguyên tử Caxi cĩ điện hố trị +2, nguyên tử Clo -1. - Cộng hố trị được xác định bằng số liên kết cộng hố trị do các nguyên tử trong phân tử tạo thành. Nĩi chung, mỗi liên kết cộng hố trị được hình thành từ một cặp electron. Ví dụ trong phân tử H2, hydro cĩ cộng hố trị I (H-H); trong phân tử N2, nguyên tử nitơ cĩ cộng hố trị III (N≡N) (Mỗi gạch nối chỉ một liên kết thực hiện bằng một cặp electron).
Số oxi hĩa ðể thuận tiện khi xem xét phản ứng oxi hố - khử và tính chất của các nguyên tố, người ta đưa ra khái niệm số oxi hố (cịn gọi là mức oxi hố hay điện tích hố trị). Số oxi hố là điện tích quy ước mà nguyên tử cĩ được nếu giả thuyết rằng cặp e liên kết (do 2 nguyên tử gĩp chung) chuyển hồn tồn về phía nguyên tử cĩ độ âm điện lớn hơn. Số oxi hố được tính theo quy tắc sau : − Tổng đại số số oxi hố của các nguyên tử trong phân tử trung hồ điện bằng 0. − Tổng đại số số oxi hố của các nguyên tử trong một ion phức tạp bằng điện tích của ion. Ví dụ trong ion HSO4-, số oxi hố của H là +1, của O là −2 của S là +6. + 1 + 6 + (−2. 4) = − 1. − Trong đơn chất, số oxi hố của các nguyên tử bằng 0. Ví dụ: Trong Cl2, số oxi hố của Cl bằng 0. − Khi tham gia hợp chất, số oxi hố của một số nguyên tố cĩ trị số khơng đổi như sau: + Kim loại kiềm luơn bằng +1. + Kim loại kiềm thổ luơn bằng +2. + Oxi (trừ trong peoxit bằng − 1) luơn bằng − 2. + Hiđro (trừ trong hiđrua kim loại bằng − 1) luơn bằng − 2, Al thường bằng +3. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 11 Chú ý: Dấu của số oxi hố đặt trước giá trị, cịn dấu của ion đặt sau giá trị. Ví dụ: Số oxi hĩa của 3 Fe + , của ion Fe3+. 1.2.1.2. Chất khử và chất oxi hĩa - Một số chất khử và chất oxi hố quan trọng nhất [22] NHỮNG CHẤT KHỬ VÀ NHỮNG CHẤT OXI HĨA QUAN TRỌNG NHẤT Chất khử : Chất nhường e Chất oxi hĩa : Chất nhận e - Nguyên tử kim loại, hidro, hidro peoxit H2O2. - Cacbon, cacbon(II)oxit. - Các hợp chất của lưu huỳnh: H2S, H2SO3 và muối của nĩ, Na2S2O3… - Axit cĩ gốc axit là nhĩm halogen : HI, HBr, HCl… - Muối : SnCl2, FeSO4, MnSO4, Cr2(SO4)3…. - Các hợp chất của nitơ : HNO2, NH3, N2H4, NH2OH, NO… - H3PO3, H3AsO3, K4[Fe(CN)6]. - Một số hợp chất hữu cơ: Andehit, rượu, axit fomic và axit oxalic. - Các halogen:F2,Cl2, Br2 . - Các hợp chất của Mangan : Mn2O7, MnO3, MnO2, KMnO4, K2MnO4 . - Các hợp chất của Crom : CrO3, K2CrO4, K2CrO7… - Các hợp chất của Oxi : O2, O3, H2O2 và muối của nĩ. - Các axit cĩ tính oxi hố mạnh như: H2SO4, H2SeO4, HNO3 và muối của nĩ… - Ion của những kim loại quý (Ag+, Pb2+, Au3+…) - Pb(CH3COO)2, (NH4)2S2O8, K3[Fe(CN)6], CuO ,Ag2O, PbO2. - Hipoclorit. Clorat, peclorat. - Nước cường toan, hỗn hợp của axit nitric đậm đặc và axit flohidric đậm đặc. ðể xảy ra được phản ứng oxi hĩa - khử cần phải biết cĩ những nguyên tử, phân tử hoặc ion cĩ khả năng cho hoặc thu nhận điện tử.[3] • ðơn chất cĩ thể là chất oxi hố, cĩ thể là chất khử : PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 12 + Chất oxi hố cĩ thể là đơn chất, mà nguyên tử trung hồ của nĩ nhận electron thành ion tích điện âm, cĩ cấu trúc electron của khí trơ gần nhất. Các nguyên tử trung hồ của những nguyên tố cĩ ngồi cùng 7 (s2p5); 6(s2p4); 5(s2p3) và 4(s2p2) electron. Chất oxi hố mạnh nhất là halogen và oxi ở dạng nguyên tử. + Chất khử điển hình là những nguyên tử cĩ số electron ở lớp ngồi cùng chứa từ một đến ba electron. Trong các chất khử này là kim loại, là các nguyên tố s, d, f. • Các oxiaxit và các muối của chúng cĩ thể là chất oxi hố cĩ thể là chất khử. + Chất oxi hố là các oxiaxit cĩ số oxi hố cao nhất và các muối của chúng. Trong thành phần của chất oxi hố thường cĩ các nguyên tử của nguyên tố ở mức oxi hố cao. Ví dụ : 7 4K MnO + , 6 22 7K Cr O + …. + Chất khử là các oxi axit cĩ số oxi hố thấp và các muối của chúng. Các phân tử của các chất khử này chứa một hoặc một số nguyên tử của nguyên tố ở một trong số các trạng thái oxi hố thấp của nĩ. Khi tương tác với các chất oxi hố các nguyên tử này nhường electron, tạo thành hợp chất ứng với trạng thái số oxi hố dương (cĩ thể số oxi hố dương cực đại ) của nguyên tố này. Ví dụ : 4 2 3H S O + + 0 2Br + H2O → 6 2 4H S O + + 1 2H Br − • Ion kim loại tích điện dương cĩ thể là chất oxi hố, cĩ thể là chất khử. + Chất oxi hố là các ion kim loại tích điện dương ở số oxi hố cao nhất. Các ion kim loại tích điện dương đều thể hiện ở mức độ nào đĩ tính oxi hố. Trong số chúng, chất oxi hố mạnh hơn là các ion tích điện dương ở số oxi hố cao. Ví dụ : Fe3+, Cu2+, Hg2+…. + Chất khử là các ion dương kim loại cĩ số oxi hố thấp, nếu chúng cịn cĩ thể cĩ những trạng thái với số oxi hố cao hơn. Ví dụ : Fe2+ → Fe3+ + 1e Cu+ → Cu2+ + 1e • Chất khử là các ion nguyên tố tích điện âm PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 13 Các phi kim, nếu là chất oxi hố yếu, khi ở trạng thái ion âm nĩ là chất khử mạnh. Khả năng khử của các ion tích điện âm cĩ điện tích như nhau tăng lên theo sự tăng bán kính nguyên tử. Ví dụ : Trong nhĩm halogen, ion I- cĩ khả năng khử lớn hơn so với ion Br- và Cl- cịn F- thể hiện tính khử rất yếu. • Trường hợp một chất vừa cĩ tính oxi hố, vừa cĩ tính khử. Khi một nguyên tố cĩ trong một hợp chất hoặc đơn chất cĩ số oxi hố trung gian thì cĩ cả hai tính chất vừa cĩ tính oxi hố vừa cĩ tính khử. Ví dụ : 3 23K N O + + 5 3H Cl O − = 5 1 33K N O H Cl + − + (Chất khử) 3 23K N O + + 1 0 2 22 4 2 4 22 2 2 2 2K I H SO I N O K SO H O − + + → + + + (Chất oxi hố) Trong một số chất, chất oxi hố và chất khử trong nội phân tử Ví dụ : 1 5 2 1 0 3 22 2 3K Cl O K Cl O + + − − → + • Trong một số chất, chất oxi hố và chất khử cịn phụ thuộc vào mơi trường tiến hành phản ứng. ðiều kiện để phản ứng oxi hĩa - khử cĩ thể xảy ra: [8] - ðiều kiện cần : Phản ứng oxi hĩa khử xảy ra theo chiều: chất oxi hĩa mạnh sẽ oxi hĩa chất khử mạnh nhất, sinh ra chất oxi hĩa yếu hơn và chất khử yếu hơn. Dựa vào dãy điện hĩa của kim loại để biết qui luật biến thiên tính oxi hĩa của ion kim loại và tính khử của nguyên tử kim loại. - ðiều kiện khác : Ngồi điều kiện cần, phản ứng oxi hĩa – khử xảy ra được cịn phụ thuộc vào các yếu tố: mơi trường, xúc tác, nhiệt độ thực hiện phản ứng . + Ảnh hưởng của mơi trường: Phản ứng oxi hĩa – khử cĩ thể xảy ra trong những mơi trường khác nhau: trong mơi trường axit (dư ion H+), trung tính (H2O) và kiềm (OH-). Tùy theo mơi trường, đặc điểm diễn biến phản ứng giữa cá chất cho trước cĩ thể thay đổi.Mơi trường ảnh hưởng đến sự biến đổi mức oxi hĩa của các nguyên tử. Ví dụ như ion PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 14 MnO4- làm cho dung dịch cĩ màu đỏ thẫm, trong mơi trường axit nĩ bị khử đến Mn2+, trong mơi trường trung tính bị khử đến MnO2, trong mơi trường kiềm bị khử đến MnO42-. Ví dụ : Trong mơi trường axit: 5Na2SO3 +2KMnO4 + 3H2SO4 → 5NaSO4 + 2MnSO4 + 3H2O + K2SO4 Trong mơi trường trung tính hoặc bazơ yếu: 3Na2SO3 +2KMnO4 + H2O → 2MnO2 ↓ + 3Na2SO4 + 2KOH + Ảnh hưởng của xúc tác đến sản phẩm phản ứng: 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O 4NH3 + 5O2 →xtPt 4NO + 6H2O + Ảnh hưởng của nhiệt độ : nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến sản phẩm phản ứng. Chẳng hạn, khi đốt khí H2S trong điều kiện dư oxi và ở nhiệt độ cao thì sản phẩm thu được là SO2 và trong trường hợp này oxi khơng khí đã oxi hố lưu huỳnh trong hợp chất H2S từ S-2 tăng lên S+4 cịn khi đốt H2S trong điều kiện thiếu oxi và ở nhiệt độ khơng cao thì sản phẩm thu được là lưu huỳnh và trong trường hợp này oxi khơng khí đã oxi hố lưu huỳnh trong hợp chất H2S từ 2 S − tăng lên S0. PTHH : 2H2S + 3O2( dư)  → tocao 2 SO2 + 2H2O 2H2S + 3O2( thiếu)  → tothâp 2S + 2H2O 1.2.1.3. Sự khử, sự oxi hĩa - Sự khử (quá trình khử) một chất là làm cho chất đĩ nhường electron hay làm tăng số oxi hĩa của chất đĩ. - Sự oxi hĩa (quá trình oxi hĩa) một chất là làm cho chất đĩ nhận electron hay làm giảm số oxi hĩa của chất đĩ. 1.2.1.4. Cặp oxi hĩa - khử [14] Ở quá trình khử, chất oxi hĩa bị khử chuyển thành chất khử. Ở quá trình oxi hĩa, chất khử bị oxi hĩa chuyển thành chất oxi hĩa. Chất oxi hĩa và chất khử của cùng một quá trình hợp thành một cặp oxi hĩa – khử hay một hệ oxi hĩa - khử (kí hiệu là Ox/Kh). PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 15 Ví dụ: Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu Cĩ thể viết thành hai nửa phản ứng: Zn
Zn2+ + 2e k1
ox1 + ne (1) Cu2+ + 2e
Cu ox2 + ne
k2 (2) Zn + Cu 2+
Zn2+ + Cu K1 +ox2
ox1 +k2 Trong nửa phản ứng (1), Zn nhường e, giữ vai trị chất khử (k1), Zn2+ cĩ khả năng nhận e (trong phản ứng nghịch) giữ vai trị tác nhân oxi hĩa (ox1). Ta cĩ cặp oxi hĩa - khử : ox1/k1(Zn2+/Zn). Một cách tương tự, trong nửa phản ứng (2) ta cĩ cặp oxi hĩa - khử: ox2/k2 (Cu2+/Cu). Như vậy, trong một phản ứng oxi hĩa - khử cĩ sự trao đổi e giữa tác nhân k1(Zn) của cặp oxi hĩa khử và tác nhân oxi hĩa ox2 (Cu2+) của một cặp oxi hĩa - khử khác. 1.2.1.5. Phản ứng oxi hĩa - khử. - ðịnh nghĩa: Phản ứng oxi hĩa - khử là phản ứng hĩa học trong đĩ trong đĩ cĩ sự chuyển electron giữa các chất phản ứng. Hay cịn cĩ cách định nghĩa khác: Phản ứng oxi hĩa - khử là phản ứng hĩa học trong đĩ cĩ sự thay đổi số oxi hĩa của một số nguyên tố. 1.2.2. Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hĩa - khử 1.2.2.1. Phương pháp đại số [22] - Nguyên tắc: Số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vế phải bằng nhau. - Các bước cân bằng : + ðặt ẩn số là các hệ số hợp thức. Dùng định luật bảo tồn khối lượng để cân bằng nguyên tố và lập phương trình đại số. + Chọn nghiệm tùy ý cho 1 ẩn, rồi dùng hệ phương trình đại số để suy ra các ẩn số cịn lại. Ví dụ: KMnO4 + HCl → MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O aKMnO4 + bHCl → cMnCl2 + dCl2 + eKCl + fH2O K : a = e (1) Mn : a = c (2) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 16 O : 4a = f (3) H : b = 2f (4) Cl : b = 2c + 2d + e (5) (Cĩ hệ 5 phương trình, 6 ẩn số) Chọn e = 1 ⇒ (1) a = 1 (2) c = 1 (3) f = 4 (4) b = 8 (5) d = 5/2 Nhân các nghiệm số với 2 , ta được : 2KMnO4 + 16HCl → 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O Nhận xét: Phương pháp này cho phép áp dụng với mọi phương trình từ đơn giản đến phức tạp. Tuy nhiên, khi cân bằng phương trình phản ứng theo phương pháp này sẽ mất rất nhiều thời gian vì phải giải cả một hệ nhiều phương trình tốn học, nhiều khi rất phức tạp, địi hỏi ở HS nhiều kĩ năng tốn học, tính chất tốn học lấn át tính chất hố học hơn, làm lu mờ bản chất hố học. Phương pháp này khơng giúp học sinh hiểu rõ bản chất của phản ứng oxi hố – khử là sự nhường và nhận electron, tổng electron cho bằng tổng electron nhận. HS khơng xác định được số oxi hĩa. ðể tiết kiệm thời gian ta nên sử dụng phương pháp cân bằng điện tử (thăng bằng electron). 1.2.2.2. Phương pháp cân bằng electron [3] Trong chương trình hố học THPT thì phương pháp cân bằng electron là phương pháp cơ bản, phổ biến và được áp dụng để cân bằng phương trình phản ứng oxi hố – khử vì phương pháp cân bằng electron chỉ rõ bản chất của phản ứng oxi hố – khử là sự nhường và nhận electron, tổng electron cho bằng tổng electron nhận, giúp học sinh cĩ thể cân bằng nhanh, đơn giản, chính xác các phương trình phản ứng oxi hĩa - khử từ đơn giản đến phức tạp. - Nguyên tắc: dựa vào sự bảo tồn electron nghĩa là tổng số electron của chất khử cho phải bằng tổng số electron chất oxi hĩa nhận. - Các bước cân bằng : PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 17 Bước 1 : Viết sơ đồ phản ứng với các nguyên tố cĩ sự thay đổi số oxi hĩa. Bước 2 : Viết các quá trình: khử (cho electron), oxi hĩa (nhận electron). Bước 3: Cân bằng electron: nhân hệ số để: Tổng số electron cho = tổng số electron nhận. (tổng số oxi hĩa giảm = tổng số oxi hĩa tăng). Bước 4: Cân bằng nguyên tố khơng thay đổi số oxi hố (thường theo thứ tự): - Kim loại (ion dương) ; gốc axit (ion âm) - Mơi trường (axit, bazơ) ; nước (cân bằng H2O để cân bằng hiđro). Bước 5: Kiểm sốt số nguyên tử oxi ở 2 vế (phải bằng nhau). - Lưu ý: Khi viết các quá trình oxi hố và quá trình khử của từng nguyên tố, cần theo đúng chỉ số qui định của nguyên tố đĩ. Ví dụ: Fe + H2SO4 đặc nĩng → Fe2(SO4)3 + SO2↑ + H2O Bước1: 0 6 3 4 22 4 4 3 2 2( )Fe H S O Fe SO S O H O + + + + → + ↑ + Bước 2,3 1 x 2Fe0 → 2Fe+3 + 6e 3 x S+6 + 2e → S+4 Bước 4,5. 2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2↑+ 6H2O Tuy nhiên, cĩ một số phương trình mà ta khơng thể cân bằng theo phương pháp thăng bằng electron được. Nhiều phản ứng thì cần thêm điều kiện hoặc mơi trường thì phản ứng mới xảy ra. Một phương pháp được đưa ra, nĩ đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trên, chính xác hơn đĩ là phương pháp cân bằng ion – electron. 1.2.2.3. Phương pháp cân bằng ion – electron [3] - Phạm vi áp dụng: đối với các quá trình xảy ra trong dung dịch, cĩ sự tham gia của mơi trường (H2O, dung dịch axit hoặc bazơ tham gia). - Nguyên tắc: • Nếu phản ứng cĩ axit tham gia: vế nào thừa O phải thêm H+ để tạo H2O và ngược lại. • Nếu phản ứng cĩ bazơ tham gia: vế nào thừa O phải thêm H2O để tạo ra OH- - Các bước tiến hành: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 18 Bước 1: Tách ion, xác định các nguyên tố cĩ số oxi hĩa thay đổi và viết các nửa phản ứng oxi hĩa – khử. Bước 2: Cân bằng các bán phản ứng: Cân bằng số nguyên tử mỗi nguyên tố ở hai vế Thêm H+ hay OH- Thêm H2O để cân bằng số nguyên tử hiđro Kiểm sốt số nguyên tử oxi ở 2 vế (phải bằng nhau). Cân bằng điện tích: thêm electron vào mỗi nửa phản ứng để cân bằng điện tích Bước 3: Cân bằng electron: nhân hệ số để: Tổng số electron cho = tổng số electron nhận. (tổng số oxi hĩa giảm = tổng số oxi hĩa tăng). Bước 4: Cộng các nửa phản ứng ta cĩ phương trình ion thu gọn. Bước 5: ðể chuyển phương trình dạng ion thu gọn thành phương trình ion đầy đủ và phương trình phân tử cần cộng vào 2 vế những lượng bằng nhau các cation hoặc anion để bù trừ điện tích. Ví dụ : Cân bằng phương trình phản ứng: Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO ↑ + H2O Bước 1 : Cu + H+ + NO3- → Cu2+ + NO3- + NO↑ + H2O Cu0 → Cu2+ NO3- → NO Bước 2 : Cân bằng nguyên tố: Cu → Cu2+ NO3- + 4H+ → NO + 2H2O Cân bằng điện tích Cu → Cu2+ + 2e NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O Bước 3 : Cân bằng electron: 3x Cu → Cu2+ + 2e 2x NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O Bước 4 : 3Cu + NO3- + 8H+ → 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 19 Bước 5 : 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O Nhận xét: Phương pháp cân bằng ion – điện tử (ion – electron) cũng giống như phương pháp cân bằng electron, nhưng khác là viết các chất oxi hĩa và chất khử dưới dạng ion, thể hiện đúng sự tồn tại của chúng trong dung dịch. Sự khác nhau giữa phương pháp cân bằng e và phương pháp ion – electron: - Phương pháp nửa phản ứng chia phương trình phản ứng oxi hĩa – khử thành hai nửa phản ứng. - Cân bằng khối lượng và cân bằng điện tích đối với mỗi nửa phản ứng - Phương pháp nửa phản ứng khơng dùng khái niệm số oxi hĩa. Phương pháp này cũng khơng chỉ rõ bản chất của phản ứng oxi hố – khử là sự nhường và nhận electron, tổng electron cho bằng tổng electron nhận. Do vậy trong chương trình phổ thơng, HS chỉ sử dụng phương pháp này đối với các phản ứng xảy ra trong dung dịch, cĩ sự tham gia của mơi trường. ðây được xem là nội dung khĩ đối với HS trung học phổ thơng. Ngồi ra cịn cĩ một số phương pháp cân bằng khác: 1.2.2.4. Phương pháp thăng bằng số oxi hĩa.[1] Phương pháp này dựa trên nguyên tắc sau: Trong phản ứng oxi hĩa – khử, tổng số oxi hĩa tăng bằng tổng số oxi hĩa giảm. Các bước cân bằng phản ứng: Bước 1 : Ghi số oxi hĩa của những nguyên tố cĩ số oxi hĩa thay đổi. Bước 2 : Ghi tổng số số oxi hĩa tăng hay giảm. Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số oxi hĩa tăng bằng tổng số oxi hĩa giảm. Bước 4 : ðặt hệ số của chất oxi hĩa và chất khử vào sơ đồ phản ứng. Thử lại hai vế của phương trình tổng điện tích đều bằng khơng. Ví dụ: Cân bằng phản ứng oxi hĩa - khử sau: Fe2O3 + CO → Fe + CO2↑ Bước 1: 3 2 2 0 4 2 3 2Fe O C O Fe C O + − + + + → + PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 20 +3e Bước 2: 3 2 2 0 4 2 3 2Fe O C O Fe C O + − + + + → + -2e(3) Bước 3: 3 2 2 0 4 2 3 2Fe O C O Fe C O + − + + + → + . +3e(2) Bước 4: Fe2O3 + 3CO → 2 Fe + 3CO2↑ Thử lại hai vế của phương trình đều cĩ 2Fe, 3C,6O; tổng điện tích đều bằng khơng. 1.2.2.5. Các dạng phản ứng oxi hĩa - khử phức tạp [3] 1) Phản ứng oxi hố - khử cĩ hệ số bằng chữ - Nguyên tắc : Cần xác định đúng sự tăng giảm số oxi hố của các nguyên tố Ví dụ : Fe3O4 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NxOy ↑+ H2O (5x – 2y) x 3Fe+8/3 → 3Fe+9/3 + e 1 x xN+5 + (5x – 2y)e → xN+2y/x (5x-2y) Fe3O4 + (46x-18y)HNO3 → (15x-6y)Fe(NO3)3 + NxOy↑ + (23x-9y)H2O 2) Phản ứng cĩ chất hĩa học là tổ hợp của nhiều chất khử - Nguyên tắc : + Cách 1 : Viết mọi phương trình biểu diễn sự thay đổi số oxi hố, chú ý sự ràng buộc hệ số ở hai vế của phản ứng và ràng buộc hệ số trong cùng phân tử. + Cách 2 : Nếu một phân tử cĩ nhiều nguyên tố thay đổi số oxi hố cĩ thể xét chuyển nhĩm hoặc tồn bộ phân tử, đồng thời chú ý sự ràng buộc ở vế sau. Ví dụ : Cân bằng phản ứng sau : FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2 2 3 1 4 1 2 2 2.5 Fe Fe e S S e + + − + → + → → 3 4 2 0 2 2 2 11 2 4 4 FeS Fe S e O e O + + − → + + + → 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 -2e 4 x 11 x PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 21 3) Phản ứng cĩ nguyên tố tăng hay giảm số oxi hố ở nhiều nấc - Nguyên tắc : + Cách 1 : Viết mọi phương trình thay đổi số oxi hố, đặt ẩn số cho từng nấc tăng, giảm số oxi hố. + Cách 2 : Tách ra thành hai hay nhiều phương trình ứng với từng nấc số oxi hĩa tăng hay giảm. Ví dụ : Cân bằng phản ứng sau: Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NO↑ + N2O↑ + H2O Cách 1: 0 3 (3 8 ) 3x y Al Al e + + → + 5 2 5 1 3 2 8 2 x N xe x N y N ye y N + + + + + → + → (3x+8y)Al +(12x+30y)HNO3→ (3x+8y)Al(NO3)3+ 3xNO+ 3yN2O + (6x+15y)H2O Cách 2 : Tách thành 2 phương trình : a x Al + 4HNO3 → Al(NO3)3 + NO + 2H2O b x 8Al + 30 HNO3 → 8Al(NO3)3 +3N2O + 15H2O (a+8b)Al + (4a+30b)HNO3 → (a+8b)Al(NO3)3 + aNO + 3bN2O + (2a+15b)H2O 4) Phản ứng khơng xác định rõ mơi trường - Nguyên tắc: • Cĩ thể cân bằng nguyên tố bằng phương pháp đại số hoặc qua trung gian phương trình ion thu gọn. • Nếu do gom nhiều phản ứng vào, cần phân tích để xác định giai đoạn nào là oxi hĩa, giai đoạn nào là khử. Ví dụ: Al + H2O + NaOH → NaAlO2 + H2 Al + H2O → Al(OH)3 + H2 0 3 1 0 2 3 2 2 Al Al e H e H + + → + + → 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2 (1) 2Al(OH)3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + 4H2O (2) 3x 3x 2x 3x PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 22 Tổng hợp 2 phương trình trên: 2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2 1.2.3. Ý nghĩa và tầm quan trọng của phản ứng oxi hĩa - khử - Trong chương trình, phản ứng oxi hố - khử được xem là loại phản ứng rất quan trọng, nĩ xuất hiện xuyên suốt trong chương trình THPT, khi dạy tính chất hố học của các đơn chất, hợp chất vơ cơ và hữu cơ thường đề cập đến phản ứng oxi hố – khử và các khái niệm liên quan đến phản ứng oxi hố – khử : chất khử, chất oxi hố, số oxi hố, quá trình khử, quá trình oxi hố hay cân bằng phương trình phản ứng oxi hố - khử. Vì vậy, GV cần giúp cho HS nắm vững các kiến thức về phản ứng oxi hố - khử để các em học tốt hơn các phần kiến thức về chất và hợp chất ở các lớp trên. - Trong đời sống : • Phản ứng oxi hĩa - khử là một trong những quá trình quan trọng nhất của thiên nhiên. Sự hơ hấp, quá trình thực vật hấp thu khí cacbonic giải phĩng oxi, sự trao đổi chất và hàng loạt quá trình sinh học khác đều cĩ cơ sở là phản ứng oxi hĩa – khử. • Sự đốt cháy nhiên liệu trong các động cơ, các quá trình điện phân, các phản ứng xảy ra trong pin và trong ăcquy đều bao gồm sự oxi hĩa và sự khử. Hàng loạt quá trình sản xuất như luyện kim, chế tạo hĩa chất, chất dẻo, dược phẩm, phân bĩn hĩa học... đều khơng thực hiện được nếu thiếu các phản ứng oxi hĩa – khử. - Trong sản xuất: Phản ứng oxi hĩa - khử là phản ứng hĩa học làm cơ sở của nhiều cơng nghệ sản xuất luyện kim và trong cơng nghiệp hĩa học . Người ta sử dụng hợp lí các phản ứng oxi hĩa - khử để tăng hiệu suất, nâng cao chất lượng sản phẩm. Nhiều phản ứng oxi hĩa – khử diễn ra trong quá trình kim loại bị phá hủy trong tự nhiên. Người ta đã tìm được nhiều biện pháp hạn chế các phản ứng oxi hĩa – khử khơng cĩ lợi. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 23 CHƯƠNG 2 PHẢN ỨNG OXI HĨA –KHỬ TRONG CHƯƠNG TRÌNH HĨA HỌC PHỔ THƠNG 2.1. Phản ứng oxi hĩa - khử trong chương trình hố học phổ thơng 2.1.1. Phản ứng oxi hĩa - khử trong chương trình trung học cơ sở 2.1.1.1. Sự xuất hiện phản ứng oxi hĩa - khử trong chương trình trung học cơ sở [21] Trong chương trình hố học ở cấp trung học cơ sở, đầu tiên HS được làm quen với các khái niệm, các thuật ngữ hố học như các khái niệm về: nguyên tử, phân tử, số mol, đơn chất và hợp chất…Sau đĩ, HS được học về các loại phản ứng hố học: phản ứng hố hợp, phản ứng phân huỷ, phản ứng thế, phản ứng trao đổi, từng loại phản ứng chỉ nêu lên được một vài đặc điểm thuộc loại phản ứng đĩ và chưa nĩi lên được những đặc điểm chung, mang tính khái quát từ những loại phản ứng đĩ. Trên cơ sở đĩ, phản ứng oxi hố – khử được nghiên cứu và đề cập trong chương trình. Phản ứng thế, một số phản ứng hố hợp và một số phản ứng phân huỷ thuộc loại phản ứng oxi hố – khử. Ngồi ra cũng cĩ một số phản ứng trao đổi, một số phản ứng phân huỷ khơng thuộc loại phản ứng oxi hố – khử. Phản ứng oxi hĩa – khử đã được tìm hiểu trong chương trình hĩa học trung học cơ sở ở chương 5 - Hidro – Nước, bài 32. Phản ứng oxi hĩa - khử, SGK Hĩa học 8. HS đã làm quen với phản ứng oxi hĩa – khử theo quan niệm hẹp, dựa trên các phản ứng cụ thể, khơng chỉ ra bản chất của phản ứng. 2.1.1.2. Các khái niệm - Sự khử : Trong phản ứng hĩa học giữa khí H2 và CuO ở nhiệt độ cao : CuO + H2 →to Cu + H2O (1) → khí H2 đã chiếm oxi trong CuO. Trong quá trình (1) đã xảy ra quá trình tách nguyên tử oxi khỏi hợp chất CuO, ta nĩi đã xảy ra sự khử CuO tạo ra Cu. Ở các nhiệt độ cao khác nhau, khí H2 cĩ thể chiếm được nguyên tố oxi của một số oxit kim loại khác, như sắt(III) oxit Fe2O3, chì(II) oxit PbO….Người ta nĩi rằng : trong các phản ứng hĩa học này đã xảy ra sự khử (hoặc sự khử oxi) oxit kim loại. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 24 Như vậy : Sự tách oxi khỏi hợp chất gọi là sự khử. - Sự oxi hĩa : Sự tác dụng của oxi với một chất là sự oxi hĩa, trong phản ứng (1) trên đã xảy ra quá trình kết hợp của nguyên tử oxi trong CuO với H2, ta nĩi đã xảy ra sự oxi hĩa H2 tạo thành H2O. - Chất khử và chất oxi hĩa: • Chất chiếm oxi của chất khác là chất khử. • Chất nhường oxi cho chất khác là chất oxi hĩa. Ví dụ: Trong phản ứng (1) H2 là chất khử vì là chất chiếm oxi, CuO là chất oxi hĩa vì là chất nhường oxi. - ðịnh nghĩa phản ứng oxi hĩa – khử: Phản ứng oxi hĩa - khử là phản ứng hĩa học trong đĩ xảy ra đồng thời sự oxi hĩa và sự khử. 2.1.1.3. Phương pháp cân bằng phản ứng oxi hĩa – khử trong chương trình hố học THCS 1) Phương pháp cân bằng theo trình tự kim loại – phi kim Phương pháp này được dùng phổ biến ở cấp trung học cở sở, dùng cho học sinh lớp 8 và 9, khi các em vừa hình thành khái niệm về hố học và phương trình phản ứng hố học Theo phương pháp này, ta cân bằng các nguyên tố từ phải qua trái (tức là đếm bên phải cĩ bao nhiêu rồi mới cân bằng bên trái) theo trình tự : cân bằng số nguyên tử kim loại và phi kim, rồi đến hidro và cuối cùng sau khi đã đưa các hệ số rồi cân bằng oxi. Ví dụ1 : H2SO4lỗng + Al → Al2(SO4)3 + H2↑ Ở phản ứng trên cĩ cĩ Al là kim loại nên cân bằng trước, phải thêm 2 Al vào trước Al vì sản phẩm tạo thành cĩ 2 nguyên tử Al. H2SO4 + 2Al → Al2(SO4)3 + H2↑ ðến cân bằng S, ta thấy vế phải cĩ 3 gốc SO42- nên thêm 3 vào trước H2SO4 3H2SO4 + 2Al → Al2(SO4)3 + H2↑ Cân bằng H, ta nhận thấy cĩ 6 nguyên tử H ở vế trái nên thêm 3 trước phân tử H2 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 25 3H2SO4 + 2Al → Al2(SO4)3 + 3H2↑ Nhận thấy 2 vế của phương trình đã cân bằng. Ví dụ 2: C3H8 + O2 → CO2 + H2O Tương tự, ta thấy ở đây khơng cĩ kim loại nên cân bằng phi kim trước. Bên phải cĩ 1 C cịn bên trái cĩ 3C do đĩ thêm 3 trước CO2 : C3H8 + O2 → 3CO2 + H2O Tiếp đến cân bằng hidro, bên phải cĩ 2 H cịn bên trái cĩ 8H, thêm 4 và trước H2O và cuối cùng đếm oxi được bên phải cĩ 10 O , nên thêm 5 trước O2 , ta được phương trình hồn chỉnh như sau : C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O Tuy nhiên, đối với một số phương trình phức tạp hơn thì ta khơng thể đếm và cân bằng như phương pháp này được, chẳng hạn như phương trình sau : SO2 + H2S → S + H2O Do đĩ ta cần phải cân bằng phương trình phản ứng theo một cách khác. 2) Phương pháp nguyên tử, nguyên tố ðây là một phương pháp đơn giản. Khi cân bằng ta cố ý viết cơng thức của các đơn chất khí (N2 , O2, H2,…) dưới dạng nguyên tử riêng biệt rồi lập luận qua một số bước sau : Ví dụ : N2 + O2 → N2O5 ⇒ Ta viết : N + O → N2O5 ðể tạo thành một phân tử N2O5 cần 2 nguyên tử N và 5 nguyên tử O, tức là : 2N + 5O → N2O5 Nhưng phân tử nitơ và oxi bao giờ cũng gồm 2 nguyên tử, đối với nitơ thì thoả mãn do nitơ tồn tại dạng N2, cịn nếu lấy 5 phân tử O2 tức là số nguyên tử oxi tăng gấp 2 thí số phân tử N2 và phân tử N2O5 cũng tăng gấp đơi. 2N2 + 5O2 → 2N2O5 Phương pháp này chỉ áp dụng được đối với các phản ứng đơn giản, chất tham gia chỉ ở dạng đơn phân tử. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 26 2.1.1.4. ðặc điểm của phản ứng : [15] - Ở cấp Trung học cơ sở ta thừa nhận định nghĩa sự oxi hĩa, sự khử cũng như chất oxi hĩa, chất khử gắn với sự nhường hoặc nhận oxi. Ta cĩ thể định nghĩa sự oxi hĩa, sự khử, chất oxi hĩa, chất khử gắn với sự nhường hoặc nhận hidro. Ví dụ: Ở phản ứng (1) giữa CuO và H2, do cĩ sự kết hợp với H2, ta nĩi cĩ sự khử. Ở phản ứng Cl2 + H2 → 2HCl cũng cĩ sự khử clo vì cĩ sự kết hợp với H2. Vì vậy cĩ thể mở rộng là: - Chất chiếm oxi của chất khác hoặc là chất nhường hidro cho chất khác là chất khử. - Chất nhường oxi cho chất khác hoặc chất kết hợp với hidro là chất oxi hĩa. - Hạn chế : + Theo cách định nghĩa phản ứng oxi hố - khử ở cấp trung học cơ sở là gắn với sự nhường và nhận oxi vì vậy khơng giải thích được một số phản ứng khơng cĩ sự cĩ mặt của oxi tham gia nhưng nĩ vẫn mang bản chất của phản ứng oxi hố - khử. + Chưa mang tính khái quát, nĩ dựa trên các phản ứng cụ thể, đơn giản, chưa chỉ được bản chất phản ứng oxi hố – khử vì vậy mà HS khĩ xác định được đâu là phản ứng oxi hố – khử. 2.1.2. Phản ứng oxi hĩa – khử trong chương trình trung học phổ thơng 2.1.2.1. Sự xuất hiện phản ứng oxi hĩa – khử trong chương trình trung học phổ thơng Trong chương trình hố học THPT, phản ứng oxi hố - khử được phát triển và hồn thiện hơn. Lúc này nội dung phản ứng oxi hố - khử được mở rộng mang tính khái quát, thể hiện được bản chất phản ứng đĩ là sự nhường và nhận electron. Phản ứng oxi hĩa – khử trong chương trình THPT được tìm hiểu trong chương 4 - Phản ứng hĩa học - Bài 25. Phản ứng oxi hố - khử, SGK Hố học 10 - Nâng cao. Ở cấp trung học phổ thơng phản ứng oxi hĩa – khử được hiểu theo quan niệm rộng, tổng quát và chỉ ra bản chất phản ứng. Việc đưa phản ứng oxi hố – khử vào chương trình hố học THPT cĩ một ý nghĩa quan trọng, tạo cơ sở nền tảng kiến thức cho việc nghiên cứu tính chất của các đơn chất, hợp chất vơ cơ và hữu cơ. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 27 2.1.2.2. Các khái niệm [17] - Chất khử : là những chất nhường electron, là chất cĩ số oxi hĩa tăng sau phản ứng. Chất khử cịn được gọi là chất bị oxi hĩa. - Chất oxi hĩa : Là chất nhận electron hay chất cĩ số oxi hĩa giảm sau phản ứng. Chất oxi hĩa cịn được gọi chất bị khử. - Sự khử (quá trình khử) một chất là làm cho chất đĩ nhường electron hay làm tăng số oxi hĩa của chất đĩ. - Sự oxi hĩa (quá trình oxi hĩa) một chất là làm cho chất đĩ nhận electron hay làm giảm số oxi hĩa của chất đĩ. - ðịnh nghĩa phản ứng oxi hĩa – khử Phản ứng oxi hĩa- khử là phản ứng hĩa học trong đĩ trong đĩ cĩ sự chuyển electron giữa các chất phản ứng; hay phản ứng oxi hĩa - khử là phản ứng hĩa học trong đĩ cĩ sự thay đổi số oxi hĩa của một số nguyên tố. 2.1.2.3. Lập phương trình hĩa học của phản ứng oxi hĩa – khử ðể lập phương trình phản ứng oxi hĩa – khử, ta cần biết cơng thức hĩa học của các chất tham gia và tạo thành. Việc chọn hệ số thích hợp đặt trước cơng thức các chất trong phương trình hĩa học cĩ thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau , trong chương trình, HS chủ yếu được học theo phương pháp cân bằng electron và phương pháp cân bằng ion - electron. Tuy nhiên khi lập phương trình phản ứng cần tuân theo một trật tự nhất định. 1. Tìm chất oxi hĩa và chất khử trong các chất đầu. 2. Viết các sản phẩm phản ứng. 3. Chọn các hệ số thích hợp. - Dấu hiệu nhận biết phản ứng oxi hĩa – khử : Dựa vào định nghĩa phản ứng oxi hĩa – khử; phản ứng cĩ sự thay đổi số oxi hĩa giữa chất tham gia phản ứng và chất tạo thành. Vậy để nhận biết phản ứng cĩ phải là phản ứng oxi hố hay khơng, ta phải xác định số oxi hĩa của chất tham gia và sản phẩm tạo thành sau phản ứng. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 28 2.1.2.4. ðặc điểm của phản ứng oxi hĩa - khử: [21] Ở cấp Trung học phổ thơng đưa ra định nghĩa mở rộng: Sự oxi hĩa và sự khử gắn với sự chuyển dịch electron. Ví dụ : Trong phản ứng của Na và O2 đã cĩ sự chuyển dịch electron từ nguyên tử Na sang nguyên từ O2, vì vậy cĩ sự oxi hĩa Na thành Na2O (sự nhường electron), Na là chất khử (nguyên tử nhường electron), O2 là chất oxi hĩa (nguyên tử nhận electron). Sự nhường e(sự oxi hĩa) 4Na + O2 → 2Na2O ; 0 0 1 2 2 24 2N a O N a O + − + → Sự nhận e(sự khử) Chất khử Chất oxi hĩa Cĩ những phản ứng hĩa học tuy khơng cĩ oxi tham gia nhưng cĩ sự chuyển dịch electron nên cũng được gọi là phản ứng oxi hĩa – khử. Ví dụ: Trong phản ứng giữa natri và clo, đã cĩ sự chuyển dịch electron từ nguyên tử natri đến nguyên tử clo, vì vậy natri được gọi là chất khử, clo được gọi chất oxi hĩa. Sự nhường e (sự oxi hĩa) 2Na + Cl2 → 2NaCl ; 0 0 1 1 22 2N a C l N a C l + − + → Chất khử Chất oxi hĩa Do đĩ, phản ứng oxi hĩa – khử cịn được định nghĩa là phản ứng hĩa học trong đĩ cĩ sự chuyển dịch electron giữa các chất phản ứng. - Nhận xét : • Phản ứng oxi hố – khử trong chương trình hố học THPT đã được phát triển và hồn thiện, mang tính khái quát, chỉ rõ bản chất của phản ứng đĩ là sự nhường và nhận electron; đĩ là phản ứng trong đĩ xảy ra đồng thời hai quá trình khử và quá trình oxi hố tuy trái ngược nhau nhưng tồn tại trong cùng một phản ứng. Sự nhận e (Sự khử) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 29 • Giúp HS dễ dàng nhận biết được đâu là phản ứng oxi hố – khử dựa vào việc xác định số oxi hố của chất tham gia và sản phẩm tạo thành một cách nhanh chĩng, chính xác. Việc cân bằng các phản ứng oxi hố – khử phức tạp trở nên đơn giản hơn. 2.2. Phản ứng oxi hĩa- khử 2.2.1. Nội dung phản ứng oxi hĩa – khử trong hĩa học vơ cơ. 2.2.1.1. Một số chất oxi hĩa khử quan trọng - Chất khử : kim loại, hydro, hợp chất ứng với số oxi hĩa thấp của nguyên tố phi kim, các phi kim yếu, các cation của phi kim, cation kim loại hĩa trị thấp của kim loại cĩ nhiều trạng thái hĩa trị. - Chất oxi hĩa : các phi kim, các cation kim loại, hợp chất ứng với số oxi hĩa cao của nguyên tố cĩ nhiều hĩa trị, các axít cĩ nhiều hĩa trị, các axit oxi hĩa đặc. - Ngồi ra cịn cĩ những chất vừa cĩ tính khử vừa cĩ tính oxi hĩa: các hợp chất của lưu huỳnh, cacbon cĩ số oxi hố trung gian. 2.2.1.2. Phân loại phản ứng oxi hĩa - khử 1) Loại phản ứng oxi hĩa - khử đơn giản Là loại phản ứng oxi hĩa - khử mà trong phản ứng chỉ cĩ một chất đĩng vai trị là chất khử và một chất đĩng vai trị là chất oxi hĩa. Ví dụ : a) Kim loại tác dụng với axit Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2↑ b) Kim loại tác dụng với phi kim 2Mg + O2 → 2MgO 2 Na +Cl2 → 2NaCl c) Kim loại tác dụng với oxit axit 2Mg + CO2 → 2MgO + C d) Oxit kim loại tác dụng phi kim CuO + H2 → Cu + H2O Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O e) Oxit kim loại tác dụng với oxit phi kim Fe2O3 +3CO → 2Fe + 3CO2↑ PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 30 2) Loại phản ứng oxi hĩa - khử đặc biệt [22] a) Phản ứng oxi hố - khử nội phân tử. - Chất oxi hố và chất khử là những nguyên tử khác nhau nằm trong cùng một phân tử. Ví dụ: 3 3 0 24 2 22N H N O N H O − + → + 5 2 1 0 3 22 2 3K Cl O K Cl O + − − → + b) Phản ứng tự oxi hố - tự khử - Chất oxi hố và chất khử cùng là một loại nguyên tử trong hợp chất Ví dụ: Trong phản ứng : 0 1 1 1 2 22Cl NaOH Na Cl NaCl O H O − + + + → + + Cl20 vừa chất khử (Cl20 + e → Cl-1) vừa là chất khử Cl20 - e → Cl+1) c) Phản ứng cĩ nhiều nguyên tố thay đổi số oxi hố. Ví dụ: Cân bằng phản ứng sau theo phương pháp cân bằng e 5 2 1 3 3 6 2 23 2 3 3 otK N O Fe S K N O Fe O S O + + − + + + + → + + 5 3 2 1 3 6 2 2 2 15 N e N Fe S Fe S e + + + − + + + → → + + 3 2 2 2 3 315 2 15 4KNO Fe S KNO Fe O SO+ → + + ↑ d) Phản ứng oxi hố - khử cĩ mơi trường tham gia. - Ở mơi trường axit thường cĩ ion H+ tham gia tạo thành H2O. Ví dụ : 2MnO4- +5SO32- +6H+ = 2Mn2+ + 5SO42- +3H2O - Ở mơi trường kiềm thường cĩ ion OH- tham gia tạo thành H2O. Ví dụ : 2KMnO4 + Na2SO3 +2KOH =2K2MnO4 +Na2SO4 +H2O 2MnO4- + SO32- + 2OH- = 2MnO42- + SO42- + H2O - Ở mơi trường trung tính cĩ thể cĩ H2O tham gia. Ví dụ : 2KMnO4 + 3Na2SO3 + H2O = 2MnO2↓ + 3SO42- + 2OH- 15 2 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 31 2.2.2. Nội dung phản ứng oxi hĩa – khử trong hĩa học hữu cơ. 2.2.2.1. ðặc điểm hợp chất hữu cơ [18] - Hợp chất hữu cơ là hợp chất của Cacbon (trừ CO, CO2, H2CO3, và các muối cacbonat kim loại…) - Hợp chất hữu cơ gồm hai loại chính : hidrocacbon và dẫn xuất hidrocacbon. - Trong phân tử hợp chất hữu cơ, các nguyên tử liên kết với nhau theo đúng hĩa trị và theo một trật tự nhất định. Thứ tự liên kết đĩ được gọi là cấu tạo hĩa học. Sự thay đổi thứ tự liên kết đĩ, tức là thay đổi cấu tạo hĩa học, sẽ tạo ra hợp chất khác. Ví dụ : Cơng thức phân tử C2H6O cĩ hai cơng thức cấu tạo CH3 – O – CH3 : ðimetyl ete, chất khí, khơng tác dụng với Na. CH3 – CH2 – OH : Ancol etylic, chất lỏng, tác dụng với Na giải phĩng khí hidro. - Trong phân tử hợp chất hữu cơ, Cacbon cĩ hĩa trị 4. Nguyên tử cacbon khơng những cĩ thể liên kết với nguyên tử của các nguyên tố khác mà cịn liên kết với nhau tạo thành mạch cacbon. Ví dụ : CH3 – CH2 – CH2 – CH3 (mạch khơng nhánh) CH3-CH-CH3 CH3 ( Mạch cĩ nhánh) (Dạng mạch vịng) Tính chất của các chất phụ thuộc vào thành phần phân tử ( bản chất, số lượng các nguyên tử ) và cấu tạo hĩa học (thứ tự liên kết các nguyên tử). Thí dụ : - Phụ thuộc thành phần nguyên tử: CH4 là chất khí dễ cháy, CCl4 là chất lỏng khơng cháy, CH3Cl là chất khí khơng cĩ tác dụng gây mê, CHCl3 là chất lỏng coa tác dụng gây mê. - Phụ thuộc cấu tạo hĩa học: CH3CH2OH và CH3OCH3 khác nhau cả tính chất vật lý và tính chất hĩa học. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 32 2.2.2.2. Cách xác định số oxi hố của hợp chất hữu cơ. [5] - Trong hĩa hữu cơ, những phản ứng cĩ sự thay đổi số oxi hĩa (soh) cũng được gọi là phản ứng oxi hĩa – khử, cách tính số oxi hĩa cho mỗi nguyên tử cũng tuân theo qui tắc như đối với các hợp chất vơ cơ. Nhưng vì phản ứng hữu cơ thường cĩ liên quan đến một vài nguyên tử C trong phân tử nên để xác định sự oxi hĩa và sự khử người ta thường làm như sau: - Cộng hĩa trị của C trong hợp chất hữu cơ đều bằng 4, nhưng soh của C cịn tùy thuộc nguyên tố liên kết với nĩ, nếu liên kết với nguyên tử phi kim (O, N, Cl…) thì số oxi hĩa của C là dương (+), cịn nếu liên kết với nguyên tử cĩ kim loại (Mg, Cu…) thì số oxi hĩa của C sẽ là âm (- ). Cách xác định soh của C : cĩ hai cách xác định. - Xác định theo cơng thức phân tử như trong hợp chất vơ cơ, xác định được soh trung bình của C hoặc Σ số oxi hĩa của C. - Xác định soh của từng nguyên tử C, dựa vào cơng thức cấu tạo. Thí dụ : Trường hợp trong hợp chất hữu cơ cĩ nhiều nguyên tử C. [3] a) CH3- CH2 – OH - Xác định soh trung bình của C theo cơng thức phân tử như trong hợp chất vơ cơ 1 2 62 x C H O + − 2x + (+1 x 6) + (-2) = 0 → x = - 2 - Xác định soh của C theo cơng thức cấu tạo : H -3 H-1 -2 H C C O H H H Soh của C(CH3-) = - 3 Soh của C(-CH2-OH) = - 1 Σ soh của C = - 4 Số oxi hĩa của C − = - 2 ( C − là số oxi hĩa trung bình của C) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 33 b) CH3COOH - Xác định soh trung bình của C theo cơng thức phân tử như trong hợp chất vơ cơ: 1 2 42 2 x C H O + − 2x + (+1 x 4) + (-2 x 2) = 0 → x = 0 - Xác định soh của C theo cơng thức cấu tạo : H -3 +3 O H C C O H H Soh của C(CH3-) = - 3 Soh của C(- COOH) = + 3 Σ soh của C = 0 Soh của C − = 0 2.2.2.3. Các loại phản ứng oxi hĩa - khử trong hĩa học hữu cơ [12] - Phản ứng oxi hĩa hồn tồn ða số các hợp chất hữu cơ tham gia phản ứng oxi hĩa hồn tồn đều tạo thành sản phẩm là khí cacbonic và hơi nước, ngồi ra tùy theo thành phần các nguyên tử cấu tạo thành hợp chất hữu cơ mà sản phẩm cĩ thể cĩ thêm khí nitơ hay amoniăc. CxHyOz Nt + (x + 4 y – 2 z ) O2 → xCO2 + 2 y H2O + 2 t N2 - Phản ứng oxi hĩa khơng hồn tồn Trong chương trình hĩa học lớp 11, học sinh đã làm quen với các loại phản ứng oxi hĩa - khử các hợp chất hữu cơ ở chương 6 – Hidrocacbon khơng no và chương 8 –Dẫn xuất Halogen, Ancol – Phenol. • Anken làm mất màu dung dịch thuốc tím : PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 34 3CH2 = CH2 +2KMnO4 + 4H2O →3HO-CH2 – CH2-OH +MnO2 + 2KOH Phản ứng này dùng để nhận biết sự cĩ mặt của liên kết đơi anken. • Ankin phản ứng với kali penmanganat theo phản ứng : 3C2H2 + 8KMnO4 → 3(COOK)2 +2KOH + 8MnO2 ↓ + 2H2O • Phản ứng oxi hĩa biến đổi ancol thành andehit rồi thành axit : Chất oxi hĩa ancol bậc một thường dùng là KMnO4, CrO3 và Na2Cr2O7 với H2SO4. Oxi hĩa ancol bậc một tạo thành andehit nhưng andehit dễ bị oxi hĩa hơn ancol nên andehit sẽ bị oxi hĩa tiếp tạo axit cacboxylic. RCH2OH → )(O RCHO → )(O RCOOH. Muốn dừng ở andehit, cần dùng các biện pháp sau đây: - Chưng cất andehit ra khỏi hỗn hợp. - Kiểm tra nghiêm ngặt nhiệt độ và thời gian phản ứng. • Ancol bậc một bị oxi hĩa thành andehit : Ancol bậc một bị oxi hĩa nhẹ thành andehit. R – CH2 – OH + CuO →to R- CH=O +Cu +H2O (andehit) • Ancol bậc hai bị oxi hĩa thành xeton : ancol bậc hai bị oxi hĩa nhẹ thành xeton . R – CH – R’ + CuO → R – C – R’ + Cu +H2O • Ancol etylic lên men giấm thành axit axetic : đây là phương pháp cổ điển điều chế axit axetic, tức là oxi hĩa rượu etylic bằng oxi khơng khí, cĩ mặt men giấm thành axit axetic : CH3 – CH2 – OH + O2  →Mengiâm CH3 – COOH + H2O • Andehit bị oxi hĩa thành axit cacboxylic: Xeton khĩ bị oxi hĩa nhưng andehit rất dễ bị oxi hĩa, nĩ làm mất màu dung dịch nước brom, dung dịch kali Penmanganat và bị oxi hĩa thành axit cacboxylic. Ví dụ : RCH=O + Br2 + H2O → RCOOH + 2HBr OH O (Xêton) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 35 Andehit khử được Ag+ ở phức chất [ Ag(NH3)2]OH thành Ag kim loại : AgNO3 + 3NH3 + H2O → [Ag(NH3)2]OH (Phức chất tan) + NH4NO3 R – CH =O + 2[ Ag(NH3)2]OH → R-COONH4 + 2Ag↓ + 3NH3↑ + H2O 2.2.2.4. Cân bằng phản ứng oxi hĩa – khử trong Hĩa hữu cơ. 1) Phương pháp cân bằng phản ứng cháy của hợp chất hữu cơ : a) Phản ứng cháy của hidrocacbon : Cân bằng theo trình tự sau: - Cân bằng số nguyên tử hiđro. Lấy số nguyên tử H của hiđrocacbon chia cho 2, nếu kết quả là số lẻ thì nhân đơi phân tử hiđrocacbon, nếu là số chẵn thì để nguyên. - Cân bằng số nguyên tử cacbon. - Cân bằng số nguyên tử oxi. Ví dụ: C2H6 + O2 → CO2 + H2O Lấy số nguyên tử H chia cho 2 được: 6/2 = 3 là số lẻ, nên cần nhân đơi : 2C2H6 + 7O2 → 4CO2 + 6H2O b) Phản ứng cháy của hợp chất chứa oxi Cân bằng theo trình tự: - Cân bằng số nguyên tử C. - Cân bằng số nguyên tử H. - Cân bằng số nguyên tử O bằng cách tính số nguyên tử O ở vế phải rồi trừ đi số nguyên tử oxi cĩ trong hợp chất. Kết quả thu được đem chia đơi sẽ là hệ số của phân tử O2. Nếu hệ số đĩ là phân số thì nhân đơi cả 2 vế của phương trình để khử mẫu số. Ví dụ: 2C2H5COOH + 2. 7/2O2 → 2. 3CO2 + 2. 3H2O 2C2H5COOH + 7O2 → 6CO2 + 6H2O 2) ðối với các phản ứng oxi hố khử đơn giản như trên, thì chỉ cần cân bằng theo phương pháp bình thường nhưng với các phản ứng phức tạp hơn ta cần sử dụng phương pháp thăng bằng electron hoặc phương pháp thăng bằng ion – electron. [3] Ví dụ1: Cân bằng phản ứng hĩa học sau bằng phương pháp cân bằng elctron. a) C2H2 + KMnO4 + H2O → Axit oxalic + MnO2 + KOH b) CH3-CH=CH2 + KMnO4 + H2O → CH3-CH(OH)-CH2(OH) +MnO2+KOH PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 36 Từ hai câu a), b) Rút cơng thức cân bằng chung cho anken ? c) CH3 - CH2 - OH + K2Cr2O7 + H2SO4 → CH3CHO + Cr2(SO4)3 + K2SO4+ H2O HD: a) Cách 1: 1 1 7 3 3 44 2 2 O O C H C H K MnO H O HO C C OH MnO KOH − − + + + + ≡ + + → − − − + +   1 3 7 4 2 2 (2.4 ) 3 C C e Mn e Mn − + + + → + + → 3C2H2 +8KMnO4 + 4H2O → 3H2C2O4+ 8MnO2 + 8KOH Cách 2: 1 7 3 4 2 22 4 2 2 4 2C H K MnO H O H C O MnO KOH − + + + + + → + + 1 3 7 4 2 2 (2.4 ) 3 C C e Mn e Mn − + + + → + + → 3C2H2 +8KMnO4 + 4H2O → 3H2C2O4+ 8MnO2 + 8KOH b) 1 2 7 0 1 43 2 4 2 3 2 2( ) ( )CH C H C H K MnO H O CH C H OH C H OH MnO KOH − − + − + − = + + → − − + + 1 0 2 1 1 1 C C e C C e − − − → + → + 1 2 0 1 7 4 2 3 C C C C e Mn e Mn − − − + + + → + + + → 3CH3-CH=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O→ 3CH3-CH(OH)-CH2(OH)+ 2MnO2 + 2KOH Cơng thức chung : 3CnH2n + 2KMnO4 + 4H2O→ 3CnH2n(OH)2 + 2MnO2 + 2KOH c) 1 6 1 +32 23 2 2 7 2 4 3 4 3 2 4 2HO+ Cr (SO )CH C H OH K Cr O H SO CH C K SO H O − + + − − + + → − + + Cách 1: 1 1 6 3 2 2 2.3 2 C C e Cr e Cr − + + + → + + → Cách 2: Tính số oxi hĩa trung bình của C 2 6 1 3 2 2 2 26 2 7 2 4 4 4 3 2 4 2( )C H O K Cr O H SO C H O Cr SO K SO H O − + − + + + → + + + 1 1 6 3 2 2 2.3 2 C C e Cr e Cr − + + + → + + → 3x 1x 3x 8x 3x 8x 3x 1x -2e 3 x 3 x PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 37 Kết quả chung : 3CH3-CH2-OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → 3CH3CHO + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O Ví dụ 2: Cân bằng phản ứng hĩa học theo phương pháp cân bằng ion - electron. KMnO4 + H2C2O4 + H2SO4 → CO2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O HD: 7 3 4 2 4 2 2 4 2 4 2 4 2 4 2K MnO H C O H SO C O Mn SO K SO H O + + + + + + → + + + 3 2 4 2 4 2 7 2 4 2 5 C O C O e MnO e Mn + − + + + − → + + → 7 2 4 2 3 4 2 2 4 2 5 8 4 2 2 MnO e H Mn H O C O C O e + + − + + + − + + → + → + 2 2 4 2 4 2 2 4 2 2 4 2 4 4 2 2 4 2 2 5 16 2 10 8 2 5 3 2 10 8 MnO C O H Mn CO H O KMnO H C O H SO MnSO CO K SO H O + − − ++ + → + + + + → + + + Nhận xét : Phản ứng oxi hĩa - khử trong hĩa vơ cơ và hữu cơ đều cĩ những điểm giống và khác nhau : - Giống nhau: Phản ứng oxi hĩa - khử trong hĩa vơ cơ và hữu cơ đều cĩ sự thay đổi số oxi hĩa giữa các chất tham gia phản ứng và sản phẩm tạo thành. Cách xác định số oxi hĩa đều theo cách tính số oxi hĩa trung bình. Cĩ thể cân bằng theo phương pháp electron hoặc ion - electron tùy từng dạng phương trình. - Khác nhau: Trong hợp chất hữu cơ cịn cĩ thêm cách xác định số oxi hĩa theo gốc, nhĩm chức. Phản ứng oxi hĩa - khử trong hĩa hữu cơ chiếm số lượng ít và khơng phổ biến chiếm vị trí khơng quan trọng và phổ biến như trong hĩa vơ cơ. 2.3. Vận dụng phản ứng oxi hĩa - khử trong dạy hĩa học phổ thơng. 2.3.1. Sử dụng các khái niệm phản ứng oxi hĩa - khử trong dạy tính chất hĩa học của các chất. 2.3.1.1. Từ các khái niệm về hĩa trị, số oxi hĩa, cấu hình của nguyên tử, độ âm điện, đặc điểm liên kết…để giải thích tính chất hĩa học của chất đĩ. [6] Chất khử: Chất oxi hĩa: 2 x 5 x PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 38 Khi dạy chương 5 - Nhĩm Halogen và chương 6 – Nhĩm Oxi, lớp 10 - Nâng cao, ta cĩ thể vận dụng các khái niệm hĩa trị, số oxi hĩa, cấu hình của nguyên tử, đặc điểm liên kết…để giải thích cho tính chất hĩa học của chất đĩ. Ví dụ1: Khi dạy bài Clo cĩ thể dùng khái niệm số oxi hĩa và xét cấu hình electron để giải thích tại sao trong các hợp chất thì Flo cĩ số oxi hĩa -1 mà Clo, Brom, Iot ngồi số oxi hĩa -1 cịn cĩ số oxi hĩa +1, +3, +5, +7. Kết luận tính chất hĩa học cơ bản của halogen và giải thích chiều biến đổi tính chất đĩ khi xét từ flo đến iot. HD: Nguyên tử halogen cĩ 7e ngồi cùng nên cĩ khả năng nhận thêm 1e tạo số oxi hĩa -1. Khả năng này là duy nhất đối với Flo vì nĩ cĩ độ âm điện lớn nhất và khơng cĩ phân lớp d. Các nguyên tố cịn lại do cấu hình cĩ phân lớp d nên khi bị kích thích sẽ tạo ra 1, 3, 5, 7 electron và số oxi hĩa tương ứng là +1, +3, +5, +7. - Tính chất hĩa học cơ bản của halogen là tính oxi hĩa và giảm từ F đến I vì độ âm điện giảm dần, bán kính nguyên tử tăng dần. Nhận xét : Tác dụng của câu hỏi này là giải thích, củng cố và khắc sâu kiến thức tính chất hố học của các nguyên tố nhĩm halogen. Ví dụ 2: Khi dạy bài 41 - Oxi, GK10, Nâng cao. GV cĩ thể đặt câu hỏi: Từ cấu hình của oxi, xác định số oxi hĩa của oxi trong hợp chất ? Giải thích vì sao oxi thể hiện tính oxi hĩa mạnh. HD: Nguyên tử oxi cĩ cấu hình electron là : 1s22s22p4 Nếu biểu diễn cấu hình electron lớp ngồi cùng bằng ơ lượng tử : Ta thấy lớp ngồi cùng của oxi cĩ 6 electron độc thân khuynh hướng dễ nhận thêm 2 electron nữa để đạt cấu hình bền của khí hiếm. Và một yếu tố quan trọng nữa là độ âm điện của oxi lớn 3,44 lớn thứ hai sau Flo. Vì vậy, khi tham gia phản ứng hố học, oxi dễ nhận thêm 2e và cĩ số oxi hố là -2 → Tính chất hố học của oxi là tính oxi hố mạnh. 2s2 2p4 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 39 • Tác dụng với nhiều kim loại trừ (Au, Pt..) • Tác dụng được với phi kim (trừ halogen) • Tác dụng được với nhiều hợp chất vơ cơ và hữu cơ. Ví dụ 3: Khi dạy bài 45, Hợp chất cĩ oxi của lưu huỳnh, SGK10, Nâng cao. GV cĩ thể đặt HS vào tính huống cĩ vấn đề sau: Trong hợp chất SO2 và CO2, lưu huỳnh và cacbon đều cĩ số oxi hố là +4 nhưng tại sao SO2 vừa cĩ tính khử vừa cĩ tính oxi hố trong khi đĩ CO2 chỉ cĩ tính oxi hố ? HD: ðể giải quyết câu hỏi này ta phải xét đến cấu hình electron của cacbon và lưu huỳnh để xem lưu huỳnh và cacbon cĩ những số oxi hố nào. - Cấu hình electron của cacbon ( Z= 6): 1s22s22p2 do đĩ cacbon cĩ 4 số oxi hố là -4,-2, 0, +2, +4. Trong hợp chất CO2, cacbon cĩ số oxi hố +4 là số oxi hố cao nhất nên khi tham gia phản ứng nĩ chỉ cĩ thể giảm số oxi hố xuống +2, hoặc 0 bằng cách nhận thêm 2, hoặc 4 electron → CO2 chỉ thể hiện tính oxi hố. - Cấu hình electron của lưu huỳnh ( Z= 16 ): 1s22s22p63s23p4 , lưu huỳnh cĩ 4 số oxi hố là : -2, 0, +4, +6. Trong hợp chất SO2, số oxi hố của lưu huỳnh là +4 là số oxi hố trung gian, do đĩ nĩ cĩ thể tăng số oxi hố lên +6 bằng cách nhường 2 electron và lúc này SO2 thể hiện tính khử, ngược lại nĩ cũng cĩ thể giảm số oxi hố xuống 0 hoặc -2 bằng cách nhận thêm 4 hoặc 6 elctron và lúc này SO2 thể hiện tính oxi hố → SO2 vừa thể hiện tính oxi hố vừa thể hiện tính khử. Kết luận: Dựa vào cấu hình elctron, số oxi hố …Ta cĩ thể giải thích tính chất hố học của nhiều đơn chất và hợp chất, thể hiện sự hợp lý và logic, giúp HS hiểu rõ, khắc sâu kiến thức bài học. 2.3.1.2. Sử dụng các khái niệm của phản ứng oxi hĩa - khử dự đốn tính chất của đơn chất và hợp chất. Ví dụ 1: Khi dạy bài 40 - Khái quát về nhĩm Oxi, SGK10, Nâng cao. GV cĩ thể đặt câu hỏi : Giải thích tại sao Oxi, lưu huỳnh, Selen và Telu ở cùng phân nhĩm chính nhĩm VI mà chỉ Oxi chỉ cĩ hố trị II, trong đĩ Lưu huỳnh, Selen và Telu cĩ hố trị II, IV, VI ? Dự đốn tính chất hĩa học của chúng. [13] PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 40 HD: Cấu hình electron lớp ngồi cùng của O và S ở trạng thái cơ bản : • (Z = 8) Nếu biểu diễn cấu hình lớp e ngồi cùng bằng ơ lượng tử : • S (Z = 16) Nếu biểu diễn cấu hình lớp e ngồi cùng bằng ơ lượng tử : - Ở trạng thái này các nguyên tử O, S đều cĩ hai electron độc thân do đĩ chúng cĩ hố trị II (Trong hợp chất oxi, lưu huỳnh cĩ số oxi hĩa -2) ⇒ Oxi, lưu huỳnh thể hiện tính oxi hĩa mạnh. - Oxi lớp ngồi cùng khơng cĩ phân lớp d, cịn lưu huỳnh lớp ngồi cùng cĩ phân lớp d trống, do mức năng lượng 3s, 3p, 3d là tương đương nhau nên khi bị kích thích các eletron cĩ thể nhảy sang obitan d trống để tạo 4 electron độc thân hoặc 6 electron độc thân, do đĩ lưu huỳnh cĩ hố trị IV hoặc hố trị VI (cĩ thêm các số oxi hĩa là +4,+6) ⇒ Lưu huỳnh cịn thể hiện tính khử. S* : Cịn Selen, Telu ở trạng thái cơ bản : Se : 4s24p4d0 ; Te : 5s25p4 5d0 Giải thích tương tự như lưu huỳnh. - Kiến thức cũ : cấu hình electron của nguyên tử, mức năng lượng của các electron trên các lớp, các phân lớp. - Kiến thức mới : nguyên nhân sự khác nhau về hố trị của O với S, Se và Te trong các hợp chất dẫn đến sự khác nhau về tính chất hĩa học. Ví dụ 2: Khi dạy bài Lưu huỳnh ở chương 6 - Hĩa học 10 ta cĩ thể đặt câu hỏi yêu cầu học sinh nhắc lại số oxi hĩa cĩ thể cĩ của lưu huỳnh. Từ đĩ dự đốn về tính chất của đơn chất lưu huỳnh. 2s2 2p4 3s2 3p4 3d0 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 41 HD: - Lưu huỳnh cĩ số oxi hĩa : -2, 0, +4, +6. Lưu huỳnh đơn chất cĩ số oxi hố 0, S cĩ thể tăng hoặc giảm số oxi hĩa bằng cách nhường hoặc nhận electron. Khi tham gia phản ứng lưu huỳnh vừa thể hiện tính oxi hĩa vừa thể hiện tính khử: • S thể hiện tính oxi hĩa khi phản ứng với kim loại, hidro. • S thể hiện tính khử khi phản ứng với phi kim mạnh hơn Cl2, F2, O2 và các hợp chất cĩ tính oxi hĩa. Ví dụ 3: Khi dạy các hợp chất của lưu huỳnh, bài H2S, SO2 từ việc yêu cầu HS xác định số oxi hố của lưu huỳnh trong các hợp chất đĩ mà giúp HS rút ra được tính chất hố học cơ bản của chúng. Trong hợp chất H2S, lưu huỳnh cĩ số oxi hố là -2, là số oxi hố thấp nhất, do đĩ nĩ chỉ cĩ thể tăng số oxi hố lên 0, +4, +6 bằng cách nhường đi 2, 6, 8 electron và HS rút ra kết luận là hidro sunfua chỉ thể hiện tính khử . Số oxi hố của lưu huỳnh trong hợp chất SO2 là +4, đây là số oxi hố trung gian, do vậy mà nĩ cĩ thể tăng số oxi hố lên +6 bằng cách nhường 2 electron và lúc này SO2 thể hiện tính khử. Tuy nhiên, nĩ cũng cĩ thể giảm số oxi hố xuống 0, -2 bằng cách nhận thêm 4, 6 electron nữa và lúc này SO2 thể hiện tính oxi hố. HS rút ra kết luận, SO2 vừa là chất oxi hố vừa là chất khử. Ví dụ 4: Khi dạy chương 2, Nhĩm Nitơ, bài 10 Nitơ, SGK hố học 11 - Nâng cao, GV cĩ thể đặt câu hỏi: Dựa vào cấu hình electron của nguyên tố Nitơ hãy cho biết N cĩ thể cĩ những số oxi hố nào? Từ đĩ dự đốn tính chất hố học của N. [6] HD: Cấu hình electron của nguyên tố Nitơ là : 1s22s22p3 , lớp ngồi cùng của N cĩ 5 electron nĩ cĩ thể nhận thêm 3 electron để đạt cấu hình bền của khí hiếm, lúc này N cĩ số oxi hố -3 trong hợp chất NH3→ N thể hiện tính khử. Tuy nhiên, N cũng cĩ thể nhường 1, 2, 3, 4, 5 electron ở lớp thứ hai và lúc này N cĩ số oxi hố +1 (Trong hợp chất N2O), Số oxi hố +2 (trong hợp chất NO),+3 (trong hợp chất N2O3) Số oxi hố +4 (trong hợp chất NO2), Số oxi hố +5 (trong hợp chất N2O5) . Vậy N cĩ 6 số oxi hố là : -3, 0, +1, +2,+3, +4, +5. - Nitơ cĩ cơng thức phân tử là N2, hai nguyên tử N liên kết với nhau bằng ba liên kết cộng hố trị khơng cĩ cực nên phân tử Nitơ rất bền. Ở nhiệt độ thường, nitơ khá trơ PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 42 về mặt hố học nhưng ở nhiệt độ cao nitơ trở nên hoạt động hơn và cĩ thể tác dụng được với nhiều chất. ðơn chất N2 cĩ số oxi hố 0, khi tham gia phản ứng tuỳ thuộc vào chất phản ứng mà nitơ thể hiện tính oxi hố hay tính khử, tuy nhiên tính oxi hố vẫn trội hơn tính khử. + Nitơ thể hiện tính oxi hố khi tác dụng với các chất khử mạnh như hidro, kim loại. + Nitơ thể hiện tính khử khi tác dụng với chất oxi hố mạnh như oxi. Kết luận: Việc xác định số oxi hố của một nguyên tố trong hợp chất khá đơn giản và dựa vào số oxi hố ta cĩ thể dự đốn tính chất hố học của hợp chất chứa nguyên tố đĩ trên cơ sở các số oxi hố cĩ thể cĩ của nguyên tố đĩ một cách chính xác, giúp cho HS dễ hiểu, dễ tiếp thu kiến thưc mới, cảm thấy hứng thú hơn khi học Hố học. 2.3.2. Sử dụng các khái niệm phản ứng oxi hĩa - khử để giải bài tập. 2.3.2.1. Bài tập mang tính lý thuyết 1) Xác định điện hĩa trị, cộng hĩa trị và số oxi hĩa của các chất. Bài tập1. Xác định điện hĩa trị của các nguyên tử và nhĩm nguyên tử trong những hợp chất ion sau: BaO, K2O, CaCl2, AlF3, Ca(NO3)2 ( Bài 8 SGK Hố học 10 – Nâng cao, trang 96) HD: ðiện hĩa trị của các nguyên tố bằng điện tích của ion tương ứng. - ðiện hĩa trị của Ba trong BaO là 2, của K trong K2O là 1, của Ca trong CaCl2 là 2, của Al trong AlF3 là 3, của Ca trong Ca(NO3)2 là 2. Bài tập 2. Xác định cộng hĩa trị của nguyên tử những nguyên tố trong những hợp chất cộng hĩa trị sau: NH3, HBr, AlBr3, PH3, CO2.(Bài 9 SGK Hố học 10 – Nâng cao, trang 96) HD: Cộng hĩa trị của nguyên tố bằng số liên kết của nguyên tử nguyên tố đĩ được tạo với các nguyên tử khác trong phân tử. - Cộng hĩa trị của nguyên tố N trong NH3 là 3, của H trong HBr là 1, của Al trong AlBr3 là 3, của P trong PH3 là 3, của C trong CO2 là 4. Bài tập 3. Xác định số oxi hĩa của : ( Bài 5 SGK Hố học10. Nâng cao, trang 103) a) Cacbon trong CH4, CO, CO2, CO32-, HCO3-. b) Lưu huỳnh trong SO2, H2SO3, S2-, S, SO32-, HSO4-, HS-. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 43 c) Clo trong ClO4-, ClO-, Cl2, ClO3-, Cl2O7. HD: a) Số oxi hĩa (SOXH) của C trong CH4 là -4. SOXH của C trong CO là +2, CO2 là +4, trong CO32- là +4. b) SOXH của S trong SO2 là +4, trong H2SO3 là +4, trong S2- là -2, trong S là trong SO32- là +4, trong HSO4- là +6, trong HS- là -2. c) SOXH của Clo trong ClO4- là +7, trong ClO- là +1, trong Cl2 là 0, trong ClO3- là +5, trong Cl2O7 là +7. Nhận xét: Các bài tập 1, 2, 3 cĩ tác dụng giúp HS phân biệt giữa điện hố trị, cộng hố trị và số oxi hố của nguyên tố trong hợp chất. Từ đĩ hiểu rõ và xác định chính xác số oxi hố của nguyên tố trong hợp chất là bước ban đầu để cân bằng đúng phương trình phản ứng oxi hố – khử. 2) Loại bài tập nhận biết phản ứng oxi hĩa - khử . Nguyên tắc: Dựa vào sự thay đổi số oxi hĩa, cĩ thể chia phản ứng hĩa học ra thành hai loại : • Phản ứng hĩa học cĩ sự thay đổi số oxi hĩa (phản ứng oxi hĩa – khử). Phản ứng thế, một số phản ứng hĩa hợp và một số phản ứng phân hủy thuộc loại phản ứng hĩa học này. • Phản ứng hĩa học khơng cĩ sự thay đổi số oxi hĩa (phản ứng khơng phải phản ứng oxi hĩa – khử). Phản ứng trao đổi, một số phản ứng hĩa hợp và một số phản ứng phân hủy thuộc loại phản ứng này. Bài tập 1. Hãy cho biết trong những phản ứng hố học xảy ra quanh ta sau đây, phản ứng nào là phản ứng oxi hố – khử ? (Bài tập 2 trang 113 - SGK Hố học THCS) a) ðốt than trong lị : C + O2 →to CO2 b) Dùng cacbon oxit khử sắt (III) oxit trong luyện kim : Fe2O3 + 3CO →to 2Fe + 3CO2 c) Nung vơi : CaCO3 →to CaO + CO2 d) Sắt bị gỉ trong khơng khí : 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3 HD: Các phản ứng a) b) d) là phản ứng oxi hĩa - khử vì các phản ứng đĩ đều xảy ra đồng thời sự oxi hố và sự khử. Riêng phản ứng c) khơng phải là phản ứng oxi hố – PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 44 khử vì trong phản ứng khơng cĩ chất nhường oxi và chất chiếm oxi hay khơng xảy ra đồng thời sự oxi hố và sự khử. Bài tập 2. Trong các loại phản ứng dưới đây phản ứng nào là phản ứng oxi hĩa - khử, phản ứng nào khơng phải là phản ứng oxi hĩa – khử. Giải thích? (Bài tập 2 SGK Hố học 10 Nâng cao, trang 109) A. 2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2. B. 2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O. C. 4KClO3 → 3KClO4 + KCl D. 2KClO3 → 2KCl + 3O2 HD: A. là phản ứng oxi hĩa - khử, vì cĩ sự thay đổi số oxi hĩa của chất phản ứng và sản phẩm tạo thành. 7 6 7 4 2 0 2 3 2 4 Mn e Mn Mn e Mn O O e + + + + − + → + → → + B. ðây là phản ứng phân hủy, khơng phải là phản ứng oxi hĩa – khử, vì khơng cĩ sự thay đổi số oxi hĩa. C. ðây là phản ứng oxi hĩa - khử, vì cĩ sự thay đổi số oxi hĩa của chất phản ứng và sản phẩm tạo thành. 5 7 5 1 2 6 Cl Cl e Cl e Cl + + + − → + + → D. là phản ứng oxi hĩa - khử, vì cĩ sự thay đổi số oxi hĩa của chất phản ứng và sản phẩm tạo thành. 5 1 2 0 2 6 2 4 C l e C l O O e + − − + → → + Nhận xét: - Phản ứng thế, một số phản ứng hố hợp và một số phản ứng phân huỷ thuộc loại phản ứng oxi hố – khử. Phản ứng trao đổi, một số phản ứng hố hợp và một số phản ứng phân huỷ khơng thuộc loại phản ứng oxi hố – khử. Phản ứng oxi PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 45 hố – khử ở cấp THCS khơng mang tính khái quát, dấu hiệu nhận biết là cĩ oxi tham gia phản ứng, cĩ sự cho và nhận oxi, nĩ dựa trên các phản ứng cụ thể, đơn giản chưa chỉ được bản chất phản ứng oxi hố – khử vì vậy mà HS khĩ xác định được đâu là phản ứng oxi hố – khử. - Ở cấp THPT giúp HS dễ dàng nhận biết được đâu là phản ứng oxi hố – khử dựa vào việc xác định số oxi hố của chất tham gia và sản phẩm tạo thành. Vì vậy, HS cĩ thể xác định một cách nhanh chĩng, chính xác. 3) Loại bài tập cân bằng phản ứng oxi hĩa - khử Cĩ nhiều phương pháp cân bằng phương trình phản ứng oxi hĩa – khử nhưng trong chương trình phổ thơng cĩ hai phương pháp phổ biến đĩ là: • Phương pháp thăng bằng electron • Phương pháp nửa phản ứng (phương pháp ion – electron ) Chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu từng phương pháp và việc vận dụng của chúng trong bài tập cân bằng phản ứng oxi hĩa - khử như thế nào. Bài tập 1. Hãy lập phương trình hố học theo các sơ đồ sau : (bài 4 trang 113, SGK Hố học 8) Fe2O3 + CO →to CO2 + Fe Fe3O4 + H2 →to H2O + Fe CO2 + Mg →to MgO + C Các phản ứng hố học này cĩ phải là phản ứng oxi hố - khử khơng? Vì sao? Nếu là phản ứng oxi hố - khử cho biết chất nào là chất khử, chất oxi hố? HD: Fe2O3 + 3CO →to 3CO2 + 2Fe Fe2O3 là chất oxi hố; CO là chất khử. Fe3O4 + 4H2 →to 4H2O + 3Fe Fe3O4 là chất oxi hố; H2 là chất khử. CO2 + 2Mg →to 2MgO + C CO2 là chất oxi hố; Mg là chất khử. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 46 Các phản ứng này đều là phản ứng oxi hố - khử vì các phản ứng này đều cĩ oxi tham gia và cĩ sự nhường và nhận oxi hay nĩi cách khác là cĩ xảy ra đồng thời sự oxi hố và sự khử trong cùng một phản ứng. Nhận xét: Ở chương trình THCS để cân bằng phản ứng oxi hố - khử, HS chỉ dựa trên việc cân bằng số nguyên tử của chất tham gia phản ứng và sản phẩm, HS chưa thể cân bằng theo phương pháp thăng bằng electron. HS chỉ cân bằng được một số phản ứng oxi hố - khử đơn giản. Bài tập 2. Cân bằng phương trình hố học của các phản ứng oxi hố - khử sau đây bằng phương pháp electron và cho biết chất khử, chất oxi hố ở mỗi phản ứng. (Bài 9 trang 90 SGK Hố học 10 Cơ Bản) a) Al + Fe3O4 →to Al2O3 + Fe b) FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O c) FeS2 + O2 →to Fe2O3 + SO2 d) KClO3 →to KCl + O2 e) Cl2 + KOH →to KCl + KClO3 + H2O HD: b) FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O 5x 2 Fe+2 →2 Fe+3 + 2.1e - FeSO4 chất khử 2x Mn7+ + 5e → Mn2+ - KMnO4 chất oxi hố 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O c) FeS2 + O2 →to Fe2O3 + SO2 Fe+2 → Fe+3 + 1e 2S-1 → 2S+4 + 2.5e 4 x FeS2 → Fe+3 +2S+4 + 11e - FeS2 chất khử 11 x 2O0 + 4e → 2O-2 - O2 chất oxi hố 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 Các câu cịn lại làm hồn tồn tương tự. Nhận xét: Ở chương trình trung học phổ thơng, việc cân bằng phản ứng oxi hố - khử đơn giản hơn nhiều dựa trên cơ sở xác định số oxi hố của các chất tham gia phản ứng. Cĩ thể cân bằng được nhiều phản ứng oxi hố - khử phức tạp. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 47 Bài tập 3. Cho miếng Al vào dd axit HNO3 lỗng thấy bay ra chất khí khơng màu, khơng mùi, khơng cháy, nhẹ hơn khơng khí, viết phương trình phản ứng và cân bằng. HD: Theo đầu bài, khí bay ra là N2. Phương trình phản ứng (bước 1): Al + HNO3 → Al(NO3)3 + N2↑ +H2O Bước 2, 3, 4 0 3 5 0 2 3 2 10 Al Al e N e N + + → + + → Bước 5: 10Al + 6HNO3 → 10Al(NO3)3 + 3N2↑ +H2O Bước 6: Ngồi 6 HNO3 tham gia quá trình oxi hố - khử cịn 3.10 = 30HNO3 tạo thành muối nitrat (10Al(NO3)3). Vậy tổng số phân tử HNO3 là 36 và tạo thành 18H2O. Phương trình cuối cùng: 10Al + 36HNO3 → 10Al(NO3)3 + 3N2↑ +18H2O Dạng ion: 10Al + 36H+ + 6NO3- = 10Al3+ + 3N2↑ +18H2O Chú ý: ðối với những phản ứng tạo nhiều sản phẩm trong đĩ nguyên tố ở nhiều số oxi hố khác nhau, ta cĩ thể viết gộp hoặc viết riêng từng phản ứng đối với từng sản phẩm, sau đĩ nhân các phản ứng riêng với hệ số tỷ lệ theo điều kiện đầu bài. Cuối cùng cộng gộp các phản ứng lại. Bài tập 4. Cân bằng phản ứng: HNO3 + Al → NO + N2O + … Biết tỉ lệ mol 2 : 3 :1NO N On n = HD: Các phản ứng riêng (đã cân bằng theo nguyên tắc trên): Al + 4HNO3 = Al(NO3)3 + NO↑+ 2H2O (1) Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O↑ + 15H2O (2) ðể cĩ tỷ lệ mol trên, ta nhân phương trình (1) với 9 rồi cộng 2 phương trình lại: 17Al + 66HNO3 = 17Al(NO3)3 +9NO↑ + 3N2O↑ + 33H2O Nhận xét: Phương pháp cân bằng ion – electron chỉ áp dụng đối với các quá trình xảy ra trong dung dịch, cĩ sự tham gia của mơi trường (H2O, dung dịch axit hoặc bazơ tham gia). 10 3 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 48 4) Chuỗi phản ứng biểu diễn các chuyển đổi hĩa học Chuỗi phản ứng hĩa học cĩ tác dụng rèn kĩ năng viết phương trình phản ứng, củng cố tính chất hố học của của các chất nhằm giúp các em học sinh khắc sâu kiến thức bài học. Loại bài tập chuỗi phản ứng hĩa học được áp dụng trong phần bài tập hoặc củng cố. Bài tập 1: Viết phương trình hố học biểu diễn sự chuyển đổi sau đây. Phản ứng nào là phản ứng oxi hố - khử. (Bài 4, trang 69 SGK Hố học 9 THCS) a) Al → )1( Al2O3 → )2( AlCl3 → ))3( Al(OH)3 → )4( Al2O3 → )5( Al b) Fe → )1( FeSO4 → )2( Fe(OH)2 → )3( FeCl2 c) FeCl3 → )1( Fe(OH)3 → )2( Fe2O3 → )3( Fe → )4( Fe3O4 HD: c) FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3 + 3NaCl (1) 2Fe(OH)3 →to Fe2O3 + 3H2O (2) Fe2O3 + 3CO →to 2Fe + 3CO2 (3) 3Fe + 2O2(kk) → Fe3O4 (4) Phản ứng (3) và (4) là phản ứng oxi hố - khử. ðây là các phản ứng oxi hố - khử dạng đơn giản HS cấp THCS cĩ thể cân bằng một cách dễ dàng. Củng cố tính chất hố học các chất bằng các phương trình hố học. Các câu a), b) tương tự. Bài tập 2. (Các dạng tốn và phương pháp giải hĩa học 10, trang 137) Hồn thành sơ đồ phản ứng sau, phản ứng nào là phản ứng oxi hố - khử? (3) 2)8(4)7(42)6(3 )(SO OHCuCuSOHSO →→→ 42 )4( 2 )1( 2 SOHSOSH →→ 2SFe (2) (5) 3SONaH HD: (1) 2H2S + 3O2 → 0t 2SO2 + 2H2O (2) 4FeS2 + 11O2 → 0t 8SO2 + 2Fe2O3 (3) 2SO2 + O2  → 052 ,tOV 2SO3 (4) SO2 + Br2 + 2H2O → H2SO4 + 2HBr PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 49 (5) SO2 + NaOH → NaHSO3 (6) SO3 + H2O → H2SO4 (7) H2SO4 + CuO → CuSO4 + H2O (8) CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2 ↓ + Na2SO4 Phản ứng (1), (2), (3), (4) là phản ứng oxi hố khử => Khi giải bài tập trên HS sẽ được củng cố về tính chất hố học của các hợp chất cĩ oxi của lưu huỳnh (SO2; SO3; H2SO4), giúp HS hồn thiện kiến thức. ðồng thời qua việc giải bài tập này HS được rèn luyện kĩ năng viết và cân bằng phản ứng hố học trong đĩ cĩ phản ứng oxi hĩa - khử. 5) Loại bài tập mang tính lý thuyết tổng hợp Bài tập: (Bài tập 3 SGK Hĩa học10 - Nâng cao, trang 177). Dẫn khí H2S vào dd hỗn hợp KMnO4 và H2SO4, nhận thấy màu tím của dd chuyển sang khơng màu và cĩ vẫn đục màu vàng. Hãy: a/ Giải thích hiện tượng quan sát được b/ Viết phương trình hố học biễu diễn phản ứng c/ Cho biết vai trị của các chất phản ứng H2S và KMnO4 HD: a/ Giải thích hiện tượng: - Quá trình oxi hĩa xảy ra như sau : 7 25Mn e Mn+ ++ → . Dung dịch mất màu do dd KMnO4 (màu tím) sau phản ứng bị khử thành MnSO4 (khơng màu). - Quá trình khử : 2 0 2S S e− → + . Cĩ vẫn đục màu vàng do H2S bị oxi hố tạo S khơng tan trong nước cĩ màu vàng b/ Phương trình hĩa học: 5H2 2− S + 2K 7+ Mn O4 + 3H2SO4  2 2+ Mn SO4 + K2SO4 + 5 0 S  + 8H2O c/ Vai trị các chất: - Trong H2S lưu huỳnh cĩ số oxi hĩa tăng từ -2 lên 0. Vậy H2S là chất khử. - Trong KMnO4, mangan cĩ số oxi hố giảm từ +7 xuống +2. Vậy KMnO4 là chất oxi hố PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 50 => Thơng qua bài tập trên, HS được củng cố, khức sâu hơn về tính chất oxi hố của SO2, rèn kỹ năng viết PTHH phản ứng oxi hĩa khử, xác định đúng chất oxi hĩa, chất khử. Hiện nay, dạng bài tập này thường gặp trong các kỳ thi hố học nên cần cho HS làm nhiều dạng bài tập này hơn. 2.3.2.2. Giải bài tốn hĩa học 1) Giải bài tốn hố vơ cơ cĩ liên quan đến phương trình phản ứng oxi hĩa - khử. a) Phương pháp bảo tồn electron : [20] Phương pháp bảo tồn electron được dùng chủ yếu trong các bài tốn về phản ứng oxi hĩa – khử.
Nguyên tắc : Khi cĩ nhiều chất oxi hĩa, chất khử trong một hỗn hợp phản ứng (nhiều phản ứng hoặc phản ứng qua nhiều giai đoạn) thì tổng số e mà các chất khử cho phải bằng tổng số e mà các chất oxi hĩa nhận. Hay : ∑ ∑= nhancho ee
Nhược điểm : - Chỉ áp dụng cho hệ phương trình phản ứng oxi hĩa – khử. - Chỉ thường dùng để giải các bài tốn vơ cơ. Các dạng bài tốn : + Kim loại hay hỗn hợp hai kim loại tác dụng với axit. + Ngồi ra cịn cĩ một số dạng bài tốn khác : bài tốn hỗn hợp kim loại tác dụng với hỗn hợp axit, hỗn hợp oxit kim loại tác dụng với axit, bài tốn hỗn hợp kim loại tác dụng với hỗn hợp axit ta xét trong phần phụ lục. Bài tốn : Hịa tan hồn tồn 12 g hỗn hợp Fe và Cu ( tỉ lệ 1 :1) bằng axit HNO3, thu được V lit (đktc) hỗn hợp khí X (gồm NO và NO2) và dung dịch Y ( chỉ chứa 2 muối axit dư ). Tỉ khối của X đối với H2 bằng 19. Giá trị của V là bao nhiêu ? HD: Gọi % số mol của NO trong hỗn hợp khí X là x %. Ta cĩ : M − x = 30x + 46(1- x) = 19.2 = 38 Suy ra : 2 ( )NO NOn n a mol= = Ta cĩ : PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 51 56b + 64b = 12 ⇒ b = 0,1 mol Do đĩ : Fe → Fe3+ + 3e 0,1 mol 0,3mol Cu → Cu2+ + 2e 0,1 mol 0,2mol N+5 + 3e → N+2 3a mol a mol N+5 + 1e → N+4 a mol a mol Theo phương pháp bảo tồn electron : n electron cho = n electron nhận = 0,3 + 0,2 = 3a + a ⇒ a = 0,125 mol ⇒ Số mol của hỗn hợp X là : 2. 0,125 = 0,25 mol ⇒ Thể tích hỗn hợp khí X là : 0,25 . 22,4 = 5,6 lit. Nhận xét: Bài tốn trên cĩ thể dùng cách giải theo phương pháp đại số, nhưng sẽ rất dài và tính tốn phức tạp do phải giải hệ phương trình nhiều ẩn số, thơng thường HS chỉ lập được phương trình đại số mà khơng giải được hệ phương trình đĩ. Việc sử dụng phương pháp bảo tồn electron cho kết quả rất nhanh, tính tốn nhẹ nhàng, khắc sâu bản chất nhường electron và nhận electron của các quá trình hố học. - Hạn chế là chỉ áp dụng được cho các quá trình oxi hố - khử và áp dụng cho bài tốn vơ cơ. b) Giải bằng phương trình ion thu gọn : [10] Phương pháp : Trong bài tốn cĩ nhiều phản ứng xảy ra cùng bản chất như phản ứng trao đổi, phản ứng trung hịa …Ta nên dùng phương trình ion thu gọn để mơ tả đồng thời giúp giải bài tốn gọn, nhanh hơn. - Khi sử dụng phương trình ion cần chú ý : Chất điện li mạnh được viết dưới dạng ion axit mạnh, bazơ mạnh, hầu hết các muối. - Các chất điện li yếu viết dưới dạng phân tử : axit yếu, bazơ yếu. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 52 - Bài tốn được tính dựa trên cơ sở viết và cân bằng phương trình theo phương pháp ion - electron sau đĩ ta tính số mol của các chất tham gia và kê vào phương trình và tính tốn để tìm kết quả mà bài tốn yêu cầu. Bài tốn : Thực hiện hai phản ứng : - Cho 3,84 gam Cu phản ứng với 80 ml dung dịch HNO3 1M thốt ra V1 lit NO. - Cho 3,84 gam Cu phản ứng với 80 ml dung dịch HNO3 1M và H2SO4 0,5M thốt ra V2 lit NO. Biết NO là sản phẩm khử duy nhất, các thể tích khí đo cùng điều kiện . Tính tỉ số V1/V2 ? HD: Thí nghiệm 1 : nCu = mol06,064 84,3 = nHNO3 = mol08,01000 1.80 = PTHH: 3Cu + 8H+ + 2NO3- → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O Ban đầu : 0,06 0,08 0,08 Phản ứng : 0,03 0,08 0,02 0,02 Sau phản ứng : 0,03 0 0,06 Thí nghiệm 2 : nCu = mol06,064 84,3 = nHNO3 = mol08,01000 1.80 = và n H2SO4 = mol04,01000 5,0.80 = PTHH: 3Cu + 8H+ + 2NO3- → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O Ban đầu : 0,06 0,16 0,08 Phản ứng : 0,06 0,16 0,04 0,04 Sau phản ứng : 0 0 0,04 Vậy : 2 1 2 = V V Nhận xét : Giải nhanh, chính xác, đơn giản hố bài tốn, khắc sâu kiến thức viết và cân bằng phương trình theo phương pháp ion - electron. Hạn chế chỉ áp dụng cho các PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 53 bài tốn mà phản ứng oxi hố - khử cĩ mơi trường tham gia hay xảy ra trong dung dịch chất điện ly. c) Bài tốn điện phân [10] - Sự điện phân là phản ứng oxi hố - khử xảy ra trên bề mặt điện cực, dưới tác dụng của dịng điện một chiều chạy qua chất điện ly ở trạng thái dung dịch hay nĩng chảy. - Khi điện phân các chất nĩng chảy (muối, Al2O3, NaOH…) thì : + Ở cực dương anot ion âm nhường elctron. + Ở cực âm catơt ion dương kim loại nhận electron. - Khi điện phân dung dịch chất điện phân thì sự oxi hố - khử ở các điện cực xảy ra theo thứ tự ưu tiên: + Thứ tự nhận electron (ở cực âm) : Sản phẩm tạo thành : M n+ + ne → M H+ của axit : 2H+ +2e → H2 H+ của nước : 2H2O +2e → H2 + 2OH- + Thứ tự nhường electron (ở cực dương): S2->I->Br->Cl->OH->H2O Khơng bị điện phân dung dịch Sản phẩm tạo thành : S2- → S + 2e ; 2OH- → 1/2O2 + H2O 2X- → X2 + 2e ; 2H2O → O2 + 4H+ Bài tập minh hoạ : Bài tập 1: ðiện phân dung dich muối nitrat của kim loại M chưa biết hố trị thấy ở catot tách ra 5,4 gam kim loại, ở anot thốt ra 0,28 lit khí (đktc). Tìm tên kim loại M HD: H+(H2O) nhận electron Mn+ nhận electron Mn+ nhận electron Mn2+Zn2+Cr3+Fe2+Ni2+Sn2+Pb2+ H+ Cu2+Ag+Hg2+ K+Ca2+Na+Al3+ SO2- NO3- CO32- PO43-… PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 54 2 dpdd 3 2 2 32 ( ) 2 22 0,28 0,0125 22, 4 0,0125 108 1; 108 4 n O M nM NO nH O M O nHNO n mol n n n n M + → + + = = ⇒ = = ⇒ = = Vậy kim loại R là nguyên tố Ag. Bài tập 2. ðiện phân nĩng chảy a gam muối A tạo bởi kim loại M và halogen X thu được 0,96 gam kim loại M ở catot và 0,896 lit khí ở anot. Mặc khác, hồ tan a gam muối A vào nước, sau đĩ cho tác dụng với dung dịch AgNO3 dư thu được 11,48 g kết tủa. Tìm halogen X đĩ. HD: Gọi A: MXn (Với n là hố trị của X). 2 3 3 2( ) (2) 2 0, 08(1) : 0, 96 12 2; 24 0, 08 0, 04( ) (2) : . 2.0, 04 0, 08 11, 48 0, 08 35, 5 108 n n M X M MX n AgX MX M X nAgNO nAgX M NO Theo n n mol n n M n n n M n mol n Theo n n n mol X Clo X + = ↓ + = = = = → = = → = = = = = → = → = → + Nhận xét: Bài tốn điện phân là bài tốn quan trọng trong chương trình hố học 12. ðây là phần kiến thức quan trọng cĩ liên quan đến phản ứng oxi hố - khử, trên cơ sở viết phương trình điện phân HS xác định được các phản ứng xảy ra trên anot và catot từ đĩ xác định được các yêu cầu của bài tốn. 2) Bài tốn hĩa học hữu cơ : [11] a) Xác định cơng thức phân tử Hidrocacbon dựa trên phản ứng cháy (oxi hĩa hồn tồn). Bài tốn xác định cơng thức phân tử hidrocacbon là bài tốn quan trọng trong phần hố học hữu cơ lớp 11. Nĩ cĩ ý nghĩa trong việc phân tích định lượng nhằm xác định khối lượng (hàm lượng) các nguyên tố trong hợp chất hữu cơ. Người ta phân Ta cĩ PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 55 huỷ hợp chất hữu cơ thành các hợp chất vơ cơ đơn giản rồi định lượng chúng bằng phương pháp khối lượng, thể tích hoặc phương pháp khác. + Phương pháp chung: Khi đốt cháy hidrocacbon theo phản ứng CxHy + (x + 4 y )O2 → xCO2 + 2 y H2O * Nếu n n OH CO 2 2 < 1 ⇒ Hidrocacbon đĩ là ankan : CnH2n+2 Lúc đĩ : n ankan = nH2O – nCO2 * Nếu n n OH CO 2 2 = 1 ⇒ Hidrocacbon đĩ là anken hoặc monoxicloankan. * Nếu n n OH CO 2 2 > 1 ⇒ Hidrocacbon đĩ là ankin hoặc ankadien… Nếu hidrocacbon : CnH2n-2 thì n CnH2n-2 = nCO2 – nH2O - Hợp chất hữu cơ A cĩ cơng thức tổng quát : CxHyOzNt . Cĩ thể sử dụng các cơng thức tính : Cách 1 : 12 16 14 C H O N HCHC x y z t M m m m m m = = = = Cách 2 : %100% 14 % 16 %% 12 M N t O z H y C x ==== Cách 3 : x : y : z: t = 1416112 mmmm NOHC === ⇒ CTðG →+M CTPT Cách 4 : x : y: z: t = 14 % 16 % 1 % 12 % NOHC === ⇒ CTðG →+M CTPT Khi xác định cơng thức phân tử cần lưu ý : Tổng hĩa trị của các nguyên tố phải chẵn. Bài tập : ðốt cháy hồn tồn 28,2g hợp chất hữu cơ Z sinh ra 19,4 mg H2O và 80,0mg CO2. Mặt khác, khi đốt 18,6mg chất đĩ sinh ra 2,24 ml nito (đktc) . Biết rằng, phân tử chất đĩ chỉ chứa một nguyên tử nitơ. Tìm cơng thức phân tử của Z. HD: Gọi cơng thức phân tử của hợp chất hữu cơ Z là : CxHyOzNt PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 56 mC = 44 12.80 ⇒ %mC = %4,77 2,28.44 %100.12.80 = mH = 18 24,19 × %mH = %6,72,2818 %10024,19 = × ×× mN = 4,22 2824,2 × ⇒ %mN = %156,184,22 %1002824,2 = × ×× ⇒ %mO = 100% - 77,4% - 7,6% - 15,0% = 0% CTðG : CxHyNt cĩ x : y : z = 6 : 7 : 1 ⇒ CTðG trùng với CTPT : C6H7N b) Bài tốn đặc trưng của dẫn xuất hidrocacbon:
Tốn ancol, phenol: Khi đốt cháy một ancol : Nếu đề cho ancol no, mạch hở : CnH2n+2Ox Nếu đề cho ancol khơng no cĩ một liên kết đơi: CnH2nOx Một ancol đơn chức hay phenol đơn chức khi đốt cháy luơn luơn cĩ : 2 2 2 2 2 0CO H O O pun n n+ − =
Tốn về Anđêhit - Xeton - Axit cacboxylic • Khi đốt cháy một anđêhit hoặc một xeton hoặc một axit cacboxylic tạo ra CO2 và H2O theo tỉ lệ : 2 2 1CO H O n n = ⇒ Anđêhit hoặc một xeton hoặc một axit cacboxylic đĩ là hợp chất no, đơn chức, mạch hở. • Khi anđehit tác dụng với AgNO3 trong NH3 Số chức của anđêhit = 2 A g andehit n n ðặc biệt, HCHOn phản ứng AgNO3 trong NH3 cho tỉ lệ: 1 4 H C H O A g n n = Nếu một hợp chất hữu cơ tác dụng với AgNO3 trong NH3 cho tỉ lệ: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 57 3 1 3 hopchat AgNO n n = ⇒ Hợp chất cĩ một nhĩm -CHO và một liên kết ba đầu mạch.
Tốn về este. • Khi đốt cháy một este : Nếu đề cho 2 2 1CO H O n n = thì đĩ là este no, đơn chức, mạch hở cĩ CTTQ : CnH2nO2 • Nếu đề cho este khơng no cĩ một nối đơi, đơn chức thì : 2 2este CO H O n n n= −
Tốn về amin, aminoaxit : • Khi bài tốn cho đốt cháy một amin hoặc một amino axit trong khơng khí thì : - 2 2 2 32. 16 1 32pu C O H O O n n n + = = - 2 2/ min 4N a N On n n= −∑ • Khi đốt cháy một aminoaxit ta cĩ : 2 2 2 2( )4 2 2 2x y z t y z y tC H O N x O xCO H O N+ + − → + + Bài tập . ðốt cháy hồn tồn một ancol X thu được CO2 và H2O theo tỉ lệ tương ứng là 3:4. Thể tích oxi cần dùng để đốt cháy X bằng 1,5 lần thể tích khí CO2 thu được (ðktc) . Tìm cơng thức phân tử của X. HD: Do ancol X cháy tạo 2 2 3 1 4 CO H O n n = < ⇒ X là ancol no, mạch hở Gọi CTTQ (X ) là CnH2n+2Ox Ta cĩ : CnH2n+2Ox + 2 3 1 2 n x O+ − → nCO2 + (n+1)H2O PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 58 ⇒ 2 2 1,5CO H O n n = ⇒ 3 1 1,5 2 n x n + − = ⇒ x =1 2 2 3 3 1 4 CO H O n n n n n = = ⇒ = + ⇒ CTPT : C3H8O 2.3.3. Sử dụng kiến thức phản ứng oxi hố - khử để giải thích tính chất các chất, các hiện tượng hĩa học cĩ liên quan trong thực tiễn. 2.3.3.1. Giải thích tính khử mạnh của kim loại – Hiện tượng ăn mịn kim loại, hợp kim. [14] - Quan sát các đồ vật xung quanh, ta thấy cĩ nhiều đồ vật bằng kim loại, đặc biệt bằng hợp kim sắt bị gỉ khơng dùng được nữa. Thí dụ : cửa sổ sắt, ơ tơ, cầu, cỏ tàu biển… Trong khơng khí cĩ khí oxi. Trong nước mưa thường cĩ chứa axit do khí CO2, SO2 và một số khí khác bị hồ tan. Trong nước biển cĩ hồ tan một số muối như NaCl, MgCl2…Những chất này đã tác dụng với kim loại hoặc hợp kim sắt tạo gỉ sắt cĩ màu nâu, xốp, giịn và làm cho đồ vật bằng sắt bị ăn mịn. - Bản chất của sự ăn mịn hĩa học là quá trình oxi hĩa - khử, trong đĩ các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong mơi trường. - Sự ăn mịn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong mơi trường. Hậu quả của sự ăn mịn kim loại bị oxi hĩa thành các ion dương, do đĩ sẽ mất hết tính chất vật lí, hĩa học của kim loại : M → Mn+ + ne Căn cứ vào mơi trường và cơ chế của sự ăn mịn kim loại, người ta phân thành hai loại chính : ăn mịn hĩa học và ăn mịn điện hĩa. - Sự ăn mịn hĩa học: thường xảy ra ở những bộ phận của thiết bị lị đốt hoặc những thiết bị thường xuyên phải tiếp xúc với hơi nước và khí oxi… Thí dụ : 3Fe + 4H2O →to Fe3O4 + 4H2 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3 3Fe + 2O2 →to Fe3O4 - Sự ăn mịn điện hĩa: Sự ăn mịn điện hĩa là sự ăn mịn kim loại do tác dụng của dung dịch chất điện li và tạo nên dịng điện. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 59 Chống ăn mịn kim loại: cĩ nhiều biện pháp bảo vệ nhưng phổ biến là bảo vệ bề mặt và bảo vệ điện hĩa . • Bảo vệ bề mặt: là phủ lên bề mặt kim loại một lớp sơn. Dầu mỡ, chất dẻo hoặc tráng , mạ bằng kim loại khác. Lớp bảo vệ bề mặt kim loại phải bền vững với mơi trường và cĩ cấu tạo đặc khít khơng cho khơng khí và nước thấm qua. Nếu lớp bảo vệ hư hỏng, kim loại sẽ bị ăn mịn. • Bảo vệ điện hĩa: là dùng một kim loại làm vật hi sinh để bảo vệ vật liệu kim loại. Kim loại nào hoạt động mạnh hơn sẽ bị ăn mịn trước, do đĩ : + Tơn lợp nhà là sắt tráng kẽm, Zn bị ăn mịn trước tạo màng ZnO đặc sít và bền, cĩ tác dụng bảo vệ phần Fe ở bên trong. + Bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép (Fe lẫn C), người ta gắn các lá kẽm, magiê… vào phía ngồi vỏ tàu ở phần chiềm trong nước biển, để sự ăn mịn của nước biển chủ yếu xảy ra trên các lá Zn, Mg… Phần vỏ tàu bằng thép là cực dương, các lá kẽm là cực âm. - Ở cực âm : Zn bị oxi hĩa Zn → Zn2+ + 2e - Ở cực dương : O2 bị khử 2H2O + O2 + 4e → 4OH- Kết quả là vỏ tàu được bảo vệ, Zn là “ vật hi sinh “, nĩ bị ăn mịn. Sau một thời gian người ta lại thay những tấm Zn bị ăn mịn bằng những tấm khác. Nhận xét: Dựa trên cơ sở phản ứng oxi hĩa - khử để giải thích hiện tượng ăn mịn kim loại - đây là hiện tượng qen thuộc gần gũi trong đời sống qua đĩ giúp HS vận dụng được các tri thức đã học vào giải thích thực tiễn cuộc sống. 2.3.3.2. Giải thích các quá trình biến đổi chất trong thực tế: [14] - Sự đốt cháy nhiên liệu trong động cơ: nhiên liệu được đốt cháy trong động cơ, đĩ là quá trình oxi hố, sinh ra năng lượng và năng lượng này chuyển hố thành cơng cĩ ích cho động cơ hoạt động. Bao gồm các quá trình đốt cháy các nhiên liệu hố thạch như xăng, dầu, khí đốt… Và các quá trình này sinh ra các khí thải gây ơ nhiễm mơi trường như: các oxit của nitơ (N2Ox), các oxit của cacbon (CO, CO2), khí SO2 là PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 60 thành phần chính gây ra mưa axit phá huỷ các cơng trình kiến trúc bằng đá, làm bạc màu đất nơng nghiệp, ảnh hưởng đến sản xuất nơng nghiệp, ảnh hưởng đến sức khoẻ con người như : gây hại cho da, mắt, gây viêm phổi… - Các quá trình điện phân : Một số phản ứng oxi hố - khử cĩ liên quan đến dịng điện và được phân thành hai hướng chính : • Nhờ dịng điện để cĩ phản ứng oxi hố - khử : sự điện phân. Như ta đã biết, sự điện phân là phản ứng oxi hố - khử xảy ra trên bề mặt điện cực, dưới tác dụng của dịng điện một chiều chạy qua chất điện ly ở trạng thái dung dịch hay nĩng chảy. Chất điện phân là chất cĩ khả năng phân li thành các ion trái dấu, trong dung dịch hay ở trạng thái nĩng chảy. • Phản ứng oxi hố - khử dẫn đến phát sinh dịng điện : + Pin là hệ thống sinh ra dịng điện nhờ các quá trình oxi hĩa - khử xảy ra trên bề mặt điện cực và dung dịch chất điện li . Ví dụ : Pin Daniel - Jacobi cấu tạo từ cực dương là thanh đồng nhúng vào dung dịch CuSO4, cực âm là thanh Zn nhúng vào dung dịch ZnSO4 (Hình). Hai dung dịch nối với nhau bằng mao quản chứa dung dịch KCl. Hình - Phản ứng oxi hố - khử điện hố tạo nên Pin điện. ZnSO4 CuSO4 + + + + + SO42- Zn2+ Cu 2+ + + + + + Zn Cu Anơt Catơt PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 61 Việc sản xuất pin người ta cịn phải tính đến giá thành của pin. Ngồi ra, cịn phải xét đến khả năng gây ơ nhiễm mơi trường của các nguyên liệu làm pin. Cĩ một số loại pin như pin Leclanche, pin kiềm, pin Liti, pin nhiên liệu… + Ăcquy : Nguyên tắc hoạt động của ăcquy giống nguyên tắc hoạt động của pin. Tuy nhiên, đối với ăcquy, các chất ban đầu cĩ thể phục hồi qua phản ứng nghịch bằng cách sử dụng một nguồn điện ngồi nạp cho ăcquy. Thường cĩ ăcquy chì và ăcquy Ni - CAD (Ăcquy Niken - Cađimi). Nhờ phản ứng oxi hĩa - khử mà người ta đã ứng dụng để tạo ra các thiết bị tiện ích trong cuộc sống. 2.3.3.3. Giải thích các hiện tượng xảy ra trong đời sống [12] - Sự ơi mỡ : • Chất béo là một thành phần cơ bản trong thức ăn của người và động vật. Khi bị oxi hố, chất béo cung cấp năng lượng cho cơ thể nhiều hơn so với chất đạm và chất bột. Trong cơng nghiệp, chất béo chủ yếu được dùng để điều chế glixerol và xà phịng. • Khi để lâu trong khơng khí, chất béo cĩ mùi ơi. ðĩ là do tác dụng của hơi nước, oxi khơng khí và vi khuẩn lên chất béo. Quá trình đĩ được miêu tả như sau: Nối đơi C=C ở gốc axit khơng no của chất béo bị oxi hố bởi oxi khơng khí tạo peoxit, chất này bị phân huỷ thành anđehit gây nên mùi hơi. - CH =CH - + O2 ↔ - CH - CH- ↔ - CHO + - CHO ⇒ Sự ơi lipit. ðể hạn chế điều này cần bảo quản chất béo ở nhiệt độ thấp hoặc cho vào chất béo một ít chất chống oxi hố, hay đun chất béo với một ít muối ăn. - Quá trình lên men : Phản ứng lên men : Dưới tác dụng của các chất xúc tác men do vi sinh vật tiết ra chất đường bị phân tách thành các sản phẩm khác. Các chất men khác nhau gây ra những quá trình lên men khác nhau. Quá trình lên men xảy ra qua nhiều giai đoạn . Ví dụ : Một số phản ứng lên men của glucoza và fructoza : O - O PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 62 + Lên men êtylic tạo thành ancol êtylic : C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + Lên men butyric tạo thành axit butyric : C6H12O6 → CH3- CH2- CH2-COOH + 2H2 + 2CO2 + Lên men lactic tạo thành axit lactic : C6H12O6 → 2CH3 -CHOH - COOH + Lên men limơnic tạo thành axit limơnic :(citric) C6H12O6 +3O → HOOC- CH2-C(OH)-CH2-COOH + 2H2O COOH + Ancol etylic lên men giấm thành axit axetic : đây là phương pháp cổ điển điều chế axit axetic, tức là oxi hĩa rượu etylic bằng oxi khơng khí, cĩ mặt men giấm thành axit axetic : CH3 – CH2 – OH + O2  →Mengiâm CH3 – COOH + H2O Ngồi ra phản ứng oxi hố - khử cịn dùng để giải thích các quá trình sản xuất trong cơng nghiệp: luyện kim, hĩa chất, chất dẻo, phân bĩn, dược phẩm…. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 63 KẾT LUẬN VÀ ðỀ XUẤT 1. Kết luận chung - Qua thời gian nghiên cứu hệ thống kiến thức phản ứng oxi hố - khử trong chương trình THPT chúng tơi đã rút ra một số kết luận sau: + Phản ứng oxi hố - khử trong chương trình THCS: bản chất của phản ứng gắn với sự nhường và nhận oxi nên chỉ mang tính cụ thể, chưa mang tính khái quát. HS chỉ cân bằng được các phản ứng oxi hố - khử đơn giản. + Phản ứng oxi hố - khử trong chương trình THPT: bản chất của phản ứng gắn với sự nhường và nhận electron mang tính khái quát cao. HS cĩ thể cân bằng được nhiều phản ứng oxi hố - khử phức tạp bằng phương pháp cân bằng electron, vận dụng vào việc dự đốn, giải thích tính chất hố học của các chất cũng như giải bài tốn hố học một cách nhanh chĩng, chính xác. - Nghiên cứu vận dụng phản ứng oxi hố - khử trong dạy học tính chất hố học của đơn chất, hợp chất và trong giải bài tập hố học. 2. Ý kiến đề xuất - Qua nghiên cứu phản ứng oxi hố - khử, chúng tơi đưa ra một số kiến nghị sau: + Thĩi quen mà HS hay sử dụng khi cân bằng phản ứng oxi hố - khử là cân bằng theo phản ứng thơng thường bằng cách nhẩm số nguyên tử chất tham gia bằng số nguyên tử chất tạo thành, khơng sử dụng phương pháp bảo tồn electron hay các phương pháp khác, làm cho việc cân bằng phản ứng oxi hố - khử trở nên khĩ khăn và thiếu chính xác, HS cảm thấy sợ hay chán làm dạng bài tập này. ðể khắc phục tình trạng đĩ, GV cần rèn luyện cho HS cách cân bằng phản ứng oxi hố - khử theo phương pháp bảo tồn electron bằng cách cho HS làm nhiều bài tập dạng viết và cân bằng phản ứng hố học trong đĩ cĩ phản ứng oxi hố - khử. + GV cần khai thác nhiều dạng bài tập liên quan đến phản ứng oxi hố - khử và hướng dẫn HS giải theo nhiều phương pháp khác nhau: phương pháp bảo tồn electron hay giải bằng phương trình ion thu gọn … làm cho việc giải bài tốn hố học trở nên đơn giản, chính xác, nhanh chĩng… phù hợp với khuynh hướng các dạng bài tập trắc nghiệm hiện nay. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Duy Ái (20070, Cơ sở lý thuyết các phản ứng hĩa học, Nxb GD Hà Nội 2. Nguyễn Duy Ái (2005), Một số phản ứng trong Hĩa vơ cơ, Nxb GD. 3. Ngơ Ngọc An, Nguyễn Trọng Thọ (2006), Phản ứng oxi hố - khử và sự điện phân, Nxb GD. 4. Trần Dương, Võ Quang Mai (2006), Bài giảng cơ sở lí thuyết Hĩa vơ cơ, ðại học Huế, 5. Nguyễn Hữu ðỉnh, ðỗ ðình Rãng, Hĩa hữu cơ 1, Nxb GD. 6. Cao Cự Giác (2006), Thiết kế bài giảng hĩa học 10, 11 tập 1, Nxb GD Hà Nội. 7. Trần Thành Huế, Tư liệu Hố Học 10, Nxb GD. 8. Những vấn đề đại cương của phương pháp dạy học hĩa học, Bài giảng Phương pháp dạy học 1 – Khoa Hĩa Học – ðại Học ðồng Tháp. 9. ðặng Trần Phách, Trần Thị ðà (2007), Cơ sở lý thuyết các phản ứng hĩa học, Nxb GD Hà Nội. 10. Nguyễn Khoa Thị Phượng (2008), Phương pháp giải nhanh các bài tốn hĩa học trọng tâm, Nxb ðại Học Quốc Gia Hà Nội. 11. Nguyễn Khoa Thị Phượng, Phương pháp giải bài tập hữu cơ, Nxb ðại Học Quốc Gia Hà Nội. 12. ðỗ ðình Rãng (chủ biên), ðặng ðình Bạch, ðặng Thanh Phong (2006), Hĩa hữu cơ 2, Nxb GD. 13. Nguyễn Thị Phương Thảo, Lê Thanh Vân (2007), Khai thác một số bài tập hĩa học lớp 10 theo hướng phát triển năng lực tư duy của học sinh, ðề tài nghiên cứu khoa học – Khoa Hĩa Học – ðại Học Sư Phạm ðồng Tháp. 14..ðào ðình Thức (2002), Hĩa học đại cương Tập II Từ lý thuyết đến ứng dụng, Nxb ðHQG Hà Nội. 15. Lê Xuân Trọng (Chủ biên), Nguyễn Cương, ðỗ Tất Hiển, Sách giáo khoa hĩa học 8, Nxb GD. 16. Lê Xuân Trọng (Tổng Chủ biên kiêm Chủ biên), Cao Thị Thặng, Ngơ Văn Vụ, Sách giáo khoa Hĩa học 9, Nxb GD. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 65 17. Lê Xuân Trọng (Tổng Chủ biên kiêm Chủ biên), Từ Ngọc Ánh….. Sách giáo khoa hĩa học 10 Nâng cao, Nxb GD. 18. Lê Xuân Trọng (Tổng Chủ biên), Nguyễn Hữu ðỉnh (Chủ biên), Lê Chí Kiên, Lê Mậu Quyền, Sách giáo khoa hĩa học 11, Nâng cao - Nxb GD. 19. Nguyễn Xuân Trường (2007), Trắc nghiệm và sử dụng trắc nghiệm trong dạy hĩa học phổ thơng, Nxb ðại Học Sư Phạm. 20. Nguyễn Xuân Trường (2005), Phương pháp dạy học Hĩa học ở trường phổ thơng, Nxb GD . 21. Tài liệu bồi dưỡng giáo viên (2006) (Thực hiện chương trình SGK lớp 10 THPT) Mơn hĩa học, Nxb GD . 22. G.P Khơchencơ, KI. Xêvaxchianova (1981), Phản