Cách tính số oxi hóa: đơn chất bằng 0, tổng hợp chất bằng 0
Lớp 10Hóa học

Cách tính số oxi hóa: quy tắc, công thức và bài tập có đáp án

Trả lời nhanh

Để tính số oxi hóa, em áp dụng bốn quy tắc: đơn chất bằng 0; tổng số oxi hóa trong phân tử trung hòa bằng 0; tổng số oxi hóa trong ion bằng điện tích ion; và dùng các số oxi hóa quen thuộc (H là +1, O là –2, kim loại nhóm IA là +1, nhóm IIA là +2…) để lập phương trình tìm nguyên tố còn lại.

Số oxi hóa là gì?

Số oxi hóa của một nguyên tử trong phân tử là điện tích của nguyên tử đó nếu ta giả định mọi cặp electron dùng chung đều thuộc hẳn về nguyên tử có độ âm điện lớn hơn. Nó là con số quy ước, giúp em theo dõi sự cho – nhận electron trong phản ứng.

Cách viết: dấu đặt trước, số đặt sau, ví dụ +2, –1, +6 (khác với điện tích ion viết số trước, dấu sau như Fe2+, Cl–). Số oxi hóa có thể bằng 0, số nguyên, đôi khi là phân số (số oxi hóa trung bình).

4 quy tắc xác định số oxi hóa

  1. Quy tắc 1 – Đơn chất: số oxi hóa của nguyên tử trong đơn chất bằng 0. Ví dụ: Na, Fe, H2, O2, Cl2, S8, O3, kim cương C đều có số oxi hóa 0.
  2. Quy tắc 2 – Phân tử trung hòa: tổng số oxi hóa của tất cả nguyên tử trong phân tử bằng 0.
  3. Quy tắc 3 – Ion: ion đơn nguyên tử có số oxi hóa bằng điện tích ion (Na+: +1; S2–: –2). Với ion đa nguyên tử, tổng số oxi hóa các nguyên tử bằng điện tích của ion.
  4. Quy tắc 4 – Số oxi hóa quen thuộc trong hợp chất: dùng làm “điểm tựa” để tìm nguyên tố chưa biết (bảng dưới).

Bảng số oxi hóa thường gặp và ngoại lệ

Nguyên tố Số oxi hóa thường gặp Ngoại lệ cần nhớ
Kim loại nhóm IA (Li, Na, K…) +1 Không có ngoại lệ trong hợp chất
Kim loại nhóm IIA (Mg, Ca, Ba…) +2 Không có ngoại lệ trong hợp chất
Al +3 —
H +1 Hiđrua kim loại (NaH, CaH2): –1
O –2 Peoxit (H2O2, Na2O2): –1; OF2: +2
F –1 Luôn là –1 trong hợp chất
Cl, Br, I –1 Khi liên kết với O hoặc halogen có độ âm điện lớn hơn thì mang số dương (+1, +3, +5, +7)

Mẹo nhớ: chất nào “chắc chắn” thì dùng trước (kim loại kiềm, kiềm thổ, F, O, H), nguyên tố “linh hoạt” như S, N, Cl, Mn, Cr, C để lại giải sau cùng.

Quy trình 4 bước tính số oxi hóa

  1. Gọi số oxi hóa cần tìm là x.
  2. Ghi số oxi hóa đã biết của các nguyên tố còn lại, nhân với chỉ số trong công thức.
  3. Lập phương trình: tổng = 0 (phân tử) hoặc = điện tích (ion).
  4. Giải tìm x, rồi thử lại bằng cách cộng tổng.

Ví dụ có lời giải từng bước

Ví dụ 1: S trong H2SO4

2·(+1) + x + 4·(–2) = 0 ⟹ x = +6. Vậy S có số oxi hóa +6.

Ví dụ 2: Mn trong KMnO4

(+1) + x + 4·(–2) = 0 ⟹ x = +7.

Ví dụ 3: Cr trong K2Cr2O7

2·(+1) + 2x + 7·(–2) = 0 ⟹ 2x = 12 ⟹ x = +6. Chú ý có hai nguyên tử Cr nên phải nhân 2 cho x.

Ví dụ 4: N trong ion NH4+ và NO3–

  • NH4+: x + 4·(+1) = +1 ⟹ x = –3.
  • NO3–: x + 3·(–2) = –1 ⟹ x = +5.

Vì thế trong NH4NO3 có hai nguyên tử N mang hai số oxi hóa khác nhau: –3 và +5.

Ví dụ 5: Ion Cr2O72–

2x + 7·(–2) = –2 ⟹ 2x = 12 ⟹ x = +6. Kết quả trùng với K2Cr2O7, đúng vì ion K+ chỉ là “ion đi kèm”.

Ví dụ 6: Trường hợp ngoại lệ

  • H2O2: O có số oxi hóa –1 vì có liên kết O–O (2·(+1) + 2x = 0 ⟹ x = –1).
  • NaH: Na là +1 nên H là –1.
  • Ca(ClO)2: 2 + 2x + 2·(–2) = 0 ⟹ x = +1.

Ví dụ 7: Số oxi hóa trung bình

Fe3O4: 3x + 4·(–2) = 0 ⟹ x = +8/3. Đây là số oxi hóa trung bình. Thực tế Fe3O4 có thể viết là FeO·Fe2O3 nên có một nguyên tử Fe ở +2 và hai nguyên tử Fe ở +3 ((2 + 3 + 3)/3 = 8/3).

Tương tự, Na2S2O3: 2·(+1) + 2x + 3·(–2) = 0 ⟹ x = +2 (giá trị trung bình của hai nguyên tử S).

Số oxi hóa của cacbon trong hợp chất hữu cơ

Với hợp chất hữu cơ đơn giản vẫn dùng đúng các quy tắc trên (H là +1, O là –2) để tìm số oxi hóa của C.

Chất Phương trình Số oxi hóa C
CH4 x + 4 = 0 –4
CH3OH x + 4 – 2 = 0 –2
HCHO x + 2 – 2 = 0 0
HCOOH x + 2 – 4 = 0 +2
CO2 x – 4 = 0 +4

Dãy trên cho thấy quá trình oxi hóa dần metan đến CO2: số oxi hóa của C tăng từ –4 lên +4. Với phân tử nhiều C, các nguyên tử C có thể có số oxi hóa khác nhau nên tốt nhất chỉ tính số oxi hóa của từng C theo liên kết cụ thể hoặc tính trung bình khi đề yêu cầu.

Quy luật số oxi hóa của một nguyên tố: ví dụ với nitơ

Mỗi nguyên tố phi kim có một khoảng số oxi hóa. Số oxi hóa cao nhất của nguyên tố nhóm A thường bằng số thứ tự nhóm (N: +5, S: +6, Cl: +7), thấp nhất của phi kim bằng số thứ tự nhóm trừ 8 (N: –3, S: –2, Cl: –1).

Trục số oxi hóa của nitơ từ -3 đến +5 kèm công thức chất tiêu biểu
Các mức số oxi hóa của nitơ: từ –3 (NH3) đến +5 (HNO3)

Khi nguyên tố ở số oxi hóa thấp nhất (như N trong NH3) thì chỉ có thể làm chất khử. Khi ở số oxi hóa cao nhất (như N trong HNO3) thì chỉ có thể làm chất oxi hóa. Ở mức trung gian (như N trong NO2, HNO2) thì có thể là cả hai.

Ứng dụng: nhận biết chất khử, chất oxi hóa

Số oxi hóa tăng ⟹ nguyên tố nhường electron ⟹ là chất khử, bị oxi hóa. Số oxi hóa giảm ⟹ nhận electron ⟹ là chất oxi hóa, bị khử. Mẹo: “Khử cho – O nhận” (chất khử cho electron, chất oxi hóa nhận electron).

Ví dụ: Cu + 4HNO3 (đặc) → Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O

  • Cu: 0 → +2 (tăng): Cu là chất khử.
  • N trong HNO3: +5 → +4 trong NO2 (giảm): HNO3 là chất oxi hóa.
  • Hiện tượng: Cu tan dần, dung dịch chuyển xanh lam, có khí màu nâu đỏ thoát ra.

Lưu ý: trong phản ứng này chỉ 2 trong 4 phân tử HNO3 bị khử, 2 phân tử còn lại làm môi trường tạo muối Cu(NO3)2 nên số oxi hóa N không đổi.

Lỗi sai thường gặp

  • Quên nhân chỉ số: K2Cr2O7 có 2 nguyên tử Cr; quên nhân 2 sẽ ra x = +12.
  • Nhầm với điện tích ion: số oxi hóa viết +2, điện tích viết 2+. Với ion đơn nguyên tử hai giá trị bằng nhau, nhưng cách viết khác nhau.
  • Áp dụng máy móc O = –2: gặp H2O2, Na2O2, BaO2 thì O là –1.
  • Quên H = –1 trong hiđrua kim loại: NaH, CaH2, LiAlH4.
  • Nhầm số oxi hóa với hóa trị: hóa trị không mang dấu và là số liên kết; ví dụ trong H2O2 oxi hóa trị II nhưng số oxi hóa –1.

Bài luyện tập có đáp án

Bài 1. Tính số oxi hóa của Mn trong MnO42–.

Đáp án: x + 4·(–2) = –2 ⟹ x = +6.

Bài 2. Tính số oxi hóa của P trong H3PO4 và của C trong Na2CO3.

Đáp án: H3PO4: 3 + x – 8 = 0 ⟹ P là +5. Na2CO3: 2 + x – 6 = 0 ⟹ C là +4.

Bài 3. Xác định số oxi hóa của Cl trong các chất: HCl, HClO, KClO3, HClO4.

Đáp án: HCl: –1; HClO: +1; KClO3: +5; HClO4: +7.

Bài 4. Trong phản ứng Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu, chỉ ra chất khử và chất oxi hóa.

Đáp án: Fe từ 0 lên +2 nên Fe là chất khử; Cu2+ trong CuSO4 từ +2 xuống 0 nên CuSO4 là chất oxi hóa.

Tóm tắt cần nhớ

  • Đơn chất: 0; phân tử: tổng bằng 0; ion: tổng bằng điện tích.
  • Dùng H +1, O –2, IA +1, IIA +2, Al +3, F –1 làm điểm tựa, nhớ các ngoại lệ.
  • Số oxi hóa tăng là chất khử; giảm là chất oxi hóa.
  • Số oxi hóa trung bình có thể là phân số, như Fe3O4 là +8/3.

Cùng chuyên đề: Bài nằm trong mục lục Tổng hợp công thức Hóa học quan trọng thường gặp từ lớp 8 đến lớp 12. Bài sau: Công thức bảo toàn electron: cách dùng và bài tập có lời giải.

Câu hỏi thường gặp

Số oxi hóa của oxi luôn bằng –2 đúng không?

Không. O thường là –2, nhưng trong peoxit như H2O2, Na2O2 là –1, trong OF2 là +2 và trong đơn chất O2, O3 là 0.

Số oxi hóa của hiđro trong hợp chất là bao nhiêu?

Thường là +1 (HCl, H2O, NH3). Riêng trong hiđrua kim loại như NaH, CaH2 thì H có số oxi hóa –1.

Số oxi hóa khác hóa trị ở điểm nào?

Số oxi hóa có dấu, có thể bằng 0 hoặc phân số, được tính theo quy ước. Hóa trị là số liên kết hóa học của nguyên tử, không mang dấu. Ví dụ trong H2O2, O có hóa trị II nhưng số oxi hóa là –1.

Làm sao tính số oxi hóa của nguyên tố trong ion đa nguyên tử?

Gọi x là số oxi hóa cần tìm, dùng số oxi hóa đã biết của các nguyên tử còn lại, rồi cho tổng bằng điện tích của ion. Ví dụ SO4^2-: x + 4(–2) = –2 nên x = +6.

Bài học liên quan