Bài học

Nhận biết phản ứng oxi hóa – khử

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em phân loại được một phản ứng cho trước là phản ứng oxi hóa – khử hay không, dựa trên tiêu chí số oxi hóa thay đổi, áp dụng được cho cả bốn loại phản ứng đã học ở THCS: hóa hợp, phân hủy, thế, trao đổi.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước đã định nghĩa phản ứng oxi hóa – khử qua ví dụ có kim loại lộ diện, dễ nhận ra bằng mắt. Bài này mở rộng đúng một tiêu chí ấy — số oxi hóa thay đổi — sang mọi loại phản ứng vô cơ em đã học từ lớp 8, 9: phản ứng hóa hợp, phân hủy, thế, trao đổi.

Khởi động

Phản ứng nung đá vôi $CaCO_3 \to CaO + CO_2$ và phản ứng nung $KClO_3 \to KCl + O_2$ đều là phản ứng phân hủy, đều xảy ra khi đun nóng. Nhưng chỉ MỘT trong hai phản ứng này là phản ứng oxi hóa – khử. Là phản ứng nào, và vì sao?

Kiến thức trọng tâm

Phản ứng thế hầu như luôn là phản ứng oxi hóa – khử, vì bản chất là một đơn chất (kim loại hoặc phi kim, SOH = 0) đổi chỗ với một nguyên tố trong hợp chất, kéo theo số oxi hóa của cả hai phải thay đổi: $Zn + 2HCl \to ZnCl_2 + H_2$ .

Phản ứng trao đổi (giữa hai hợp chất trong dung dịch, không sinh đơn chất) hầu như không phải phản ứng oxi hóa – khử, vì các ion chỉ đổi chỗ mà không đổi số oxi hóa: $BaCl_2 + Na_2SO_4 \to BaSO_4\downarrow + 2NaCl$ — kiểm tra thấy Ba giữ +2, Cl giữ −1, Na giữ +1, S giữ +6, O giữ −2 suốt cả hai vế, nên không phải phản ứng oxi hóa – khử.

Phản ứng hóa hợp và phản ứng phân hủy thì phải xét từng trường hợp cụ thể, không có quy luật chung. Với hóa hợp: $CaO + CO_2 \to CaCO_3$ không đổi SOH (Ca vẫn +2, C vẫn +4, O vẫn −2) nên KHÔNG phải oxi hóa – khử; nhưng $2Mg + O_2 \to 2MgO$ thì Mg đi từ 0 lên +2 và O đi từ 0 xuống −2, nên LÀ phản ứng oxi hóa – khử. Với phân hủy: $CaCO_3 \to CaO + CO_2$ giữ nguyên SOH của Ca, C, O như ở khởi động — không phải oxi hóa – khử; nhưng $2KClO_3 \to 2KCl + 3O_2$ thì Cl đi từ +5 xuống −1 (giảm, nhận electron) còn O đi từ −2 lên 0 (tăng, nhường electron) — LÀ phản ứng oxi hóa – khử, và đặc biệt ở đây chính $KClO_3$ vừa đóng vai trò chất khử (qua nguyên tử O) vừa đóng vai trò chất oxi hóa (qua nguyên tử Cl), gọi là phản ứng tự oxi hóa – tự khử.

Kết luận thực dụng cho việc làm bài: đừng cố nhớ "loại phản ứng nào thì chắc chắn là/không là oxi hóa – khử" — cách chắc chắn duy nhất luôn là rà số oxi hóa từng nguyên tố.

Tiêu chí nhận biết chỉ có một: rà số oxi hóa của TỪNG nguyên tố ở hai vế phản ứng — nếu có ít nhất một nguyên tố thay đổi, đó là phản ứng oxi hóa – khử; nếu không nguyên tố nào thay đổi, đó không phải phản ứng oxi hóa – khử, dù phản ứng vẫn xảy ra bình thường. **Phản ứng thế** hầu như luôn là phản ứng oxi hóa – khử, vì bản chất là một đơn chất (kim loại hoặc phi kim, SOH = 0) đổi chỗ với một nguyên tố trong hợp chất, kéo theo số oxi hóa của cả hai phải thay đổi: $Zn + 2HCl \to ZnCl_2 + H_2$. **Phản ứng trao đổi** (giữa hai hợp chất trong dung dịch, không sinh đơn chất) hầu như không phải phản ứng oxi hóa – khử, vì các ion chỉ đổi chỗ mà không đổi số oxi hóa: $BaCl_2 + Na_2SO_4 \to BaSO_4\downarrow + 2NaCl$ — kiểm tra thấy Ba giữ +2, Cl giữ −1, Na giữ +1, S giữ +6, O giữ −2 suốt cả hai vế, nên không phải phản ứng oxi hóa – khử. **Phản ứng hóa hợp và phản ứng phân hủy** thì phải xét từng trường hợp cụ thể, không có quy luật chung. Với hóa hợp: $CaO + CO_2 \to CaCO_3$ không đổi SOH (Ca vẫn +2, C vẫn +4, O vẫn −2) nên KHÔNG phải oxi hóa – khử; nhưng $2Mg + O_2 \to 2MgO$ thì Mg đi từ 0 lên +2 và O đi từ 0 xuống −2, nên LÀ phản ứng oxi hóa – khử. Với phân hủy: $CaCO_3 \to CaO + CO_2$ giữ nguyên SOH của Ca, C, O như ở khởi động — không phải oxi hóa – khử; nhưng $2KClO_3 \to 2KCl + 3O_2$ thì Cl đi từ +5 xuống −1 (giảm, nhận electron) còn O đi từ −2 lên 0 (tăng, nhường electron) — LÀ phản ứng oxi hóa – khử, và đặc biệt ở đây chính $KClO_3$ vừa đóng vai trò chất khử (qua nguyên tử O) vừa đóng vai trò chất oxi hóa (qua nguyên tử Cl), gọi là phản ứng tự oxi hóa – tự khử. Kết luận thực dụng cho việc làm bài: đừng cố nhớ "loại phản ứng nào thì chắc chắn là/không là oxi hóa – khử" — cách chắc chắn duy nhất luôn là rà số oxi hóa từng nguyên tố.

Ví dụ

Phân biệt hai phản ứng phân hủy

1
Trong hai phản ứng phân hủy $CaCO_3 \to CaO + CO_2$ và $2KClO_3 \to 2KCl + 3O_2$ , phản ứng nào là phản ứng oxi hóa – khử?
Trong hai phản ứng phân hủy $CaCO_3 \to CaO + CO_2$ và $2KClO_3 \to 2KCl + 3O_2$, phản ứng nào là phản ứng oxi hóa – khử?
2
Ca: +2 (trong CaCO₃) → +2 (trong CaO), không đổi. C: +4 (trong CaCO₃) → +4 (trong CO₂), không đổi. O: −2 → −2, không đổi. Không nguyên tố nào thay đổi SOH.
3
K: +1 → +1, không đổi. Cl: +5 (trong KClO₃, tính từ $1 + x + 3(-2) = 0$ ) → −1 (trong KCl), giảm. O: −2 → 0 (trong O₂), tăng. Có hai nguyên tố đổi SOH.
K: +1 → +1, không đổi. Cl: +5 (trong KClO₃, tính từ $1 + x + 3(-2) = 0$) → −1 (trong KCl), giảm. O: −2 → 0 (trong O₂), tăng. Có hai nguyên tố đổi SOH.
4
Vậy $CaCO_3 \to CaO + CO_2$ KHÔNG phải phản ứng oxi hóa – khử, còn $2KClO_3 \to 2KCl + 3O_2$ LÀ phản ứng oxi hóa – khử, trong đó Cl bị khử (nhận electron) và O bị oxi hóa (nhường electron) — cùng một chất KClO₃ đóng cả hai vai trò.
Vậy $CaCO_3 \to CaO + CO_2$ KHÔNG phải phản ứng oxi hóa – khử, còn $2KClO_3 \to 2KCl + 3O_2$ LÀ phản ứng oxi hóa – khử, trong đó Cl bị khử (nhận electron) và O bị oxi hóa (nhường electron) — cùng một chất KClO₃ đóng cả hai vai trò.

Ví dụ

Phân loại nhanh một tập hợp phản ứng

1
Cho các phản ứng sau, phản ứng nào là phản ứng oxi hóa – khử? (1) $NaOH + HCl \to NaCl + H_2O$ ; (2) $BaCl_2 + Na_2SO_4 \to BaSO_4\downarrow + 2NaCl$ ; (3) $Fe + CuSO_4 \to FeSO_4 + Cu$ ; (4) $2Mg + O_2 \to 2MgO$ .
Cho các phản ứng sau, phản ứng nào là phản ứng oxi hóa – khử? (1) $NaOH + HCl \to NaCl + H_2O$; (2) $BaCl_2 + Na_2SO_4 \to BaSO_4\downarrow + 2NaCl$; (3) $Fe + CuSO_4 \to FeSO_4 + Cu$; (4) $2Mg + O_2 \to 2MgO$.
2
Cả hai đều là phản ứng trao đổi giữa các hợp chất trong dung dịch: Na, Cl, H, O ở (1) và Ba, Cl, Na, S, O ở (2) đều giữ nguyên số oxi hóa hai vế. Cả hai KHÔNG phải phản ứng oxi hóa – khử.
3
Ở (3), Fe: 0→+2, Cu: +2→0 — có thay đổi SOH. Ở (4), Mg: 0→+2, O: 0→−2 — có thay đổi SOH. Cả (3) và (4) ĐỀU là phản ứng oxi hóa – khử.
4
Vậy trong bốn phản ứng đã cho, chỉ (3) và (4) là phản ứng oxi hóa – khử; (1) và (2) là phản ứng trao đổi thông thường, không có sự chuyển electron.

Một cách kiểm tra nhanh khác, dùng được ngay cả khi chưa tính hết mọi SOH: nhìn vào số lượng chất tham gia và sản phẩm. Phản ứng trao đổi luôn có DẠNG hai hợp chất đổi ion cho nhau, không sinh ra đơn chất nào ở cả hai vế — đây là gợi ý (không phải bằng chứng chắc chắn) cho thấy khả năng cao đó không phải phản ứng oxi hóa – khử. Ngược lại, nếu đề bài có MỘT đơn chất ở vế trái hoặc vế phải (như Cl₂, O₂, Fe kim loại...), gần như chắc chắn có ít nhất một nguyên tố đổi SOH, vì đơn chất luôn có SOH 0 và hiếm khi giữ nguyên 0 sau phản ứng.

Sai lầm thường gặp

Nhiều học sinh nghĩ cứ có kim loại tham gia là chắc chắn có phản ứng oxi hóa – khử, hoặc cứ là phản ứng phân hủy/hóa hợp thì mặc định có/không có sự thay đổi SOH. Cách chắc chắn duy nhất là RÀ SOH từng nguyên tố trước và sau phản ứng, không suy luận theo "loại phản ứng".

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Phản ứng thế hầu như luôn là oxi hóa – khử; phản ứng trao đổi hầu như không phải. Phản ứng hóa hợp và phân hủy phải xét riêng từng trường hợp bằng cách rà số oxi hóa — không có quy luật chung theo tên loại phản ứng.

Chương tiếp theo dạy em cách cân bằng đúng hệ số của một phản ứng oxi hóa – khử bằng phương pháp thăng bằng electron — công cụ mà chương trình THCS chỉ cân bằng "bằng mắt" chứ chưa giải thích được vì sao.