Lời giải bài tập Hóa học lớp 10 Bài 13: Phản ứng oxi hóa - khử sách Cánh diều hay, chi tiết sẽ giúp học sinh dễ dàng trả lời câu hỏi Hóa học 10 Bài 13 từ đó học tốt môn Hóa 10.

Giải bài tập Hóa học lớp 10 Bài 13: Phản ứng oxi hóa - khử

Giải hóa học 10 trang 70 Cánh diều

Mở đầu trang 70 Hóa học 10: Quá trình bị gỉ của đinh ốc ngoài không khí được mô tả như hình dưới đây:

Trong quá trình này, hãy cho biết nguyên tử nguyên tố nào nhường electron, nguyên tố nào nhận electron. Giải thích.

Phương pháp giải:

- Viết PT.

- Xác định số oxi hóa của những nguyên tố có số oxi hóa thay đổi.

- Viết quá trình nhường electron, nhận electron.

Lời giải:

PT: 3O₂ + 4Fe + 6H₂O → 4Fe(OH)₃↓

Fe → Fe³⁺ + 3e (nhường electron).

O₂ + 4e → 2O^2- (nhận electron).

Giải hóa học 10 trang 71 Cánh diều

I. Số oxi hóa

Luyện tập 1 trang 71 Hóa học 10: Xác định số oxi hóa của mỗi nguyên tử nguyên tố trong các hợp chất ion Al₂O₃, CaF₂.

Phương pháp giải:

- Số oxi hóa của một nguyên tử một nguyên tố trong hợp chất là điện tích của nguyên tử nguyên tố đó.

- Cách xác định số oxi hóa

   + Cách 1: Dựa theo số oxi hóa của một số nguyên tử đã biết.

Quy tắc 1. Trong các hợp chất: Số oxi hóa của H là +1 (trừ NaH, CaH₂, …); Số oxi hóa của O là -2 (trừ OF₂, H₂O₂, …); Số oxi hóa của các kim loại kiềm (nhóm IA: Li, Na, K, ..,) là +1, kim loại kiềm thổ (nhóm IIA: Be, Mg, Ca, Ba, ...) là +2, số oxi hóa của Al là +3.

Quy tắc 2. Tổng các số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử bằng 0, của một ion đa nguyên tử bằng chính điện tích của ion đó.

   + Cách 2: Dựa theo công thức cấu tạo.

Cách tính điện tích các nguyên tử trong hợp chất với giả định đó là hợp chất ion dựa vào công thức cấu tạo.

Lời giải:

- Al₂O₃: Số oxi hóa của O là -2.

Gọi a là số oxi hóa của Al. Áp dụng quy tắc 1 và 2

=> a.2 + (-2).3 = 0 → x = +3

Vậy số oxi hóa của O là -2, Al là +3

- CaF₂

Gọi x là số oxi hóa của F, theo quy tắc 1 và 2 có:

1.(+2) + 2.x = 0 → x = -1.

Vậy số oxi hóa của Ca là +2, của F là -1.

Luyện tập 2 trang 71 Hóa học 10: Xác định số oxi hóa của mỗi nguyên tử trong hợp chất sau: N = O, CH₄.

Phương pháp giải:

- Số oxi hóa của một nguyên tử một nguyên tố trong hợp chất là điện tích của nguyên tử nguyên tố đó.

- Cách xác định số oxi hóa

   + Cách 1: Dựa theo số oxi hóa của một số nguyên tử đã biết.

Quy tắc 1. Trong các hợp chất: Số oxi hóa của H là +1 (trừ NaH, CaH₂, …); Số oxi hóa của O là -2 (trừ OF₂, H₂O₂, …); Số oxi hóa của các kim loại kiềm (nhóm IA: Li, Na, K, ..,) là +1, kim loại kiềm thổ (nhóm IIA: Be, Mg, Ca, Ba, ...) là +2, số oxi hóa của Al là +3.

Quy tắc 2. Tổng các số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử bằng 0, của một ion đa nguyên tử bằng chính điện tích của ion đó.

   + Cách 2: Dựa theo công thức cấu tạo.

Cách tính điện tích các nguyên tử trong hợp chất với giả định đó là hợp chất ion dựa vào công thức cấu tạo.

Lời giải:

- N = O có công thức ion giả định là N²⁺O^2-

Vậy số oxi hóa của N là +2, O là -2.

- CH₄ có công thức ion giả định là C^4-H₄⁺

 

Vậy số oxi hóa của C là -4, H là +1.

Câu hỏi 1 trang 71 Hóa học 10: Dựa theo quy tắc octet, giải thích vì sao số oxi hóa của O là -2, của kim loại nhóm IA là +1, của kim loại nhóm IIA là +2 và của Al là +3.

Phương pháp giải:

Quy tắc octet: trong phản ứng hóa học, các nguyên tử có xu hướng hình thành lớp vỏ bền vững như của khí hiếm.

Lời giải:

- Nguyên tử O với cấu hình electron là 1s²2s²2p⁴, có 6 electron ở lớp vỏ ngoài cùng nên xu hướng cơ bản là nhận thêm 2 electron để đạt được lớp vỏ có 8 electron ở lớp ngoài như khí hiếm ⇒ Vậy số oxi hóa của O là -2.

O + 2e → O^2-

- Nguyên tử kim loại nhóm IA có cấu hình electron chung là ns¹, có 1 electron ở lớp vỏ ngoài cùng nên xu hướng cơ bản là nhường đi 1 electron để đạt được lớp vỏ có 8 electron ở lớp ngoài như khí hiếm ⇒ Vậy số oxi hóa của kim loại nhóm IA là +1.

- Nguyên tử kim loại nhóm IIA có cấu hình electron chung là ns², có 2 electron ở lớp vỏ ngoài cùng nên xu hướng cơ bản là nhường đi 2 electron để đạt được lớp vỏ có 8 electron ở lớp ngoài như khí hiếm ⇒ Vậy số oxi hóa của kim loại nhóm IIA là +2.

- Nguyên tử Al với cấu hình electron là [Ne]3s²3p¹, có 3 electron ở lớp vỏ ngoài cùng nên xu hướng cơ bản là nhường đi 3 electron để đạt được lớp vỏ có 8 electron ở lớp ngoài như khí hiếm ⇒ Vậy số oxi hóa của Al là +3.

Al → Al³⁺ + 3e

Giải hóa học 10 trang 72 Cánh diều

Luyện tập 3 trang 72 Hóa học 10: Xác định số oxi hóa của mỗi nguyên tử trong của hợp chất: Fe₂O₃, Na₂CO₃, KAl(SO₄)₂.

Phương pháp giải:

- Cách xác định số oxi hóa

   + Quy tắc 1. Trong các hợp chất: Số oxi hóa của H là +1 (trừ NaH, CaH₂, …); Số oxi hóa của O là -2 (trừ OF₂, H₂O₂, …); Số oxi hóa của các kim loại kiềm (nhóm IA: Li, Na, K, ..,) là +1, kim loại kiềm thổ (nhóm IIA: Be, Mg, Ca, Ba, ...) là +2, số oxi hóa của Al là +3.

   + Quy tắc 2. Tổng các số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử bằng 0, của một ion đa nguyên tử bằng chính điện tích của ion đó.

Lời giải:

- Fe₂O₃

Gọi x là số oxi hóa của Fe, theo quy tắc 1 và 2 có:

2.x + 3.(-2) = 0 → x = +3.

Vậy số oxi hóa của Fe là +3, của O là -2.

- Na₂CO₃

Gọi x là số oxi hóa của C, theo quy tắc 1 và 2 có:

2.(+1) + 1.x + 3.(-2) = 0 → x = +4.

Vậy số oxi hóa của Na là +1, của C là +4, của O là -2.

- KAl(SO₄)₂

Gọi x là số oxi hóa của S, theo quy tắc 1 và 2 có:

1.(+1) + 1.(+3) + 2[1.x + 4.(-2)] = 0 → x = +6.

Vậy số oxi hóa của K là +1, của Al là +3, của S là +6, của O là -2.

Luyện tập 4 trang 72 Hóa học 10: Xác định số oxi hóa của mỗi nguyên tử trong các ion: NO₃^-, NH₄⁺, MnO₄^-.

Phương pháp giải:

- Cách xác định số oxi hóa

   + Quy tắc 1. Trong các hợp chất: Số oxi hóa của H là +1 (trừ NaH, CaH₂, …); Số oxi hóa của O là -2 (trừ OF₂, H₂O₂, …); Số oxi hóa của các kim loại kiềm (nhóm IA: Li, Na, K, ..,) là +1, kim loại kiềm thổ (nhóm IIA: Be, Mg, Ca, Ba, ...) là +2, số oxi hóa của Al là +3.

   + Quy tắc 2. Tổng các số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử bằng 0, của một ion đa nguyên tử bằng chính điện tích của ion đó.

Lời giải:

- NO₃^-

Gọi x là số oxi hóa của N, theo quy tắc 1 và 2 có:

1.x + 3.(-2) = -1 → x = +5.

Vậy số oxi hóa của N là +5, của O là -2.

- NH₄⁺

Gọi x là số oxi hóa của N, theo quy tắc 1 và 2 có:

1.x + 4.(+1) = +1 → x = -3.

Vậy số oxi hóa của N là -3, của H là +1.

- MnO₄^-

Gọi x là số oxi hóa của Mn, theo quy tắc 1 và 2 có:

1.x + 4.(-2) = -1 → x = +7.

Vậy số oxi hóa của Mn là +7, của O là -2

Luyện tập 5 trang 72 Hóa học 10: Xác định số oxi hóa của mỗi nguyên tố trong NH₃ theo cách 2.

Phương pháp giải:

- Viết công thức cấu tạo của NH₃ theo công thức Lewis.

- Cách tính điện tích các nguyên tử trong hợp chất với giả định đó là hợp chất ion dựa vào công thức cấu tạo.

Lời giải:

Bước 1: Viết cấu hình electron của N (Z = 7) và H (Z = 1)

N (Z = 7): 1s²2s²2p³

H (Z = 1): 1s¹

Bước 2: Biểu diễn sự hình thành các cặp electron chung cho NH₃

H có 1e ở lớp electron ngoài cùng, N có 5e ở lớp electron ngoài cùng.

⟹ Mỗi nguyên tử góp chung 1e để đạt cấu hình khí hiếm bền vững.

 

Bước 3: Công thức Lewis của NH₃

 

NH₃ có công thức ion giả định là N^3-H₃⁺

Vậy số oxi hóa của N là -3, của H là +1.

Câu hỏi 2 trang 72 Hóa học 10: Dựa vào độ âm điện, giải thích vì sao công thức ion giả định của OF₂ là F^-O²⁺F^- mà không phải là F⁺O^2-F⁺.

Phương pháp giải:

Trong liên kết giữa nguyên tử A và B, nếu độ âm điện của nguyên tử A nào nhỏ độ âm điện của nguyên tử B thì nguyên tử B mang phần điện tích âm, nguyên tử A mang điện tích dương.

Lời giải:

Độ âm điện của F (3,98) lớn hơn O (3,44) nên nguyên tử F mang phần điện tích âm còn nguyên tử O mang phần điện tích dương.

Giải hóa học 10 trang 73 Cánh diều

II. Phản ứng oxi hóa - khử

Câu hỏi 3 trang 73 Hóa học 10: Xác định số oxi hóa của các nguyên tử trong phản ứng (1), (2). Cho biết nguyên tố nào có sự thay đổi số oxi hóa.

Phương pháp giải:

- Cách xác định số oxi hóa

   + Quy tắc 1. Trong các hợp chất: Số oxi hóa của H là +1 (trừ NaH, CaH₂, …); Số oxi hóa của O là -2 (trừ OF₂, H₂O₂, …); Số oxi hóa của các kim loại kiềm (nhóm IA: Li, Na, K, ..,) là +1, kim loại kiềm thổ (nhóm IIA: Be, Mg, Ca, Ba, ...) là +2, số oxi hóa của Al là +3.

   + Quy tắc 2. Tổng các số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử bằng 0, của một ion đa nguyên tử bằng chính điện tích của ion đó.

Chú ý: Số oxi hóa của đơn chất bằng 0.

Lời giải:

(1) 2Ag⁰ + Cl₂⁰ → 2Ag⁺Cl^-

Nguyên tố Ag và Cl thay đổi số oxi hóa.

(2) 2Ag⁺N⁵⁺O₃^2- + Ba²⁺Cl₂^- → 2Ag⁺Cl^- + Ba²⁺(N⁵⁺O₃^2-)₂

Không có nguyên tố nào thay đổi số oxi hóa.

Câu hỏi 4 trang 73 Hóa học 10: Nguyên tố Cl thể hiện bao nhiêu số oxi hóa trong phản ứng (3)?

Phương pháp giải:

- Cách xác định số oxi hóa

   + Quy tắc 1. Trong các hợp chất: Số oxi hóa của H là +1 (trừ NaH, CaH₂, …); Số oxi hóa của O là -2 (trừ OF₂, H₂O₂, …); Số oxi hóa của các kim loại kiềm (nhóm IA: Li, Na, K, ..,) là +1, kim loại kiềm thổ (nhóm IIA: Be, Mg, Ca, Ba, ...) là +2, số oxi hóa của Al là +3.

   + Quy tắc 2. Tổng các số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử bằng 0, của một ion đa nguyên tử bằng chính điện tích của ion đó.

Chú ý: Số oxi hóa của đơn chất bằng 0.

Lời giải:

(3) Cl₂⁰ + 2NaOH → Na⁺O^2-Cl⁺ + Na⁺Cl^- + H₂O

Nguyên tố Cl thể hiện 3 số oxi hóa trong phản ứng (3).

Giải hóa học 10 trang 74 Cánh diều

Câu hỏi 5 trang 74 Hóa học 10: Trong phản ứng ở ví dụ 1, hãy chỉ ra chất khử, chất oxi hóa, quá trình khử, quá trình oxi hóa.

Phương pháp giải:

- Chất khử (chất bị oxi hóa) là chất nhường electron.

Na → Na⁺ + 1e (quá trình oxi hóa)

- Chất oxi hóa (chất bị khử) là chất nhận electron.

Cl + 1e → Cl^- (quá trình khử)

Lời giải:

Al + O₂ → Al₂O₃

Al⁰ → Al³⁺ + 3e (quá trình oxi hóa)

Al là chất nhường electron → chất khử.

O⁰ + 2e → O^2- (quá trình khử)

O là chất nhận electron → chất oxi hóa.

Câu hỏi 6 trang 74 Hóa học 10: Cân bằng các phản ứng oxi hóa – khử sau. Chỉ ra chất oxi hóa, chất khử, sự oxi hóa, sự khử.

Fe₂O₃ + CO → Fe + CO₂

NH₃ + O₂ → NO + H₂O

Phương pháp giải:

Bước 1. Xác định và ghi sự thay đổi số oxi hóa trước và sau phản ứng.

Al⁰ + O₂⁰ → Al₂³⁺O₃^2-

Bước 2. Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.

Al⁰ → Al³⁺ + 3e

O⁰ + 2e → O^2-

Bước 3. Thăng bằng electron bằng cách nhân thêm hệ số vào các bán phản ứng nhường và nhận electron sao cho tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận. Cộng các bán phản ứng (đã nhân hệ số) với nhau sẽ thu được sơ đồ.

2 x  3 x

Al0 → Al3+ + 3e O0 + 2e → O2-

⇒ 2Al⁰ + 3O⁰ → 2Al³⁺ + 3O^2-

Bước 4. Dựa vào sơ đồ để hoàn thành phương trình dạng phân tử.

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Lời giải:

a) Fe₂O₃ + CO → Fe + CO₂

Bước 1. Xác định và ghi sự thay đổi số oxi hóa trước và sau phản ứng.

Fe₂³⁺O₃^2- + C²⁺O^2- → Fe⁰ + C⁴⁺O₂^2-

Bước 2. Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.

Fe³⁺ + 3e → Fe

C²⁺ → C⁴⁺ + 2e

Bước 3. 

2 x  3 x

Fe3+ + 3e → Fe C2+ → C4+ + 2e

⇒ 2Fe³⁺ + 3C²⁺ → 2Fe + 3C⁴⁺

Bước 4. Dựa vào sơ đồ để hoàn thành phương trình dạng phân tử.

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

b) NH₃ + O₂ → NO + H₂O

Bước 1. Xác định và ghi sự thay đổi số oxi hóa trước và sau phản ứng.

N^3-H₃⁺ + O₂⁰ → N²⁺O^2- + H₂⁺O^2-

Bước 2. Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.

O₂⁰ + 4e → O^2-

N^3- → N²⁺ + 5e

Bước 3.

5 x  4 x

O20 + 4e → 2O2- N3- → N2+ + 5e

⇒ 4N^3- + 5O₂⁰ → 4N²⁺O^2- + 6O^2-

Bước 4. Dựa vào sơ đồ để hoàn thành phương trình dạng phân tử.

4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O

Câu hỏi 7 trang 74 Hóa học 10: Các phản ứng trên thường gặp trong cuộc sống và sản xuất. Những phản ứng này thường diễn ra trong quá trình nào?

Phương pháp giải:

Bước 1. Xác định và ghi sự thay đổi số oxi hóa trước và sau phản ứng.

Al⁰ + O₂⁰ → Al₂³⁺O₃^2-

Bước 2. Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.

Al⁰ → Al³⁺ + 3e

O⁰ + 2e → O^2-

Bước 3. Thăng bằng electron bằng cách nhân thêm hệ số vào các bán phản ứng nhường và nhận electron sao cho tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận. Cộng các bán phản ứng (đã nhân hệ số) với nhau sẽ thu được sơ đồ.

2 x  3 x

Al0 → Al3+ + 3e O0 + 2e → O2-

⇒ 2Al⁰ + 3O⁰ → 2Al³⁺ + 3O^2-

Bước 4. Dựa vào sơ đồ để hoàn thành phương trình dạng phân tử.

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Lời giải:

 Các phản ứng trên thường gặp trong cuộc sống và sản xuất. Những phản ứng này thường diễn ra trong quá trình sản xuất gang và sản xuất acid nitric.

Luyện tập 6 trang 74 Hóa học 10: Cân bằng các phản ứng oxi hóa – khử sau:

a) HCl + PbO₂ → PbCl₂ + Cl₂ + H₂O

b) KMnO₄ + HCl → KCl + MnCl₂ + Cl₂ + H₂O

Phương pháp giải:

Bước 1. Xác định và ghi sự thay đổi số oxi hóa trước và sau phản ứng.

Al⁰ + O₂⁰ → Al₂³⁺O₃^2-

Bước 2. Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.

Al⁰ → Al³⁺ + 3e

O⁰ + 2e → O^2-

Bước 3. Thăng bằng electron bằng cách nhân thêm hệ số vào các bán phản ứng nhường và nhận electron sao cho tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận. Cộng các bán phản ứng (đã nhân hệ số) với nhau sẽ thu được sơ đồ.

2 x  3 x

Al0 → Al3+ + 3e O0 + 2e → O2-

⇒ 2Al⁰ + 3O⁰ → 2Al³⁺ + 3O^2-

Bước 4. Dựa vào sơ đồ để hoàn thành phương trình dạng phân tử.

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Lời giải:

a) HCl + PbO₂ → PbCl₂ + Cl₂ + H₂O

H⁺Cl^- + Pb⁴⁺O₂^2- → Pb²⁺Cl₂^- + Cl₂⁰ + H₂⁺O^2-

1 x  1 x

2Cl- → Cl20 + 2e Pb4+ + 2e → Pb2+

⇒ 2Cl^- + Pb⁴⁺ → Pb²⁺ + Cl₂⁰

2HCl + PbO₂ → PbCl₂ + Cl₂ + H₂O

b) KMnO₄ + HCl → KCl + MnCl₂ + Cl₂ + H₂O

K⁺Mn⁷⁺O₄^2- + H⁺Cl^- → K⁺Cl^- + Mn²⁺Cl₂^- + Cl₂⁰ + H₂⁺O^2-

5 x  2 x

2Cl- → Cl20 + 2e Mn7+ + 5e → Mn2+

⇒ 10Cl^- + 2Mn⁷⁺ → 2Mn²⁺ + 5Cl₂⁰

2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O

Vận dụng 1 trang 74 Hóa học 10: Sắt bị gỉ trong không khí ẩm. Đó có phải là phản ứng oxi hóa – khử không? Đề xuất một vài biện pháp hạn chế sự tạo gỉ kim loại nêu trên.

Lời giải:

Sắt bị gỉ trong không khí ẩm có là phản ứng oxi hóa – khử vì có sự trao đổi electron trong đó Fe là chất khử, O₂ là chất oxi hóa.

3O₂ + 4Fe + 6H₂O → 4Fe(OH)₃↓

Đề xuất một vài biện pháp hạn chế sự tạo gỉ kim loại nêu trên.

- Ngăn không cho kim loại tiếp xúc với môi trường: sơn mạ, bôi dầu mỡ ... lên trên bề mặt kim loại.

- Chế tạo hợp kim ít bị ăn mòn: ví dụ như cho thêm vào thép một số kim loại như crom, niken để làm tăng độ bền.

Giải hóa học 10 trang 75 Cánh diều

Câu hỏi 8 trang 75 Hóa học 10: Hãy viết các quá trình thay đổi số oxi hóa của mỗi nguyên tử nguyên tố trong phản ứng oxi hóa hoàn toàn methane.

Lời giải:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

C^-4H₄⁺ + O₂⁰ → C⁴⁺O₂^2- + H₂⁺O^2-

Quá trình thay đổi số oxi hóa

C^-4  → C⁴⁺ + 8e

O₂⁰ + 4e → 2O^2-

Giải hóa học 10 trang 76 Cánh diều

Bài tập (trang 76)

Bài 1 trang 76 Hóa học 10: Xác định số oxi hóa của mỗi nguyên tử trong các phân tử và ion sau đây:

a) H₂SO₃

b) Al(OH)₄^-

c) NaAlH₄

d) NO₂^-

Phương pháp giải:

- Cách xác định số oxi hóa

   + Quy tắc 1. Trong các hợp chất: Số oxi hóa của H là +1 (trừ NaH, CaH₂, …); Số oxi hóa của O là -2 (trừ OF₂, H₂O₂, …); Số oxi hóa của các kim loại kiềm (nhóm IA: Li, Na, K, ..,) là +1, kim loại kiềm thổ (nhóm IIA: Be, Mg, Ca, Ba, ...) là +2, số oxi hóa của Al là +3.

   + Quy tắc 2. Tổng các số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử bằng 0, của một ion đa nguyên tử bằng chính điện tích của ion đó.

Lời giải:

a) H₂SO₃

Gọi x là số oxi hóa của S, theo quy tắc 1 và 2 có:

2.(+1) + 1.x + 3.(-2) = 0 → x = +4.

Vậy số oxi hóa của H là +1, của S là +4, của O là -2.

b) Al(OH)₄^-

Gọi x là số oxi hóa của Al, theo quy tắc 1 và 2 có:

1.x + 4.[1.(-2) + 1.(+1)] = -1 → x = +3.

Vậy số oxi hóa của Al là +3, của O là -2, của H là +1.

c) NaAlH₄

Gọi x là số oxi hóa của H, theo quy tắc 1 và 2 có:

1.(+1) + 1.(+3) + 4.x = 0 → x = -1.

Vậy số oxi hóa của Na là +1, của Al là +3, của H là -1.

d) NO₂^-

Gọi x là số oxi hóa của N, theo quy tắc 1 và 2 có:

1x + 2.(-2) = -1 → x = +3.

Vậy số oxi hóa của N là +3, của O là -2

Bài 2 trang 76 Hóa học 10: Xác định chất oxi hóa, chất khử, quá trình oxi hóa, quá trình khử trong các phản ứng sau:

a) Ag⁺ + Fe²⁺ → Ag + Fe³⁺

b) 3Hg²⁺ + 2Fe → 3Hg + 2Fe³⁺

c) 2As + 3Cl₂ → 2AsCl₃

d) Al + 6H⁺ + 3NO₃^- → Al³⁺ + 3NO₂ + 3H₂O

Phương pháp giải:

- Chất khử (chất bị oxi hóa) là chất nhường electron.

Na → Na⁺ + 1e (quá trình oxi hóa)

- Chất oxi hóa (chất bị khử) là chất nhận electron.

Cl + 1e → Cl^- (quá trình khử)

Lời giải:

a) Ag⁺ + Fe²⁺ → Ag + Fe³⁺

Ag⁺ + 1e → Ag (quá trình khử)

Fe²⁺ → Fe³⁺+ 1e (quá trình oxi hóa)

Chất oxi hóa: Ag⁺

Chất khử: Fe²⁺

b) 3Hg²⁺ + 2Fe → 3Hg + 2Fe³⁺

Hg²⁺ + 2e → Hg (quá trình khử)

Fe → Fe³⁺ + 3e (quá trình oxi hóa)

Chất oxi hóa: Hg²⁺

Chất khử: Fe

c) 2As + 3Cl₂ → 2AsCl₃

As → As³⁺ + 3e (quá trình oxi hóa)

Cl₂ + 2e → 2Cl^- (quá trình khử)

Chất khử: As

Chất oxi hóa: Cl₂

d) Al + 6H⁺ + 3N⁵⁺O₃^- → Al³⁺ + 3N⁴⁺O₂ + 3H₂O

Al → Al³⁺ + 3e (quá trình oxi hóa)

N⁵⁺ + 1e → N⁴⁺ (quá trình khử)

Chất khử: Al

Chất oxi hóa: NO₃^-

Bài 3 trang 76 Hóa học 10: Cân bằng các phản ứng oxi hóa – khử sau đây bằng Phương pháp giải thăng bằng electron

a) NaBr + Cl₂ → NaCl + Br₂

b) Fe₂O₃ + CO → Fe + CO₂

c) CO + I₂O₅ → CO₂ + I₂

d) Cr(OH)₃ + Br₂ + OH^- → CrO₄^2- + Br^- + H₂O

e) H⁺ + MnO₄^- + HCOOH → Mn²⁺ + H₂O + CO₂

Phương pháp giải:

Bước 1. Xác định và ghi sự thay đổi số oxi hóa trước và sau phản ứng.

Al⁰ + O₂⁰ → Al₂³⁺O₃^2-

Bước 2. Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.

Al⁰ → Al³⁺ + 3e

O⁰ + 2e → O^2-

Bước 3. Thăng bằng electron bằng cách nhân thêm hệ số vào các bán phản ứng nhường và nhận electron sao cho tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận. Cộng các bán phản ứng (đã nhân hệ số) với nhau sẽ thu được sơ đồ.

2 x  3 x

Al0 → Al3+ + 3e O0 + 2e → O2-

⇒ 2Al⁰ + 3O⁰ → 2Al³⁺ + 3O^2-

Bước 4. Dựa vào sơ đồ để hoàn thành phương trình dạng phân tử.

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Lời giải:

a) NaBr + Cl₂ → NaCl + Br₂

Na⁺Br^- + Cl₂⁰ → Na⁺Cl^- + Br₂⁰

1 x  1 x

2Br- → Br20 + 2e Cl20 + 2e → 2Cl-

⇒ 2Br^- + Cl₂→ Br₂+ 2Cl^-

2NaBr + Cl₂ → 2NaCl + Br₂

b) Fe₂O₃ + CO → Fe + CO₂

Fe₂³⁺O^2- + C²⁺O^2- → Fe⁰ + C⁴⁺O₂^2-

3 x  2 x

C2+ → C4+ + 2e Fe3+ + 3e → Fe0

⇒ 2Fe³⁺ + 3C²⁺ → 2Fe + 3C⁴⁺

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

c) CO + I₂O₅ → CO₂ + I₂

C²⁺O^2- + I₂⁵⁺O₅^2- → C⁴⁺O₂^2- + I₂⁰

5 x  2 x

C2+ → C4+ + 2e I25+ + 5e → I20

⇒ 5C²⁺ + 2I₂⁵⁺ →  5C⁴⁺ + 2I₂

5CO + 2I₂O₅ → 5CO₂ + 2I₂

d) Cr(OH)₃ + Br₂ + OH^- → CrO₄^2- + Br^- + H₂O

Cr³⁺(OH)₃^- + Br₂⁰ + OH^- → Cr⁶⁺O₄^2- + Br^- + H₂O

2 x  3 x

Cr3+ → Cr6+ + 3e Br20 + 2e → 2Br-

⇒ 2Cr³⁺ + 3Br₂⁰ → 2Cr⁶⁺ + 6Br^-

2Cr(OH)₃ + 3Br₂ + 10OH^- → 2CrO₄^2- + 6Br^- + 8H₂O

e) H⁺ + MnO₄^- + HCOOH → Mn²⁺ + H₂O + CO₂

 H⁺ + Mn⁷⁺O₄^- + H¹⁺C²⁺O^2-O^2-H¹⁺ → Mn²⁺ + H₂O + C⁴⁺O₂

5 x  2 x

C2+ → C4++ 2e Mn7+ + 5e → Mn2+

⇒ 2Mn⁷⁺ + 5C²⁺ → 2Mn²⁺+5C⁴⁺

6H⁺ + 2MnO₄^- + 5HCOOH → 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5CO₂

Bài 4 trang 76 Hóa học 10: Nước oxy già có tính oxi hóa mạnh, do khả năng oxi hóa của hydrogen peroxide (H₂O₂).

a) Từ công thức cấu tạo H – O – O – H, hãy xác định số oxi hóa của mỗi nguyên tử.

b) Nguyên tử nguyên tố nào gây nên tính oxi hóa của H₂O₂. Viết các quá trình oxi hóa, quá trình khử minh họa.

Phương pháp giải:

- Dựa theo công thức cấu tạo.

   + Cách tính điện tích các nguyên tử trong hợp chất với giả định đó là hợp chất ion dựa vào công thức cấu tạo.

Lời giải:

a) H – O – O – H

Số oxi hóa của H là +1

Gọi x là số oxi hóa của O, theo quy tắc 1 và 2 có:

1.(+1) + 1.x + 1.x + 1.(+1) = 0 → x = -1.

Vậy số oxi hóa của H là +1, của O là -1 (trường hợp đặc biệt).

b) Nguyên tố O gây nên tính oxi hóa của H₂O₂.

2Fe²⁺ + H₂O₂ + 2H⁺ → 2Fe³⁺ + 2H₂O(quá trình oxi hóa)

2Fe³⁺ + H₂O₂ + 2OH- → 2Fe²⁺ + 2H₂O + O₂ (quá trình khử)

Bài 5 trang 76 Hóa học 10: Xăng E5 là một loại xăng sinh học, được tạo thành khi trộn 5 thể tích ethanol C₂H₅OH (cồn) với 95 thể tích xăng truyền thống, giúp thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch, phù hợp với xu thế phát triển chung trên thế giới và góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.

Viết phương trình đốt cháy ethanol thành CO₂ và H₂O. Phản ứng này có phải là phản ứng oxi hóa – khử hay không? Nó thuộc loại phản ứng cung cấp hay tích trữ năng lượng?

Lời giải:

C₂H₅OH + 4O₂ → 3CO₂ + 3H₂O

C₂^2-H₅⁺O^2-H⁺ + O₂⁰ → C⁴⁺O₂^2- + H₂O

C^2- → C⁴⁺ + 6e (quá trình oxi hóa)

O₂⁰ + 4e → 2O^2- (quá trình khử)

Phản ứng này có là phản ứng oxi hóa – khử. Nó thuộc loại phản ứng cung cấp năng lượng

Lý thuyết Phản ứng oxi hóa – khử

I. Số oxi hóa

1. Khái niệm số oxi hóa

- 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.

Ví dụ:

- Trong các hợp chất ion:

+ K⁺Cl^-: số oxi hóa của K là +1, của Cl là -1.

+ Ca²⁺O^2-: số oxi hóa của Ca là +2, của O là -2.

- Trong các hợp chất cộng hóa trị:

H – O – H: với giả định là hợp chất ion, hai cặp electron dùng chung sẽ lệch hoàn toàn về phía nguyên tử O (có độ âm điện lớn hơn), mỗi liên kết đơn có một electron của H bị chuyển sang O nên hợp chất ion giả định là H⁺O^2-H⁺. Vậy số oxi hóa của H là +1, của O là -2.

2. Cách xác định số oxi hóa của nguyên tử các nguyên tố trong hợp chất

Có hai cách để xác định số oxi hóa của các nguyên tử nguyên tố hóa học trong hợp chất.

Cách 1: Dựa theo số oxi hóa của một nguyên tử đã biết và điện tích của phân tử hoặc ion. Theo cách này có hai quy tắc:

- Quy tắc 1:

+ Số oxi hóa của nguyên tử nguyên tố trong đơn chất bằng 0.

+ Trong các hợp chất: Số oxi hóa của H là +1 (trừ một số hydride: NaH, CaH₂, ...); Số oxi hóa của O là -2 (trừ một số trường hợp như: OF₂, H₂O₂, ...); Số oxi hóa của các kim loại kiềm (nhóm IA: Li, Na, K, ...) luôn là +1; Số oxi hóa của các kim loại kiềm thổ (nhóm IIA: Be, Mg, Ca, Ba, ...) luôn là +2; Số oxi hóa của nhôm luôn là +3.

- Quy tắc 2: Tổng số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử bằng 0, trong một ion đa nguyên tử bằng chính điện tích của ion đó.

Ví dụ 1: Số oxi hóa của các nguyên tố Cu, Fe, O, N trong đơn chất Cu, Fe, O₂, N₂ đều bằng 0.

Ví dụ 2: Xác định số oxi hóa của N trong HNO₃.

Gọi x là số oxi hóa của N, theo quy tắc 1 và 2 có:

1.(+1) + 1.x + 3.(-2) = 0 $\Rightarrow$ x = +5

Vậy N có số oxi hóa + 5 trong HNO₃.

Ví dụ 3: Xác định số oxi hóa của S trong $S{O}_4^{2-}$

Gọi x là số oxi hóa của S, theo quy tắc 1 và 2 có:

1.x + 4.(-2) = -2 $\Rightarrow$ x = +6

Vậy S có số oxi hóa + 6 trong $S{O}_4^{2-}$ .

Cách 2: Dựa theo công thức cấu tạo. 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.

Ví dụ 3: Xác định số oxi hóa của Si và O trong SiO₂.

Silicon dioxide (SiO₂) có công thức cấu tạo như sau O = Si = O. Trong mỗi liên kết đôi Si = O, một nguyên tử Si góp 2 electron, khi giả định SiO₂ là hợp chất ion thì 2 electron này chuyển sang O. Vì có 2 liên kết Si = O nên SiO₂ có công thức ion giả định là O^2-Si⁴⁺O^2-. Từ đó xác định được số oxi hóa của O là – 2, của Si là +4.

Ví dụ 4: Xác định số oxi hóa của H và Cl trong HCl.

Hydrochloric acid (HCl) có công thức cấu tạo như sau H – Cl. Trong liên kết đơn H - Cl, nguyên tử H góp 1 electron, khi giả định HCl là hợp chất ion thì 1 electron này chuyển sang Cl. Do đó HCl có công thức ion giả định là H⁺Cl^-. Từ đó xác định được số oxi hóa của H là + 1, của Cl là -1.

Lưu ý: Cách này có ưu điểm là áp dụng cho mọi trường hợp, tuy nhiên, cần phải biết công thức cấu tạo của chất.

II. Phản ứng oxi hóa - khử

1. Một số khái niệm

- Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học trong đó có sự thay đổi số oxi hóa của ít nhất một nguyên tố hóa học.

Ví dụ:

$\stackrel{0}{Fe}$ + 2$\stackrel{+1}{H}Cl$ $\stackrel{}{\to }$ $\stackrel{+2}{Fe}C{l}_2$  + $\stackrel{0}{H_2}$(1)

$\stackrel{-3}{N}{H}_4\stackrel{+5}{N}{O}_3$ $\stackrel{t^o}{\to }$ $\stackrel{+1}{N_2}O$  + 2H₂O (2)

NaOH + HCl $\stackrel{}{\to }$ NaCl + H₂O (3)

Phản ứng (1) là phản ứng oxi hóa – khử vì có sự thay đổi số oxi hóa của Fe và H.

Phản ứng (2) là phản ứng oxi hóa – khử vì có sự thay đổi số oxi hóa của N.

Phản ứng (3) không phải là phản ứng oxi hóa – khử vì không có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố trước và sau phản ứng.

- Một số khái niệm thường sử dụng đối với phản ứng oxi hóa – khử:

+ Chất khử (chất bị oxi hóa) là chất nhường electron.

+ Chất oxi hóa (chất bị khử) là chất nhận electron.

+ Quá trình oxi hóa (sự oxi hóa) là quá trình nhường electron.

+ Quá trình khử (sự khử) là quá trình nhận electron.

2. Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử theo phương pháp thăng bằng electron

- Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử theo nguyên tắc: Trong một phản ứng, tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận.

Ví dụ 1: Cân bằng phản ứng: Al + H₂SO₄  $\stackrel{}{\to }$Al₂(SO₄)₃ + H₂

Bước 1: Xác định sự thay đổi số oxi hóa trước và sau phản ứng của các nguyên tử

$\stackrel{0}{Al}$ + $\stackrel{+1}{H_2}S{O}_4$ _{$\stackrel{}{\to }$} $\stackrel{+3}{A{l}_2}{\left(S{O}_4\right)}_3$+ $\stackrel{0}{H_2}$

Al là chất khử, H₂SO₄ là chất oxi hóa.

Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử

Quá trình oxi hóa: $\stackrel{0}{Al}$ $\stackrel{}{\to }$ $\stackrel{+3}{Al}$ + 3e (1)

Quá trình khử: $2\stackrel{+1}{H}$ + 2e $\stackrel{}{\to }$ $\stackrel{0}{H_2}$(2)

Bước 3: Thăng bằng electron bằng cách nhân thêm hệ số vào các quá trình nhường và nhận electron sao cho tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận. Cộng các quá trình (đã nhân hệ số) với nhau sẽ thu được sơ đồ (3).

$\begin{array}{c}2\times \\ 3\times \end{array}\left|\begin{array}{l}\stackrel{0}{Al}\to \stackrel{+3}{Al}+3e\\ 2\stackrel{+1}{H}+2e\to \stackrel{0}{H_2}\end{array}\right.$

$\Rightarrow$ 2$\stackrel{0}{Al}$ + 6$\stackrel{+1}{H}$$\stackrel{}{\to }$ 2$\stackrel{+3}{Al}$ + 3${\stackrel{0}{H}}_2$(3)

Bước 4: Dựa vào sơ đồ (3) để hoàn thành phương trình dạng phân tử

2$\stackrel{0}{Al}$ + 3$\stackrel{+1}{H_2}S{O}_4$ _{$\stackrel{}{\to }$} $\stackrel{+3}{A{l}_2}{\left(S{O}_4\right)}_3$+ 3$\stackrel{0}{H_2}$

Ví dụ 2: Cân bằng phản ứng: Cu + HNO₃ $\stackrel{}{\to }$ Cu(NO₃)₂ + NO₂ + H₂O

Bước 1: $\stackrel{0}{Cu}$ + $H\stackrel{+5}{N}{O}_3$$\stackrel{}{\to }$ $\stackrel{+2}{Cu}{\left(N{O}_3\right)}_2$+ $\stackrel{+4}{N}{O}_2$ + H₂O

Chất khử là Cu, chất oxi hóa là HNO₃

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: $\stackrel{0}{Cu}$ $\stackrel{}{\to }$ $\stackrel{+2}{Cu}$ + 2e (1)

Quá trình khử: $\stackrel{+5}{N}$ + 1e $\stackrel{}{\to }$ $\stackrel{+4}{N}$(2)

Bước 3:

$\begin{array}{c}1\times \\ 2\times \end{array}\left|\begin{array}{l}\stackrel{0}{Cu}\to \stackrel{+2}{Cu}+2e\\ \stackrel{+5}{N}+1e\to \stackrel{+4}{N}\end{array}\right.$

$\Rightarrow$ $\stackrel{0}{Cu}$ + 2$\stackrel{+5}{N}$$\stackrel{}{\to }$ $\stackrel{+2}{Cu}$ + 2$\stackrel{+4}{N}$(3)

Bước 4: $\stackrel{0}{Cu}$ + 4$H\stackrel{+5}{N}{O}_3$$\stackrel{}{\to }$ $\stackrel{+2}{Cu}{\left(N{O}_3\right)}_2$+ 2$\stackrel{+4}{N}{O}_2$ + 2H₂O

3. Ý nghĩa và một số phản ứng oxi hóa – khử quan trọng

- Phản ứng liên quan đến việc cung cấp năng lượng: Quá trình oxi hóa các phân tử thường giải phòng một lượng lớn năng lượng.

+ Phản ứng đốt cháy than, củi sinh ra năng lượng dưới dạng nhiệt nên được con người ứng dụng để sưởi ấm, nấu nướng, ...

C + O_{2$\stackrel{t^o}{\to }$}  CO₂

+ Các hoạt động của cơ thể đều cần năng lượng, sự hô hấp đã cung cấp oxygen để oxi hóa các chất, chẳng hạn đường glucose, sinh ra năng lượng:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ 6CO₂ + 6H₂O

- Phản ứng liên quan đến việc lưu trữ năng lượng:

+ 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 hóa – khử.

+ Phản ứng quang hợp cũng là một trong những phản ứng oxi – hóa khử quan trọng nhất trên Trái Đất, năng lượng được lấy từ ánh sáng mặt trời và tích trữ trong tinh bột.

6CO₂ + 6H₂O $\stackrel{t^o}{\to }$ C₆H₁₂O₆ + 6O₂

- Bên cạnh những phản ứng oxi hóa – khử quan trọng, có ích lợi đối với con người, còn có một loại phản ứng oxi hóa – khử diễn ra ngoài ý muốn.

Ví dụ: Phản ứng ăn mòn kim loại như tạo gỉ sắt, phản ứng oxi hóa trong thức ăn làm thức ăn bị ôi thiu, cháy rừng, …

Bài giảng Hóa học 10 Bài 13: Phản ứng oxi hóa - khử - Cánh diều

Xem thêm các bài giải SGK Hóa học lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 12: Liên kết Hydrogen và tương tác Van Der Waals

Bài 14 : Phản ứng hóa học và enthalpy

Bài 15: Ý nghĩa và cách tính biến thiên enthalpy phản ứng hóa học

Bài 16: Tốc độ phản ứng hóa học