Câu hỏi mở đầu trang 71

Đề bài: Trong lò luyện gang, xảy ra phản ứng oxi hoá – khử theo sơ đồ sau:

$$\text{Fe}_2\text{O}_3 + \text{CO} \xrightarrow{t^o} \text{Fe} + \text{CO}_2$$

Về bản chất, phản ứng oxi hoá – khử là gì? Dựa vào dấu hiệu nào để nhận ra loại phản ứng đó? Làm thế nào để lập phương trình hoá học của phản ứng trên?

Lời giải:

• Bản chất: Phản ứng oxi hoá – khử là phản ứng hoá học xảy ra đồng thời quá trình nhường electron và quá trình nhận electron.
• Dấu hiệu nhận biết: Có sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tử trước và sau phản ứng.
• Cách lập phương trình: Sử dụng phương pháp thăng bằng electron với nguyên tắc: tổng số electron chất khử nhường = tổng số electron chất oxi hoá nhận.

I. Số oxi hoá

Câu 1 trang 73

Đề bài: Xác định số oxi hoá của nguyên tử Fe và S trong các chất sau:

a) Fe, FeO, $\text{Fe}_2\text{O}_3$, $\text{Fe(OH)}_3$, $\text{Fe}_3\text{O}_4$.

b) S, $\text{H}_2\text{S}$, $\text{SO}_2$, $\text{SO}_3$, $\text{H}_2\text{SO}_4$, $\text{Na}_2\text{SO}_3$.

Lời giải:

Áp dụng các quy tắc: trong đơn chất số oxi hoá = 0; trong hợp chất H có số oxi hoá +1, O có số oxi hoá −2, kim loại kiềm (như Na) có số oxi hoá +1; tổng số oxi hoá các nguyên tử trong phân tử bằng 0.

a) Số oxi hoá của Fe:

b) Số oxi hoá của S:

II. Chất oxi hoá, chất khử, phản ứng oxi hoá – khử

Hoạt động Xác định chất oxi hoá, chất khử trang 73

Đề bài: Thí nghiệm 1: Cho đinh sắt vào ống nghiệm đựng dung dịch $\text{CuSO}_4$. Thí nghiệm 2: Cho đinh sắt vào ống nghiệm đựng dung dịch $\text{H}_2\text{SO}_4$ loãng.

1. Viết quá trình oxi hoá, quá trình khử.
2. Xác định chất oxi hoá, chất khử trong hai phản ứng trên.

Lời giải:

Thí nghiệm 1: Phản ứng giữa Fe và dung dịch $\text{CuSO}_4$.

$$\overset{0}{\text{Fe}} + \overset{+2}{\text{Cu}}\text{SO}_4 \to \overset{+2}{\text{Fe}}\text{SO}_4 + \overset{0}{\text{Cu}}$$

• Quá trình oxi hoá: $\overset{0}{\text{Fe}} \to \overset{+2}{\text{Fe}} + 2e$
• Quá trình khử: $\overset{+2}{\text{Cu}} + 2e \to \overset{0}{\text{Cu}}$
• Chất khử: Fe; chất oxi hoá: $\text{CuSO}_4$.

Thí nghiệm 2: Phản ứng giữa Fe và dung dịch $\text{H}_2\text{SO}_4$ loãng.

$$\overset{0}{\text{Fe}} + \overset{+1}{\text{H}}_2\text{SO}_4 \to \overset{+2}{\text{Fe}}\text{SO}_4 + \overset{0}{\text{H}}_2\uparrow$$

• Quá trình oxi hoá: $\overset{0}{\text{Fe}} \to \overset{+2}{\text{Fe}} + 2e$
• Quá trình khử: $2\overset{+1}{\text{H}} + 2e \to \overset{0}{\text{H}}_2$
• Chất khử: Fe; chất oxi hoá: $\text{H}_2\text{SO}_4$.

Câu 2 trang 74

Đề bài: Trong không khí ẩm, $\text{Fe(OH)}_2$ màu trắng xanh chuyển dần sang $\text{Fe(OH)}_3$ màu nâu đỏ theo sơ đồ sau:

$$\text{Fe(OH)}_2 + \text{O}_2 + \text{H}_2\text{O} \to \text{Fe(OH)}_3$$

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 hoá.

Lời giải:

a) Xác định nguyên tử có sự thay đổi số oxi hoá:

• Fe trong $\text{Fe(OH)}_2$: +2 → Fe trong $\text{Fe(OH)}_3$: +3.
• O trong $\text{O}_2$: 0 → O trong $\text{Fe(OH)}_3$ và $\text{H}_2\text{O}$: −2.

→ Hai nguyên tử có sự thay đổi số oxi hoá là Fe và O.

b) Quá trình oxi hoá, quá trình khử:

• Quá trình oxi hoá: $\overset{+2}{\text{Fe}} \to \overset{+3}{\text{Fe}} + 1e$
• Quá trình khử: $\overset{0}{\text{O}}_2 + 4e \to 2\overset{-2}{\text{O}}$

c) Sự chuyển electron từ chất khử sang chất oxi hoá:

Cân bằng: $4\text{Fe(OH)}_2 + \text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \to 4\text{Fe(OH)}_3$.

III. Lập phương trình hoá học của phản ứng oxi hoá – khử

Câu 3 trang 75

Đề bài: Xét các phản ứng hoá học xảy ra trong công nghiệp:

a) $\text{Al(OH)}_3 \xrightarrow{t^o} \text{Al}_2\text{O}_3 + \text{H}_2\text{O}$

b) $\text{C} + \text{CO}_2 \xrightarrow{t^o} \text{CO}$

Phản ứng nào là phản ứng oxi hoá – khử? Lập phương trình hoá học của phản ứng oxi hoá – khử theo phương pháp thăng bằng electron.

Lời giải:

Xét phản ứng a): $\text{Al(OH)}_3 \to \text{Al}_2\text{O}_3 + \text{H}_2\text{O}$

Số oxi hoá: Al: +3 → +3; O: −2 → −2; H: +1 → +1.

→ Không có nguyên tử nào thay đổi số oxi hoá → phản ứng a) không phải phản ứng oxi hoá – khử.

Xét phản ứng b): $\text{C} + \text{CO}_2 \to \text{CO}$

Số oxi hoá: C (đơn chất): 0; C (trong $\text{CO}_2$): +4; C (trong CO): +2.

→ Có sự thay đổi số oxi hoá → phản ứng b) là phản ứng oxi hoá – khử.

Lập phương trình hoá học theo phương pháp thăng bằng electron:

Bước 1: Xác định số oxi hoá và chất oxi hoá, chất khử:

$$\overset{0}{\text{C}} + \overset{+4}{\text{C}}\text{O}_2 \to \overset{+2}{\text{C}}\text{O}$$

• Chất khử: C (đơn chất); chất oxi hoá: $\text{CO}_2$.

Bước 2: Viết quá trình oxi hoá, quá trình khử:

• Quá trình oxi hoá: $\overset{0}{\text{C}} \to \overset{+2}{\text{C}} + 2e$
• Quá trình khử: $\overset{+4}{\text{C}} + 2e \to \overset{+2}{\text{C}}$

Bước 3: Tìm hệ số: tổng electron nhường = tổng electron nhận = 2.

$$1 \times | ; \overset{0}{\text{C}} \to \overset{+2}{\text{C}} + 2e$$ $$1 \times | ; \overset{+4}{\text{C}} + 2e \to \overset{+2}{\text{C}}$$

Bước 4: Đặt hệ số vào phương trình và kiểm tra:

$$\text{C} + \text{CO}_2 \xrightarrow{t^o} 2\text{CO}$$

IV. Phản ứng oxi hoá – khử trong thực tiễn

Câu 4 trang 76

Đề bài: Nêu một số phản ứng oxi hoá – khử có lợi và có hại trong thực tế.

Lời giải:

Phản ứng oxi hoá – khử có lợi:

• Sự đốt cháy nhiên liệu (than đá, khí gas, xăng, dầu) để nấu ăn, sưởi ấm, chạy động cơ.
• Quá trình hô hấp ở người và động vật, quang hợp ở cây xanh.
• Sản xuất hoá chất công nghiệp: sulfuric acid, nitric acid, ammonia,…
• Luyện kim: sản xuất gang, thép, nhôm,…

Phản ứng oxi hoá – khử có hại:

• Sự han gỉ kim loại (gỉ sắt, đồ vật bằng kim loại bị oxi hoá) gây thiệt hại lớn cho máy móc, công trình.
• Sự ôi thiu của thức ăn (chất béo, dầu mỡ bị oxi hoá).
• Cháy nổ ngoài ý muốn gây thiệt hại về người và tài sản.

Câu 5 trang 76

Đề bài: Lập phương trình hoá học của các phản ứng trong quá trình sản xuất sulfuric acid theo sơ đồ mục IV.3. Trong các phản ứng đó, phản ứng nào là phản ứng oxi hoá – khử?

Lời giải:

Theo sơ đồ, quá trình sản xuất $\text{H}_2\text{SO}_4$ gồm 4 phản ứng. Lập phương trình hoá học:

Phản ứng (1): $\text{S} + \text{O}_2 \xrightarrow{t^o} \text{SO}_2$

• S: 0 → +4; O: 0 → −2 → có thay đổi số oxi hoá → là phản ứng oxi hoá – khử.

Phản ứng (2): $4\text{FeS}_2 + 11\text{O}_2 \xrightarrow{t^o} 2\text{Fe}_2\text{O}_3 + 8\text{SO}_2$

• Fe: +2 → +3; S: −1 → +4; O: 0 → −2 → có thay đổi số oxi hoá → là phản ứng oxi hoá – khử.

Phản ứng (3): $2\text{SO}_2 + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{xt}, ; t^o} 2\text{SO}_3$

• S: +4 → +6; O: 0 → −2 → có thay đổi số oxi hoá → là phản ứng oxi hoá – khử.

Phản ứng (4): $\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} \to \text{H}_2\text{SO}_4$

• S: +6 → +6; O: −2 → −2; H: +1 → +1 → không có thay đổi số oxi hoá → không là phản ứng oxi hoá – khử.

Kết luận: Các phản ứng oxi hoá – khử trong sơ đồ sản xuất $\text{H}_2\text{SO}_4$ là phản ứng (1), (2), (3). Phản ứng (4) không phải.

Câu 6 trang 76

Đề bài: 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:

$$\text{C}_2\text{H}_2 + \text{O}_2 \xrightarrow{t^o} \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$$

Phản ứng toả nhiệt lớn, tạo ra ngọn lửa có nhiệt độ đạt đến 3 000 °C nên được dùng để hàn cắt kim loại. Hãy xác định chất oxi hoá, chất khử và lập phương trình hoá học của phản ứng trên theo phương pháp thăng bằng electron.

Lời giải:

Bước 1: Xác định số oxi hoá và chất oxi hoá, chất khử.

Số oxi hoá của C trong $\text{C}_2\text{H}_2$: 2x + 2(+1) = 0 → x = −1.

$$\overset{-1}{\text{C}}_2\text{H}_2 + \overset{0}{\text{O}}_2 \to \overset{+4}{\text{C}}\text{O}_2 + \text{H}_2\overset{-2}{\text{O}}$$

• C: −1 → +4 → chất khử là $\text{C}_2\text{H}_2$.
• O: 0 → −2 → chất oxi hoá là $\text{O}_2$.

Bước 2: Viết quá trình oxi hoá, quá trình khử.

• Quá trình oxi hoá: $\overset{-1}{\text{C}} \to \overset{+4}{\text{C}} + 5e$
• Quá trình khử: $\overset{0}{\text{O}}_2 + 4e \to 2\overset{-2}{\text{O}}$

Bước 3: Tìm hệ số (bội số chung nhỏ nhất của 5 và 4 là 20):

$$4 \times | ; \overset{-1}{\text{C}} \to \overset{+4}{\text{C}} + 5e$$ $$5 \times | ; \overset{0}{\text{O}}_2 + 4e \to 2\overset{-2}{\text{O}}$$

Bước 4: Đặt hệ số vào phương trình:

Vì có hệ số 4 cho C, mà mỗi phân tử $\text{C}_2\text{H}_2$ chứa 2 C nên hệ số của $\text{C}_2\text{H}_2$ là 2.

$$2\text{C}_2\text{H}_2 + 5\text{O}_2 \xrightarrow{t^o} 4\text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$$

Kiểm tra: C: 4 = 4 ✓; H: 4 = 4 ✓; O: 10 = 8 + 2 = 10 ✓.

Câu 7 trang 77

Đề bài: Trong quá trình luyện gang từ quặng chứa $\text{Fe}_2\text{O}_3$, ban đầu không khí nóng được nén vào lò cao, đốt cháy hoàn toàn than cốc kèm theo toả nhiệt mạnh:

$$\text{C} + \text{O}_2 \xrightarrow{t^o} \text{CO}_2 \quad (1)$$

Khí $\text{CO}_2$ đi lên phía trên, gặp các lớp than cốc và bị khử thành CO:

$$\text{CO}_2 + \text{C} \xrightarrow{t^o} \text{CO} \quad (2)$$

Tiếp đó, khí CO khử $\text{Fe}_2\text{O}_3$ thành Fe theo phản ứng tổng quát:

$$\text{Fe}_2\text{O}_3 + \text{CO} \xrightarrow{t^o} \text{Fe} + \text{CO}_2 \quad (3)$$

Lập các phương trình hoá học ở trên, chỉ rõ chất oxi hoá, chất khử.

Lời giải:

Phản ứng (1): $\text{C} + \text{O}_2 \to \text{CO}_2$

Số oxi hoá: C: 0 → +4; O: 0 → −2.

• Quá trình oxi hoá: $\overset{0}{\text{C}} \to \overset{+4}{\text{C}} + 4e$
• Quá trình khử: $\overset{0}{\text{O}}_2 + 4e \to 2\overset{-2}{\text{O}}$

Tổng electron nhường = nhận = 4 → hệ số 1 cho cả hai vế.

$$\text{C} + \text{O}_2 \xrightarrow{t^o} \text{CO}_2$$

→ Chất khử: C; chất oxi hoá: $\text{O}_2$.

Phản ứng (2): $\text{CO}_2 + \text{C} \to \text{CO}$

Số oxi hoá: C (đơn chất): 0; C (trong $\text{CO}_2$): +4; C (trong CO): +2.

• Quá trình oxi hoá: $\overset{0}{\text{C}} \to \overset{+2}{\text{C}} + 2e$
• Quá trình khử: $\overset{+4}{\text{C}} + 2e \to \overset{+2}{\text{C}}$

$$1 \times | ; \overset{0}{\text{C}} \to \overset{+2}{\text{C}} + 2e$$ $$1 \times | ; \overset{+4}{\text{C}} + 2e \to \overset{+2}{\text{C}}$$

Đặt hệ số:

$$\text{CO}_2 + \text{C} \xrightarrow{t^o} 2\text{CO}$$

→ Chất khử: C (đơn chất); chất oxi hoá: $\text{CO}_2$.

Phản ứng (3): $\text{Fe}_2\text{O}_3 + \text{CO} \to \text{Fe} + \text{CO}_2$

Số oxi hoá: Fe: +3 → 0; C (trong CO): +2 → C (trong $\text{CO}_2$): +4.

• Quá trình oxi hoá: $\overset{+2}{\text{C}} \to \overset{+4}{\text{C}} + 2e$
• Quá trình khử: $2\overset{+3}{\text{Fe}} + 6e \to 2\overset{0}{\text{Fe}}$

Bội số chung của 2 và 6 là 6:

$$3 \times | ; \overset{+2}{\text{C}} \to \overset{+4}{\text{C}} + 2e$$ $$1 \times | ; 2\overset{+3}{\text{Fe}} + 6e \to 2\overset{0}{\text{Fe}}$$

Đặt hệ số:

$$\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{CO} \xrightarrow{t^o} 2\text{Fe} + 3\text{CO}_2$$

→ Chất khử: CO; chất oxi hoá: $\text{Fe}_2\text{O}_3$.

ThS. Lê Thị Mai Nhi

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT

Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ