Bài học

Ôn tập số oxi hoá và xác định chất oxi hoá – chất khử

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em xác định được số oxi hoá của một nguyên tố trong hợp chất hoặc ion, nhận diện được quá trình oxi hoá và quá trình khử, và chỉ ra được chất oxi hoá, chất khử trong một phản ứng cho trước.

Kiến thức nền cần nhớ

Ở chương trước, em đã biết liên kết cộng hoá trị phân cực có cặp electron lệch về phía nguyên tử âm điện hơn, còn liên kết ion có electron chuyển hẳn từ nguyên tử này sang nguyên tử khác. Số oxi hoá là công cụ kế toán hoá học dùng chính hai ý tưởng đó để theo dõi "electron đang thuộc về ai" trong một hợp chất, làm nền cho khái niệm oxi hoá – khử.

Khởi động

Một chiếc đinh sắt để ngoài trời ẩm lâu ngày sẽ xuất hiện lớp gỉ màu nâu đỏ. Bản chất nguyên tử sắt đã trải qua thay đổi gì ở cấp độ electron để tạo ra hiện tượng quen thuộc này?

Kiến thức trọng tâm

Quy tắc xác định số oxi hoá. Số oxi hoá của nguyên tố trong đơn chất luôn bằng 0. Số oxi hoá của ion đơn nguyên tử bằng đúng điện tích của ion đó. Trong hầu hết hợp chất, hydrogen có số oxi hoá $+1$ (trừ hydride kim loại như $NaH$ , ở đó H là $-1$ ) và oxygen có số oxi hoá $-2$ (trừ peroxide như $H_2O_2$ , ở đó O là $-1$ ). Tổng số oxi hoá của tất cả nguyên tử trong một phân tử trung hoà bằng 0; trong một ion đa nguyên tử, tổng đó bằng đúng điện tích của ion.

Áp dụng quy tắc. Trong $H_2O$ : H là $+1$ , O là $-2$ (kiểm tra: $2(+1) + (-2) = 0$ , đúng). Trong $KMnO_4$ : K là $+1$ , O là $-2$ mỗi nguyên tử (4 nguyên tử O góp $-8$ ); để tổng bằng 0, Mn phải là $+7$ . Trong $Fe_2O_3$ : 3 nguyên tử O góp $-6$ ; để tổng bằng 0, 2 nguyên tử Fe phải góp $+6$ , vậy mỗi Fe là $+3$ . Trong ion $NH_4^+$ : 4 nguyên tử H góp $+4$ ; để tổng bằng điện tích ion $+1$ , N phải là $-3$ .

Oxi hoá, khử, và tên gọi dễ gây nhầm. Quá trình OXI HOÁ là quá trình số oxi hoá của một nguyên tố TĂNG lên (bản chất là nguyên tử đó nhường electron). Quá trình KHỬ là quá trình số oxi hoá GIẢM xuống (nguyên tử đó nhận electron). Điểm dễ nhầm nhất: chất KHỬ là chất TỰ NÓ bị OXI HOÁ (số oxi hoá của chính nó tăng); chất OXI HOÁ là chất TỰ NÓ bị KHỬ (số oxi hoá của chính nó giảm) — tên gọi của chất mang nghĩa ngược với quá trình mà chính nó trải qua, nên phải nhớ kĩ định nghĩa thay vì đoán theo cảm tính.

Ví dụ nhận diện. Trong phản ứng $Fe + CuSO_4 \to FeSO_4 + Cu$ : sắt từ số oxi hoá 0 lên $+2$ (số oxi hoá tăng → Fe bị oxi hoá → Fe là chất khử); đồng từ $+2$ về 0 (số oxi hoá giảm → $Cu^{2+}$ bị khử → $CuSO_4$ là chất oxi hoá).

Vì sao số oxi hoá quan trọng hơn chỉ là một con số kế toán. Số oxi hoá cho phép em NHẬN DIỆN một phản ứng có phải oxi hoá – khử hay không chỉ bằng cách so sánh số oxi hoá hai vế, mà không cần biết chi tiết cơ chế electron di chuyển thế nào. Nhiều phản ứng quen thuộc — trao đổi ion, trung hoà acid–base, kết tủa — hoàn toàn KHÔNG phải phản ứng oxi hoá – khử, dù trông có vẻ "phức tạp"; ngược lại, nhiều phản ứng đơn giản như kim loại tác dụng acid lại luôn là oxi hoá – khử. Kĩ năng phân biệt hai loại này chính là bước chuẩn bị bắt buộc trước khi cân bằng bất kì phương trình nào bằng phương pháp thăng bằng electron ở bài sau.

**Quy tắc xác định số oxi hoá.** Số oxi hoá của nguyên tố trong đơn chất luôn bằng 0. Số oxi hoá của ion đơn nguyên tử bằng đúng điện tích của ion đó. Trong hầu hết hợp chất, hydrogen có số oxi hoá $+1$ (trừ hydride kim loại như $NaH$, ở đó H là $-1$) và oxygen có số oxi hoá $-2$ (trừ peroxide như $H_2O_2$, ở đó O là $-1$). Tổng số oxi hoá của tất cả nguyên tử trong một phân tử trung hoà bằng 0; trong một ion đa nguyên tử, tổng đó bằng đúng điện tích của ion. **Áp dụng quy tắc.** Trong $H_2O$: H là $+1$, O là $-2$ (kiểm tra: $2(+1) + (-2) = 0$, đúng). Trong $KMnO_4$: K là $+1$, O là $-2$ mỗi nguyên tử (4 nguyên tử O góp $-8$); để tổng bằng 0, Mn phải là $+7$. Trong $Fe_2O_3$: 3 nguyên tử O góp $-6$; để tổng bằng 0, 2 nguyên tử Fe phải góp $+6$, vậy mỗi Fe là $+3$. Trong ion $NH_4^+$: 4 nguyên tử H góp $+4$; để tổng bằng điện tích ion $+1$, N phải là $-3$. **Oxi hoá, khử, và tên gọi dễ gây nhầm.** Quá trình OXI HOÁ là quá trình số oxi hoá của một nguyên tố TĂNG lên (bản chất là nguyên tử đó nhường electron). Quá trình KHỬ là quá trình số oxi hoá GIẢM xuống (nguyên tử đó nhận electron). Điểm dễ nhầm nhất: chất KHỬ là chất TỰ NÓ bị OXI HOÁ (số oxi hoá của chính nó tăng); chất OXI HOÁ là chất TỰ NÓ bị KHỬ (số oxi hoá của chính nó giảm) — tên gọi của chất mang nghĩa ngược với quá trình mà chính nó trải qua, nên phải nhớ kĩ định nghĩa thay vì đoán theo cảm tính. **Ví dụ nhận diện.** Trong phản ứng $Fe + CuSO_4 \to FeSO_4 + Cu$: sắt từ số oxi hoá 0 lên $+2$ (số oxi hoá tăng → Fe bị oxi hoá → Fe là chất khử); đồng từ $+2$ về 0 (số oxi hoá giảm → $Cu^{2+}$ bị khử → $CuSO_4$ là chất oxi hoá). **Vì sao số oxi hoá quan trọng hơn chỉ là một con số kế toán.** Số oxi hoá cho phép em NHẬN DIỆN một phản ứng có phải oxi hoá – khử hay không chỉ bằng cách so sánh số oxi hoá hai vế, mà không cần biết chi tiết cơ chế electron di chuyển thế nào. Nhiều phản ứng quen thuộc — trao đổi ion, trung hoà acid–base, kết tủa — hoàn toàn KHÔNG phải phản ứng oxi hoá – khử, dù trông có vẻ "phức tạp"; ngược lại, nhiều phản ứng đơn giản như kim loại tác dụng acid lại luôn là oxi hoá – khử. Kĩ năng phân biệt hai loại này chính là bước chuẩn bị bắt buộc trước khi cân bằng bất kì phương trình nào bằng phương pháp thăng bằng electron ở bài sau.

Ví dụ

Xác định số oxi hoá trong hợp chất và ion

1
Xác định số oxi hoá của Mn trong $KMnO_4$ , và của N trong $NH_4NO_3$ (lưu ý phân tử này có 2 nguyên tử N ở hai môi trường khác nhau).
Xác định số oxi hoá của Mn trong $KMnO_4$, và của N trong $NH_4NO_3$ (lưu ý phân tử này có 2 nguyên tử N ở hai môi trường khác nhau).
2
Trong $KMnO_4$ : K là $+1$ ; O là $-2$ (4 nguyên tử, tổng $-8$ ). Tổng toàn phân tử bằng 0: $(+1) + x + (-8) = 0 \Rightarrow x = +7$ . Vậy Mn có số oxi hoá $+7$ .
Trong $KMnO_4$: K là $+1$; O là $-2$ (4 nguyên tử, tổng $-8$). Tổng toàn phân tử bằng 0: $(+1) + x + (-8) = 0 \Rightarrow x = +7$. Vậy Mn có số oxi hoá $+7$.
3
$NH_4NO_3$ gồm ion $NH_4^+$ và ion $NO_3^-$ kết hợp với nhau, mỗi ion phải xét riêng.
$NH_4NO_3$ gồm ion $NH_4^+$ và ion $NO_3^-$ kết hợp với nhau, mỗi ion phải xét riêng.
4
Trong $NH_4^+$ : H là $+1$ (4 nguyên tử, tổng $+4$ ); tổng ion bằng $+1$ : $y + 4 = +1 \Rightarrow y = -3$ . Trong $NO_3^-$ : O là $-2$ (3 nguyên tử, tổng $-6$ ); tổng ion bằng $-1$ : $z + (-6) = -1 \Rightarrow z = +5$ .
Trong $NH_4^+$: H là $+1$ (4 nguyên tử, tổng $+4$); tổng ion bằng $+1$: $y + 4 = +1 \Rightarrow y = -3$. Trong $NO_3^-$: O là $-2$ (3 nguyên tử, tổng $-6$); tổng ion bằng $-1$: $z + (-6) = -1 \Rightarrow z = +5$.
5
Trong cùng một phân tử $NH_4NO_3$ , có hai nguyên tử N với hai số oxi hoá khác nhau: $-3$ (trong $NH_4^+$ ) và $+5$ (trong $NO_3^-$ ).
Trong cùng một phân tử $NH_4NO_3$, có hai nguyên tử N với hai số oxi hoá khác nhau: $-3$ (trong $NH_4^+$) và $+5$ (trong $NO_3^-$).

Ví dụ

Chỉ ra chất oxi hoá, chất khử và viết quá trình

1
Cho phản ứng $Zn + 2HCl \to ZnCl_2 + H_2$ . Xác định số oxi hoá của Zn và H trước, sau phản ứng; chỉ ra chất oxi hoá, chất khử; viết quá trình oxi hoá và quá trình khử.
Cho phản ứng $Zn + 2HCl \to ZnCl_2 + H_2$. Xác định số oxi hoá của Zn và H trước, sau phản ứng; chỉ ra chất oxi hoá, chất khử; viết quá trình oxi hoá và quá trình khử.
2
Zn: từ 0 (đơn chất) lên $+2$ (trong $ZnCl_2$ ) — số oxi hoá TĂNG. H: từ $+1$ (trong $HCl$ ) về 0 (trong $H_2$ ) — số oxi hoá GIẢM.
Zn: từ 0 (đơn chất) lên $+2$ (trong $ZnCl_2$) — số oxi hoá TĂNG. H: từ $+1$ (trong $HCl$) về 0 (trong $H_2$) — số oxi hoá GIẢM.
3
Zn có số oxi hoá tăng → Zn bị oxi hoá → Zn là chất khử. H (trong HCl) có số oxi hoá giảm → $H^+$ bị khử → HCl (cụ thể là $H^+$ ) là chất oxi hoá.
Zn có số oxi hoá tăng → Zn bị oxi hoá → Zn là chất khử. H (trong HCl) có số oxi hoá giảm → $H^+$ bị khử → HCl (cụ thể là $H^+$) là chất oxi hoá.
4
Quá trình oxi hoá: $Zn \to Zn^{2+} + 2e$ . Quá trình khử: $2H^+ + 2e \to H_2$ .
Quá trình oxi hoá: $Zn \to Zn^{2+} + 2e$. Quá trình khử: $2H^+ + 2e \to H_2$.

Ví dụ

Nhận diện phản ứng KHÔNG phải oxi hoá – khử

1
Xét phản ứng nung vôi $CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2$ . Đây có phải phản ứng oxi hoá – khử hay không? Giải thích bằng cách so sánh số oxi hoá các nguyên tố trước và sau phản ứng.
Xét phản ứng nung vôi $CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2$. Đây có phải phản ứng oxi hoá – khử hay không? Giải thích bằng cách so sánh số oxi hoá các nguyên tố trước và sau phản ứng.
2
Ca: $+2$ ở cả $CaCO_3$ và $CaO$ — không đổi. C: $+4$ ở cả ion $CO_3^{2-}$ và phân tử $CO_2$ — không đổi. O: $-2$ ở cả hai vế — không đổi.
Ca: $+2$ ở cả $CaCO_3$ và $CaO$ — không đổi. C: $+4$ ở cả ion $CO_3^{2-}$ và phân tử $CO_2$ — không đổi. O: $-2$ ở cả hai vế — không đổi.
3
Không có nguyên tố nào thay đổi số oxi hoá trước và sau phản ứng, nên đây KHÔNG phải phản ứng oxi hoá – khử — chỉ là một phản ứng phân huỷ thông thường, dùng bảo toàn nguyên tố để cân bằng chứ không cần thăng bằng electron.

Sai lầm thường gặp

Nhầm lẫn phổ biến nhất chương này: gọi ngược tên chất oxi hoá/chất khử. Hãy nhớ chắc: chất KHỬ là chất TỰ NÓ bị OXI HOÁ (số oxi hoá của chính nó tăng); chất OXI HOÁ là chất TỰ NÓ bị KHỬ (số oxi hoá của chính nó giảm). Một mẹo nhớ: chất khử "khử" chất khác bằng cách nhường electron cho nó, còn bản thân nó thì bị oxi hoá.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Số oxi hoá tăng = bị oxi hoá = chính là chất khử. Số oxi hoá giảm = bị khử = chính là chất oxi hoá. Muốn tìm nhanh, chỉ cần so sánh số oxi hoá của từng nguyên tố ở hai vế phản ứng.

Xác định được chất oxi hoá, chất khử mới chỉ là bước đầu. Bài tiếp theo dùng chính hai quá trình này để cân bằng cả một phương trình phản ứng oxi hoá – khử hoàn chỉnh.