Bài học

Chất oxi hóa, chất khử và phản ứng oxi hóa – khử

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em định nghĩa được quá trình oxi hóa, quá trình khử qua sự thay đổi số oxi hóa, và xác định đúng chất oxi hóa, chất khử trong một phương trình hóa học cho trước.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước em đã thành thạo gán số oxi hóa cho từng nguyên tử trong phân tử và ion. Đây chính là công cụ để nhận ra ai nhường, ai nhận electron trong phản ứng — điều mà cách nhìn hóa trị ở chương trình lớp 9 chỉ giải thích được cho phản ứng thế đơn giản kiểu Fe tác dụng CuSO₄, chứ chưa nói rõ bản chất electron của phản ứng.

Khởi động

Trong phản ứng Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu, sắt "đẩy" đồng ra khỏi dung dịch muối — kiến thức em đã biết từ lớp 9. Nhưng số oxi hóa của Fe thay đổi thế nào, của Cu thay đổi thế nào? Và ai thực sự là bên nhường electron, ai là bên nhận?

Kiến thức trọng tâm

Quá trình oxi hóa (sự oxi hóa) là quá trình một chất nhường electron, khiến số oxi hóa của nguyên tố đó tăng lên. Quá trình khử (sự khử) là quá trình một chất nhận electron, khiến số oxi hóa của nguyên tố đó giảm xuống.

Chất khử (còn gọi là chất bị oxi hóa) là chất nhường electron. Chất oxi hóa (còn gọi là chất bị khử) là chất nhận electron. Hai tên gọi luôn đi theo cặp trái chiều: chất KHỬ đi làm công việc khử cho chất khác, còn bản thân nó lại BỊ oxi hóa; chất OXI HÓA đi oxi hóa chất khác, còn bản thân nó lại BỊ khử.

Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng có sự chuyển electron giữa các chất phản ứng, nhận biết qua dấu hiệu duy nhất: có ít nhất một nguyên tố thay đổi số oxi hóa trước và sau phản ứng. Quá trình oxi hóa và quá trình khử luôn xảy ra đồng thời, không thể có cái này mà thiếu cái kia, vì electron nhường ra phải có nơi nhận vào.

Xét lại $Fe + CuSO_4 \to FeSO_4 + Cu$ : Fe đi từ 0 lên +2 (số oxi hóa tăng, Fe nhường 2 electron, Fe là chất khử); Cu đi từ +2 xuống 0 (số oxi hóa giảm, Cu²⁺ nhận 2 electron, CuSO₄ là chất oxi hóa). Số electron Fe nhường đúng bằng số electron Cu nhận — đây không phải trùng hợp mà là quy luật bắt buộc, nền tảng cho phương pháp cân bằng ở chương sau.

Xét thêm $Zn + 2HCl \to ZnCl_2 + H_2$ : Zn đi từ 0 lên +2, nhường 2 electron, là chất khử; H trong HCl đi từ +1 xuống 0 (trong H₂), mỗi nguyên tử H nhận 1 electron, hai nguyên tử H nhận tổng cộng 2 electron — vừa khớp với 2 electron Zn nhường ra.

**Quá trình oxi hóa** (sự oxi hóa) là quá trình một chất nhường electron, khiến số oxi hóa của nguyên tố đó tăng lên. **Quá trình khử** (sự khử) là quá trình một chất nhận electron, khiến số oxi hóa của nguyên tố đó giảm xuống. **Chất khử** (còn gọi là chất bị oxi hóa) là chất nhường electron. **Chất oxi hóa** (còn gọi là chất bị khử) là chất nhận electron. Hai tên gọi luôn đi theo cặp trái chiều: chất KHỬ đi làm công việc khử cho chất khác, còn bản thân nó lại BỊ oxi hóa; chất OXI HÓA đi oxi hóa chất khác, còn bản thân nó lại BỊ khử. **Phản ứng oxi hóa – khử** là phản ứng có sự chuyển electron giữa các chất phản ứng, nhận biết qua dấu hiệu duy nhất: có ít nhất một nguyên tố thay đổi số oxi hóa trước và sau phản ứng. Quá trình oxi hóa và quá trình khử luôn xảy ra đồng thời, không thể có cái này mà thiếu cái kia, vì electron nhường ra phải có nơi nhận vào. Xét lại $Fe + CuSO_4 \to FeSO_4 + Cu$: Fe đi từ 0 lên +2 (số oxi hóa tăng, Fe nhường 2 electron, Fe là chất khử); Cu đi từ +2 xuống 0 (số oxi hóa giảm, Cu²⁺ nhận 2 electron, CuSO₄ là chất oxi hóa). Số electron Fe nhường đúng bằng số electron Cu nhận — đây không phải trùng hợp mà là quy luật bắt buộc, nền tảng cho phương pháp cân bằng ở chương sau. Xét thêm $Zn + 2HCl \to ZnCl_2 + H_2$: Zn đi từ 0 lên +2, nhường 2 electron, là chất khử; H trong HCl đi từ +1 xuống 0 (trong H₂), mỗi nguyên tử H nhận 1 electron, hai nguyên tử H nhận tổng cộng 2 electron — vừa khớp với 2 electron Zn nhường ra.

Ví dụ

Xác định chất oxi hóa, chất khử trong Fe + CuSO₄

1
Xác định số oxi hóa trước/sau, chất oxi hóa và chất khử trong phản ứng $Fe + CuSO_4 \to FeSO_4 + Cu$ .
Xác định số oxi hóa trước/sau, chất oxi hóa và chất khử trong phản ứng $Fe + CuSO_4 \to FeSO_4 + Cu$.
2
Trước phản ứng: Fe (đơn chất) có SOH 0, Cu trong CuSO₄ có SOH +2. Sau phản ứng: Fe trong FeSO₄ có SOH +2, Cu (đơn chất) có SOH 0.
3
Fe: $0 \to +2$ , số oxi hóa tăng nên đây là quá trình oxi hóa: $Fe \to Fe^{2+} + 2e$ . Cu: $+2 \to 0$ , số oxi hóa giảm nên đây là quá trình khử: $Cu^{2+} + 2e \to Cu$ .
Fe: $0 \to +2$, số oxi hóa tăng nên đây là quá trình oxi hóa: $Fe \to Fe^{2+} + 2e$. Cu: $+2 \to 0$, số oxi hóa giảm nên đây là quá trình khử: $Cu^{2+} + 2e \to Cu$.
4
Fe nhường electron nên Fe là chất khử; CuSO₄ (thông qua Cu²⁺) nhận electron nên là chất oxi hóa. Vậy trong phản ứng này, Fe là chất khử, CuSO₄ là chất oxi hóa.

Ví dụ

Xác định chất oxi hóa, chất khử khi có nguyên tố không đổi số oxi hóa

1
Xác định chất oxi hóa, chất khử trong $Zn + 2HCl \to ZnCl_2 + H_2$ . Cl có tham gia quá trình nhường/nhận electron hay không?
Xác định chất oxi hóa, chất khử trong $Zn + 2HCl \to ZnCl_2 + H_2$. Cl có tham gia quá trình nhường/nhận electron hay không?
2
Zn: $0 \to +2$ , nhường 2 electron, là chất khử: $Zn \to Zn^{2+} + 2e$ . H trong HCl: $+1 \to 0$ (trong H₂), mỗi H nhận 1 electron, hai H nhận tổng 2 electron: $2H^+ + 2e \to H_2$ .
Zn: $0 \to +2$, nhường 2 electron, là chất khử: $Zn \to Zn^{2+} + 2e$. H trong HCl: $+1 \to 0$ (trong H₂), mỗi H nhận 1 electron, hai H nhận tổng 2 electron: $2H^+ + 2e \to H_2$.
3
Cl trong HCl có SOH −1, trong ZnCl₂ vẫn là −1 — không hề thay đổi trước và sau phản ứng. Vì không đổi số oxi hóa, Cl không tham gia quá trình nhường hay nhận electron nào, chỉ đóng vai trò ion khán giả (ion không đổi) trong phản ứng.
4
Zn là chất khử (nhường electron); HCl, cụ thể là ion H⁺, là chất oxi hóa (nhận electron). Cl⁻ không phải chất oxi hóa cũng không phải chất khử.

Ví dụ

Phản ứng nhiệt nhôm — xác định chất oxi hóa, chất khử

1
Phản ứng nhiệt nhôm dùng để hàn đường ray: $2Al + Fe_2O_3 \to Al_2O_3 + 2Fe$ . Xác định chất oxi hóa, chất khử.
Phản ứng nhiệt nhôm dùng để hàn đường ray: $2Al + Fe_2O_3 \to Al_2O_3 + 2Fe$. Xác định chất oxi hóa, chất khử.
2
Al: $0 \to +3$ (trong Al₂O₃), số oxi hóa tăng. Fe trong Fe₂O₃: $+3 \to 0$ (đơn chất Fe), số oxi hóa giảm.
Al: $0 \to +3$ (trong Al₂O₃), số oxi hóa tăng. Fe trong Fe₂O₃: $+3 \to 0$ (đơn chất Fe), số oxi hóa giảm.
3
Al nhường electron nên Al là chất khử; Fe₂O₃ nhận electron (qua Fe³⁺ bị khử về Fe) nên là chất oxi hóa. Vậy phản ứng nhiệt nhôm dùng chính Al làm chất khử để khử Fe₂O₃ thành sắt kim loại nóng chảy ngay tại chỗ hàn.

Cách gọi tên chất oxi hóa/chất khử không phụ thuộc vào việc chất đó là kim loại, phi kim hay hợp chất — nó chỉ phụ thuộc vào chiều thay đổi số oxi hóa. Một chất có thể là chất khử trong phản ứng này nhưng lại là chất oxi hóa trong phản ứng khác, tùy vào chất nó gặp. Ví dụ Fe²⁺ khi gặp Cu²⁺ thì không phản ứng (Cu²⁺ oxi hóa yếu hơn Fe³⁺ nên không đủ mạnh để oxi hóa Fe²⁺ lên Fe³⁺ trong điều kiện thường), nhưng khi gặp Cl₂ (chất oxi hóa mạnh hơn), Fe²⁺ lại đóng vai trò chất khử, bị oxi hóa lên Fe³⁺. Vai trò của một chất luôn được xác định LẠI cho từng phản ứng cụ thể, không phải một nhãn cố định gắn liền với chất đó.

Sai lầm thường gặp

Học sinh hay nhầm "chất oxi hóa" với "chất bị oxi hóa". Ghi nhớ: CHẤT OXI HÓA là chất ĐI NHẬN electron (SOH giảm) — nó làm chất khác bị oxi hóa; bản thân nó lại bị khử. Câu "CuSO₄ là chất oxi hóa" và "Cu²⁺ bị khử" nói cùng một sự thật, chỉ khác góc nhìn.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Oxi hóa = nhường electron = SOH tăng. Khử = nhận electron = SOH giảm. Chất khử nhường electron (bị oxi hóa); chất oxi hóa nhận electron (bị khử). Một phản ứng là phản ứng oxi hóa – khử khi có ít nhất một nguyên tố đổi số oxi hóa; nguyên tố không đổi SOH không tham gia trao đổi electron.

Bài tiếp theo dạy em cách nhận ra ngay một phản ứng có phải phản ứng oxi hóa – khử hay không, kể cả khi không có kim loại lộ diện — áp dụng cho mọi loại phản ứng đã học ở THCS.