Bài 15. Phản ứng oxi hóa – khử
A/ Câu hỏi mở đầu
Câu hỏi mở đầu trang 71 SGK Hóa học 10: Trong là luyện gang, xảy ra phản ứng oxi hoá – khử theo sơ đồ sau:
Fe2O3 + CO ⎯⎯→to Fe + CO2
Về bản chất, phản ứng oxi hóa – khử là gì, dựa vào dấu hiệu nào để nhận ra loại phản ứng đó? Làm thế nào để lập phương trình hóa học của phản ứng trên?
Trả lời:
- Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học xảy ra đồng thời quá trình nhường và quá trình nhận electron.
- Dấu hiệu để nhận biết phản ứng oxi hóa – khử là có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tử.
- Để lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử, ta áp dụng phương pháp thăng bằng electron. Nguyên tắc của phương pháp như sau:
“Tổng số electron chất khử nhường bằng tổng số electron chất oxi hóa nhận”
Phản ứng oxi hóa – khử: Fe2O3 + 3CO ⎯⎯→to 2Fe + 3CO2
Có sự thay đổi số oxi hóa của các chất như sau:
3 2 0 4
t
2 3 2
Fe O 3CO 2 Fe 3CO
+ + +
+ ⎯⎯→ + B/ Câu hỏi giữa bài
I. Số oxi hóa
Câu hỏi 1 trang 73 SGK Hóa học 10: Xác định số oxi hóa của nguyên tử Fe và S trong các chất sau:
a) Fe, FeO, Fe2O3, Fe(OH)3, Fe3O4. b) S, H2S, SO2, SO3, H2SO4, Na2SO3. Trả lời:
a)
- Số oxi hóa của Fe đơn chất là 0
- Trong hợp chất
x 2
Fe O
−
Tổng số oxi hóa = x.1 + (-2).1 = 0 ⇒ x = +2 Vậy số oxi hóa của Fe trong hợp chất FeO là +2 - Trong hợp chất
x 2
2 3
Fe O
−
Tổng số oxi hóa = x.2 + (-2).3 = 0 ⇒ x = +3 Vậy số oxi hóa của Fe trong hợp chất Fe2O3 là +3 - Trong hợp chất
x 2 1
Fe(O H)2
− +
Tổng số oxi hóa = x.1 + (-2).2 + (+1).2 = 0 ⇒ x = +2 Vậy số oxi hóa của Fe trong hợp chất Fe(OH)2 là +2 - Trong hợp chất
x 2
3 4
Fe O
−
Tổng số oxi hóa = x.3 + (-2).4 = 0 ⇒ x = 8 +3
Vậy số oxi hóa của Fe trong hợp chất Fe3O4 là 8 +3 b)
- Số oxi hóa của đơn chất S là 0 - Trong hợp chất
1 x
H S2 +
Tổng số oxi hóa = (+1).2 + x = 0 ⇒ x = -2 Vậy số oxi hóa của S trong hợp chất H2S là -2 - Trong hợp chất
x 2
SO2
−
Tổng số oxi hóa = x.1 + (-2).2 = 0 ⇒ x = +4 Vậy số oxi hóa của S trong hợp chất SO2 là +4 - Trong hợp chất
x 2
SO3
−
Tổng số oxi hóa = x.1 + (-2).3 = 0 ⇒ x = +6
Vậy số oxi hóa của S trong hợp chất SO3 là +6
- Trong hợp chất
1 x 2
2 4
H SO
+ −
Tổng số oxi hóa = (+1).2 + x.1 + (-2).4 = 0 ⇒ x = +6 Vậy số oxi hóa của S trong hợp chất H2SO4 là +6 - Trong hợp chất
1 x 2
2 3
Na SO
+ −
Tổng số oxi hóa = (+1).2 + x.1 + (-2).3 = 0 ⇒ x = +4 Vậy số oxi hóa của S trong hợp chất Na2SO3 là +4 II. Chất oxi hóa, chất khử, phản ứng oxi hóa – khử
Hoạt động trang 73 SGK Hóa học 10: Xác định chất oxi hoá, chất khử Chuẩn bị: đinh sắt, dung dịch CuSO4, dung dịch H2SO4 loãng, ống nghiệm.
Thực hiện:
Thí nghiệm 1: Cho đinh sắt vào ống nghiệm đựng dung dịch CuSO4. Thí nghiệm 2: Cho đinh sắt vào ống nghiệm đựng dung dịch H2SO4. Quan sát hiện tượng và thực hiện yêu cầu sau:
1. Viết quá trình oxi hoá, quá trình khử.
2. Xác định chất oxi hoá, chất khử trong hai phản ứng trên.
Trả lời:
1. Viết quá trình oxi hoá, quá trình khử.
Thí nghiệm 1: Cho đinh sắt vào ống nghiệm đựng dung dịch CuSO4.
0 2 2 0
4 4
Fe CuSO FeSO Cu
+ +
+ → +
Quá trình oxi hóa:
0 2
Fe Fe 2e
⎯⎯→ + +
Quá trình khử:
2 0
Cu 2e Cu
+ + →
Thí nghiệm 2: Cho đinh sắt vào ống nghiệm đựng dung dịch H2SO4.
0 1 2 0
2 4 4 2
Fe H SO FeSO H
+ +
+ → +
Quá trình oxi hóa:
0 2
Fe Fe 2e
→ + +
Quá trình khử:
1 0
2 H 2e H2
+ + →
2. Xác định chất oxi hoá, chất khử trong hai phản ứng trên.
Thí nghiệm 1: Chất khử là Fe, chất oxi hóa là CuSO4. Thí nghiệm 2: Chất khử là Fe, chất oxi hóa là H2SO4.
Câu hỏi 2 trang 74 SGK Hóa học 10: Trong không khí ẩm, Fe(OH)2 màu trắng xanh chuyển dần sang Fe(OH)3 màu nâu đỏ theo sơ đồ sau:
Fe(OH)2 + O2 + H2O ⟶ Fe(OH)3
a) Hãy xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hoá.
b) Viết quá trình oxi hoá, quá trình khử.
c) Dùng mũi tên biểu diễn sự chuyển electron từ chất khử sang chất oxi hóa.
Trả lời:
2 0 3 2
2 2 2 3
Fe(OH) O H O Fe(O H)
+ + −
+ + →
a) Số oxi hóa của Fe tăng từ +2 lên +3.
Số oxi hóa của O (O2) giảm từ 0 xuống -2.
b) Quá trình oxi hóa:
2 3
Fe Fe 1e
+ +
→ +
Quá trình khử:
0 2
O2 4e 2O + → −
c)
III. Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử
Câu hỏi 3 trang 75 SGK Hóa học 10: Xét các phản ứng hóa học xảy ra trong công nghiệp:
a) Al(OH)3 ⎯⎯→ Al2O3 + H2O b) C + CO2
to
⎯⎯→ CO
Phản ứng nào là phản ứng oxi hóa – khử? Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử theo phương pháp thăng bằng electron.
Trả lời:
Phản ứng a) không là phản ứng oxi hóa – khử do không có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tử.
3 2 1 3 2 1 2
t 2 3 2
Al(O H)3 Al O H O
+ − + + − + −
⎯⎯→ +
Phản ứng b) là phản ứng oxi hóa – khử do có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tử.
o 2
0 4 2 t 2
C CO2 CO
+ − + −
+ ⎯⎯→
Đối với phản ứng b) C + CO2 to
⎯⎯→ CO Bước 1: C 0 CO4 2 to CO2
+ +
⎯⎯
+ →
Chất khử là C, chất oxi hóa là CO2.
Bước 2: Các quá trình oxi hóa, quá trình khử
0 2
4 2
C C 2e C 2e C
+
+ +
→ + + →
Bước 3: Xác định hệ số
0 2
4 2
1 C C 2e
1 C 2e C
+
+ +
→ +
+ →
Bước 4: Cân bằng C + CO2
to
⎯⎯→ 2CO
IV. Phản ứng oxi hoá – khử trong thực tiễn
Câu hỏi 4 trang 76 SGK Hóa học 10: Nêu một số phản ứng oxi hoá – khử có lợi và có hại trong thực tế.
Trả lời:
Một số phản ứng oxi hóa – khử có lợi trong thực tế:
- Phản ứng đốt cháy nhiên liệu (than đá, khí thiên nhiên, xăng, dầu, …) cung cấp năng lượng dưới dạng nhiệt dùng để đun nấu, sưởi ấm, chạy động cơ.
- Sản xuất hóa chất trong công nghiệp, ví dụ sản xuất sulfuric acid từ quặng pyrite.
- Phản ứng chuyển hóa các chất trong tự nhiên như chuổi phản ứng:
N2 + O2 ⎯⎯⎯⎯→tia lua dien 2NO 2NO + O2 → 2NO2
4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3
HNO3 tan vào nước mưa và chuyển hóa thành gốc nitrate (NO3-), cung cấp chất đạm cho cây lúa. Nhờ quá trình trên, hàng năm một lượng lớn phân đạm tự nhiên được bổ sung cho đất.
Một số phản ứng oxi hóa – khử có hại trong thực tế:
- Sự han gỉ kim loại.
Trong không khí ẩm, các vật dụng bằng thép vị oxi hóa tạo gỉ sắt.
4Fe + 3O2 + xH2O → 2Fe2O3.xH2O
- Mưa axit ăn mòn các công trình xây dựng, tượng đài …
Câu hỏi 5 trang 76 SGK Hóa học 10: Lập phương trình hoá học của các phản ứng trong quá trình sản xuất sulfuric acid theo sơ đồ mục IV3. Trong các phản ứng đó, phản ứng nào là phản ứng oxi hoá – khử?
Trả lời:
1) S + O2 to
⎯⎯→ SO2
2) 4FeS2 + 11O2 to
⎯⎯→ 2Fe2O3 + 8SO2
3) 2SO2 + O2
t , xto
⎯⎯⎯→
⎯⎯⎯ 2SO3
4) SO3 + H2O ⟶ H2SO4
Trong các phản ứng trên, phản ứng (1), (2), (3) là phản ứng oxi hóa khử do có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tử.
Câu hỏi 6 trang 76 SGK Hóa học 10: Đèn xì oxygen – acetylene có cấu tạo gồm hai ống dẫn khí: một ống dẫn khí oxygen, một ống dẫn khí acetylene (Hình 15.1).
Khi đèn hoạt động, hai khí này được trộn vào nhau để thực hiện phản ứng đốt cháy theo sơ đồ:
C2H2 + O2 to
⎯⎯→ CO2 + H2O
Phản ứng toả nhiệt lớn, tạo ra ngọn lửa có nhiệt độ đạt đến 3 000°C nên được dùng dễ hàn cắt kim loại.
Hãy xác định chất oxi hóa, chất khử và lập phương trình hoá học của phản ứng trên theo phương pháp thăng bằng electron
Trả lời:
Phương trình hóa học của phản ứng: 12 1 02 to 4 22 12 2
C H2 O CO H O
− + + − + −
⎯⎯
+ → +
⇒ Chất oxi hóa là O2, chất khử là C2H2.
1 4
0 2
2
2 2C 2C 10e
5 O 4e 2O
− +
−
→ +
+ →
⇒ 2C2H2 + 5O2 to
⎯⎯→ 4CO2 + 2H2O
Câu hỏi 7 trang 77 SGK Hóa học 10: Trong quá trình luyện gang từ quặng chứa Fe2O3, ban đầu không khí nóng được nén vào lò cao, đốt cháy hoàn toàn than cốc kèm theo tỏa nhiệt mạnh:
C + O2 to
⎯⎯→ CO2
Khí CO2 đi lên phía trên, gặp các lớp than cốc và bị khử thành CO:
CO2 + C ⎯⎯→to CO
Tiếp đó, khí CO khử Fe2O3 thành Fe theo sơ đồ phản ứng tổng quát:
Fe2O3 + CO ⎯⎯→to Fe + CO2
Lập các phương trình hóa học ở trên, chỉ rõ chất oxi hóa, chất khử.
Trả lời:
- Lập phương trình: C + O2 to
⎯⎯→ CO2
0 2 o 4
2 t 2
C O CO
− +
+ ⎯⎯→
⇒ Chất khử là C, chất oxi hóa là O2.
0 4
0 2
2
1 C C 4e
1 O 4e 2O
+
−
→ +
+ →
⇒ C + O2 to
⎯⎯→ CO2
- Lập phương trình: CO2 + C ⎯⎯→to CO
to
C + CO2⎯⎯→ CO
⇒ Chất khử là C, chất oxi hóa là CO2.
0 2
4 2
1 C C 2e
1 C 2e C
+
+ +
→ +
+ →
⇒ CO2 + C ⎯⎯→to 2CO
- Lập phương trình: Fe2O3 + CO ⎯⎯→to Fe + CO2
3 2 2 2 o 0 4 2
2 3 t 2
Fe O CO Fe CO
+ − + − + −
+ ⎯⎯→ +
⇒ Chất khử là CO, chất oxi hóa là Fe2O3.
2 4
3 0
3 C C 2e
1 2 Fe 6e 2 Fe
+ +
+
→ +
+ →
⇒ Fe2O3 + 3CO ⎯⎯→to 2Fe + 3CO2
