Cân bằng phản ứng oxi hoá khử bằng phương pháp thăng bằng electron
Lớp 10Hóa học

Cân bằng phản ứng oxi hoá khử bằng phương pháp thăng bằng electron

Trả lời nhanh

Để cân bằng phản ứng oxi hoá – khử bằng phương pháp thăng bằng electron, em làm 4 bước: xác định số oxi hoá và tìm chất khử, chất oxi hoá; viết các quá trình nhường – nhận electron; nhân hệ số sao cho tổng electron nhường bằng tổng electron nhận; đặt hệ số vào phương trình rồi cân bằng nốt các nguyên tố còn lại (thường là kim loại, gốc axit, H, O).

Đề bài dạng “Cân bằng các phản ứng oxi hoá – khử sau đây bằng phương pháp thăng bằng electron” thường cho một loạt sơ đồ phản ứng khác nhau. Vì mỗi đề có bộ phản ứng riêng, bài này hướng dẫn quy trình chung và giải mẫu 5 phản ứng tiêu biểu (do thầy tự chọn làm ví dụ). Em áp dụng đúng quy trình này cho mọi sơ đồ trong đề của mình.

Nguyên tắc của phương pháp

Trong phản ứng oxi hoá – khử, chất khử nhường electron, chất oxi hoá nhận electron. Electron không tự sinh ra hay mất đi, nên:

Tổng số electron chất khử nhường = Tổng số electron chất oxi hoá nhận.

Nhớ nhanh: khử cho – O nhận (chất khử cho electron, chất oxi hoá nhận electron; số oxi hoá của chất khử tăng, của chất oxi hoá giảm).

4 bước cân bằng

  1. Bước 1: Ghi số oxi hoá của các nguyên tố trong sơ đồ, tìm nguyên tố có số oxi hoá thay đổi.
  2. Bước 2: Viết quá trình oxi hoá (nhường e) và quá trình khử (nhận e). Nếu phân tử có 2 nguyên tử cùng nguyên tố thay đổi (như Cl2, N2O, Cr2O72−) thì viết cả 2 nguyên tử cùng lúc.
  3. Bước 3: Tìm hệ số nhân (bội chung nhỏ nhất của số e nhường và số e nhận) để hai quá trình có số e bằng nhau.
  4. Bước 4: Đặt hệ số vào chất khử, chất oxi hoá và sản phẩm tương ứng; cân bằng các nguyên tố còn lại theo thứ tự: kim loại → gốc axit → H → kiểm tra O.

Ví dụ 1: Fe + HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + NO + H2O

Bước 1–2: Fe0 → Fe+3 + 3e (chất khử); N+5 + 3e → N+2 (chất oxi hoá).

Bước 3: số e nhường = số e nhận = 3 nên hệ số nhân đều là 1.

Bước 4: có 1 Fe(NO3)3 và 1 NO, cần 3 + 1 = 4 nguyên tử N nên có 4 HNO3, tạo 2 H2O.

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O (kiểm tra O: 12 = 9 + 1 + 2).

Ví dụ 2: Cu + H2SO4 đặc, nóng → CuSO4 + SO2 + H2O

Cu0 → Cu+2 + 2e; S+6 + 2e → S+4. Hệ số nhân đều là 1.

Cần 1 S làm gốc sunfat và 1 S tạo SO2, tổng 2 H2SO4, tạo 2 H2O.

Cu + 2H2SO4 đặc → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O (O: 8 = 4 + 2 + 2).

Hiện tượng: Cu tan dần, dung dịch chuyển xanh, có khí mùi hắc thoát ra.

Ví dụ 3: KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O

HCl vừa là chất khử vừa là môi trường axit.

  • Mn+7 + 5e → Mn+2 (nhân 2)
  • 2Cl− → Cl2 + 2e (nhân 5)

Vậy 2 KMnO4 và 5 Cl2. Cl ở sản phẩm: 2 (KCl) + 4 (MnCl2) + 10 (Cl2) = 16, nên cần 16 HCl, tạo 8 H2O.

2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2↑ + 8H2O (H: 16 = 16; O: 8 = 8).

Lưu ý: chỉ 10 trong 16 phân tử HCl bị oxi hoá, 6 phân tử còn lại làm môi trường.

Ví dụ 4: Al + HNO3 → Al(NO3)3 + N2O + H2O

Sản phẩm khử N2O chứa 2 nguyên tử N nên phải viết quá trình khử cho 2N.

  • Al0 → Al+3 + 3e (nhân 8)
  • 2N+5 + 8e → 2N+1 (nhân 3)

Được 8 Al, 8 Al(NO3)3, 3 N2O. Số N: 24 + 6 = 30 nên cần 30 HNO3, tạo 15 H2O.

8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3N2O↑ + 15H2O (O: 90 = 72 + 3 + 15).

Ví dụ 5: FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2 (nhiệt độ cao)

Chất khử có hai nguyên tố cùng tăng số oxi hoá: Fe+2 → Fe+3 và 2S−1 → 2S+4. Gộp lại:

  • FeS2 → Fe+3 + 2S+4 + 11e (nhân 4)
  • O2 + 4e → 2O−2 (nhân 11)

4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 (O: 22 = 6 + 16). Đây là phản ứng đốt quặng pirit trong sản xuất axit sunfuric.

Kiểm tra e: 4 × 11 = 44 e nhường, 11 × 4 = 44 e nhận. ✓

Lỗi sai thường gặp

  • Quên nhân số nguyên tử khi sản phẩm có chỉ số (N2O, Cl2, Cr2O72−): dẫn đến số e sai.
  • Nhầm chiều: số oxi hoá tăng là nhường e (bị oxi hoá), giảm là nhận e (bị khử).
  • Bỏ sót phần axit làm môi trường: HNO3, H2SO4, HCl thường vừa là chất oxi hoá (hoặc khử) vừa tạo muối.
  • Không kiểm tra O cuối cùng: O là nguyên tố “chốt”, nếu O lệch thì chắc chắn có sai ở các bước trước.
  • Chỉ cân bằng một vế electron mà không đối chiếu tổng e nhường – nhận.

Mẹo làm nhanh

  • Với HNO3 và H2SO4 đặc: số mol axit tạo muối = số e trao đổi, cộng thêm số axit làm chất oxi hoá.
  • Cân bằng xong, đếm H trước, O sau; nước luôn được “điều chỉnh” cuối cùng.
  • Rút gọn hệ số nếu cùng chia hết cho một số (ví dụ 4 : 2 : 2 → 2 : 1 : 1).

Bài luyện tập (có đáp án)

Bài 1. Mg + H2SO4 đặc → MgSO4 + H2S + H2O.

Đáp án: Mg0 → Mg+2 + 2e (nhân 4); S+6 + 8e → S−2 (nhân 1). 4Mg + 5H2SO4 → 4MgSO4 + H2S + 4H2O.

Bài 2. K2Cr2O7 + FeSO4 + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O.

Đáp án: Cr2+6 + 6e → 2Cr+3 (nhân 1); 2Fe+2 → 2Fe+3 + 2e (nhân 3). K2Cr2O7 + 6FeSO4 + 7H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O.

Bài 3. Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + NH4NO3 + H2O.

Đáp án: Zn0 → Zn+2 + 2e (nhân 4); N+5 + 8e → N−3 (nhân 1). 4Zn + 10HNO3 → 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O. Lưu ý: N trong NH4NO3 có hai loại, chỉ N của ion NH4+ (−3) là sản phẩm khử.

Câu hỏi thường gặp

Phương pháp thăng bằng electron dựa trên nguyên tắc nào?

Dựa trên bảo toàn electron: tổng số electron do chất khử nhường phải bằng tổng số electron do chất oxi hoá nhận. Từ đó tìm hệ số cho chất khử, chất oxi hoá và sản phẩm.

Khi nào cần viết quá trình cho 2 nguyên tử cùng lúc?

Khi trong một phân tử hoặc ion có 2 nguyên tử của nguyên tố thay đổi số oxi hoá, ví dụ Cl2, N2O, Cr2O7^2-, FeS2. Nếu chỉ viết cho 1 nguyên tử thì số electron trao đổi sẽ sai.

Vì sao sau khi thăng bằng electron vẫn phải cân bằng thêm H và O?

Vì bước thăng bằng electron chỉ xác định hệ số của các chất có số oxi hoá thay đổi. Các chất không đổi số oxi hoá như gốc axit, môi trường axit hoặc bazơ, nước phải cân bằng tiếp theo bảo toàn nguyên tố.

Làm sao kiểm tra nhanh phương trình đã cân bằng đúng?

Đếm lại số nguyên tử mỗi nguyên tố hai vế, đặc biệt là O. Nếu O bằng nhau và electron nhường bằng electron nhận thì phương trình đã đúng.

Bài học liên quan