Số oxi hóa của một nguyên tử trong phân tử được định nghĩa là

Đáp án đúng là: A

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.

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.

Xác định số oxi hóa	Số oxi hóa
Đơn chất	0
Phân tử	Tổng số oxi hóa của các nguyên tử bằng 0
Ion đơn nguyên tử	Bằng điện tích của ion
Ion đa nguyên tử	Tổng số oxi hóa các nguyên tử bằng điện tích ion
Ion fluorine	-1
Oxygen trong hợp chất (trừ OF2 và các peroxide, superoxide)	-2
Hydrogen trong hợp chất (trừ các hydride)	+khử

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 …