SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
DỰ ĐOÁN SẢN PHẨM PHẢN
ỨNG OXI HOÁ ─ KHỬ
A. ĐẶT VẤN ĐỀ:
Như chúng ta đã biết, viết và cân bằng phản ứng là yếu tố cơ bản hàng đầu
trong hoá học. Ở chương trình hoá học phổ thông, học sinh biết viết các phản ứng
dựa vào tính chất của các hợp chất vô cơ. Tuy nhiên, với các phản ứng oxi hoá
khử sản phẩm của phản ứng thường không tuân theo các tính chất thông thường
đã học. Hầu hết các em viết phương trình phản ứng loại này chỉ biết dựa vào các
phương trình phản ứng cụ thể, chứ không có phương pháp tư duy sáng tạo nào.
Đây là bế tắc của nhiều học sinh. Không biết được sản phẩm của phản ứng tức là
không viết được phương trình phản ứng hoá học. Như vậy, mọi vấn đề của bài
toán đều bị bế tắc.
Qua những năm giảng dạy bộ môn hoá học, bản thân tôi nhận thấy rằng
cần phải đưa ra những nguyên tắc chung để học sinh có thể dự đoán được chính
xác phản ứng oxi hoá - khử chứ không phải nhớ từng phản ứng bằng kinh
nghiệm.
B. NỘI DUNG.
I. Căn cứ vào số oxi hoá
Số oxi hoá là dấu hiệu đầu tiên để biết phản ứng có xảy ra theo hướng phản
ứng oxi hoá - khử hay không; cũng như đánh giá vai trò của một chất khi nó tham
gia phản ứng phản ứng oxi hoá - khử.
- Nếu số oxi hoá của nguyên tố cao nhất thì chất đó chỉ có thể đóng vai trò
là chất oxi hoá. Số oxi hoá dương cao nhất của nguyên tố bằng số thứ tự của
nhóm. Riêng với kim loại, nếu tồn tại ở dạng cation độc lập, thì số oxi hoá dương cao
nhất là +3.
Thí dụ: Số oxi hoá dương cao nhất của S ( nhóm VIA) là (+6); số oxi hoá
dương cao nhất của Fe (nhóm VIIIB) trong hợp chất phức là (+8), nhưng dạng
ion độc lập chỉ là (+3).
Nếu số oxi hoá của nguyên tố là thấp nhất, chất chứa nguyên tố đó chỉ có
thể đóng vai trò chất khử. Số oxi hoá thấp nhất của nguyên tố phi kim bằng (8 -
số thứ tự của nhóm), số oxi hoá thấp nhất của kim loại bắng 0 (vì nguyên tử kim
loại không bao giờ nhận electron để trở thành ion âm được). Thí dụ: số oxi hoá
âm thấp nhất của Clo (nhóm VIIA) là (8-7=1).
Số oxi hoá của nguyên tố là trung gian thì chất chứa nguyên tố đó có thể
thể hiện cả tính khử lẫn tính oxi hoá. Nếu gặp chất khử thì nó đóng vai trò chất
oxi hoá và ngược lại.
Thí dụ: số oxi hoá của nguyên tố lưu huỳnh ở SO2 nằm trong khoảng
(-2<+4<+6). Nếu tác dụng với H2S (với trị số -2 là thấp nhất) chỉ là chất khử, SO2
lúc này phải đóng vai trò chất oxi hoá.
Phản ứng xảy ra: SO2 + 2H2S → 3 S + 2H2O
Nếu tác dụng với MnO4
‾ (Mn+7 cao nhất - chỉ đóng vai trò chất oxi hoá)
trong môi trường H+ lúc này SO2 phải đóng vai trò chất khử.
Phản ứng xảy ra: 5 SO2 + 2MnO4‾ + 8H+ → 5SO4
2‾ + 2Mn2+ + 4H2O
II. Căn cứ vào chiều hướng phản ứng oxi hoá - khử.
2.1. Cặp oxi hoá - khử.
2.1.1. Khái niệm về cặp oxi hoá - khử.
Chất oxi hoá và chất khử của cùng một nguyên tố hoá học tạo nên cặp
oxi hoá - khử của nguyên tố đó. Nếu nguyên tố đố là kim loại thì cặp oxi
hoá khử đó gọi là cặp oxi hoá - khử của kim loại.
Qui ước: Chất oxi hóa viết trước, cách chất khử một dấu gạch chéo(/).
Thí dụ: Fe3+/Fe2+; Br2/2Br‾
2.2.2. Dãy oxi hoá - khử của kim loại (dãy điện hoá):
Tính chất oxi hoá của ion kim loại tăng.
K+ Na+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Fe3+ Hg2+ Ag+ Hg2+ Pt2+
Au3+
K Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Fe2+ Hg Ag Hg Pt
Au
Tính chất khử của kim loại giảm
“Dãy điện hoá của kim loại là một dãy những cặp oxi hoá - khử được xắp
xếp theo chiều tăng tính chất oxi hoá của các ion kim loại và chiều giảm tính chất
khử của kim loại”.
2.2. Chiều hướng của phản ứng oxi hoá khử.
Phản ứng oxi hoá - khử chỉ xảy ra theo chiều: chất oxi hoá mạnh tác dụng
với chất khử mạnh tạo thành chất oxi hoá yếu hơn và chất khử yếu hơn.
Chất oxi hoá yếu Chất oxi hoá mạnh
Chất khử mạnh Chất khử yếu
2.3 Ý nghĩa của dãy điện hoá:
- Xác định về mặt định tính một phản ứng nào đó có thể xảy ra hay không.
- ử dụng dãy điện hoá có thể viết được những phản ứng mà tính chất thông
thường của các hợp chất vô cơ không thể chỉ rõ được.
Thí dụ: Cu + 2FeCl3 → CuCl2 + 2FeCl3
3AgNO3 + 3FeSO4 → 3Ag + Fe2(SO4)3 + Fe(NO3)3
Chỉ rõ trật tự phản ứng xảy ra khi cho hỗn hợp có nhiều chất đều có khả
năng phản ứng trên cơ sở đó để tính toán.
III.GIỚI THIỆU NHÓM CHẤT KHỬ PHỔ BIẾN.
Chất khử sẽ ứng với chất có chứa nguyên tố có số oxi hoá thấp nhất
hoặc trung gian.
Nó có thể là:
- Đơn chất kim loại, đơn chất phi kim (C,S,P,N…).
- Hợp chất (muối, bazơ, axit, oxit) như: FeCl2, CuS2, Fe(OH)2, HBr, H2S, CO,
Cu2O…
- ion (cation,anion) như: Fe2+, Cl‾, SO3
2‾…
IV. Giới thiệu nhóm oxi hoá phổ biến.
4.1. Anion NO3‾
4.1.1. Xét trong môi trường H+
Anion NO3‾ trong môi trường H+ có thể “ngầm” hiểu là HNO3
Đó là sản phẩm oxi hoá mạnh, sản phẩm khử của NO3‾ ứng với số oxi hoá
thấp của Nitơ – có thể là: NO2, NO, N2O, N2, NH4
+
.
Sản phẩm khử phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
- Bản chất của chất khử.
Chất khử càng mạnh, số oxi hoá của N bị hạ xuống càng thấp. Chẳng hạn
với cá kim loại từ Zn trở về trước có thể khử NO3‾ đến NH4
+
; nhưng các kim loại
từ Cu trở về sau (tính khử yếu) thường chỉ khử đến NO2, NO
- Nồng độ của chất phản ứng.
Thường nồng độ loãng tạo NO, đặc tạo NO2.
Thực tế không đơn giản như vậy vì trong quá trình phản ứng nồng độ chất
phản ứng thay đổi liên tục, do đó thường thu được hỗn hợp các sản phẩm ( để viết
chính xác cần căn cứ vào cá giả thiết).
Nếu H+ và NO3‾ lấy từ hai nguồn khá nhau, khi đề không nói rõ thì được
hiểu đó là loãng.
- Điều kiện thực hiện phản ứng - thường xét nhiệt độ.
Nếu ở nhiệt độ cao tính oxi hoá càng mạnh, nhiệt độ thấp tính oxi hoá kém; chưa
kể sự phối hợp giữa nồng độ và nhiệt độ có thể gây nên hiện tượng thụ động hoá.
Thí dụ: Với HNO3 rất loãng, lạnh thì tính oxi hoá của H+ lớn hơn của NO3‾
nên sản phẩm tạo ra là H2 và kim loại phản ứng chỉ đạt tới số oxi hoá thấp (không
xét ở CTPT).
Fe + 2HNO3 rất loãng,lạnh → Fe(NO3)2 + H2
Chú ý 1:
Al, Fe, Cr bị thụ động hoá với HNO3 đặc, nguội.
Tính chất này thường được dùng để tách Al, Fe ra khỏi các kim loại hoạt
động khác; muốn tách riêng Fe và Al dùng kiềm để chỉ mình Al phản ứng.
Nhận xét:
Như vậy, nếu dùng chất khử là kim loại khi tác dụng với H+, NO3‾ ta dùng
sơ đồ phản ứng (trong đó n ứng với số oxi hoá cao nhất của kim loại ở dạng ion
độc lập).
NO2(khí màu nâu đỏ, bị kiềm hấp thu,
làm đỏ quỷ tím ẩm)
NO(khí không màu hoá nâu trong không
khí)
N2O( khí không màu nặng hơn không khí)
M + H+ + NO3‾→Mn+ + H2O + N2 (khí không màu nhẹ hơn không khí)
NH4
+ (không có khí bay ra, dung dịch sau
phản ứng cho tác dụng với kiềm dư thì
thu
được khí có mùi khai làm xanh quỳ ẩm).
Chú ý 2:
- M là kim loại khác Au, Pt.
- Khi phải dùng công thức tổng quát: NxOy và xác định được tỷ lệ x:y = 2:3
thì phải hiểu đó là hỗn hợp “đồng số mol” của NO và NO2.
- Dù nồng độ đặc hay loãng nếu có các thuật ngữ gợi ý ở trên thì phải viết
đúng sản phẩm ấy.
