Nghiên cứu phản ứng oxi hoá - Khửtrong chương trình hoá học phổ thông

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 ứng oxi hố -khử, NxbGD. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 66 Phụ Lục Giải bài tốn hố vơ cơ cĩ liên quan đến phương trình phản ứng oxi hĩa - khử. 1) Kim loại tác dụng với axit Bài tập: Hịa tan 5,6 gam Fe bằng dung dịch H2SO4 lỗng dư, thu được dung dịch X . Dung dịch X phản ứng vừa đủ với dung dịch KMnO4 0,5M. Tìm thể tích của KMnO4 đã dùng. HD: Theo đề nFe = 5,6/56 = 0,1 mol. Ta cĩ : gọi x là số mol KMnO4 Fe → Fe2+ + 2e 0,1 mol 0,1 mol Fe 2+ → Fe3+ + 1e 0,1 mol 0,1 mol Mn+7 + 5e → Mn2+ x mol 5x mol Theo phương pháp bảo tồn electron : n electron cho = n electron nhận ⇒ 5x = 0,1 ⇒ x = 0,02 mol. Vậy mlV 40 5,0 1000.02,0 == 2) Hỗn hợp oxit kim loại tác dụng với axit. Bài tập 1: Cho hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 cĩ khối lượng 4,04g phản ứng hết với dung dịch HNO3 dư thu được 336 ml NO (đktc, sản phẩm khử duy nhất). Tính số mol HNO3 đã phản ứng. HD: nNO = 0,336/ 22,4 = 0,015 mol. Ta cĩ : N+5 + 3e → N+2 3. 0,015 mol 0,015 mol Suy ra số mol electron trao đổi là : 0,045 mol . PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 67 Từ hỗn hợp X cĩ thể tạo ra tối đa : g4,416 2 045,004,4 =×+ Suy ra số mol Fe(NO3)3 trong dung dịch sau phản ứng : mol055,02 160 4,4 =× Số mol HNO3 phản ứng = số mol NO3- tạo muối + số mol NO3- tạo khí = 0,055.3 + 0,015 = 0,18 mol Bài tập2: Cho a gam FexOy tác dụng hồn tồn với H2SO4 đặc, nĩng sinh ra chất khí duy nhất là SO2. Mặt khá, khử hồn tồn a gam FexOy bằng CO ở nhịêt độ cao, sau đĩ cho lượng Fe tạo thành tác dụng với H2SO4 đặc nĩng. Sau phản ứng, người ta thu được một lượng khí SO2 nhiều gấp 9 lần lượng khí SO2 thốt ra từ thí nghiệm trên. a.Hãy viết phương trình hố học b.Xác định cơng thức oxit của sắt HD: OHyxSOyxSOxFeSOHyxOFe tyx 2234242 )26()23()()26(2 0 −+−+→−+ (1) n mol 0,5n(3x-2y) mol 2 0 yCOxFeyCOOFe tyx +→+ n mol nx mol 2Fe +6H2SO4 → 0t Fe2(SO4)3 + 3SO2 +6H2O (3) nx mol 1,5nx mol Gọi n mol là số mol của FexOy trong a gam FexOy Từ (1),(2),(3) và giả thuyết ta cĩ: 4 3 1 9 )23(5,0 5,1 =⇒= − y x yxn nx . Vậy cơng thức oxit sắt là Fe3O4 => Bài tốn rèn luyện kĩ năng viết, cân bằng PTHH, khả năng suy luận và tính tốn theo PTHH. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 68 3) Bài tốn hỗn hợp kim loại tác dụng với hỗn hợp axit. Bài tập 1: Cho 11,8g hỗn hợp Al và Cu phản ứng với dung dịch hỗn hợp axit HNO3 và H2SO4 dư thu được 13,44 lit (đktc) hỗn hợp khí SO2 và NO2 cĩ tỉ khối so với H2 là 26. Cơ cạn dung dịch, tính khối lượng muối thu được. HD: Áp dụng qui tắc đường chéo tính được : nSO2 = 0,2 mol nNO2 = 0,4 mol Ta cĩ các phương trình S+6 + 2e → S+4 2.0,2 mol 0,2 mol N+5 + 1e → N+4 1. 0,4 mol 0,4 mol Số mol electrom trao đổi là : 2. 0,2 + 0,4 = 0,8 mol. Khi cơ cạn thì ta cĩ : 4H+ + 4NO3- →to 4NO2 + 2H2O + O2 Vì vậy muối tạo thành là muối sufat. m muối = m ion kim loại + m gốc axit = g50962 8,06,11 =×+ Bài tập 2: Cho hỗn hợp Y gồm Fe và kim loại M hĩa trị n duy nhất. 1. Hịa tan hồn tồn 3,61 g hỗn hợp Y bằng dung dịch HCl thu được 2,1281 lít H2, cịn khi hịa tan 3,61 g hỗn hợp Y bằng dd HNO3 lỗng dư thì thu được 1,792 lít khí NO duy nhất. Hãy xác định kim loại M và tính % khối lượng của mỗi kim loại trong hỗn hợp Y. 2. Lấy 3,61 g hỗn hợp Y cho tác dụng với 100 ml dd chứa AgNO3 và Cu(NO3)2, khuấy kĩ tới phản ứng hồn tồn chỉ thu được 8,12 g chất rắn gồm 3 kim loại. Hịa tan chất rắn đĩ bằng dd HCl dư thấy bay ra 0,672 lít H2. Tính nồng độ mol của AgNO3 và Cu(NO3)2 trong dung dịch ban đầu của chúng. Biết các thể tích khí đo ở đktc và hiệu suất các phản ứng là 100 %. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 69 HD: Các phương trình phản ứng hĩa học xảy ra : 0 +2 Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 ↑ (1) 0 +n 2M + 2nHCl → 2MCln + nH2 ↑ (2) 0 +5 +3 +2 Fe + 4 HNO3 → Fe(NO3)3 + NO ↑ + 2H2O (3) 0 +5 +n +2 3M + 4nHNO3 → 2M(NO3)n + nNO + 2nH2O (4) Gọi x là số mol Fe, y là số mol M cĩ trong 3,61 g hỗn hợp Y. - Số mol electron Fe nhường ở (1) là : 2x - Số mol electron M nhường ở (2) là : ny - Số mol electron H2 nhận ở (1) và (2) là : 2,1281 . 2 /22,4 = 0,19 Ta cĩ : 2x + ny = 0,19 (a) - Số mol electron nhường ở (3) là : 3x ( Fe - 3e → Fe+3 ) - Số mol electron nhường ở (4) là : ny ( M - ne → M+n ) - Số mol electron nhận vào tạo ra NO là : 1,792 . 3 / 22,4 = 0,24 ( vì N+5 +3e → N+2 ) Ta cĩ : 3x + ny = 0,24 (b) Lấy (b) trừ đi (a) , ta được : 2x + ny = 0,19 3x + ny = 0,24 → x = 0,05 ; ny = 0,09 (c) Mặt khác theo khối lượng hỗn hợp : 0,05 . 56 + yM = 3,61 ; yM = 0,81 (d) Từ (c) : ny = 0,09 → y = 0,09 / n Thay vào (d) : nn ny M 9 09,0 81,009.0 :81,081,0 ==== Nghiệm duy nhất là n =3 ; M = 27 → nguyên tố nhơm ( Al ) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 70 4) Bài tốn hỗn hợp oxit kim loại tác dụng với hỗn hợp axit. Bài tập: Hỗn hợp chất rắn X gồm (Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 ) với số mol mỗi chất là 0,1 mol, hịa tan hết vào dung dịch Y gồm (HCl và H2SO4 lỗng) dư thu được dung dịch Z. Nhỏ từ từ dung dịch Cu(NO3)2 1M vào dung dịch Z cho tới khi ngừng thốt khí NO. Thể tích dung dịch Cu(NO3)2 cần dùng và thể tích khí thốt ra là bao nhiêu ? HD: Ta cĩ : Fe2O3 + FeO → Fe3O4 0,1 0,1 0,1 Hỗn hợp X gồm Fe3O4 : 0,2mol, Fe : 0,1mol + dung dịch Y. Fe3O4 + 8H+ → Fe2+ + 2Fe3+ + 4H2O 0,2 0,2 0,4 Fe + 2H+ → Fe2+ + H2 0,1 0,1 Dung dịch Z : (Fe2+ : 0,3 mol, Fe3+ : 0,4mol, +Cu(NO3)2) 3Fe2+ + NO3- + 4H+ → 3Fe3+ + NO + 2H2O 0,3 0,1 0,1 → VNO = 0,1 .22,4 = 2,24 (lit) n Cu(NO3)2 = 2 1 nNO3- = 0,05 mol → V ddCu(NO3)2 = mllit 50)(05,01 05,0 == 5) Kim loại và hợp chất tác dụng với axit Bài tập: (Sách giáo khoa hĩa học 10 (nâng cao), trang 177) Cho hỗn hợp FeS và Fe tác dụng với dung dịch HCl (dư), thu được 2,464 l hỗn hợp khí ở đktc. Dẫn hỗn hợp khí này đi qua dd Pb(NO3)2 dư, sinh ra 23,9 g kết tủa màu đen. a. Viết phương trình phản ứng của các phản ứng đã xảy ra PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 71 b. Hỗn hợp khí thu được gồm những khí nào? Tính tỉ lệ số mol các khí trong hỗn hợp c. Tính thành phần % theo khối lượng của hỗn hợp rắn ban đầu? HD: a. Các phản ứng xảy ra Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 (1) Fe + 2HCl → FeCl2 +H2S (2) H2S + Pb(NO3)2 → PbS↓ +2HNO3 (3) b. Hỗn hợp khí gồm H2 và khí H2S Từ (3) => )(1,0 239 9,23 2 molnn PbSSH === )(11,0 4,22 464,2 molnhhkhi == => )(01,01,011,02 molnH =−= Tỉ lệ số mol 2 khí là: 10 1 1,0 01,0 2 2 == SH H n n c. Từ (1),(2) => )(01,0 2 molnn HFe == => mFe = 0,01.56 =0,56 (g) SHFe nn 2s = = 0,1 (mol) => mFeS = 0,1.88 = 8,8 (g) % mFe = %98,5%100.8,856,0 56,0 = + ; %mFeS = 94,02%  Bài tập trên rèn luyện kĩ năng viết PTHH và kĩ năng tính tốn theo phương trình phản ứng. Qua đĩ HS khắc sâu hơn kiến thức đã học. Bài tốn đặc trưng của dẫn xuất hidrocacbon: Bài tập: Cho 0,1 mol andehit X tác dụng với lượng dư AgNO3 trong dung dịch NH3 đun nĩng thu được 43,2 gam bạc kết tủa. Hidro hố X thu được Y biết 0,1 mol Y phản ứng vừa đủ với 4,6 gam Na. Tìm cơng thức cấu tạo thu gọn của X. HD: Theo đề : 43,2 0,4 108Ag n mol= = ⇒ 0, 4 4 0,1 Ag X n n = = ⇒ X là HCHO hoặc andehit hai chức. Do X 2H Y+→ . Khi Y tác dụng với Na (0,2 mol) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 72 0,1X Yn n mol= = ⇒ Y cĩ 2H linh động ⇒ X là andehit hai chức. ⇒ CTCT (X) là OHC - CHO. -2 0 +4 +6 H2S S SO2 SO3, H2SO4 S thể hiện tính khử S thể hiện tính oxi hĩa PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial ::