một số phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG PHẢN ỨNG OXI

HÓA – KHỬ

Chủ nhật, 17 Tháng 3 2013 09:53

(Tác giả: Vũ Tuấn Ngọc- Tổ tƣởng chuyên môn Hóa- Sinh- Thể dục)

Qua giảng dạy nhiều năm tại trƣờng THPT Hồng quang, tôi nhận thấy còn nhiều trở ngại

trong vấn đề tiếp thu kiến thức của học sinh về cân bằng phản ứng và đặc biệt là cân bằng phản

ứng oxi hóa khử. Qua tham khảo đồng nghiệp, dự giờ thăm lớp tôi đã đúc rút đƣợc một số kinh

nghiệm về phƣơng pháp cân bằng phản ứng oxi hóa khử.Xin mạnh dạn đƣợc trình bầy để các

đồng nghiệp cùng tham khảo.

I. PHƯƠNG PHÁP THĂNG BẰNG ELECTRON

DẠNG 1: PHƢƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG CÓ MỘT CHẤT OXI HOÁ VÀ

MỘT CHẤT KHỬ

Ví dụ 1: Lập phƣơng trình hoá học sau theo phƣơng pháp thăng bằng electron:

Fe2O3 + CO Fe + CO2

Bước 1: Xác định số oxi hoá của những nguyên tố có số oxi hoá thay đổi.

Vận dụng các quy tắc xác định số oxi hoá :

Fe+3

2O3 + C+2

O Fe0 + C

+4 O2

Bước 2: Viết quá trình oxi hoá và quá trình khử, cân bằng mỗi quá trình.

Trƣớc khi cân bằng mỗi quá trình để thuận tiện cho các phƣơng trình ta nên dùng một kỹ xảo là

cân bằng số nguyên tử thuộc 2 vế phƣơng trình sau đó nhân số lƣợng các nguyên tử với số

electron nhƣờng hoặc nhận.

2 Fe+3

+ 2x 3e

2 Fe0

C+2

C+4

+ 2e

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho tổng số electron cho chất khử nhường bằng tổng số electron

mà chất oxi hoá nhận

http://thpthongquangyb.edu.vn/index.php?option=com_mailto&tmpl=component&link=efb8236c347b4d618237f0ccb3b84ac7e1484bfb

http://thpthongquangyb.edu.vn/index.php?view=article&catid=52:hoa-sinh&id=297:mt-s-phng-phap-can-bng-phn-ng-oxi-hoa--kh&format=pdf&option=com_content&Itemid=139

1 2 Fe+3

+ 2x 3e

2 Fe0

3 C+2

C+4

+ 2e

Bước 4: Đặt hệ số của các oxi hoá và chất khử vào sơ đồ phản ứng. Hoàn thành phƣơng trình

hoá học

Fe2O3 + 3CO 2 Fe + 3CO2


MnO2 + HCl MnCl2 + Cl2 + H2O


Vận dụng các quy tắc xác định số oxi hoá :

Mn+4

O2 + HCl-1

Mn+2

Cl2 + Cl02 + H2O


Mn+4

+ 2e

Mn+2

2 Cl-1

Cl2 + 2e



1 Mn+4

+ 2e

Mn+2

1 2 Cl-1

Cl2 + 2e


hoá học

MnO2 + 4 HCl MnCl2 + Cl2 + 2H2O


Fe3 O4 + HNO3 loãng Fe(NO3)3 + NO + H2O


Fe3+8/3

O4 + HN+5

O3 loãng Fe+3

(NO3)3 + N+2

O + H2O


Điền trƣớc Fe+8/3

và Fe+3

hệ số 3 trƣớc khi cân bằng mỗi quá trình.

3Fe+8/3

+ 3x(3- 8/3) e

3 Fe+3

N+5

N+2

+ 3e



3 3Fe+8/3

+ 3x(3- 8/3) e

3 Fe+3

1 N+5

N+2

+ 3e


hoá học

3Fe3 O4 + 28HNO3 loãng 9 Fe(NO3)3 + NO + 14 H2O

Ví dụ 4 : Lập phƣơng trình hoá học sau theo phƣơng pháp thăng bằng electron:

FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O


Fe+2

SO4 + K2Cr+6

2O7 + H2SO4 Fe+3

2(SO4)3 + K2SO4 + Cr+3

2(SO4)3 + H2O


Điền trƣớc Fe+2

và Fe+3

hệ số 2. Điền trƣớc Cr+6

và Cr+3

hệ số 2 trƣớc khi cân bằng mỗi quá

trình.

2Fe +2

+ 2 x 1e

2 Fe+3

2Cr+6

2Cr+3

+ 2x3e



3 2Fe +2

2 Fe+3

+ 2 x 1e

1 2 Cr+6

+ 2x3e 2Cr+3


hoá học

6FeSO4 + K2Cr2O7 + 7 H2SO4 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O

Ví dụ 5:Lập phƣơng trình hoá học sau theo phƣơng pháp thăng bằng electron:

Al + Fe3O4 Al2O3 + Fe


Al0 + Fe3

+8/3O4 Al2

+3O3 + Fe

0


Điền trƣớc Fe+8/3

và Fe0

hệ số 3. Điền trƣớc Al0 và Al

+3 hệ số 2 trƣớc khi cân bằng mỗi quá

trình.

3Fe +8/3

+ 3 x 8/3e

3 Fe0

2 Al0 2Al

+3 + 2x3e



3 3Fe +8/3

+ 3 x 8/3e

3 Fe0

4 2 Al0 2Al

+3 + 2x3e


hoá học

8 Al + 3Fe3O4 4Al2O3 + 9Fe


Fe(OH)2 + O2 + H2O Fe(OH)3


Fe+2

(OH)2 + O0

2 + H2O Fe+3

(O-2

H)3


Điền trƣớc O-2

hệ số 2. trƣớc khi cân bằng mỗi quá trình.

Fe +2

Fe+3

+ 1e

O0

2 + 2x2e 2O- 2



4 Fe +2

Fe+3

+ 1e

1 O0

2 + 2x2e 2O- 2


hoá học

4 Fe(OH)2 + O2 + 2 H2O 4 Fe(OH)3


KClO4 + Al KCl + Al2O3


KCl+7

O4 + Al0 KCl

-1 + Al

+32O3


Điền trƣớc Al0 và Al

+3 hệ số 2. trƣớc khi cân bằng mỗi quá trình.

2Al 0

2Al+3

+ 2x3e

Cl+7

+ 8e Cl-



4 2Al 0

2Al+3

+ 2x3e

3 Cl+7

+ 8e Cl-


hoá học

3 KCl+7

O4 + 8 Al0 3 KCl

-1 + 4 Al

+32O3

Nhƣ vậy cân bằng số nguyên tử bằng số ion hoặc số ion bằng số ion trƣớc khi cân bằng các

quá trình oxi hoá và quá trình khử giúp ngƣời làm thuận tiện hơn rất nhiều lần, cho kết quả

nhanh hơn và đỡ phức tạp hơn.

DẠNG 2: PHƢƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG TỰ OXI HOÁ VÀ TỰ KHỬ


Cl2 + NaOH NaCl + NaClO + H2O


Cl02 + NaOH NaCl

-1 + NaCl

+1O + H2O


Điền trƣớc Cl- và Cl

+ của các quá trình hệ số 2 trƣớc khi cân bằng.

Cl02 + 2x1e 2Cl

-

Cl02 2Cl

+ + 2x 1e



1 Cl02 + 2x1e 2Cl

-

1 Cl02 2Cl

+ + 2x 1e


hoá học

2 Cl2 + 4 NaOH 2 NaCl + 2 NaClO + 2 H2O

Rút gọn các hệ số để thu được phương trình với hệ số tối giản

Cl2 + 2 NaOH NaCl + NaClO + H2O


Cl2 + NaOH NaCl + NaClO3 + H2O


Cl02 + NaOH NaCl

-1 + NaCl

+5O3 + H2O


Điền trƣớc Cl- và Cl

+5 của các quá trình hệ số 2 trƣớc khi cân bằng.

Cl02 + 2x1e 2Cl

-

Cl02 2Cl

+5 + 2x 5e



5 Cl02 + 2x1e 2Cl

-

1 Cl02 2Cl

+5 + 2x 5e


hoá học

6 Cl2 + 12 NaOH 10 NaCl + 2NaClO3 + 6 H2O

Rút gọn các hệ số để thu được phương trình với hệ số tối giản

3 Cl2 + 6 NaOH 5 NaCl + NaClO + 3H2O

DẠNG 3 : PHƢƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG CÓ MỘT CHẤT OXI HOÁ VÀ

HAI CHẤT KHỬ


FeS2 + O2 Fe2O3 + SO2


Fe+2

S-1

2 + O0

2 Fe+3

2O-2

3 + S+4

O-2

2


Trƣớc tiên ta viết các quá trình oxi hoá, tổng hợp các quá trình oxi hoá sao cho là số nguyên lần

chất khử. Thêm hệ số 2 vào trƣớc Fe+2

và Fe+3

, thêm hệ số 4 vào trƣớc S-2

và S+4

để đƣợc số

nguyên lần FeS2

Quá trình oxi hoá:

2Fe+2

2 Fe+3

+ 2x1e

4S-1

4 S+4

+ 4x 5e

2 FeS2 2 Fe+3

+ 4 S+4

+ 22e

Sau đó cân bằng quá trình khử:

Điền hệ số 2 vào trƣớc O-2

:

O0

2 + 2x 2e 2 O-2

Tổng hợp 2 quá trình oxi hoá và quá trình khử:

2 FeS2 2 Fe+3

+ 4 S+4

+ 22e

O0

2 + 2x 2e 2 O-2



2 2 FeS2 2 Fe+3

+ 4 S+4

+ 22e

11 O0

2 + 2x 2e 2 O-2


hoá học

4 FeS2 + 11 O2 2Fe2O3 + 8 SO2


Fe S2 + HNO3 Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO2 + H2O


Fe+2

S-1

2 + HN+5

O3 Fe+3

(NO3)3 + H2S+6

O4 + N+4

O2 + H2O


Trƣớc tiên ta viết các quá trình oxi hoá, tổng hợp các quá trình oxi hoá sao cho là số nguyên lần

chất khử. Thêm hệ số 2 vào trƣớc S-1

và S+6

,để đƣợc số nguyên lần FeS2

Quá trình oxi hoá:

Fe+2

Fe+3

+ 1e

2S-1

2 S+6

+ 2x 7e

FeS2 Fe+3

+ 2 S+4

+ 15e

Sau đó cân bằng quá trình khử:

N+5

+ 1e N+4


FeS2 Fe+3

+ 2 S+4

+ 15e

N+5

+ 1e N+4



1 FeS2 Fe+3

+ 2 S+4

+ 15e

15 N+5

+ 1e N+4


hoá học

Fe S2 + 18 HNO3 Fe(NO3)3 + 2 H2SO4 + 15 NO2 + 7 H2O

DẠNG 4 : PHƢƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG CÓ HAI CHẤT OXI HOÁ VÀ

MỘT CHẤT KHỬ


Fe + HNO3 Fe(NO3)3 + NO + NO2 + H2O ( tỉ lệ NO:NO2=1:2)


Fe0 + HN

+5O3 Fe

+3(NO3)3 + N

+2O + N

+4O2 + H2O


Trƣớc tiên ta viết các quá trình khử, tổng hợp các quá trình khử sao cho đúng tỉ lệ với yêu cầu

đề bài. Thêm hệ số 2 vào trƣớc N+4

Quá trình Khử:

N+5

+ 3e N

+2

2N+5

+ 2x 1e 2 N

+4

3N+5

+ 5e N

+2 + 2 N

+4

Sau đó cân bằng quá trình oxi hoá :

Fe0 Fe

+3 + 3e


3N+5

+ 5e N

+2 + 2 N

+4

Fe0 Fe

+3 + 3e



3 3N+5

+ 5e N

+2 + 2 N

+4

5 Fe0 Fe

+3 + 3e


hoá học

5Fe + 24 HNO3 5Fe(NO3)3 +3NO + 6NO2 + 12H2O ( tỉ lệ NO:NO2=1:2)

II.LẬP PHƯƠNG TRÌNH HOÁ HỌC CỦA PHẢN ỨNG OXI HOÁ KHỬ

THEO PHƯƠNG PHÁP TĂNG GIẢM SỐ OXI HOÁ

Kiến thức cơ bản của phƣơng pháp này dựa trên nguyên tắc:

- Trong một phản ứng oxi hoá khử, tổng số các số oxi hoá tăng bằng tổng số oxi hoá giảm.

- Chất có số oxi tăng là chất khử, chất có số oxi hoá giảm là chất oxi hoá.

Ví dụ 1: Lập phƣơng trình hoá học của phản ứng sau:


- Xác định số oxi hoá của các nguyên tố thay đổi.

Fe+2

S-1

2 + O0

2 Fe+3

2O-2

3 + S+4

O-2

2

- Tìm tổng số oxi hoá tăng và tổng số oxi hoá giảm.

Trong phân tử FeS2: + Số oxi hoá của nguyên tố Fe tăng là: +1

+ Số oxi hoá của nguyên tố S tăng là: +5x2 = +10

- Tìm hệ số tƣơng ứng cho các chất.

Vậy tổng số oxi hoá tăng là: +11 x 4

Trong phân tử O2 số oxi hoá của O giảm : -2x2 = -4 x 11

Vậy phƣơng trình hoá học của phản ứng đƣợc viết là:

4 FeS2 + 11 O2 2 Fe2O3 + 8 SO2

Ví dụ 2: Lập phƣơng trình hoá học của phản ứng sau:

Fe S2 + HNO3 Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO2 + H2O


Fe+2

S-1

2 + HN+5

O3 Fe+3

(NO3)3 + H2S+6

O4 + N+4

O2 + H2O

- Tìm tổng số oxi hoá tăng và tổng số oxi hoá giảm.

Trong phân tử FeS2: + Số oxi hoá của nguyên tố Fe tăng là: +1

+ Số oxi hoá của nguyên tố S tăng là: +7x2 = +14

- Tìm hệ số tƣơng ứng cho các chất.

Vậy tổng số oxi hoá tăng là: +15 x 1

số oxi hoá của nguyên tố N giảm : -1 x 15


Fe S2 + 18 HNO3 Fe(NO3)3 + 2 H2SO4 + 15 NO2 + 7 H2O

Ví dụ 3: lập phƣơng trình hoá học của phản ứng sau:

Fe + HNO3 Fe(NO3)3 + NO + NO2 + H2O ( tỉ lệ NO:NO2=1:2)


Fe0 + HN

+5O3 Fe

+3(NO3)3 + N

+2O + N

+4O2 + H2O

- Tìm tổng số oxi hoá tăng và tổng số oxi hoá giảm và hệ số tƣơng ứng cho các chất là:

+ Số oxi hoá của nguyên tố N giảm là: -3+(-1x2) = -5 x 3

+ Số oxi hoá của nguyên tố Fe tăng là: +3 x 5


5Fe + 24 HNO3 5Fe(NO3)3+3NO + 6NO2 + 12H2O ( tỉ lệ NO:NO2=1:2)

III. CÂN BẰNG PHẢN ỨNG OXI HOÁ KHỬ THEO PHƯƠNG PHÁP

GÁN SỐ OXI HOÁ.

- Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này có phạm vi áp dụng hẹp và không mô tả đƣợc đúng bản chất

của phản ứng.

- ƣu điểm của phƣơng pháp là tìm ra hệ số cân bằng phản ứng nhanh, vì vậy chỉ nên áp dụng ở

mức độ nhất định.

Nguyên tắc: trong một phản ứng có 2 tác nhân khử khác nhau cùng trong một hợp chất thì coi

một tác nhân khử có số oxi hoá không đổi để biến 2 tác nhân khử thành 1 tác nhân khử và khi đó

ta đã quy về dạng bài có một chất khử và một chất oxi hoá.

Ví dụ : Cân bằng phản ứng oxi hoá khử sau:


Bình thƣờng ta phải xác định chính xác số oxi hoá thay đổi nhƣ sau:

Fe+2

S-1

2 + O0

2 Fe+3

2O-2

3 + S+4

O-2

2

Nhƣ vậy ta thấy trong phản ứng có 2 chất khử và một chất oxi hoá. Để áp dụng phƣơng pháp này

thì một trong hai chất khử có số oxi hoá không đổi.

Trƣờng hợp 1: coi số oxi hoá của nguyên tố S không đổi ( nghĩa là trƣớc và sau phản ứng đều có

mức oxi hoá là +4) thì các nguyên tố còn lại trong phản ứng đó đƣợc xác định lại nhƣ sau:

Fe -8

S+4

2 + O0

2 Fe+3

2O-2

3 + S+4

O-2

2

Nhƣ vậy nói về bản chất thực của phản ứng là không đúng ( thực tế nguyên tố Fe không có

mức oxi hoá là -8 nhƣng trong trƣờng hợp này tạm thời nhận mức oxi hoá -8) và nếu nhƣ vậy ta

đã quy về phản ứng có một chất oxi hoá và một chất khử.

2 2 Fe-8

2 Fe+3

+ 2x 11e

11 O2 + 2x 2e 2O-2

Phƣơng trình hoá học là:

4 FeS2 + 11O2 2 Fe2O3 + 8 SO2

Trƣờng hợp 2: coi số oxi hoá của nguyên tố Fe không đổi. ( nghĩa là trƣớc phản ứng và sau phản

ứng là +3) thì các nguyên tố còn lại đƣợc xác định nhƣ sau:

Fe+3

S-3/2

2 + O0

2 Fe+3

2O-2

3 + S+4

O-2

2

Nhƣ vậy nói về bản chất thực của phản ứng là không đúng ( thực tế nguyên tố S không có mức

oxi hoá là -3/2 nhƣng trong trƣờng hợp này tạm thời nhận mức oxi hoá -3/2) và nếu nhƣ vậy ta

đã quy về phản ứng có một chất oxi hoá và một chất khử.

4 2 S-3/2

2 S+4

+ 2( 4+3/2)e

11 O2 + 2x2e 2 O-2


4 FeS2 + 11O2 2 Fe2O3 + 8 SO2

Nhƣ vậy trong cả 2 trƣờng hợp đều cho kết quả nhƣ nhau. Phƣơng pháp này cân bằng nhanh

nhƣng về bản chất của phản ứng thì không đúng.

IV.CÂN BẰNG PHẢN ỨNG OXI HOÁ KHỬ THEO PHƯƠNG PHÁP

ĐẠI SỐ.

Ƣu điểm: phƣơng pháp này áp dụng cho các phản ứng oxi hoá khử phức tạp trong đó có nhiều

chất oxi hoá và có nhiều chất khử.

Nhƣợc điểm: Phƣơng pháp này phải giải hệ phƣơng trình với nhiều ẩn số. Về bản chất không

mô tả đƣợc bản chất của phản ứng.

Ví dụ: Có phƣơng trình phản ứng oxi hoá khử sau:

FeCu2S2 + O2 Fe2O3 + CuO + SO2

Để áp dụng phƣơng pháp đại số ta đặt hệ số của FeCu2S2 là a, O2 là b, Fe2O3 là c, CuO là d, SO2

là e. Ta có các phƣơng trình đại số sau:

a FeCu2S2 + b O2 c Fe2O3 + d CuO + e SO2

Tính theo Fe: ta có phƣơng trình

a = 2c (1)

Tính theo Cu: ta có phƣơng trình

2a = d (2)

Tính theo S: ta có phƣơng trình

2a = e (3)

Tính theo O : ta có phƣơng trình

2 b = 3c + d + 2e (4)

Giải hệ phƣơng trình : ta có. a = 2c, b =15/2 c, d = 4c, e = 4c .

Đặt c =1 , a =2, b =15/2, d =4, e =4

Đặt c=2 , a =4, b=15, d =8, e =8 ( nhận vì là các số nguyên tối giản)


4 FeCu2S2 + 15O2 2Fe2O3 + 8CuO + 8SO2.

Trên đây là một số phƣơng pháp cân bằng phản ứng oxi hóa khử mà tôi đã đúc rút đƣợc,

do điều kiện thời gian nghiên cứu ngắn nên chƣa thỏa mãn hết các yêu cầu mà các đồng nghiệp

cần đƣợc đáp ứng.

một số phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa

Documents