Cân bằng KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2 bằng thăng bằng e

Trả lời nhanh

Phương trình đã cân bằng là 2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂ (đun nóng). Theo phương pháp thăng bằng electron, Mn⁺⁷ nhận 1e thành Mn⁺⁶ và nhận 3e thành Mn⁺⁴, tổng nhận 4e. Oxi (O^-2) nhường 4e để thành O₂. Số e nhận bằng số e nhường nên hệ số của KMnO₄ là 2.

Đề bài và loại phản ứng

Phản ứng cần cân bằng: KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂. Đây là phản ứng nhiệt phân thuốc tím, dùng để điều chế khí oxi trong phòng thí nghiệm. Điểm đặc biệt là chỉ có một chất phản ứng nhưng nó vừa là chất oxi hoá vừa là chất khử, nên gọi là phản ứng oxi hoá khử nội phân tử.

Bước 1: Xác định số oxi hoá của các nguyên tố

Chỉ xét nguyên tố có số oxi hoá thay đổi. K luôn là +1, nên với các hợp chất mangan:

KMnO₄: K +1, O −2 nên Mn = +7.
K₂MnO₄: 2·(+1) + Mn + 4·(−2) = 0 nên Mn = +6.
MnO₂: Mn + 2·(−2) = 0 nên Mn = +4.
O₂: số oxi hoá của O bằng 0 (đơn chất).

Vậy Mn giảm từ +7 xuống +6 và +4 (bị khử), O tăng từ −2 lên 0 (bị oxi hoá).

Bước 2: Viết các quá trình nhường, nhận electron

Sơ đồ thăng bằng electron cân bằng phương trình KMnO4 K2MnO4 MnO2 O2 — Hình 1. Số electron Mn nhận (1 + 3) bằng số electron oxi nhường (4).

Mn⁺⁷ + 1e → Mn⁺⁶ (quá trình khử)
Mn⁺⁷ + 3e → Mn⁺⁴ (quá trình khử)
2O^-2 → O₂⁰ + 4e (quá trình oxi hoá)

Vì cùng một chất KMnO₄ bị khử theo hai hướng, ta gộp hai quá trình nhận thành một: tổng số e Mn nhận khi cặp “một Mn lên +6, một Mn lên +4” là 1 + 3 = 4e.

Bước 3: Cân bằng số electron

Số e nhận = 4, số e nhường = 4 nên đã bằng nhau, không cần nhân hệ số. Như vậy một phân tử O₂ được tạo ra ứng với hai nguyên tử Mn bị khử: một lên +6 và một lên +4. Hai Mn đó lấy từ 2 phân tử KMnO₄, nên đặt hệ số 2 trước KMnO₄, và các sản phẩm đều có hệ số 1.

Bước 4: Kiểm tra lại số nguyên tử

Nguyên tố	Vế trái	Vế phải
K	2	2 (trong K₂MnO₄)
Mn	2	1 + 1 = 2
O	2 × 4 = 8	4 + 2 + 2 = 8

Các nguyên tố đều cân bằng. Phương trình hoàn chỉnh: 2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂ (điều kiện: nhiệt độ).

Hiện tượng và ứng dụng

Chất rắn màu tím đen (thuốc tím) bị đun nóng, dần chuyển thành hỗn hợp rắn sẫm màu gồm K₂MnO₄ và MnO₂.
Có khí không màu thoát ra làm que đóm còn tàn đỏ bùng cháy, đó là O₂.
Dùng để điều chế oxi ở phòng thí nghiệm với lượng nhỏ. Ống nghiệm nên nhét một nhúm bông ở miệng để bột không bị khí cuốn ra ngoài.

Những lỗi sai thường gặp

Nhầm số oxi hoá của Mn trong K₂MnO₄ thành +4. Phải tính bằng tổng số oxi hoá bằng 0.
Chỉ viết một quá trình khử cho Mn, bỏ quên quá trình còn lại nên số e không khớp.
Quên rằng O trong KMnO₄ mới là chất nhường e; Mn không thể vừa là chất khử vừa là chất oxi hoá ở cùng một quá trình.
Viết sai điều kiện: phản ứng cần đun nóng, không xảy ra ở nhiệt độ thường.

Mẹo nhớ nhanh

Với phản ứng nhiệt phân KMnO₄, hãy nhớ “hai thuốc tím, ba sản phẩm, mỗi thứ một”. Nếu cần lượng khí lớn hơn, nhân đôi toàn bộ hệ số: 4KMnO₄ → 2K₂MnO₄ + 2MnO₂ + 2O₂. Phương trình nhân đôi vẫn đúng nhưng không tối giản.

Luyện tập có đáp án

Cân bằng KClO₃ → KCl + O₂ (xúc tác MnO₂, nhiệt độ). Cl⁺⁵ + 6e → Cl^-1; 2O^-2 → O₂ + 4e. Bội chung nhỏ nhất của 6 và 4 là 12 nên nhân quá trình khử với 2, quá trình oxi hoá với 3. Đáp án: 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂.
Cân bằng KMnO₄ + HCl → KCl + MnCl₂ + Cl₂ + H₂O. Mn⁺⁷ + 5e → Mn⁺²; 2Cl^-1 → Cl₂ + 2e. Nhân 2 và 5. Đáp án: 2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O.
Tính thể tích O₂ (đktc) thu được khi nhiệt phân hoàn toàn 31,6 g KMnO₄ (M = 158). n(KMnO₄) = 0,2 mol, theo hệ số n(O₂) = 0,1 mol, V = 0,1 × 22,4 = 2,24 lít.

Câu hỏi thường gặp

Phương trình nhiệt phân KMnO4 đã cân bằng như thế nào?

2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2, phản ứng xảy ra khi đun nóng và sinh ra khí oxi.

Vì sao phản ứng nhiệt phân KMnO4 là phản ứng oxi hoá khử nội phân tử?

Vì cả chất khử (O trong KMnO4) lẫn chất oxi hoá (Mn+7) đều nằm trong cùng một chất phản ứng.

Số oxi hoá của Mn trong K2MnO4 là bao nhiêu?

Là +6, tính từ 2·(+1) + Mn + 4·(−2) = 0.

Nhiệt phân 31,6 g KMnO4 thu được bao nhiêu lít O2 (đktc)?

n(KMnO4) = 0,2 mol, theo phương trình n(O2) = 0,1 mol, thể tích là 2,24 lít.