Lý thuyết Phản ứng Oxi hóa - khử
<div id="11">
<h3 dir="ltr">1. Số oxi hóa</h3>
<p>Trong các đơn chất, điện tích của nguyên tử luôn bằng 0, trong phân tử hợp chất, điện tử của nguyên tử nói chung khác 0.</p>
<p>Ví dụ: Điện tích của Mg và O và trong hợp chất ion MgO tương ứng là 2+ và 2-. Trong phân tử HCl, điện tích thực của H và Cl lần lượt là <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mi mathvariant="normal">δ</mi><mo>+</mo><mi mathvariant="normal">δ</mi><mo>+</mo><mo> </mo><mi>và</mi><mo> </mo><mi mathvariant="normal">δ</mi><mo>-</mo><mi mathvariant="normal">δ</mi><mo>-</mo></math>, trong đó <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mn>0</mn><mo> </mo><mo><</mo><mo> </mo><mi>δ</mi><mi>δ</mi><mo> </mo><mo><</mo><mo> </mo><mn>1</mn><mo> </mo><mi>v</mi><mi>à</mi><mo> </mo><mi>g</mi><mi>i</mi><mi>á</mi><mo> </mo><mi>t</mi><mi>r</mi><mi>ị</mi><mo> </mo><mi>δ</mi><mi>δ</mi></math> này không thể xác định được.</p>
<p>Người ta thường sử dụng điện tích giả định thay vì điện tích thực và gọi đó là số oxi hóa.</p>
</div>
<p dir="ltr"><strong>a) Số oxi hóa là gì?</strong></p>
<p dir="ltr">Số oxi hóa của một nguyên tử một nguyên tố trong hợp chất là điện tích của nguyên tử nguyên tố đó với giả định đây là hợp chất ion.</p>
<p dir="ltr">VD: Trong các hợp chất ion:</p>
<p dir="ltr">-) Na<sup>+</sup>Cl<sup>-</sup>: Số oxi hóa của Na là +1 và của Cl là -1.</p>
<p dir="ltr">-) Mg<sup>2+</sup>O<sup>2-</sup>: Số oxi hóa của Mg là +2 và của O là -2.</p>
<div>
<p dir="ltr">-) Trong các hợp chất cộng hóa trị H-S-H: Giả định là hợp chất ion, hai cặp electron chung sẽ lệch hoàn toàn về phía nguyên tử S (có độ âm điện cao hơn), mỗi liên kết đơn có 1 electron của H bị chuyển sang S nên hợp chất ion giả định là H<sup>+</sup>S<sup>2-</sup>H<sup>+</sup>. Vậy số oxi hóa của H là +1, của S là -2.</p>
<p dir="ltr"><strong>b) Xác định số oxi hóa của nguyên tử các nguyên tố trong hợp chất</strong></p>
<p dir="ltr">Có 2 cách để xác định số oxi hóa của các nguyên tử nguyên tố hóa học trong hợp chất.</p>
<p dir="ltr">Cách 1: Dựa theo số oxi hóa của 1 số nguyên tử đã biết và điện tích của phân tử hoặc ion</p>
<p dir="ltr">Cách này thực hiện theo 2 quy tắc sau:</p>
<p dir="ltr"><strong>-) Quy tắc 1:</strong></p>
<p dir="ltr"> +) Số oxi hóa của nguyên tử nguyên tố trong đơn chất bằng 0/</p>
<p dir="ltr"> +) Trong các hợp chất, số oxi hóa của H là +1 (trừ một số hydride NaH, CaH<sub>2</sub>...). Số oxi hóa của O là -2 (trừ một số trường hợp như OF, HD,...). Số oxi hóa của các kim loại kiềm (nhóm IA: Li, Na, K...) luôn là +1, kim loại kiềm thổ (nhóm IIA: Be, Mg, Ca, Ba,...) luôn là +2, số oxi hóa của Al là +3.</p>
<p dir="ltr"><strong>-) Quy tắc 2: Dựa theo công thức cấu tạo</strong></p>
<p dir="ltr"> +) Đây là cách tính điện tích các nguyên tử trong hợp chất với giả định đó là hợp chất ion dựa vào công thức cấu tạo.</p>
<p dir="ltr"> +) Cách này có thể áp dụng cho mọi trường hợp nhưng phải biết công thức cấu tạo của chất.</p>
<p dir="ltr"><strong>VD: Xác định số oxi hóa của C và O trong hợp chất CO<sub>2</sub>:</strong></p>
<p dir="ltr">+) Carbon dioxide (CO<sub>2</sub>) có công thức cấu tạo là O=C=O</p>
<p dir="ltr">+) Trong mỗi liên kết đôi C = O, C góp 2e, khi giả định CO<sub>2</sub> là hợp chất ion thì 2e này chuyển sang O. Vì có hai liên kết C=O nên CO<sub>2</sub> có công thức giả định là O<sup>2-</sup>C<sup>4+</sup>O<sup>2-</sup> . Từ đó xác định được số oxi hóa của O là -2 và của C là +4.</p>
<p dir="ltr">Như vậy ta có thể rút ra:</p>
<p dir="ltr"><strong>Với giả thiết là hợp chất ion, số oxi hóa</strong><strong> của một nguyên tử một nguyên tố trong hợp chất là điện tích của nguyên tử nguyên tố đó.</strong></p>
<h3 dir="ltr">2. Phản ứng oxi hóa - khử</h3>
<p><strong>Nếu dựa vào số oxi hóa thì ta có thể phân loại các phản ứng hóa học thành 2 loại sau:</strong></p>
<ul>
<li>Phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tử trước và sau phản ứng</li>
<li>Phản ứng không có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tử trước và sau phản ứng</li>
</ul>
<p><strong>a) Một số khái niệm:</strong></p>
<div>
<div>
<p dir="ltr">- <strong>Phản ứng oxi hóa - khử</strong> là phản ứng hóa học trong đó có sự thay đổi số oxi hóa của ít nhất một nguyên tố hóa học.</p>
<p dir="ltr">VD:</p>
<p dir="ltr"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo><mo>:</mo><mo> </mo><mn>2</mn><mi>Ag</mi><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><msub><mi>Cl</mi><mn>2</mn></msub><mo> </mo><mo>→</mo><mo> </mo><mn>2</mn><mi>AgCl</mi></math></p>
<p dir="ltr"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo><mo>:</mo><mo> </mo><mn>2</mn><msub><mi>AgNO</mi><mn>3</mn></msub><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><msub><mi>BaCl</mi><mn>2</mn></msub><mo> </mo><mo>→</mo><mo> </mo><mi>AgCl</mi><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mi>Ba</mi><msub><mfenced><msub><mi>NO</mi><mn>3</mn></msub></mfenced><mn>2</mn></msub></math></p>
<p dir="ltr"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo><mo>:</mo><mo> </mo><msub><mi>Cl</mi><mn>2</mn></msub><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mn>2</mn><mi>NaOH</mi><mo> </mo><mo>→</mo><mo> </mo><mi>NaOCl</mi><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mi>NaCl</mi><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><msub><mi mathvariant="normal">H</mi><mn>2</mn></msub><mi mathvariant="normal">O</mi></math></p>
<p dir="ltr">Trong các phản ứng trên, phản ứng (1) và (3) là phản ứng oxi hóa khử vì có sự thay đổi số oxi hóa của các chất sau phản ứng. Phản ứng (3) là phản ứng tạo nước Javel, trong phản ứng này dù chỉ có sự thay đổi số oxi hóa ở chlorine nhưng nó vẫn là phản ứng oxi hóa - khử. Phản ứng (2) không phải phản ứng oxi hóa khử.</p>
<p dir="ltr">Với phản ứng oxi hóa - khử, một số khái niệm sau đây thường được sử dụng:</p>
<p dir="ltr">+) Chất khử (chất bị oxi hóa) là chất nhường e. Ví dụ Ag trong phản ứng (1).</p>
<p dir="ltr">+) Chất oxi hóa (chất bị khử) là chất nhận e. Ví dụ Cl<sub>2</sub> trong phản ứng 1</p>
<p dir="ltr">+) Quá trình oxi hóa (sự oxi hóa) là quá trình nhường e. Ví dụ quá trình Ag nhường e trong phản ứng (1).</p>
<p dir="ltr">+) Quá trình khử (sự khử) là quá trình nhận e. Ví dụ quá trình Cl nhận electron trong phản ứng (1).</p>
<p dir="ltr"><strong>b) Cân bằng phản ứng oxi hóa - khử theo phương pháp thăng bằng electron</strong></p>
<p dir="ltr">Phản ứng oxi hóa - khử có sự thay đổi số oxi hóa. Có nghĩa là có các quá trình nhường và nhận electron. Ta có thể cân bằng các phản ứng oxi hóa - khử theo nguyên tắc: "Trong một phản ứng, tổng số electron nhường phải bằng tổng số electron nhận.</p>
<p dir="ltr">VD1: Cân bằng phản ứng <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mi>Al</mi><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><msub><mi mathvariant="normal">O</mi><mn>2</mn></msub><mo> </mo><mo>→</mo><mo> </mo><msub><mi>Al</mi><mn>2</mn></msub><msub><mi mathvariant="normal">O</mi><mn>3</mn></msub></math></p>
<p dir="ltr">Bước 1: Xác định sự thay đổi số oxi hóa trước và sau phản ứng của các nguyên tử:</p>
<p dir="ltr"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mover><mi>Al</mi><mn>0</mn></mover><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mover><msub><mi mathvariant="normal">O</mi><mn>2</mn></msub><mn>0</mn></mover><mo> </mo><mo>→</mo><mo> </mo><mover><munder><mi>Al</mi><mn>2</mn></munder><mrow><mo>+</mo><mn>3</mn></mrow></mover><mover><munder><mi mathvariant="normal">O</mi><mn>3</mn></munder><mrow><mo>-</mo><mn>2</mn></mrow></mover></math></p>
<p dir="ltr">Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử:</p>
<p dir="ltr"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo><mo>:</mo><mo> </mo><mover><mi>Al</mi><mn>0</mn></mover><mo> </mo><mo>→</mo><mo> </mo><mover><mi>Al</mi><mrow><mo>+</mo><mn>3</mn></mrow></mover><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mn>3</mn><mi mathvariant="normal">e</mi><mspace linebreak="newline"/><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo><mo>:</mo><mo> </mo><mover><mi mathvariant="normal">O</mi><mn>0</mn></mover><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mn>2</mn><mi mathvariant="normal">e</mi><mo> </mo><mo>→</mo><mo> </mo><mover><mi mathvariant="normal">O</mi><mrow><mo>-</mo><mn>2</mn></mrow></mover></math></p>
<p dir="ltr">Bước 3: Thăng bằng electron bằng cách nhân hệ số vào các quá trình nhường và nhận e sao cho tổng số e nhường bằng tổng số e nhận. Cộng các quá trình (đã nhân hệ số) với nhau sẽ thu được sơ đồ (3) dưới đây:</p>
<p dir="ltr"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mn>2</mn><mo> </mo><mi mathvariant="normal">x</mi><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mover><mi>Al</mi><mn>0</mn></mover><mo> </mo><mo>→</mo><mo> </mo><mover><mi>Al</mi><mrow><mo>+</mo><mn>3</mn></mrow></mover><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mn>3</mn><mi mathvariant="normal">e</mi><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo><mspace linebreak="newline"/><mn>3</mn><mo> </mo><mi mathvariant="normal">x</mi><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mover><mi mathvariant="normal">O</mi><mn>0</mn></mover><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mn>2</mn><mi mathvariant="normal">e</mi><mo> </mo><mo>→</mo><mo> </mo><mover><mi mathvariant="normal">O</mi><mrow><mo>-</mo><mn>2</mn></mrow></mover><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo><mspace linebreak="newline"/><mspace linebreak="newline"/><mo>⇒</mo><mo> </mo><mn>2</mn><mover><mi>Al</mi><mn>0</mn></mover><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mn>3</mn><mover><mi mathvariant="normal">O</mi><mn>0</mn></mover><mo> </mo><mo>→</mo><mo> </mo><mn>2</mn><mover><mi>Al</mi><mrow><mo>+</mo><mn>3</mn></mrow></mover><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mn>3</mn><mover><mi mathvariant="normal">O</mi><mrow><mo>-</mo><mn>2</mn></mrow></mover></math></p>
<p dir="ltr">VD2: Cân bằng phản ứng <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mi>Cu</mi><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><msub><mi>HNO</mi><mn>3</mn></msub><mo> </mo><mo>→</mo><mo> </mo><mi>Cu</mi><msub><mfenced><msub><mi>NO</mi><mn>3</mn></msub></mfenced><mn>2</mn></msub><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mi>NO</mi><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><msub><mi mathvariant="normal">H</mi><mn>2</mn></msub><mi mathvariant="normal">O</mi></math></p>
<p>Bước 1: <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mover><mi>Cu</mi><mn>0</mn></mover><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mi mathvariant="normal">H</mi><mo> </mo><mover><mi mathvariant="normal">N</mi><mrow><mo>+</mo><mn>5</mn></mrow></mover><mo> </mo><msub><mi mathvariant="normal">O</mi><mn>3</mn></msub><mo> </mo><mo>→</mo><mo> </mo><mover><mi>Cu</mi><mrow><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></mover><msub><mfenced><msub><mi>NO</mi><mn>3</mn></msub></mfenced><mn>2</mn></msub><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mover><mi mathvariant="normal">N</mi><mrow><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></mover><mo> </mo><mi mathvariant="normal">O</mi><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><msub><mi mathvariant="normal">H</mi><mn>2</mn></msub><mi mathvariant="normal">O</mi></math></p>
<p>Bước 2:</p>
<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mover><mi>Cu</mi><mn>0</mn></mover><mo> </mo><mo>→</mo><mo> </mo><mover><mi>Cu</mi><mrow><mn>2</mn><mo>+</mo></mrow></mover><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mn>2</mn><mi mathvariant="normal">e</mi><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo><mspace linebreak="newline"/><mspace linebreak="newline"/><mover><mi mathvariant="normal">N</mi><mrow><mo>+</mo><mn>5</mn></mrow></mover><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mn>3</mn><mi mathvariant="normal">e</mi><mo> </mo><mo>→</mo><mo> </mo><mover><mi mathvariant="normal">N</mi><mrow><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></mover><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></math></p>
<p>Bước 3:</p>
<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mn>3</mn><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mi mathvariant="normal">x</mi><mo> </mo><mo> </mo><mover><mi>Cu</mi><mn>0</mn></mover><mo> </mo><mo>→</mo><mo> </mo><mover><mi>Cu</mi><mrow><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></mover><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mn>2</mn><mi mathvariant="normal">e</mi><mspace linebreak="newline"/><mn>2</mn><mo> </mo><mo> </mo><mo> </mo><mi mathvariant="normal">x</mi><mo> </mo><mo> </mo><mover><mi mathvariant="normal">N</mi><mrow><mo>+</mo><mn>5</mn></mrow></mover><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mn>3</mn><mi mathvariant="normal">e</mi><mo> </mo><mo>→</mo><mo> </mo><mover><mi mathvariant="normal">N</mi><mrow><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></mover><mspace linebreak="newline"/><mo>⇒</mo><mo> </mo><mn>3</mn><mover><mi>Cu</mi><mn>0</mn></mover><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mn>2</mn><mover><mi mathvariant="normal">N</mi><mrow><mo>+</mo><mn>5</mn></mrow></mover><mo> </mo><mo>→</mo><mo> </mo><mn>3</mn><mover><mi>Cu</mi><mrow><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></mover><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mn>2</mn><mover><mi mathvariant="normal">N</mi><mrow><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></mover></math></p>
<p>Bước 4: <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mn>3</mn><mi>Cu</mi><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mn>8</mn><msub><mi>HNO</mi><mn>3</mn></msub><mo> </mo><mo>→</mo><mo> </mo><mn>3</mn><mi>Cu</mi><msub><mfenced><msub><mi>NO</mi><mn>3</mn></msub></mfenced><mn>2</mn></msub><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mn>2</mn><mi>NO</mi><mo> </mo><mo>+</mo><mo> </mo><mn>4</mn><msub><mi mathvariant="normal">H</mi><mn>2</mn></msub><mi mathvariant="normal">O</mi></math></p>
<p><strong>c) Ý nghĩa và một số phản ứng oxi hóa - khử quan trọng</strong></p>
</div>
<p>- Phản ứng oxi hoá-khử có ý nghĩa rất quan trọng, hầu hết các quá trình tự nhiên và nhân tạo trên Trái Đất có liên quan đến phản ứng oxi hoá - khử.</p>
<p>- Một số loại phản ứng oxi hoá - khử quan trọng có thể kể ra như:</p>
<p><strong> +) Phản ứng liên quan đến việc cung cấp năng lượng:</strong></p>
<ul>
<li>Quá trình oxi hoá các phân tử thường giải phóng một lượng lớn năng lượng. </li>
<li>Từ xa xưa, con người đã biết cách đốt cháy than củi để lấy lửa sưởi ấm, nấu nướng,...Phản ứng sinh ra năng lượng dưới dạng nhiệt khi đốt than là: C + O<sub>2</sub> → CO<sub>2</sub></li>
<li>Phản ứng này toả năng lượng.</li>
<li>Các hoạt động của cơ thể đều cần năng lượng, sự hô hấp đã cung cấp oxygen để oxi hoá các chất, chẳng hạn đường glucose sinh ra năng lượng: C<sub>6</sub>H<sub>12</sub>O<sub>6</sub> + 6O<sub>2</sub> → 6CO<sub>2</sub> + 6H<sub>2</sub>O</li>
<li>Phản ứng này toả năng lượng.</li>
</ul>
<p><strong>+ Phản ứng liên quan đến việc lưu trữ năng lượng:</strong></p>
<ul>
<li>Pin lithium – ion trong điện thoại, máy tính, cũng như acquy trong ô tô, xe máy có thể dự trữ năng lượng dưới dạng điện năng dựa vào các phản ứng oxi hoá - khử.</li>
<li>Phản ứng quang hợp cũng là một trong những phản ứng oxi hoá - khử quan trọng nhất trên Trái Đất, năng lượng được lấy từ ánh sáng mặt trời và tích trữ trong tinh bột: 6CO<sub>2</sub> + 6H<sub>2</sub>O → C<sub>6</sub>H<sub>12</sub>O<sub>6</sub> + 6O<sub>2</sub></li>
</ul>
<p>Bên cạnh những phản ứng oxi hoá - khử quan trọng, có ích lợi đối với con người, còn có một loại phản ứng oxi hoá - khử diễn ra ngoài ý muốn, chẳng hạn các phản ứng ăn mòn kim loại, như sự tạo gỉ. Hằng năm, lượng kim loại mất đi do sự tạo gỉ vào khoảng 10-30% lượng kim loại được sản xuất ra, gây tổn thất rất lớn về kinh tế.</p>
<p>Một số kiến thức quan trọng cần nhớ:</p>
<p>-) Phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng hoá học trong đó có sự thay đổi số oxi hóa của ít nhất một nguyên tố hóa học.</p>
<p>-) Việc cân bằng phản ứng oxi hóa - khử dựa theo nguyên tắc: trong một phản ứng, tổng số electron nhường phải bằng tổng số electron nhận sự thăng bằng electron).</p>
</div>
</div>