Phản ứng oxi hóa khử là một trong những nội dung quan trọng của chương trình hóa học khối lớp 10. Thông qua nội dung kiến thức này, nhiều quá trình xảy ra trong tự nhiên được giải thích một cách khoa học hơn. Phản ứng oxi hóa khử có thể là sự hô hấp, quá trình thực vật hấp thụ khí cacbonic giải phóng oxi, sự trao đổi chất hoặc sự đốt cháy nhiên liệu trong các động cơ,… Vậy phản ứng oxi hóa khử là gì? Bạn cần nắm những thông tin gì về loại phản ứng này? Tất cả sẽ được trình bày cụ thể trong bài viết dưới đây.
Phản ứng oxi hoá khử có ý nghĩa quan trọng trong cuộc sống. Bởi phần lớn năng lượng mà chúng ta dùng là năng lượng của phản ứng oxi hóa khử. Có thể kể đến sự cháy của củi, sự cháy của xăng dầu trong các động cơ đốt trong,… Hoặc trong các ngành công nghiệp nặng như luyện gang, thép,…, phản ứng oxi hóa khử là cơ sở của các quá trình sản xuất. Quan trọng là vậy, song rất ít người biết bản chất của phản ứng oxi hóa khử là gì? Quá trình oxi hóa khử xảy ra như thế nào?
Phản ứng oxi hóa khử là gì?
Định nghĩa
Phản ứng oxi hóa khử xảy ra phổ biến xung quanh chúng ta. Tuy nhiên, mỗi người lại có một cách định nghĩa khác nhau về phản ứng này.
Có người định nghĩa, phản ứng oxi hóa khử là phản ứng hóa học, trong đó có sự chuyển electron giữa các chất trong phản ứng. Hoặc phản ứng oxi hóa khử là phản ứng hóa học trong đó có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tố.
Bạn có thể hiểu, phản ứng oxi hóa khử hay dưỡng hóa bao gồm tất cả các phản ứng hóa học. Trong đó, các nguyên tử có trạng thái oxi hóa thay đổi. Phản ứng này thường liên quan đến việc chuyển giao điện tử (electron) giữa các đối tượng hóa học.
Thông thường, một phản ứng oxi hóa khử xảy ra bao gồm chất khử, chất oxi hóa, sự khử và sự oxi hóa. Theo đó:
– Chất khử (chất bị oxi hóa) là chất nhường electron. Sau quá trình phản ứng, số oxi hóa tăng.
– Chất oxi hóa (chất bị khử) là chất thu electron. Sau quá trình phản ứng, số oxi hoá giảm.
– Sự oxi hoá của một chất là làm cho chất đó nhường electron hay làm tăng số oxi hoá chất đó.
– Sự khử của một chất là làm cho chất đó nhận electron hay làm giảm số oxi hoá chất đó.
Ví dụ dưới đây sẽ giúp các bạn hiểu hơn về 4 yếu tố trong phản ứng oxi hóa khử.
2Mg + O2 → 2MgO
Qua phương trình trên, chúng ta có thể thấy, số oxi hóa của Mg tăng từ 0 lên +2, Mg nhường electron. Số oxi hóa của oxi giảm từ 0 xuống -2, oxi nhận electron. Như vậy, chất oxi hóa là oxi, chất khử là Mg. Quá trình Mg nhường electron là quá trình oxi hóa Mg.
Dấu hiệu nhận biết
Phản ứng oxi hóa khử là phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tố. Vì vậy, bạn có thể nhận biết phản ứng thông qua số oxi hóa.
Điều kiện của phản ứng oxi hóa khử
Phản ứng oxi hóa khử xảy ra khi có sự nhường electron và sự nhận electron. Vì vậy, sự oxi hoá và sự khử bao giờ cũng diễn ra đồng thời trong một phản ứng.
Quy tắc nhớ
Để dễ dàng thiết lập một phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa khử, các bạn nên ghi nhớ quy tắc: Khử cho – O nhận. Nghĩa là chất khử là chất cho electron, chất oxi hóa là chất nhận electron.
Phân loại
Căn cứ theo tính chất, phản ứng oxi hóa khử có các loại sau:
– Loại cơ bản: Đây là loại phản ứng chỉ có một quá trình oxi hoá và một quá trình khử. Trong đó, chất khử và chất oxi hoá ở hai chất khác nhau. Đồng thời, phản ứng này không có sự tham gia của môi trường phản ứng.
– Loại có sự tham gia của môi trường: Với loại này, môi trường phản ứng có thể là chất oxi hoá, có thể là chất khử. Bên cạnh đó, môi trường chính cũng có thể là một chất khác.
– Loại phản ứng oxi hoá nội phân tử: Đây là dạng phản ứng mà quá trình oxi hóa và quá trình khử xảy ra với 2 loại nguyên tố khác nhau nhưng trong cùng 1 phân tử (thường là phản ứng phân hủy). Nghĩa là chất oxi hoá và chất khử ở trong cùng một chất. Tuy nhiên, chúng có thể là các nguyên tử, ion hay các nguyên tố khác nhau hoặc các nguyên tử hay ion của cùng một nguyên tố nhưng có vai trò khác nhau trong cùng một chất.
– Loại phản ứng tự oxi hoá khử: Bạn có thể hiểu, phản ứng tự oxi hoá khử là chất khử và chất oxi hoá là cùng một nguyên tố trong chất đó.
– Loại phức tạp: Với dạng này, quá trình oxi hoá và quá trình khử phải từ 3 trở lên. Ngoài ra, nó có thể có sự tham gia của môi trường, phản ứng nội phân tử hay phản ứng tự oxi hoá khử.
Như vậy, tùy theo loại hợp chất cũng như số oxi hóa mà quá trình phản ứng xảy ra khác nhau. Do đó, xác định số oxi hóa đóng vai trò quan trọng. Vậy số oxi hóa là gì?
Số oxi hóa
Như chúng ta đã biết, dấu hiệu nhận biết phản ứng oxi hóa khử là số oxi hóa. Do đó, xác định số oxi hóa là bước đầu tiên trong cách cân bằng phản ứng oxi hóa khử.
Số oxi hóa của 1 nguyên tố trong phân tử là điện tích của nguyên tử nguyên tố đó trong phân tử, nếu giả định rằng mọi liên kết trong phân tử đều là liên kết ion. Hay nói cách khác, số oxi hóa là điện tích của nguyên tử (điện tích hình thức) trong phân tử, nếu giả định rằng các cặp electron chung coi như chuyển hẳn về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn.
Lưu ý: Bạn phải viết số oxi hóa bằng chữ số thường, dấu đặt phía trước và được đặt ở trên kí hiệu nguyên tố. Khi xác định số oxi hóa, bạn phải tuân thủ theo các quy tắc sau:
Quy tắc 1: Số oxi hóa của các nguyên tố trong các đơn chất bằng không.
Quy tắc 2: Trong 1 phân tử, tổng số số oxi hóa của các nguyên tố bằng 0.
Quy tắc 3: Số oxi hóa của các ion đơn nguyên tử bằng điện tích của ion đó . Trong ion đa nguyên tử, tổng số số oxi hóa của các nguyên tố bằng điện tích của ion.
Quy tắc 4: Trong hầu hết các hợp chất, số oxi hóa của H bằng +1 , trừ 1 số trường hợp như kim loại (NaH, CaH2 …). Số oxi hóa của O bằng –2 trừ trường hợp OF2, peoxit (chẳng hạn H2O2,…).
Bạn chỉ cần thực hiện đúng các quy tắc này là đã có thể xác định chính xác số oxi hóa của các chất trong phản ứng oxi hóa khử.
Cân bằng phản ứng oxi hóa khử như thế nào?
Các bước cân bằng phản ứng oxi hóa khử
Nhiều bạn cho rằng, trong tất cả các phản ứng hóa học, cân bằng phản ứng oxi hóa khử là khó nhất. Thật ra, nó sẽ rất đơn giản nếu bạn nắm vững các bước dưới đây:
+ Bước 1: Đầu tiên, bạn hãy xác định sự thay đổi số oxi hóa.
+ Bước 2: Tiếp đến, hãy lập thăng bằng electron bằng cách nhân hệ số sao cho: Tổng số electron cho bằng tổng số electron nhận. Nghĩa là tổng số oxi hóa giảm bằng tổng số oxi hóa tăng.
+ Bước 3: Cuối cùng, bạn hãy đặt các hệ số tìm được vào phản ứng và tính các hệ số còn lại.
* Lưu ý: Khi cần bằng phản ứng oxi hóa khử, bạn phải dựa vào sự bảo toàn electron.
Ví dụ
Các ví dụ dưới đây sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn cách cân bằng phản ứng oxi hóa khử. Bạn hãy theo dõi nhé!
Cân bằng phương trình: FeS + HNO3 –> Fe(NO3)3 + N2O + H2SO4 + H2O
Theo các bước trên, ta thực hiện như sau:
Bước 1: Xác định sự thay đổi số oxi hóa
Fe+2 –> Fe+3
S-2 –> S+6
N+5 –> N+1
Bước 2: Lập thăng bằng electron
Fe+2 –> Fe+3 + 1e
S-2 –> S+6 + 8e
FeS –> Fe+3 + S+6 + 9e
2N+5 + 8e –> 2N+1
như vậy: Có 8FeS và 9N2O.
Bước 3: đặt các hệ số tìm được vào phản ứng và tính các hệ số còn lại
8FeS + 42HNO3 –> 8Fe(NO3)3 + 9N2O + 8H2SO4 + 13H2O
Bạn thấy đó, rất dễ dàng. Do vậy, để có thể cân bằng được phương trình khó hơn, các bạn hãy tập làm nhiều phương trình theo cách trên. Chắc chắn, các bạn sẽ thành công.
Bài viết đã cung cấp đầy đủ thông tin về phản ứng oxi hóa khử từ định nghĩa, cho đến cách cân bằng phương trình hóa học. Hy vọng, các bạn sẽ nắm vững kiến thức về loại phương trình này để có thể vận dụng tốt hơn trong học tập.