Mở đầu trang 72 Hóa học 10: Đom đóm có thể phát ra ánh sáng đặc biệt, không tỏa nhiệt như ánh sáng nhân tạo. Cấu tạo bên trong lớp da bụng của đom đóm là dãy các tế bào phát quang có chứa luciferin. Luciferin tác dụng với oxygen, cùng xúc tác enzyme, để tạo ra ánh sáng. Đây là phản ứng oxi hóa – khử.

Trong cuộc sống cũng như trong tự nhiên có nhiều hiện tượng mà nguyên nhân chính là do phản ứng oxi hóa – khử gây ra. Phản ứng oxi hóa – khử là gì? Vai trò quan trọng của chúng trong cuộc sống như thế nào? 

Lời giải:

- Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học, trong đó có sự chuyển dịch electron giữa các chất phản ứng hay có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tử trong phản ứng. Trong phản ứng oxi hóa – khử luôn xảy ra đồng thời quá trình oxi hóa và quá trình khử

- Vai trò của phản ứng oxi hóa – khử trong đời sống

   + Là cơ sở của quá trình sản xuất trong các ngành công nghiệp nặng, sản xuất hóa chất cơ bản

   + Sản xuất phân bón

   + Sản xuất thuốc bảo vệ thực vật

   + Sản xuất dược phẩm

1. Số oxi hóa

Câu hỏi 1 trang 72 Hóa học 10: Quan sát Hình 12.1, hãy viết quá trình nhường và nhận electron trong phản ứng giữa magnesium và oxygen

Phương pháp giải:

- O tham gia quá trình nhận electron

- Mg tham gia quá trình nhường electron

Lời giải:

- O tham gia quá trình nhận electron

O + 2e → O^2-

- Mg tham gia quá trình nhường electron

Mg → Mg²⁺ + 2e

Giải hóa học 10 trang 73 Chân trời sáng tạo

Câu hỏi 2 trang 73 Hóa học 10: Quan sát Hình 12.2a, hydrogen cháy trong chlorine với ngọn lửa sáng, tạo hợp chất hydrogen chlorine (HCl). Nếu cặp electron chung trong hợp chất cộng hóa trị HCl lệch hẳn về phía nguyên tử Cl (Hình 12.2b), hãy xác định điện tích của các nguyên tử trong phân tử HCl

Phương pháp giải:

Trong phân tử HCl, mỗi nguyên tố bỏ ra 1 electron để góp chung tạo thành 1 cặp electron dùng chung

Lời giải:

- Trong phân tử HCl, mỗi nguyên tử bỏ ra 1 electron để góp chung tạo thành 1 cặp electron dùng chung

- Khi 1 cặp electron lệch hẳn về Cl

=> Có thể coi Cl nhận 1 electron và H nhường 1 electron

=> Cl sẽ mang điện tích -1 và H mang điện tích +1

Câu hỏi 3 trang 73 Hóa học 10: Nêu điểm khác nhau giữa kí hiệu số oxi hóa và kí hiệu điện tích của ion M trong hình sau:

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ và rút ra nhận xét

Lời giải:

- Kí hiệu số oxi hóa: Dấu rồi đến số (+n)

Ví dụ: +1, +2, -1, -2

- Kí hiệu điện tích ion: Số rồi đến dấu (n-). Với điện tích có giá trị là 1 thì không cần ghi số 1

Ví dụ: Cl^-, O^2-, Na⁺, Ca²⁺.

Câu hỏi 4 trang 73 Hóa học 10: Dự đoán số oxi hóa của các nguyên tử trong nhóm IA, IIA, IIIA trong các hợp chất. Giải thích

Phương pháp giải:

Quy tắc 4: Kim loại kiềm (nhóm IA) luôn có số oxi hóa +1, kim loại kiềm thổ (nhóm IIA) có số oxi hóa +2. Nhôm (aluminium) có số oxi hóa +3

Lời giải:

- Nguyên tử nhóm IA có 1 electron ở lớp ngoài cùng, có xu hướng nhường 1 electron để đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm => Sẽ có số oxi hóa là +1

- Nguyên tử nhóm IIA có 2 electron ở lớp ngoài cùng, có xu hướng nhường 2 electron để đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm => Sẽ có số oxi hóa là +2

- Nguyên tử nhóm IIIA có 3 electron ở lớp ngoài cùng, có xu hướng nhường 3 electron để đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm => Sẽ có số oxi hóa là +3

Luyện tập trang 73 Hóa học 10: Hãy xác định số oxi hóa của các nguyên tử trong các đơn chất, hợp chất và ion sau: Zn, H₂, Cl^-, O^2-, S^2-, HSO₄^-, Na₂S₂O₃, KNO₃

Phương pháp giải:

- Quy tắc 1: Số oxi hóa của nguyên tử trong các đơn chất = 0

- Quy tắc 2: Trong 1 phân tử, tổng số oxi góa của các nguyên tử = 0

- Quy tắc 3: Trong các ion, số oxi hóa của nguyên tử (đối với ion đơn nguyên tử) hay tổng số oxi hóa các nguyên tử (đối với ion đa nguyên tử) = điện tích của ion đó

- Quy tắc 4: Trong hợp chất, H chủ yếu +1, O là -2, nhóm IA là +1, nhóm IIA là +2, Al là +3

Lời giải:

- Zn là đơn chất => Số oxi hóa của nguyên tử Zn là 0

- H₂ là đơn chất => Số oxi hóa của nguyên tử H trong H₂ là 0

- Cl^- là ion đơn nguyên tử có điện tích là 1- => Số oxi hóa của ion Cltrong Cl^- là -1

- O^2- là ion đơn nguyên tử có điện tích là 2- => Số oxi hóa của ion Otrong O^2- là -2

- S^2- là ion đơn nguyên tử có điện tích là 2- => Số oxi hóa của ion Strong S^2- là -2

- HSO₄^-: gọi số oxi hóa của S trong ion là x.

Ta có: (+1).1 + x.1 + (-2).4 = -1

=> x = +6

Vậy số oxi hóa của H = +1, O = -2 và S = +6

- Na₂S₂O₃: gọi số oxi hóa của S trong phân tử là x

Ta có: (+1).2 + x.2 + (-2).3 = 0

=> x = +2

Vậy số oxi hóa của Na = +1, S = +2, O = -2

KNO₃: gọi số oxi hóa của N trong phân tử là x

Ta có: (+1).1 + x.1 + (-2).3 = 0

=> x = +5

Vậy số oxi hóa của K = +1, N = +5, O = -2

Giải hóa học 10 trang 74 Chân trời sáng tạo

Luyện tập trang 74 Hóa học 10: Magnetite là khoáng vật sắt từ có hàm lượng sắt cao nhất được dùng trong ngành luyện gang, thép, với công thức hóa học là Fe₃O₄

Phương pháp giải:

- Trong phân tử, tổng số oxi hóa của các nguyên tử = 0

- O trong hợp chất có số oxi hóa là -2

Lời giải:

- Gọi số oxi hóa của Fe trong hợp chất trên là x

Ta có: x.3 + (-2).4 =  0

=> x = +8/3

Vậy số oxi hóa của Fe trong Fe₃O₄ = +8/3

Giải hóa học 10 trang 75 Chân trời sáng tạo

2. Phản ứng oxi hóa - khử

Câu hỏi 5 trang 75 Hóa học 10: Hãy nhận xét và giải thích sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tử trong chất oxi hóa và chất khử trước và sau phản ứng

Phương pháp giải:

- Chất khử là chất nhường electron để tạo thành ion mang điện tích dương

- Chất oxi hóa là chất nhận electron để tạo thành ion mang điện tích âm

Lời giải:

- Chất oxi hóa là chất nhận electron => Sau phản ứng, chất oxi hóa có số oxi hóa giảm so với trước phản ứng

- Chất khử là chất nhường electron => Sau phản ứng, chất khử có số oxi hóa tăng so với trước phản ứng

Luyện tập trang 75 Hóa học 10: Cho phương trình hóa học của các phản ứng sau:

H₂S + Br₂ → 2HBr + S↓  (1)

2KClO₃ 2KCl + 3O₂↑  (2)

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O  (3)

Phản ứng nào là phản ứng oxi hóa – khử? Vì sao? Hãy xác định quá trình oxi hóa và quá trình khử của các phản ứng đó

Phương pháp giải:

- Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học, trong đó có sự chuyển dịch electron giữa các chất phản ứng hay có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tử trong phân tử

- Quá trình oxi hóa là quá trình nhường electron

- Quá trình khử là quá trình nhận electron

Lời giải:

- Xét phản ứng (1):

$H_2\stackrel{-2}{S}+\underset{2}{\overset{0}{Br}}\to H\stackrel{-1}{Br}+\stackrel{0}{S}\downarrow$

   + Là phản ứng oxi hóa – khử vì nguyên tử S và Br có sự thay đổi số oxi hóa

   + Quá trình oxi hóa: S^-2 → S⁰ + 2e

   + Quá trình khử: Br₂⁰ + 2e → Br^-1

- Xét phản ứng (2):             

   + Là phản ứng oxi hóa – khử vì nguyên tử Cl và O có sự thay đổi số oxi hóa

   + Quá trình oxi hóa: 2O^-2 → O₂⁰ + 4e

   + Quá trình khử: Cl⁺⁵ + 6e → Cl^-1

- Xét phản ứng (3): CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O 

   + Không phải phản ứng oxi hóa – khử vì các nguyên tử không có sự thay đổi số oxi hóa

Giải hóa học 10 trang 76 Chân trời sáng tạo

Câu hỏi 6 trang 76 Hóa học 10: Làm thế nào để biết một phản ứng là phản ứng oxi hóa – khử?

Phương pháp giải:

Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trước và sau phản ứng

Lời giải:

- Để nhận biết một phản ứng oxi hóa – khử, cần xác định số oxi hóa của các nguyên tố trước và sau phản ứng

- Phản ứng nào có các nguyên tố thay đổi số oxi hóa => Phản ứng oxi hóa – khử

Giải hóa học 10 trang 77 Chân trời sáng tạo

3. Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa - khử

Luyện tập trang 77 Hóa học 10: Lập phương trình hóa học của các phản ứng oxi hóa – khử sau, xác định vai trò của các chất tham gia phản ứng.

$KMn{O}_4+HCl\to KCl+MnC{l}_2+C{l}_2\uparrow +H_{2}O(1)$

 $N{H}_3+B{r}_2\to N_2+HBr(2)$

 $N{H}_3+CuO\stackrel{t^o}{\to }Cu+N_2+H_{2}O(3)$

 $Fe{S}_2+O_2\stackrel{t^o}{\to }F{e}_2{O}_3+S{O}_2(4)$

$KCl{O}_3\stackrel{t^o,Mn{O}_2}{\to }KCl+O_2\uparrow$(5)

Phương pháp giải:

- Nguyên tắc: Tổng số electron chất khử nhường = Tổng số electron chất oxi hóa nhận

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa trong phản ứng, từ đó xác định chất oxi hóa, chất khử

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

Bước 3: Xác định (và nhân) hệ số thích hợp vào các quá trình sao cho tổng số electron chất khửu nhường = tổng số electron chất oxi hóa nhận

Bước 4: Đặt các hệ số vào sơ đồ phản ứng. Cân bằng số lượng nguyên tử của các nguyên tố còn lại

Lời giải:

$KMn{O}_4+HCl\to KCl+MnC{l}_2+C{l}_2\uparrow +H_{2}O(1)$

Bước 1: $K\stackrel{+7}{Mn}{O}_4+H\stackrel{-1}{Cl}\to KCl+\stackrel{+2}{Mn}C{l}_2+\underset{2}{\overset{0}{Cl}}\uparrow +H_{2}O$

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: 2Cl^-1 → Cl₂⁰ + 2e

Quá trình khử: Mn⁺⁷ + 5e  → Mn⁺²

- KMnO₄ là chất oxi hóa vì Mn trong KMnO₄ nhận electron

- HCl là chất khử vì Cl trong HCl nhường electron

Bước 3: Xác định hệ số

Bước 4: Đặt hệ số

$2KMn{O}_4+16HCl\to 2KCl+2MnC{l}_2+5C{l}_2\uparrow +8H_{2}O$

$N{H}_3+B{r}_2\to N_2+HBr(2)$

Bước 1: $\stackrel{-3}{N}{H}_3+\underset{2}{\overset{0}{Br}}\to \underset{2}{\overset{0}{N}}+H\stackrel{-1}{Br}$

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: 2N^-3 → N₂⁰ + 6e

Quá trình khử: Br₂⁰ + 2e  → 2Br^-

- Br₂ là chất oxi hóa vì Br nhận electron

- NH₃ là chất khử vì N trong NH₃ nhường electron

Bước 3: Xác định hệ số

Bước 4: Đặt hệ số

$2N{H}_3+3B{r}_2\to N_2+6HBr$

$N{H}_3+CuO\stackrel{t^o}{\to }Cu+N_2+H_{2}O(3)$

Bước 1: $\stackrel{-3}{N}{H}_3+\stackrel{+2}{Cu}O\stackrel{t^o}{\to }\stackrel{0}{Cu}+\underset{2}{\overset{0}{N}}+H_{2}O$

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: 2N^-3 → N₂⁰ + 6e

Quá trình khử: Cu⁺² + 2e  → Cu⁰

- CuO là chất oxi hóa vì Cu trong CuO nhận electron

- NH₃ là chất khử vì N trong NH₃ nhường electron

Bước 3: Xác định hệ số

Bước 4: Đặt hệ số

$2N{H}_3+3CuO\stackrel{t^o}{\to }3Cu+N_2+3H_{2}O$

$Fe{S}_2+O_2\stackrel{t^o}{\to }F{e}_2{O}_3+S{O}_2(4)$

Bước 1: Coi số oxi hóa của Fe và S trong FeS₂ đều = 0

 $Fe{S}_2^0+\underset{2}{\overset{0}{O}}\stackrel{t^o}{\to }\stackrel{+3}{F{e}_2}\stackrel{-2}{O_3}+\stackrel{+4}{S}\stackrel{-2}{O_2}$

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: FeS₂⁰ → Fe⁺³ + 2S⁺⁶ + 15e

Quá trình khử: O₂⁰ + 4e → 2O^-2

- O₂ là chất oxi hóa vì O nhận electron

- FeS₂ là chất khử vì FeS₂ nhường electron

Bước 3: Xác định hệ số

Bước 4: Đặt hệ số

$4Fe{S}_2+11O_2\stackrel{t^o}{\to }2F{e}_2{O}_3+8S{O}_2$

$KCl{O}_3\stackrel{t^o,Mn{O}_2}{\to }KCl+O_2\uparrow$(5)

Bước 1: $K\stackrel{+5}{Cl}\underset{3}{\overset{-2}{O}}\stackrel{t^o,Mn{O}_2}{\to }K\stackrel{-1}{Cl}+\underset{2}{\overset{0}{O}}\uparrow$

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: 2O^-2 → O₂⁰ + 4e

Quá trình khử: Cl⁺⁵ + 6e  → Cl^-1

- KClO₃ vừa là chất khử vừa là chất oxi hóa vì Cl trong KClO₃ nhận electron, O trong KClO₃ nhường electron

Bước 3: Xác định hệ số

Bước 4: Đặt hệ số

$2KCl{O}_3\stackrel{t^o,Mn{O}_2}{\to }2KCl+3O_2\uparrow$

4. Ý nghĩa của phản ứng oxi hóa - khử

Câu hỏi 7 trang 77 Hóa học 10: Lập phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy gas trong không khí và phản ứng kích nổ hỗn hợp nhiên liệu của tàu con thoi. Xác định vai trò của các chất trong mỗi phản ứng

Phương pháp giải:

- Phản ứng đốt cháy gas: CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O

- Phản ứng kích nổ hỗn hợp nhiên liệu: H₂ + O₂ → H₂O

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa trong phản ứng, từ đó xác định chất oxi hóa, chất khử

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

Bước 3: Xác định (và nhân) hệ số thích hợp vào các quá trình sao cho tổng số electron chất khửu nhường = tổng số electron chất oxi hóa nhận

Bước 4: Đặt các hệ số vào sơ đồ phản ứng. Cân bằng số lượng nguyên tử của các nguyên tố còn lại

Lời giải chi tiết:

- Phản ứng đốt cháy gas: $C{H}_4+O_2\stackrel{t^o}{\to }C{O}_2+H_{2}O$

Bước 1: $\stackrel{-4}{C}{H}_4+\underset{2}{\overset{0}{O}}\stackrel{t^o}{\to }\stackrel{+4}{C}\underset{2}{\overset{-2}{O}}+H_{2}O$

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: C^-4 → C⁺⁴ + 8e

Quá trình khử: O₂⁰ + 4e → 2O^-2

- O₂ là chất oxi hóa vì O nhận electron

- CH₄ là chất khử vì C trong CH₄ nhường electron

Bước 3: Xác định hệ số

Bước 4: Đặt hệ số

$C{H}_4+2O_2\stackrel{t^o}{\to }C{O}_2+2H_{2}O$

- Phản ứng kích nổ hỗn hợp nhiên liệu: $H_2+O_2\stackrel{t^o}{\to }{H}_{2}O$

Bước 1: $\stackrel{0}{H_2}+\stackrel{0}{O_2}\stackrel{t^o}{\to }\stackrel{+1}{H_2}\stackrel{-2}{O}$

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: H₂⁰→ 2H⁺¹ + 2e

Quá trình khử: O₂⁰ + 4e → 2O^-2

- O₂ là chất oxi hóa vì O nhận electron

- H₂ là chất khử vì H nhường electron

Bước 3: Xác định hệ số

Bước 4: Đặt hệ số

$2H_2+O_2\stackrel{t^o}{\to }2H_{2}O$

Giải hóa học 10 trang 78 Chân trời sáng tạo

Câu hỏi 8 trang 78 Hóa học 10: Quan sát Hình 12.7 và độc thông tin, hãy lập phương trình hóa học của phản ứng quang hợp ở cây xanh. Quá trình quang hợp của thực vật có vai trò quan trọng như thế nào đối với cuộc sống?

Phương pháp giải:

Phản ứng quang hợp:

$C{O}_2+H_{2}O\stackrel{a/s,dl}{\to }{C}_6{H}_{12}{O}_6+O_2$

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa trong phản ứng, từ đó xác định chất oxi hóa, chất khử

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

Bước 3: Xác định (và nhân) hệ số thích hợp vào các quá trình sao cho tổng số electron chất khửu nhường = tổng số electron chất oxi hóa nhận

Bước 4: Đặt các hệ số vào sơ đồ phản ứng. Cân bằng số lượng nguyên tử của các nguyên tố còn lại

Lời giải:

Bước 1: $\stackrel{+4}{C}{O}_2+H_2\stackrel{-2}{O}\stackrel{a/s,dl}{\to }\stackrel{0}{C_6}{H}_{12}{O}_6+\underset{2}{\overset{0}{O}}$

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: 2O^-2 →  O₂⁰ + 4e

Quá trình khử: C⁺⁴ + 4e → C⁰

Bước 3: Xác định hệ số

Bước 4: Đặt hệ số

$6C{O}_2+6H_{2}O\stackrel{a/s,dl}{\to }{C}_6{H}_{12}{O}_6+6O_2$

- Vai trò của quá trình quang hợp của thực vật có vai trò:

   + Cung cấp oxygen, giảm lượng khí thải carbonic

   + Tổng hợp chất hữu cơ, đưa năng lượng mặt trời vào hệ sinh thái

Câu hỏi 9 trang 78 Hóa học 10: Từ thông tin về “Luyện kim”, viết phản ứng của khí carbon monoxide khử iron (III) oxide ở nhiệt độ cao. Lập phương trình hóa học của phản ứng theo phương pháp thăng bằng electron, xác định vai trò của các chất trong phản ứng

Phương pháp giải:

Phản ứng luyện kim:

                             $CO+F{e}_2{O}_3\stackrel{t^o}{\to }Fe+C{O}_2$

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa trong phản ứng, từ đó xác định chất oxi hóa, chất khử

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

Bước 3: Xác định (và nhân) hệ số thích hợp vào các quá trình sao cho tổng số electron chất khửu nhường = tổng số electron chất oxi hóa nhận

Bước 4: Đặt các hệ số vào sơ đồ phản ứng. Cân bằng số lượng nguyên tử của các nguyên tố còn lại

Lời giải:

Bước 1: $\stackrel{+2}{C}O+\stackrel{+3}{F{e}_2}{O}_3\stackrel{t^o}{\to }\stackrel{0}{Fe}+\stackrel{+4}{C}{O}_2$

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: C⁺² →  C⁺⁴ + 2e

Quá trình khử: Fe⁺³ + 3e → Fe⁰

Fe₂O₃ là chất oxi hóa vì Fe trong Fe₂O₃ nhận electron

CO là chất khử vì C trong CO nhường electron

Bước 3: Xác định hệ số

Bước 4: Đặt hệ số

$3CO+F{e}_2{O}_3\stackrel{t^o}{\to }2Fe+3C{O}_2$

Câu hỏi 10 trang 78 Hóa học 10: Đọc thông tin về “Điện hóa” để biết được phản ứng oxi hóa – khử gắn liền với cuộc sống. Lập phương trình hóa học của phản ứng sinh ra dòng điện trong pin khi zinc phản ứng với manganese

Phương pháp giải:

Phản ứng sinh ra dòng điện trong pin:

                    $Zn+Mn{O}_2\stackrel{kiem}{\to }ZnO+M{n}_2{O}_3$

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa trong phản ứng, từ đó xác định chất oxi hóa, chất khử

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

Bước 3: Xác định (và nhân) hệ số thích hợp vào các quá trình sao cho tổng số electron chất khửu nhường = tổng số electron chất oxi hóa nhận

Bước 4: Đặt các hệ số vào sơ đồ phản ứng. Cân bằng số lượng nguyên tử của các nguyên tố còn lại

Lời giải:

Bước 1: $\stackrel{0}{Zn}+\stackrel{+4}{Mn}{O}_2\stackrel{kiem}{\to }\stackrel{+2}{Zn}O+\stackrel{+3}{M{n}_2}{O}_3$

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: Zn⁰ →  Zn⁺² + 2e

Quá trình khử: Mn⁺⁴ + e → Mn⁺³

Bước 3: Xác định hệ số

Bước 4: Đặt hệ số

$Zn+2Mn{O}_2\stackrel{kiem}{\to }ZnO+M{n}_2{O}_3$

Vận dụng trang 78 Hóa học 10: Hãy nêu thêm một số phản ứng oxi hóa – khử quan trọng gắn với đời sống hằng ngày

Phương pháp giải:

- Phản ứng đốt cháy methane tạo ra năng lượng

- Phản ứng hô hấp hiếu khí

- Phản ứng hô hấp kị khí

Lời giải:

- Phản ứng đốt cháy methane tạo ra năng lượng:

CH₄ + 2O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$CO₂ + 2H₂O + năng lượng

- Phản ứng hô hấp hiếu khí:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 36 ATPs (năng lượng)

- Phản ứng hô hấp kị khí:

C₆H₁₂O₆ →  2C₂H₅OH + 2CO₂ + năng lượng

Giải hóa học 10 trang 79 Chân trời sáng tạo

Bài tập ( trang 79)

Bài 1 trang 79 Hóa học 10: Tính số oxi hóa của nguyên tử có đánh dấu * trong các chất và ion dưới đây

Phương pháp giải:

- Quy tắc 1: Số oxi hóa của nguyên tử trong các đơn chất = 0

- Quy tắc 2: Trong 1 phân tử, tổng số oxi góa của các nguyên tử = 0

- Quy tắc 3: Trong các ion, số oxi hóa của nguyên tử (đối với ion đơn nguyên tử) hay tổng số oxi hóa các nguyên tử (đối với ion đa nguyên tử) = điện tích của ion đó

- Quy tắc 4: Trong hợp chất, H chủ yếu +1, O là -2, nhóm IA là +1, nhóm IIA là +2, Al là +3

Lời giải:

a)

- K₂Cr₂O₇: Gọi số oxi hóa của Cr trong K₂Cr₂O₇ là x

=> (+1).2 + x.2 + (-2).7 = 0

=> x = +6

=> Số oxi hóa của Cr trong K₂Cr₂O₇ là +6

- KMnO₄: Gọi số oxi hóa của Mn trong KMnO₄ là x

=> (+1).1 + x.1 + (-2).4 = 0

=> x = +7

=> Số oxi hóa của Mn trong KMnO₄ là +7

- KClO₄: Gọi số oxi hóa của Cl trong KClO₄ là x

=> (+1).1 + x.1 + (-2).4 = 0

=> x = +7

=> Số oxi hóa của Cl trong KClO₄ là +7

- NH₄NO₃: Gọi số oxi hóa của N cần tìm là x

=> x.1 + (+1).1 + (+5).1 + (-2).3 = 0

=> x = -3

=> Số oxi hóa của N cần tìm trong NH₄NO₃ là -3

b)

- AlO₂^-: Gọi số oxi hóa của Al trong AlO₂^- là x

=> x.1 + (-2).2 = -1

=> x = +3

=> Aố oxi hóa của Al trong AlO₂^- là +3

- PO₄^3-: Gọi số oxi hóa của P trong PO₄^3- là x

=> x.1 + (-2).4 = -3

=> x = +5

=> Số oxi hóa của P trong PO₄^3- là +5

- ClO₃^-: Gọi số oxi hóa của Cl trong ClO₃^- là x

=> x.1 + (-2).3 = -1

=> x = +5

=> Số oxi hóa của Cl trong ClO₃^- là +5

- SO₄^2-: Gọi số oxi hóa của S trong SO₄^2- là x

=> x.1 + (-2).4 = -2

=> x = +6

=> Số oxi hóa của S trong SO₄^2- là +6

Bài 2 trang 79 Hóa học 10: Lập phương trình hóa học của các phản ứng sau bằng phương pháp thăng bằng electron, nêu rõ chất oxi hóa, chất khử trong mỗi trường hợp

a) $HCl+Mn{O}_2\stackrel{t^o}{\to }MnC{l}_2+C{l}_2\uparrow +H_{2}O$

b)$KMn{O}_4+KN{O}_2+H_{2}S{O}_4\to MnS{O}_4+KN{O}_3+K_{2}S{O}_4+H_{2}O$

c) $F{e}_3{O}_4+HN{O}_3\to Fe(N{O}_3{)}_3+NO\uparrow +H_{2}O$

d)$H_2{C}_2{O}_2+KMn{O}_4+H_{2}S{O}_4\to C{O}_2\uparrow +MnS{O}_4+K_{2}S{O}_4+H_{2}O$

Phương pháp giải:

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa trong phản ứng, từ đó xác định chất oxi hóa, chất khử

Bước 2: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử. Chất khử là chất nhường electron, chất oxi hóa là chất nhận electron

Bước 3: Xác định (và nhân) hệ số thích hợp vào các quá trình sao cho tổng số electron chất khửu nhường = tổng số electron chất oxi hóa nhận

Bước 4: Đặt các hệ số vào sơ đồ phản ứng. Cân bằng số lượng nguyên tử của các nguyên tố còn lại

Lời giải:

a) $HCl+Mn{O}_2\stackrel{t^o}{\to }MnC{l}_2+C{l}_2\uparrow +H_{2}O$

Bước 1: $H\stackrel{-1}{Cl}+\stackrel{+4}{Mn}{O}_2\stackrel{t^o}{\to }\stackrel{+2}{Mn}C{l}_2+\stackrel{0}{C{l}_2}\uparrow +H_{2}O$

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: 2Cl^-1 →  Cl₂⁰ + 2e

Quá trình khử: Mn⁺⁴ + 2e → Mn⁺²

Chất oxi hóa là Mn trong MnO₂ vì Mn nhận electron

Chất khử là Cl trong HCl vì Cl nhường electron

Bước 3: Xác định hệ số

Bước 4: Đặt hệ số

$4HCl+Mn{O}_2\stackrel{t^o}{\to }MnC{l}_2+C{l}_2\uparrow +2H_{2}O$

b) $KMn{O}_4+KN{O}_2+H_{2}S{O}_4\to MnS{O}_4+KN{O}_3+K_{2}S{O}_4+H_{2}O$

Bước 1: $K\stackrel{+7}{Mn}{O}_4+K\stackrel{+3}{N}{O}_2+H_{2}S{O}_4\to \stackrel{+2}{Mn}S{O}_4+K\stackrel{+5}{N}{O}_3+K_{2}S{O}_4+H_{2}O$

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: N⁺³ →  N⁺⁵ + 2e

Quá trình khử: Mn⁺⁷ + 5e → Mn⁺²

Chất oxi hóa là Mn trong KMnO₄ vì Mn nhận electron

Chất khử là N trong KNO₂ vì N nhường electron

Bước 3: Xác định hệ số

Bước 4: Đặt hệ số

$2KMn{O}_4+5KN{O}_2+3H_{2}S{O}_4\to 2MnS{O}_4+5KN{O}_3+K_{2}S{O}_4+3H_{2}O$

c) $F{e}_3{O}_4+HN{O}_3\to Fe(N{O}_3{)}_3+NO\uparrow +H_{2}O$

Bước 1: $\stackrel{+8/3}{F{e}_3}{O}_4+H\stackrel{+5}{N}{O}_3\to \stackrel{+3}{Fe}(N{O}_3{)}_3+\stackrel{+2}{N}O\uparrow +H_{2}O$

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: 3Fe^+8/3  → 3Fe⁺³ + e

Quá trình khử: N⁺⁵ + 3e →  N⁺²

Chất oxi hóa là N trong HNO₃ vì N nhận electron

Chất khử là Fe trong Fe₃O₄ vì Fe nhường electron

Bước 3: Xác định hệ số

Bước 4: Đặt hệ số

$3F{e}_3{O}_4+28HN{O}_3\to 9Fe(N{O}_3{)}_3+NO\uparrow +14H_{2}O$

d) $H_2{C}_2{O}_2+KMn{O}_4+H_{2}S{O}_4\to C{O}_2\uparrow +MnS{O}_4+K_{2}S{O}_4+H_{2}O$

Bước 1: $H_2\stackrel{+1}{C_2}{O}_2+K\stackrel{+7}{Mn}{O}_4+H_{2}S{O}_4\to \stackrel{+4}{C}{O}_2\uparrow +\stackrel{+2}{Mn}S{O}_4+K_{2}S{O}_4+H_{2}O$

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: 2C⁺¹  → 2C⁺⁴ + 6e

Quá trình khử: Mn⁺⁷ + 5e →  Mn⁺²

Chất oxi hóa là Mn trong KMnO₄ vì Mn nhận electron

Chất khử là C trong C₂H₂O₂ vì C nhường electron

Bước 3: Xác định hệ số

Bước 4: Đặt hệ số

$5H_2{C}_2{O}_2+6KMn{O}_4+9H_{2}S{O}_4\to 10C{O}_2\uparrow +6MnS{O}_4+3K_{2}S{O}_4+14H_{2}O$

Bài 3 trang 79 Hóa học 10: Có nhiều hiện tượng xảy ra xung quanh ta, em hãy nêu hai phản ứng oxi hóa - khử gắn liền với cuộc sống hàng ngày và lập phương trình hóa học của các phản ứng đó bằng phương pháp thăng bằng electron.

Phương pháp giải:

- Xác định những hiện tượng hóa học có xảy ra phản ứng oxi hóa - khử trong cuộc sống hàng ngày

- Viết và cân bằng các phương trình hóa học đó theo phương pháp thăng bằng electron

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa trong phản ứng, từ đó xác định chất oxi hóa, chất khử

Bước 2: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử. Chất khử là chất nhường electron, chất oxi hóa là chất nhận electron

Bước 3: Xác định (và nhân) hệ số thích hợp vào các quá trình sao cho tổng số electron chất khửu nhường = tổng số electron chất oxi hóa nhận

Bước 4: Đặt các hệ số vào sơ đồ phản ứng. Cân bằng số lượng nguyên tử của các nguyên tố còn lại

Lời giải:

- Hiện tượng gỉ sét: sắt thép để lâu ngày trong không khí thì trên bề mặt của chúng sẽ xuất hiện lớp màu nâu đỏ

Sơ đồ phản ứng: $\stackrel{0}{Fe}+\underset{2}{\overset{0}{O}}\to \underset{3}{\overset{+8/3}{Fe}}\underset{4}{\overset{-2}{O}}$

Quá trình oxi hóa: $\stackrel{0}{3Fe}\to 3\stackrel{+8/3}{Fe}+3.\frac{8}{3}e$

Quá trình khử: $\stackrel{0}{O_2}+2.2e\to 2\stackrel{-2}{O}$

 Phương trình hóa học: 3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄

- Hiện tượng sự cháy của cây nến: nến có thành phần chính là paraffin, khi cháy trong không khí sẽ sinh ra khí carbon dioxide và hơi nước

Sơ đồ phản ứng: C₂H₆ + O₂ → CO₂ + H₂O$$

 Phương trình hóa học: 2C₂H₆ + 7O₂   →  4CO₂ + 6H₂O

Bài 4 trang 79 Hóa học 10: Viết phương trình hóa học của phản ứng điều chế muối zinc chloride (ZnCl₂) bằng một phản ứng oxi hóa - khử và một phản ứng không phải là phản ứng oxi hóa - khử

Phương pháp giải:

- Phản ứng oxi hóa khử là phản ứng hóa học, trong đó có sự chuyển dịch electron giữa các chất, phản u nwgs có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tử trong phân tử

- Phản ứng không phải là phản ứng oxi hóa khử là các nguyên tử trong phân tử không thay đổi số oxi hóa

Lời giải:

- Phản ứng oxi hóa - khử: Zn + Cl₂ → ZnCl₂

   + Zn từ số oxi hóa 0 lên +2, Cl từ số oxi hóa 0 xuống -1

- Phản ứng không phải oxi hóa - khử: ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O

Bài 5 trang 79 Hóa học 10: Nhiên liệu rắn dành cho tên lửa tăng tốc của tàu vũ trụ con thoi là hỗn hợp gồm ammonium perchlorate (NH4ClO4) và bột nhôm. Khi được đốt đến trên 200oC, ammonium perchlorate nổ theo phản ứng sau:

Lập phương trình hóa học của phản ứng bằng phương pháp thăng bằng electron.

Phương pháp giải:

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa trong phản ứng, từ đó xác định chất oxi hóa, chất khử

Bước 2: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử. Chất khử là chất nhường electron, chất oxi hóa là chất nhận electron

Bước 3: Xác định (và nhân) hệ số thích hợp vào các quá trình sao cho tổng số electron chất khửu nhường = tổng số electron chất oxi hóa nhận

Bước 4: Đặt các hệ số vào sơ đồ phản ứng. Cân bằng số lượng nguyên tử của các nguyên tố còn lại

Lời giải:

Sơ đồ phản ứng: $\stackrel{-3}{N}{H}_4\stackrel{+7}{Cl}\underset{4}{\overset{-2}{O}}\stackrel{{200}^{o}C}{\to }\underset{2}{\overset{0}{N}}\uparrow +\underset{2}{\overset{0}{Cl}}\uparrow +\underset{2}{\overset{0}{O}}\uparrow +H_{2}O$

Quá trình oxi hóa: $\stackrel{-3}{2N}\to \stackrel{0}{N_2}+2.3e$

                               $\stackrel{-2}{4O}\to 2\stackrel{0}{O_2}+4.2e$

Quá trình khử: $2\stackrel{+7}{Cl}+2.7e\to \underset{2}{\overset{0}{Cl}}$

Lý thuyết Phản ứng oxi hóa – khử và ứng dụng trong cuộc sống

I. Số oxi hóa

1. Tìm hiểu về số oxi hóa

- Số oxi hóa của một nguyên tử trong phân tử là điện tích của nguyên tử nguyên tố đó nếu giả định cặp electron chung thuộc hẳn về nguyên tử của nguyên tố có độ âm điện lớn hơn.

Ví dụ: Giả định nếu cặp electron chung trong hợp chất cộng hóa trị HCl lệch hẳn về phía nguyên tử Cl khi đó có thể coi Cl nhận 1 electron và H nhường 1 electron.

⇒ Cl mang điện tích -1 và H mang điện tích +1.

⇒ Ta nói số oxi hóa của Cl là -1, của H là +1.

- Cách biểu diễn số oxi hóa: Số oxi hóa được đặt ở phía trên kí hiệu nguyên tố.

Ví dụ: $\stackrel{+1}{\mathrm{H}}\stackrel{-1}{\mathrm{Cl}};\stackrel{+2}{\mathrm{Mg}}\stackrel{-2}{\mathrm{O}}...$ 

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

Quy tắc xác định số oxi hóa của nguyên tử các nguyên tố trong hợp chất

- Quy tắc 1: Số oxi hóa của nguyên tử trong các đơn chất bằng 0.

Ví dụ: ${\stackrel{0}{\mathrm{H}}}_2;{\stackrel{0}{\mathrm{O}}}_2;\stackrel{0}{\mathrm{Mg}}...$

- Quy tắc 2: Trong một phân tử, tổng số oxi hóa của các nguyên tử bằng 0.

Ví dụ: Tổng số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử NH₃ là: (-3) × 1 + 3 × (+1) = 0.

- Quy tắc 3: Trong các ion, số oxi hóa của nguyên tử (đối với ion đơn nguyên tử) hay tổng số oxi hóa các nguyên tử (đối với các ion đa nguyên tử) bằng điện tích của ion đó.

Ví dụ: Số oxi hóa của nguyên tử Na trong ion Na⁺ là +1.

Trong ion HSO₄^-  tổng số oxi hóa của các nguyên tử: 1.(+1) + 1.(+6) + 4.(-2) = -1 

- Quy tắc 4: Trong đa số các hợp chất, số oxi hóa của hydrogen là +1, trừ các hydride kim loại như NaH, CaH₂ …. Số oxi hóa của oxygen bằng -2, trừ OF₂ và các peroxide; superoxide (như H₂O₂; Na₂O₂; KO₂ …). Kim loại kiềm (nhóm IA) luôn có số oxi hóa +1; kim loại kiềm thổ (nhóm IIA) có số oxi hóa +2. Nhôm có số oxi hóa +3. Số oxi hóa của các nguyên tử nguyên tố fluorine trong các hợp chất bằng -1.

II. Phản ứng oxi hóa – khử

- Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học trong đó có sự chuyển dịch electron giữa các chất phản ứng hay phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tử trong phân tử.

- Chất khử (hay chất bị oxi hóa) là chất nhường electron hay chất có số oxi hóa tăng lên sau phản ứng.

- Chất oxi hóa (hay chất bị khử) là chất nhận electron hay chất có số oxi hóa giảm xuống sau phản ứng.

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

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

- Trong phản ứng oxi hóa – khử luôn xảy ra đồng thời sự oxi hóa và sự khử.

Ví dụ: Xét phương trình hóa học: ${\mathrm{H}}_2\stackrel{-2}{\mathrm{S}}+{\stackrel{0}{\mathrm{Br}}}_2\to 2\mathrm{H}\stackrel{-1}{\mathrm{Br}}+\stackrel{0}{\mathrm{S}}$

+ ion S^2- nhường electron (số oxi hóa tăng) nên là chất khử.

+ Br nhận electron nên là chất oxi hóa.

+ Quá trình nhường electron là quá trình oxi hóa: $\stackrel{-2}{\mathrm{S}}\to \stackrel{0}{\mathrm{S}}+2\mathrm{e}$

+ Quá trình nhận electron là quá trình khử: ${\stackrel{0}{\mathrm{Br}}}_2+2\mathrm{e}\to 2\stackrel{-1}{\mathrm{Br}}$

Chú ý:

+ Chất oxi hóa mạnh thường là các hợp chất chứa nguyên tử của các nguyên tố có số oxi hóa cao (như $\stackrel{+7}{\mathrm{Mn}}{\mathrm{O}}_4^{-};\stackrel{+6}{\mathrm{Cr}}{\mathrm{O}}_3;{\stackrel{+6}{\mathrm{Cr}}}_2{\mathrm{O}}_7^{2-};...$) hoặc đơn chất của các nguyên tố có độ âm điện lớn (như F₂, O₂, Cl₂, Br₂, …)

+ Chất khử mạnh thường là các hợp chất chứa nguyên tử của các nguyên tố có số oxi hóa thấp (như ${\mathrm{H}}_2\stackrel{-2}{\mathrm{S}};\mathrm{K}\stackrel{-1}{\mathrm{I}};\mathrm{Na}\stackrel{-1}{\mathrm{H}};...$) hoặc đơn chất kim loại (như kim loại kiềm, kiềm thổ, …)

+ Chất chứa nguyên tử của nguyên tố có số oxi hóa trung gian (như ${\mathrm{H}}_2{\stackrel{-1}{\mathrm{O}}}_2;\stackrel{+4}{\mathrm{S}}{\mathrm{O}}_2;\stackrel{+2}{\mathrm{N}}\mathrm{O};...)$thì tùy thuộc vào điều kiện phản ứng (tác nhân và môi trường) mà thể hiện tính khử hoặc tính oxi hóa hoặc cả hai (vừa tính oxi hóa, vừa tính khử hay tự oxi hóa – khử).

III. Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử

- Có nhiều phương pháp lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử. Phương pháp thông dụng hiện nay là thăng bằng electron.

- Nguyên tắc:

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

- Các bước lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa - khử theo phương pháp thăng bằng electron:

+ Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa trong phản ứng, từ đó xác định chất oxi hóa, chất khử.

+ Bước 2: Viết quá trình oxi hóa, quá trình khử.

+ Bước 3: Xác định (và nhân) hệ số thích hợp vào các quá trình sao cho tổng số electron do chất khử nhường bằng tổng số electron chất oxi hóa nhận.

+ Bước 4: Đặt các hệ số vào sơ đồ phản ứng. Cân bằng số lượng nguyên tử các nguyên tố còn lại.

Ví dụ:

Lập phương trình hóa học của phản ứng KMnO₄ + HCl → KCl + MnCl₂ + Cl↑ + H₂O theo phương pháp thăng bằng electron.

Bước 1: $\stackrel{}{\mathrm{K}}\stackrel{+7}{\mathrm{Mn}}{\stackrel{}{\mathrm{O}}}_4+\stackrel{}{\mathrm{H}}\stackrel{-1}{\mathrm{Cl}}\to \stackrel{}{\mathrm{K}}\stackrel{}{\mathrm{Cl}}+\stackrel{+2}{\mathrm{Mn}}{\stackrel{}{\mathrm{Cl}}}_2+{\stackrel{0}{\mathrm{Cl}}}_2+{\stackrel{}{\mathrm{H}}}_2\stackrel{}{\mathrm{O}}$

Chất khử: HCl

Chất oxi hóa: KMnO₄

Bước 2:                              

Quá trình oxi hóa: $2\stackrel{-1}{\mathrm{Cl}}\to {\stackrel{0}{\mathrm{Cl}}}_2+2\mathrm{e}$

Quá trình khử: $\stackrel{+7}{\mathrm{Mn}}+5\mathrm{e}\to \stackrel{+2}{\mathrm{Mn}}$

Bước 3:

$\begin{array}{c}2\times \\ 5\times \end{array}|\begin{array}{l}\stackrel{+7}{\mathrm{Mn}}+5\mathrm{e}\to \stackrel{+2}{\mathrm{Mn}}\\ 2\stackrel{-1}{\mathrm{Cl}}\to {\stackrel{0}{\mathrm{Cl}}}_2+2\mathrm{e}\end{array}$

Bước 4: 2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O

IV. Ý nghĩa của phản ứng oxi hóa – khử

- Một số phản ứng oxi hóa – khử quan trọng gắn liền với cuộc sống như sự cháy của than, củi; sự cháy của xăng, dầu trong các động cơ đốt trong; các quá trình điện phân; các phản ứng xảy ra trong pin, ắc quy …

- Một số phản ứng oxi hóa – khử là cơ sở của quá trình sản xuất trong các ngành công nghiệp nặng; sản xuất các hóa chất cơ bản; sản xuất phân bón; thuốc bảo vệ thực vật; dược phẩm …

Xem thêm các bài giải SGK Hóa học lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 11: Liên kết hydrogen và tương tác van der waals

Bài 13: Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học