Đề tài Nghiên cứu phản ứng oxi hoá - Khử trong chương trình hoá học phổ thông

của oxi trong hợp chất ? Giải thích vì sao oxi thể hiện tính oxi hóa mạnh. HD: Nguyên tử oxi có cấu hình electron là : 1s22s22p4 Nếu biểu diễn cấu hình electron lớp ngoài cùng bằng ô lượng tử : Ta thấy lớp ngoài cùng của oxi có 6 electron ñộc thân khuynh hướng dễ nhận thêm 2 electron nữa ñể ñạt cấu hình bền của khí hiếm. Và một yếu tố quan trọng nữa là ñộ âm ñiện của oxi lớn 3,44 lớn thứ hai sau Flo. Vì vậy, khi tham gia phản ứng hoá học, oxi dễ nhận thêm 2e và có số oxi hoá là -2 → Tính chất hoá học của oxi là tính oxi hoá mạnh. 2s2 2p4 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 39 • Tác dụng với nhiều kim loại trừ (Au, Pt..) • Tác dụng ñược với phi kim (trừ halogen) • Tác dụng ñược với nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ. Ví dụ 3: Khi dạy bài 45, Hợp chất có oxi của lưu huỳnh, SGK10, Nâng cao. GV có thể ñặt HS vào tính huống có vấn ñề sau: Trong hợp chất SO2 và CO2, lưu huỳnh và cacbon ñều có số oxi hoá là +4 nhưng tại sao SO2 vừa có tính khử vừa có tính oxi hoá trong khi ñó CO2 chỉ có tính oxi hoá ? HD: ðể giải quyết câu hỏi này ta phải xét ñến cấu hình electron của cacbon và lưu huỳnh ñể xem lưu huỳnh và cacbon có những số oxi hoá nào. - Cấu hình electron của cacbon ( Z= 6): 1s22s22p2 do ñó cacbon có 4 số oxi hoá là -4,-2, 0, +2, +4. Trong hợp chất CO2, cacbon có số oxi hoá +4 là số oxi hoá cao nhất nên khi tham gia phản ứng nó chỉ có thể giảm số oxi hoá xuống +2, hoặc 0 bằng cách nhận thêm 2, hoặc 4 electron → CO2 chỉ thể hiện tính oxi hoá. - Cấu hình electron của lưu huỳnh ( Z= 16 ): 1s22s22p63s23p4 , lưu huỳnh có 4 số oxi hoá là : -2, 0, +4, +6. Trong hợp chất SO2, số oxi hoá của lưu huỳnh là +4 là số oxi hoá trung gian, do ñó nó có thể tăng số oxi hoá lên +6 bằng cách nhường 2 electron và lúc này SO2 thể hiện tính khử, ngược lại nó cũng có thể giảm số oxi hoá xuống 0 hoặc -2 bằng cách nhận thêm 4 hoặc 6 elctron và lúc này SO2 thể hiện tính oxi hoá → SO2 vừa thể hiện tính oxi hoá vừa thể hiện tính khử. Kết luận: Dựa vào cấu hình elctron, số oxi hoá …Ta có thể giải thích tính chất hoá học của nhiều ñơn chất và hợp chất, thể hiện sự hợp lý và logic, giúp HS hiểu rõ, khắc sâu kiến thức bài học. 2.3.1.2. Sử dụng các khái niệm của phản ứng oxi hóa - khử dự ñoán tính chất của ñơn chất và hợp chất. Ví dụ 1: Khi dạy bài 40 - Khái quát về nhóm Oxi, SGK10, Nâng cao. GV có thể ñặt câu hỏi : Giải thích tại sao Oxi, lưu huỳnh, Selen và Telu ở cùng phân nhóm chính nhóm VI mà chỉ Oxi chỉ có hoá trị II, trong ñó Lưu huỳnh, Selen và Telu có hoá trị II, IV, VI ? Dự ñoán tính chất hóa học của chúng. [13] PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 40 HD: Cấu hình electron lớp ngoài cùng của O và S ở trạng thái cơ bản : • (Z = 8) Nếu biểu diễn cấu hình lớp e ngoài cùng bằng ô lượng tử : • S (Z = 16) Nếu biểu diễn cấu hình lớp e ngoài cùng bằng ô lượng tử : - Ở trạng thái này các nguyên tử O, S ñều có hai electron ñộc thân do ñó chúng có hoá trị II (Trong hợp chất oxi, lưu huỳnh có số oxi hóa -2) ⇒ Oxi, lưu huỳnh thể hiện tính oxi hóa mạnh. - Oxi lớp ngoài cùng không có phân lớp d, còn lưu huỳnh lớp ngoài cùng có phân lớp d trống, do mức năng lượng 3s, 3p, 3d là tương ñương nhau nên khi bị kích thích các eletron có thể nhảy sang obitan d trống ñể tạo 4 electron ñộc thân hoặc 6 electron ñộc thân, do ñó lưu huỳnh có hoá trị IV hoặc hoá trị VI (có thêm các số oxi hóa là +4,+6) ⇒ Lưu huỳnh còn thể hiện tính khử. S* : Còn Selen, Telu ở trạng thái cơ bản : Se : 4s24p4d0 ; Te : 5s25p4 5d0 Giải thích tương tự như lưu huỳnh. - Kiến thức cũ : cấu hình electron của nguyên tử, mức năng lượng của các electron trên các lớp, các phân lớp. - Kiến thức mới : nguyên nhân sự khác nhau về hoá trị của O với S, Se và Te trong các hợp chất dẫn ñến sự khác nhau về tính chất hóa học. Ví dụ 2: Khi dạy bài Lưu huỳnh ở chương 6 - Hóa học 10 ta có thể ñặt câu hỏi yêu cầu học sinh nhắc lại số oxi hóa có thể có của lưu huỳnh. Từ ñó dự ñoán về tính chất của ñơn chất lưu huỳnh. 2s2 2p4 3s2 3p4 3d0 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 41 HD: - Lưu huỳnh có số oxi hóa : -2, 0, +4, +6. Lưu huỳnh ñơn chất có số oxi hoá 0, S có thể tăng hoặc giảm số oxi hóa bằng cách nhường hoặc nhận electron. Khi tham gia phản ứng lưu huỳnh vừa thể hiện tính oxi hóa vừa thể hiện tính khử: • S thể hiện tính oxi hóa khi phản ứng với kim loại, hidro. • S thể hiện tính khử khi phản ứng với phi kim mạnh hơn Cl2, F2, O2 và các hợp chất có tính oxi hóa. Ví dụ 3: Khi dạy các hợp chất của lưu huỳnh, bài H2S, SO2 từ việc yêu cầu HS xác ñịnh số oxi hoá của lưu huỳnh trong các hợp chất ñó mà giúp HS rút ra ñược tính chất hoá học cơ bản của chúng. Trong hợp chất H2S, lưu huỳnh có số oxi hoá là -2, là số oxi hoá thấp nhất, do ñó nó chỉ có thể tăng số oxi hoá lên 0, +4, +6 bằng cách nhường ñi 2, 6, 8 electron và HS rút ra kết luận là hidro sunfua chỉ thể hiện tính khử . Số oxi hoá của lưu huỳnh trong hợp chất SO2 là +4, ñây là số oxi hoá trung gian, do vậy mà nó có thể tăng số oxi hoá lên +6 bằng cách nhường 2 electron và lúc này SO2 thể hiện tính khử. Tuy nhiên, nó cũng có thể giảm số oxi hoá xuống 0, -2 bằng cách nhận thêm 4, 6 electron nữa và lúc này SO2 thể hiện tính oxi hoá. HS rút ra kết luận, SO2 vừa là chất oxi hoá vừa là chất khử. Ví dụ 4: Khi dạy chương 2, Nhóm Nitơ, bài 10 Nitơ, SGK hoá học 11 - Nâng cao, GV có thể ñặt câu hỏi: Dựa vào cấu hình electron của nguyên tố Nitơ hãy cho biết N có thể có những số oxi hoá nào? Từ ñó dự ñoán tính chất hoá học của N. [6] HD: Cấu hình electron của nguyên tố Nitơ là : 1s22s22p3 , lớp ngoài cùng của N có 5 electron nó có thể nhận thêm 3 electron ñể ñạt cấu hình bền của khí hiếm, lúc này N có số oxi hoá -3 trong hợp chất NH3→ N thể hiện tính khử. Tuy nhiên, N cũng có thể nhường 1, 2, 3, 4, 5 electron ở lớp thứ hai và lúc này N có số oxi hoá +1 (Trong hợp chất N2O), Số oxi hoá +2 (trong hợp chất NO),+3 (trong hợp chất N2O3) Số oxi hoá +4 (trong hợp chất NO2), Số oxi hoá +5 (trong hợp chất N2O5) . Vậy N có 6 số oxi hoá là : -3, 0, +1, +2,+3, +4, +5. - Nitơ có công thức phân tử là N2, hai nguyên tử N liên kết với nhau bằng ba liên kết cộng hoá trị không có cực nên phân tử Nitơ rất bền. Ở nhiệt ñộ thường, nitơ khá trơ PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 42 về mặt hoá học nhưng ở nhiệt ñộ cao nitơ trở nên hoạt ñộng hơn và có thể tác dụng ñược với nhiều chất. ðơn chất N2 có số oxi hoá 0, khi tham gia phản ứng tuỳ thuộc vào chất phản ứng mà nitơ thể hiện tính oxi hoá hay tính khử, tuy nhiên tính oxi hoá vẫn trội hơn tính khử. + Nitơ thể hiện tính oxi hoá khi tác dụng với các chất khử mạnh như hidro, kim loại. + Nitơ thể hiện tính khử khi tác dụng với chất oxi hoá mạnh như oxi. Kết luận: Việc xác ñịnh số oxi hoá của một nguyên tố trong hợp chất khá ñơn giản và dựa vào số oxi hoá ta có thể dự ñoán tính chất hoá học của hợp chất chứa nguyên tố ñó trên cơ sở các số oxi hoá có thể có của nguyên tố ñó một cách chính xác, giúp cho HS dễ hiểu, dễ tiếp thu kiến thưc mới, cảm thấy hứng thú hơn khi học Hoá học. 2.3.2. Sử dụng các khái niệm phản ứng oxi hóa - khử ñể giải bài tập. 2.3.2.1. Bài tập mang tính lý thuyết 1) Xác ñịnh ñiện hóa trị, cộng hóa trị và số oxi hóa của các chất. Bài tập1. Xác ñịnh ñiện hóa trị của các nguyên tử và nhóm nguyên tử trong những hợp chất ion sau: BaO, K2O, CaCl2, AlF3, Ca(NO3)2 ( Bài 8 SGK Hoá học 10 – Nâng cao, trang 96) HD: ðiện hóa trị của các nguyên tố bằng ñiện tích của ion tương ứng. - ðiện hóa trị của Ba trong BaO là 2, của K trong K2O là 1, của Ca trong CaCl2 là 2, của Al trong AlF3 là 3, của Ca trong Ca(NO3)2 là 2. Bài tập 2. Xác ñịnh cộng hóa trị của nguyên tử những nguyên tố trong những hợp chất cộng hóa trị sau: NH3, HBr, AlBr3, PH3, CO2.(Bài 9 SGK Hoá học 10 – Nâng cao, trang 96) HD: Cộng hóa trị của nguyên tố bằng số liên kết của nguyên tử nguyên tố ñó ñược tạo với các nguyên tử khác trong phân tử. - Cộng hóa trị của nguyên tố N trong NH3 là 3, của H trong HBr là 1, của Al trong AlBr3 là 3, của P trong PH3 là 3, của C trong CO2 là 4. Bài tập 3. Xác ñịnh số oxi hóa của : ( Bài 5 SGK Hoá học10. Nâng cao, trang 103) a) Cacbon trong CH4, CO, CO2, CO32-, HCO3-. b) Lưu huỳnh trong SO2, H2SO3, S2-, S, SO32-, HSO4-, HS-. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 43 c) Clo trong ClO4-, ClO-, Cl2, ClO3-, Cl2O7. HD: a) Số oxi hóa (SOXH) của C trong CH4 là -4. SOXH của C trong CO là +2, CO2 là +4, trong CO32- là +4. b) SOXH của S trong SO2 là +4, trong H2SO3 là +4, trong S2- là -2, trong S là trong SO32- là +4, trong HSO4- là +6, trong HS- là -2. c) SOXH của Clo trong ClO4- là +7, trong ClO- là +1, trong Cl2 là 0, trong ClO3- là +5, trong Cl2O7 là +7. Nhận xét: Các bài tập 1, 2, 3 có tác dụng giúp HS phân biệt giữa ñiện hoá trị, cộng hoá trị và số oxi hoá của nguyên tố trong hợp chất. Từ ñó hiểu rõ và xác ñịnh chính xác số oxi hoá của nguyên tố trong hợp chất là bước ban ñầu ñể cân bằng ñúng phương trình phản ứng oxi hoá – khử. 2) Loại bài tập nhận biết phản ứng oxi hóa - khử . Nguyên tắc: Dựa vào sự thay ñổi số oxi hóa, có thể chia phản ứng hóa học ra thành hai loại : • Phản ứng hóa học có sự thay ñổi số oxi hóa (phản ứng oxi hóa – khử). Phản ứng thế, một số phản ứng hóa hợp và một số phản ứng phân hủy thuộc loại phản ứng hóa học này. • Phản ứng hóa học không có sự thay ñổi số oxi hóa (phản ứng không phải phản ứng oxi hóa – khử). Phản ứng trao ñổi, một số phản ứng hóa hợp và một số phản ứng phân hủy thuộc loại phản ứng này. Bài tập 1. Hãy cho biết trong những phản ứng hoá học xảy ra quanh ta sau ñây, phản ứng nào là phản ứng oxi hoá – khử ? (Bài tập 2 trang 113 - SGK Hoá học THCS) a) ðốt than trong lò : C + O2 →to CO2 b) Dùng cacbon oxit khử sắt (III) oxit trong luyện kim : Fe2O3 + 3CO →to 2Fe + 3CO2 c) Nung vôi : CaCO3 →to CaO + CO2 d) Sắt bị gỉ trong không khí : 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3 HD: Các phản ứng a) b) d) là phản ứng oxi hóa - khử vì các phản ứng ñó ñều xảy ra ñồng thời sự oxi hoá và sự khử. Riêng phản ứng c) không phải là phản ứng oxi hoá – PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 44 khử vì trong phản ứng không có chất nhường oxi và chất chiếm oxi hay không xảy ra ñồng thời sự oxi hoá và sự khử. Bài tập 2. Trong các loại phản ứng dưới ñây phản ứng nào là phản ứng oxi hóa - khử, phản ứng nào không phải là phản ứng oxi hóa – khử. Giải thích? (Bài tập 2 SGK Hoá học 10 Nâng cao, trang 109) A. 2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2. B. 2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O. C. 4KClO3 → 3KClO4 + KCl D. 2KClO3 → 2KCl + 3O2 HD: A. là phản ứng oxi hóa - khử, vì có sự thay ñổi số oxi hóa của chất phản ứng và sản phẩm tạo thành. 7 6 7 4 2 0 2 3 2 4 Mn e Mn Mn e Mn O O e + + + + − + → + → → + B. ðây là phản ứng phân hủy, không phải là phản ứng oxi hóa – khử, vì không có sự thay ñổi số oxi hóa. C. ðây là phản ứng oxi hóa - khử, vì có sự thay ñổi số oxi hóa của chất phản ứng và sản phẩm tạo thành. 5 7 5 1 2 6 Cl Cl e Cl e Cl + + + − → + + → D. là phản ứng oxi hóa - khử, vì có sự thay ñổi số oxi hóa của chất phản ứng và sản phẩm tạo thành. 5 1 2 0 2 6 2 4 C l e C l O O e + − − + → → + Nhận xét: - Phản ứng thế, một số phản ứng hoá hợp và một số phản ứng phân huỷ thuộc loại phản ứng oxi hoá – khử. Phản ứng trao ñổi, một số phản ứng hoá hợp và một số phản ứng phân huỷ không thuộc loại phản ứng oxi hoá – khử. Phản ứng oxi PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 45 hoá – khử ở cấp THCS không mang tính khái quát, dấu hiệu nhận biết là có oxi tham gia phản ứng, có sự cho và nhận oxi, nó dựa trên các phản ứng cụ thể, ñơn giản chưa chỉ ñược bản chất phản ứng oxi hoá – khử vì vậy mà HS khó xác ñịnh ñược ñâu là phản ứng oxi hoá – khử. - Ở cấp THPT giúp HS dễ dàng nhận biết ñược ñâu là phản ứng oxi hoá – khử dựa vào việc xác ñịnh số oxi hoá của chất tham gia và sản phẩm tạo thành. Vì vậy, HS có thể xác ñịnh một cách nhanh chóng, chính xác. 3) Loại bài tập cân bằng phản ứng oxi hóa - khử Có nhiều phương pháp cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa – khử nhưng trong chương trình phổ thông có hai phương pháp phổ biến ñó là: • Phương pháp thăng bằng electron • Phương pháp nửa phản ứng (phương pháp ion – electron ) Chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu từng phương pháp và việc vận dụng của chúng trong bài tập cân bằng phản ứng oxi hóa - khử như thế nào. Bài tập 1. Hãy lập phương trình hoá học theo các sơ ñồ sau : (bài 4 trang 113, SGK Hoá học 8) Fe2O3 + CO →to CO2 + Fe Fe3O4 + H2 →to H2O + Fe CO2 + Mg →to MgO + C Các phản ứng hoá học này có phải là phản ứng oxi hoá - khử không? Vì sao? Nếu là phản ứng oxi hoá - khử cho biết chất nào là chất khử, chất oxi hoá? HD: Fe2O3 + 3CO →to 3CO2 + 2Fe Fe2O3 là chất oxi hoá; CO là chất khử. Fe3O4 + 4H2 →to 4H2O + 3Fe Fe3O4 là chất oxi hoá; H2 là chất khử. CO2 + 2Mg →to 2MgO + C CO2 là chất oxi hoá; Mg là chất khử. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 46 Các phản ứng này ñều là phản ứng oxi hoá - khử vì các phản ứng này ñều có oxi tham gia và có sự nhường và nhận oxi hay nói cách khác là có xảy ra ñồng thời sự oxi hoá và sự khử trong cùng một phản ứng. Nhận xét: Ở chương trình THCS ñể cân bằng phản ứng oxi hoá - khử, HS chỉ dựa trên việc cân bằng số nguyên tử của chất tham gia phản ứng và sản phẩm, HS chưa thể cân bằng theo phương pháp thăng bằng electron. HS chỉ cân bằng ñược một số phản ứng oxi hoá - khử ñơn giản. Bài tập 2. Cân bằng phương trình hoá học của các phản ứng oxi hoá - khử sau ñây bằng phương pháp electron và cho biết chất khử, chất oxi hoá ở mỗi phản ứng. (Bài 9 trang 90 SGK Hoá học 10 Cơ Bản) a) Al + Fe3O4 →to Al2O3 + Fe b) FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O c) FeS2 + O2 →to Fe2O3 + SO2 d) KClO3 →to KCl + O2 e) Cl2 + KOH →to KCl + KClO3 + H2O HD: b) FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O 5x 2 Fe+2 →2 Fe+3 + 2.1e - FeSO4 chất khử 2x Mn7+ + 5e → Mn2+ - KMnO4 chất oxi hoá 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O c) FeS2 + O2 →to Fe2O3 + SO2 Fe+2 → Fe+3 + 1e 2S-1 → 2S+4 + 2.5e 4 x FeS2 → Fe+3 +2S+4 + 11e - FeS2 chất khử 11 x 2O0 + 4e → 2O-2 - O2 chất oxi hoá 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 Các câu còn lại làm hoàn toàn tương tự. Nhận xét: Ở chương trình trung học phổ thông, việc cân bằng phản ứng oxi hoá - khử ñơn giản hơn nhiều dựa trên cơ sở xác ñịnh số oxi hoá của các chất tham gia phản ứng. Có thể cân bằng ñược nhiều phản ứng oxi hoá - khử phức tạp. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 47 Bài tập 3. Cho miếng Al vào dd axit HNO3 loãng thấy bay ra chất khí không màu, không mùi, không cháy, nhẹ hơn không khí, viết phương trình phản ứng và cân bằng. HD: Theo ñầu bài, khí bay ra là N2. Phương trình phản ứng (bước 1): Al + HNO3 → Al(NO3)3 + N2↑ +H2O Bước 2, 3, 4 0 3 5 0 2 3 2 10 Al Al e N e N + + → + + → Bước 5: 10Al + 6HNO3 → 10Al(NO3)3 + 3N2↑ +H2O Bước 6: Ngoài 6 HNO3 tham gia quá trình oxi hoá - khử còn 3.10 = 30HNO3 tạo thành muối nitrat (10Al(NO3)3). Vậy tổng số phân tử HNO3 là 36 và tạo thành 18H2O. Phương trình cuối cùng: 10Al + 36HNO3 → 10Al(NO3)3 + 3N2↑ +18H2O Dạng ion: 10Al + 36H+ + 6NO3- = 10Al3+ + 3N2↑ +18H2O Chú ý: ðối với những phản ứng tạo nhiều sản phẩm trong ñó nguyên tố ở nhiều số oxi hoá khác nhau, ta có thể viết gộp hoặc viết riêng từng phản ứng ñối với từng sản phẩm, sau ñó nhân các phản ứng riêng với hệ số tỷ lệ theo ñiều kiện ñầu bài. Cuối cùng cộng gộp các phản ứng lại. Bài tập 4. Cân bằng phản ứng: HNO3 + Al → NO + N2O + … Biết tỉ lệ mol 2 : 3 :1NO N On n = HD: Các phản ứng riêng (ñã cân bằng theo nguyên tắc trên): Al + 4HNO3 = Al(NO3)3 + NO↑+ 2H2O (1) Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O↑ + 15H2O (2) ðể có tỷ lệ mol trên, ta nhân phương trình (1) với 9 rồi cộng 2 phương trình lại: 17Al + 66HNO3 = 17Al(NO3)3 +9NO↑ + 3N2O↑ + 33H2O Nhận xét: Phương pháp cân bằng ion – electron chỉ áp dụng ñối với các quá trình xảy ra trong dung dịch, có sự tham gia của môi trường (H2O, dung dịch axit hoặc bazơ tham gia). 10 3 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 48 4) Chuỗi phản ứng biểu diễn các chuyển ñổi hóa học Chuỗi phản ứng hóa học có tác dụng rèn kĩ năng viết phương trình phản ứng, củng cố tính chất hoá học của của các chất nhằm giúp các em học sinh khắc sâu kiến thức bài học. Loại bài tập chuỗi phản ứng hóa học ñược áp dụng trong phần bài tập hoặc củng cố. Bài tập 1: Viết phương trình hoá học biểu diễn sự chuyển ñổi sau ñây. Phản ứng nào là phản ứng oxi hoá - khử. (Bài 4, trang 69 SGK Hoá học 9 THCS) a) Al → )1( Al2O3 → )2( AlCl3 → ))3( Al(OH)3 → )4( Al2O3 → )5( Al b) Fe → )1( FeSO4 → )2( Fe(OH)2 → )3( FeCl2 c) FeCl3 → )1( Fe(OH)3 → )2( Fe2O3 → )3( Fe → )4( Fe3O4 HD: c) FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3 + 3NaCl (1) 2Fe(OH)3 →to Fe2O3 + 3H2O (2) Fe2O3 + 3CO →to 2Fe + 3CO2 (3) 3Fe + 2O2(kk) → Fe3O4 (4) Phản ứng (3) và (4) là phản ứng oxi hoá - khử. ðây là các phản ứng oxi hoá - khử dạng ñơn giản HS cấp THCS có thể cân bằng một cách dễ dàng. Củng cố tính chất hoá học các chất bằng các phương trình hoá học. Các câu a), b) tương tự. Bài tập 2. (Các dạng toán và phương pháp giải hóa học 10, trang 137) Hoàn thành sơ ñồ phản ứng sau, phản ứng nào là phản ứng oxi hoá - khử? (3) 2)8(4)7(42)6(3 )(SO OHCuCuSOHSO →→→ 42 )4( 2 )1( 2 SOHSOSH →→ 2SFe (2) (5) 3SONaH HD: (1) 2H2S + 3O2 → 0t 2SO2 + 2H2O (2) 4FeS2 + 11O2 → 0t 8SO2 + 2Fe2O3 (3) 2SO2 + O2  → 052 ,tOV 2SO3 (4) SO2 + Br2 + 2H2O → H2SO4 + 2HBr PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 49 (5) SO2 + NaOH → NaHSO3 (6) SO3 + H2O → H2SO4 (7) H2SO4 + CuO → CuSO4 + H2O (8) CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2 ↓ + Na2SO4 Phản ứng (1), (2), (3), (4) là phản ứng oxi hoá khử => Khi giải bài tập trên HS sẽ ñược củng cố về tính chất hoá học của các hợp chất có oxi của lưu huỳnh (SO2; SO3; H2SO4), giúp HS hoàn thiện kiến thức. ðồng thời qua việc giải bài tập này HS ñược rèn luyện kĩ năng viết và cân bằng phản ứng hoá học trong ñó có phản ứng oxi hóa - khử. 5) Loại bài tập mang tính lý thuyết tổng hợp Bài tập: (Bài tập 3 SGK Hóa học10 - Nâng cao, trang 177). Dẫn khí H2S vào dd hỗn hợp KMnO4 và H2SO4, nhận thấy màu tím của dd chuyển sang không màu và có vẫn ñục màu vàng. Hãy: a/ Giải thích hiện tượng quan sát ñược b/ Viết phương trình hoá học biễu diễn phản ứng c/ Cho biết vai trò của các chất phản ứng H2S và KMnO4 HD: a/ Giải thích hiện tượng: - Quá trình oxi hóa xảy ra như sau : 7 25Mn e Mn+ ++ → . Dung dịch mất màu do dd KMnO4 (màu tím) sau phản ứng bị khử thành MnSO4 (không màu). - Quá trình khử : 2 0 2S S e− → + . Có vẫn ñục màu vàng do H2S bị oxi hoá tạo S không tan trong nước có màu vàng b/ Phương trình hóa học: 5H2 2− S + 2K 7+ Mn O4 + 3H2SO4  2 2+ Mn SO4 + K2SO4 + 5 0 S  + 8H2O c/ Vai trò các chất: - Trong H2S lưu huỳnh có số oxi hóa tăng từ -2 lên 0. Vậy H2S là chất khử. - Trong KMnO4, mangan có số oxi hoá giảm từ +7 xuống +2. Vậy KMnO4 là chất oxi hoá PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 50 => Thông qua bài tập trên, HS ñược củng cố, khức sâu hơn về tính chất oxi hoá của SO2, rèn kỹ năng viết PTHH phản ứng oxi hóa khử, xác ñịnh ñúng chất oxi hóa, chất khử. Hiện nay, dạng bài tập này thường gặp trong các kỳ thi hoá học nên cần cho HS làm nhiều dạng bài tập này hơn. 2.3.2.2. Giải bài toán hóa học 1) Giải bài toán hoá vô cơ có liên quan ñến phương trình phản ứng oxi hóa - khử. a) Phương pháp bảo toàn electron : [20] Phương pháp bảo toàn electron ñược dùng chủ yếu trong các bài toán về phản ứng oxi hóa – khử.
Nguyên tắc : Khi có nhiều chất oxi hóa, chất khử trong một hỗn hợp phản ứng (nhiều phản ứng hoặc phản ứng qua nhiều giai ñoạn) thì tổng số e mà các chất khử cho phải bằng tổng số e mà các chất oxi hóa nhận. Hay : ∑ ∑= nhancho ee
Nhược ñiểm : - Chỉ áp dụng cho hệ phương trình phản ứng oxi hóa – khử. - Chỉ thường dùng ñể giải các bài toán vô cơ. Các dạng bài toán : + Kim loại hay hỗn hợp hai kim loại tác dụng với axit. + Ngoài ra còn có một số dạng bài toán khác : bài toán hỗn hợp kim loại tác dụng với hỗn hợp axit, hỗn hợp oxit kim loại tác dụng với axit, bài toán hỗn hợp kim loại tác dụng với hỗn hợp axit ta xét trong phần phụ lục. Bài toán : Hòa tan hoàn toàn 12 g hỗn hợp Fe và Cu ( tỉ lệ 1 :1) bằng axit HNO3, thu ñược V lit (ñktc) hỗn hợp khí X (gồm NO và NO2) và dung dịch Y ( chỉ chứa 2 muối axit dư ). Tỉ khối của X ñối với H2 bằng 19. Giá trị của V là bao nhiêu ? HD: Gọi % số mol của NO trong hỗn hợp khí X là x %. Ta có : M − x = 30x + 46(1- x) = 19.2 = 38 Suy ra : 2 ( )NO NOn n a mol= = Ta có : PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 51 56b + 64b = 12 ⇒ b = 0,1 mol Do ñó : Fe → Fe3+ + 3e 0,1 mol 0,3mol Cu → Cu2+ + 2e 0,1 mol 0,2mol N+5 + 3e → N+2 3a mol a mol N+5 + 1e → N+4 a mol a mol Theo phương pháp bảo toàn electron : n electron cho = n electron nhận = 0,3 + 0,2 = 3a + a ⇒ a = 0,125 mol ⇒ Số mol của hỗn hợp X là : 2. 0,125 = 0,25 mol ⇒ Thể tích hỗn hợp khí X là : 0,25 . 22,4 = 5,6 lit. Nhận xét: Bài toán trên có thể dùng cách giải theo phương pháp ñại số, nhưng sẽ rất dài và tính toán phức tạp do phải giải hệ phương trình nhiều ẩn số, thông thường HS chỉ lập ñược phương trình ñại số mà không giải ñược hệ phương trình ñó. Việc sử dụng phương pháp bảo toàn electron cho kết quả rất nhanh, tính toán nhẹ nhàng, khắc sâu bản chất nhường electron và nhận electron của các quá trình hoá học. - Hạn chế là chỉ áp dụng ñược cho các quá trình oxi hoá - khử và áp dụng cho bài toán vô cơ. b) Giải bằng phương trình ion thu gọn : [10] Phương pháp : Trong bài toán có nhiều phản ứng xảy ra cùng bản chất như phản ứng trao ñổi, phản ứng trung hòa …Ta nên dùng phương trình ion thu gọn ñể mô tả ñồng thời giúp giải bài toán gọn, nhanh hơn. - Khi sử dụng phương trình ion cần chú ý : Chất ñiện li mạnh ñược viết dưới dạng ion axit mạnh, bazơ mạnh, hầu hết các muối. - Các chất ñiện li yếu viết dưới dạng phân tử : axit yếu, bazơ yếu. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 52 - Bài toán ñược tính dựa trên cơ sở viết và cân bằng phương trình theo phương pháp ion - electron sau ñó ta tính số mol của các chất tham gia và kê vào phương trình và tính toán ñể tìm kết quả mà bài toán yêu cầu. Bài toán : Thực hiện hai phản ứng : - Cho 3,84 gam Cu phản ứng với 80 ml dung dịch HNO3 1M thoát ra V1 lit NO. - Cho 3,84 gam Cu phản ứng với 80 ml dung dịch HNO3 1M và H2SO4 0,5M thoát ra V2 lit NO. Biết NO là sản phẩm khử duy nhất, các thể tích khí ño cùng ñiều kiện . Tính tỉ số V1/V2 ? HD: Thí nghiệm 1 : nCu = mol06,064 84,3 = nHNO3 = mol08,01000 1.80 = PTHH: 3Cu + 8H+ + 2NO3- → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O Ban ñầu : 0,06 0,08 0,08 Phản ứng : 0,03 0,08 0,02 0,02 Sau phản ứng : 0,03 0 0,06 Thí nghiệm 2 : nCu = mol06,064 84,3 = nHNO3 = mol08,01000 1.80 = và n H2SO4 = mol04,01000 5,0.80 = PTHH: 3Cu + 8H+ + 2NO3- → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O Ban ñầu : 0,06 0,16 0,08 Phản ứng : 0,06 0,16 0,04 0,04 Sau phản ứng : 0 0 0,04 Vậy : 2 1 2 = V V Nhận xét : Giải nhanh, chính xác, ñơn giản hoá bài toán, khắc sâu kiến thức viết và cân bằng phương trình theo phương pháp ion - electron. Hạn chế chỉ áp dụng cho các PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 53 bài toán mà phản ứng oxi hoá - khử có môi trường tham gia hay xảy ra trong dung dịch chất ñiện ly. c) Bài toán ñiện phân [10] - Sự ñiện phân là phản ứng oxi hoá - khử xảy ra trên bề mặt ñiện cực, dưới tác dụng của dòng ñiện một chiều chạy qua chất ñiện ly ở trạng thái dung dịch hay nóng chảy. - Khi ñiện phân các chất nóng chảy (muối, Al2O3, NaOH…) thì : + Ở cực dương anot ion âm nhường elctron. + Ở cực âm catôt ion dương kim loại nhận electron. - Khi ñiện phân dung dịch chất ñiện phân thì sự oxi hoá - khử ở các ñiện cực xảy ra theo thứ tự ưu tiên: + Thứ tự nhận electron (ở cực âm) : Sản phẩm tạo thành : M n+ + ne → M H+ của axit : 2H+ +2e → H2 H+ của nước : 2H2O +2e → H2 + 2OH- + Thứ tự nhường electron (ở cực dương): S2->I->Br->Cl->OH->H2O Không bị ñiện phân dung dịch Sản phẩm tạo thành : S2- → S + 2e ; 2OH- → 1/2O2 + H2O 2X- → X2 + 2e ; 2H2O → O2 + 4H+ Bài tập minh hoạ : Bài tập 1: ðiện phân dung dich muối nitrat của kim loại M chưa biết hoá trị thấy ở catot tách ra 5,4 gam kim loại, ở anot thoát ra 0,28 lit khí (ñktc). Tìm tên kim loại M HD: H+(H2O) nhận electron Mn+ nhận electron Mn+ nhận electron Mn2+Zn2+Cr3+Fe2+Ni2+Sn2+Pb2+ H+ Cu2+Ag+Hg2+ K+Ca2+Na+Al3+ SO2- NO3- CO32- PO43-… PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 54 2 dpdd 3 2 2 32 ( ) 2 22 0,28 0,0125 22, 4 0,0125 108 1; 108 4 n O M nM NO nH O M O nHNO n mol n n n n M + → + + = = ⇒ = = ⇒ = = Vậy kim loại R là nguyên tố Ag. Bài tập 2. ðiện phân nóng chảy a gam muối A tạo bởi kim loại M và halogen X thu ñược 0,96 gam kim loại M ở catot và 0,896 lit khí ở anot. Mặc khác, hoà tan a gam muối A vào nước, sau ñó cho tác dụng với dung dịch AgNO3 dư thu ñược 11,48 g kết tủa. Tìm halogen X ñó. HD: Gọi A: MXn (Với n là hoá trị của X). 2 3 3 2( ) (2) 2 0, 08(1) : 0, 96 12 2; 24 0, 08 0, 04( ) (2) : . 2.0, 04 0, 08 11, 48 0, 08 35, 5 108 n n M X M MX n AgX MX M X nAgNO nAgX M NO Theo n n mol n n M n n n M n mol n Theo n n n mol X Clo X + = ↓ + = = = = → = = → = = = = = → = → = → + Nhận xét: Bài toán ñiện phân là bài toán quan trọng trong chương trình hoá học 12. ðây là phần kiến thức quan trọng có liên quan ñến phản ứng oxi hoá - khử, trên cơ sở viết phương trình ñiện phân HS xác ñịnh ñược các phản ứng xảy ra trên anot và catot từ ñó xác ñịnh ñược các yêu cầu của bài toán. 2) Bài toán hóa học hữu cơ : [11] a) Xác ñịnh công thức phân tử Hidrocacbon dựa trên phản ứng cháy (oxi hóa hoàn toàn). Bài toán xác ñịnh công thức phân tử hidrocacbon là bài toán quan trọng trong phần hoá học hữu cơ lớp 11. Nó có ý nghĩa trong việc phân tích ñịnh lượng nhằm xác ñịnh khối lượng (hàm lượng) các nguyên tố trong hợp chất hữu cơ. Người ta phân Ta có PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 55 huỷ hợp chất hữu cơ thành các hợp chất vô cơ ñơn giản rồi ñịnh lượng chúng bằng phương pháp khối lượng, thể tích hoặc phương pháp khác. + Phương pháp chung: Khi ñốt cháy hidrocacbon theo phản ứng CxHy + (x + 4 y )O2 → xCO2 + 2 y H2O * Nếu n n OH CO 2 2 < 1 ⇒ Hidrocacbon ñó là ankan : CnH2n+2 Lúc ñó : n ankan = nH2O – nCO2 * Nếu n n OH CO 2 2 = 1 ⇒ Hidrocacbon ñó là anken hoặc monoxicloankan. * Nếu n n OH CO 2 2 > 1 ⇒ Hidrocacbon ñó là ankin hoặc ankadien… Nếu hidrocacbon : CnH2n-2 thì n CnH2n-2 = nCO2 – nH2O - Hợp chất hữu cơ A có công thức tổng quát : CxHyOzNt . Có thể sử dụng các công thức tính : Cách 1 : 12 16 14 C H O N HCHC x y z t M m m m m m = = = = Cách 2 : %100% 14 % 16 %% 12 M N t O z H y C x ==== Cách 3 : x : y : z: t = 1416112 mmmm NOHC === ⇒ CTðG →+M CTPT Cách 4 : x : y: z: t = 14 % 16 % 1 % 12 % NOHC === ⇒ CTðG →+M CTPT Khi xác ñịnh công thức phân tử cần lưu ý : Tổng hóa trị của các nguyên tố phải chẵn. Bài tập : ðốt cháy hoàn toàn 28,2g hợp chất hữu cơ Z sinh ra 19,4 mg H2O và 80,0mg CO2. Mặt khác, khi ñốt 18,6mg chất ñó sinh ra 2,24 ml nito (ñktc) . Biết rằng, phân tử chất ñó chỉ chứa một nguyên tử nitơ. Tìm công thức phân tử của Z. HD: Gọi công thức phân tử của hợp chất hữu cơ Z là : CxHyOzNt PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 56 mC = 44 12.80 ⇒ %mC = %4,77 2,28.44 %100.12.80 = mH = 18 24,19 × %mH = %6,72,2818 %10024,19 = × ×× mN = 4,22 2824,2 × ⇒ %mN = %156,184,22 %1002824,2 = × ×× ⇒ %mO = 100% - 77,4% - 7,6% - 15,0% = 0% CTðG : CxHyNt có x : y : z = 6 : 7 : 1 ⇒ CTðG trùng với CTPT : C6H7N b) Bài toán ñặc trưng của dẫn xuất hidrocacbon:
Toán ancol, phenol: Khi ñốt cháy một ancol : Nếu ñề cho ancol no, mạch hở : CnH2n+2Ox Nếu ñề cho ancol không no có một liên kết ñôi: CnH2nOx Một ancol ñơn chức hay phenol ñơn chức khi ñốt cháy luôn luôn có : 2 2 2 2 2 0CO H O O pun n n+ − =
Toán về Anñêhit - Xeton - Axit cacboxylic • Khi ñốt cháy một anñêhit hoặc một xeton hoặc một axit cacboxylic tạo ra CO2 và H2O theo tỉ lệ : 2 2 1CO H O n n = ⇒ Anñêhit hoặc một xeton hoặc một axit cacboxylic ñó là hợp chất no, ñơn chức, mạch hở. • Khi anñehit tác dụng với AgNO3 trong NH3 Số chức của anñêhit = 2 A g andehit n n ðặc biệt, HCHOn phản ứng AgNO3 trong NH3 cho tỉ lệ: 1 4 H C H O A g n n = Nếu một hợp chất hữu cơ tác dụng với AgNO3 trong NH3 cho tỉ lệ: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 57 3 1 3 hopchat AgNO n n = ⇒ Hợp chất có một nhóm -CHO và một liên kết ba ñầu mạch.
Toán về este. • Khi ñốt cháy một este : Nếu ñề cho 2 2 1CO H O n n = thì ñó là este no, ñơn chức, mạch hở có CTTQ : CnH2nO2 • Nếu ñề cho este không no có một nối ñôi, ñơn chức thì : 2 2este CO H O n n n= −
Toán về amin, aminoaxit : • Khi bài toán cho ñốt cháy một amin hoặc một amino axit trong không khí thì : - 2 2 2 32. 16 1 32pu C O H O O n n n + = = - 2 2/ min 4N a N On n n= −∑ • Khi ñốt cháy một aminoaxit ta có : 2 2 2 2( )4 2 2 2x y z t y z y tC H O N x O xCO H O N+ + − → + + Bài tập . ðốt cháy hoàn toàn một ancol X thu ñược CO2 và H2O theo tỉ lệ tương ứng là 3:4. Thể tích oxi cần dùng ñể ñốt cháy X bằng 1,5 lần thể tích khí CO2 thu ñược (ðktc) . Tìm công thức phân tử của X. HD: Do ancol X cháy tạo 2 2 3 1 4 CO H O n n = < ⇒ X là ancol no, mạch hở Gọi CTTQ (X ) là CnH2n+2Ox Ta có : CnH2n+2Ox + 2 3 1 2 n x O+ − → nCO2 + (n+1)H2O PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 58 ⇒ 2 2 1,5CO H O n n = ⇒ 3 1 1,5 2 n x n + − = ⇒ x =1 2 2 3 3 1 4 CO H O n n n n n = = ⇒ = + ⇒ CTPT : C3H8O 2.3.3. Sử dụng kiến thức phản ứng oxi hoá - khử ñể giải thích tính chất các chất, các hiện tượng hóa học có liên quan trong thực tiễn. 2.3.3.1. Giải thích tính khử mạnh của kim loại – Hiện tượng ăn mòn kim loại, hợp kim. [14] - Quan sát các ñồ vật xung quanh, ta thấy có nhiều ñồ vật bằng kim loại, ñặc biệt bằng hợp kim sắt bị gỉ không dùng ñược nữa. Thí dụ : cửa sổ sắt, ô tô, cầu, cỏ tàu biển… Trong không khí có khí oxi. Trong nước mưa thường có chứa axit do khí CO2, SO2 và một số khí khác bị hoà tan. Trong nước biển có hoà tan một số muối như NaCl, MgCl2…Những chất này ñã tác dụng với kim loại hoặc hợp kim sắt tạo gỉ sắt có màu nâu, xốp, giòn và làm cho ñồ vật bằng sắt bị ăn mòn. - Bản chất của sự ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa - khử, trong ñó các electron của kim loại ñược chuyển trực tiếp ñến các chất trong môi trường. - Sự ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường. Hậu quả của sự ăn mòn kim loại bị oxi hóa thành các ion dương, do ñó sẽ mất hết tính chất vật lí, hóa học của kim loại : M → Mn+ + ne Căn cứ vào môi trường và cơ chế của sự ăn mòn kim loại, người ta phân thành hai loại chính : ăn mòn hóa học và ăn mòn ñiện hóa. - Sự ăn mòn hóa học: thường xảy ra ở những bộ phận của thiết bị lò ñốt hoặc những thiết bị thường xuyên phải tiếp xúc với hơi nước và khí oxi… Thí dụ : 3Fe + 4H2O →to Fe3O4 + 4H2 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3 3Fe + 2O2 →to Fe3O4 - Sự ăn mòn ñiện hóa: Sự ăn mòn ñiện hóa là sự ăn mòn kim loại do tác dụng của dung dịch chất ñiện li và tạo nên dòng ñiện. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 59 Chống ăn mòn kim loại: có nhiều biện pháp bảo vệ nhưng phổ biến là bảo vệ bề mặt và bảo vệ ñiện hóa . • Bảo vệ bề mặt: là phủ lên bề mặt kim loại một lớp sơn. Dầu mỡ, chất dẻo hoặc tráng , mạ bằng kim loại khác. Lớp bảo vệ bề mặt kim loại phải bền vững với môi trường và có cấu tạo ñặc khít không cho không khí và nước thấm qua. Nếu lớp bảo vệ hư hỏng, kim loại sẽ bị ăn mòn. • Bảo vệ ñiện hóa: là dùng một kim loại làm vật hi sinh ñể bảo vệ vật liệu kim loại. Kim loại nào hoạt ñộng mạnh hơn sẽ bị ăn mòn trước, do ñó : + Tôn lợp nhà là sắt tráng kẽm, Zn bị ăn mòn trước tạo màng ZnO ñặc sít và bền, có tác dụng bảo vệ phần Fe ở bên trong. + Bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép (Fe lẫn C), người ta gắn các lá kẽm, magiê… vào phía ngoài vỏ tàu ở phần chiềm trong nước biển, ñể sự ăn mòn của nước biển chủ yếu xảy ra trên các lá Zn, Mg… Phần vỏ tàu bằng thép là cực dương, các lá kẽm là cực âm. - Ở cực âm : Zn bị oxi hóa Zn → Zn2+ + 2e - Ở cực dương : O2 bị khử 2H2O + O2 + 4e → 4OH- Kết quả là vỏ tàu ñược bảo vệ, Zn là “ vật hi sinh “, nó bị ăn mòn. Sau một thời gian người ta lại thay những tấm Zn bị ăn mòn bằng những tấm khác. Nhận xét: Dựa trên cơ sở phản ứng oxi hóa - khử ñể giải thích hiện tượng ăn mòn kim loại - ñây là hiện tượng qen thuộc gần gũi trong ñời sống qua ñó giúp HS vận dụng ñược các tri thức ñã học vào giải thích thực tiễn cuộc sống. 2.3.3.2. Giải thích các quá trình biến ñổi chất trong thực tế: [14] - Sự ñốt cháy nhiên liệu trong ñộng cơ: nhiên liệu ñược ñốt cháy trong ñộng cơ, ñó là quá trình oxi hoá, sinh ra năng lượng và năng lượng này chuyển hoá thành công có ích cho ñộng cơ hoạt ñộng. Bao gồm các quá trình ñốt cháy các nhiên liệu hoá thạch như xăng, dầu, khí ñốt… Và các quá trình này sinh ra các khí thải gây ô nhiễm môi trường như: các oxit của nitơ (N2Ox), các oxit của cacbon (CO, CO2), khí SO2 là PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 60 thành phần chính gây ra mưa axit phá huỷ các công trình kiến trúc bằng ñá, làm bạc màu ñất nông nghiệp, ảnh hưởng ñến sản xuất nông nghiệp, ảnh hưởng ñến sức khoẻ con người như : gây hại cho da, mắt, gây viêm phổi… - Các quá trình ñiện phân : Một số phản ứng oxi hoá - khử có liên quan ñến dòng ñiện và ñược phân thành hai hướng chính : • Nhờ dòng ñiện ñể có phản ứng oxi hoá - khử : sự ñiện phân. Như ta ñã biết, sự ñiện phân là phản ứng oxi hoá - khử xảy ra trên bề mặt ñiện cực, dưới tác dụng của dòng ñiện một chiều chạy qua chất ñiện ly ở trạng thái dung dịch hay nóng chảy. Chất ñiện phân là chất có khả năng phân li thành các ion trái dấu, trong dung dịch hay ở trạng thái nóng chảy. • Phản ứng oxi hoá - khử dẫn ñến phát sinh dòng ñiện : + Pin là hệ thống sinh ra dòng ñiện nhờ các quá trình oxi hóa - khử xảy ra trên bề mặt ñiện cực và dung dịch chất ñiện li . Ví dụ : Pin Daniel - Jacobi cấu tạo từ cực dương là thanh ñồng nhúng vào dung dịch CuSO4, cực âm là thanh Zn nhúng vào dung dịch ZnSO4 (Hình). Hai dung dịch nối với nhau bằng mao quản chứa dung dịch KCl. Hình - Phản ứng oxi hoá - khử ñiện hoá tạo nên Pin ñiện. ZnSO4 CuSO4 + + + + + SO42- Zn2+ Cu 2+ + + + + + Zn Cu Anôt Catôt PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 61 Việc sản xuất pin người ta còn phải tính ñến giá thành của pin. Ngoài ra, còn phải xét ñến khả năng gây ô nhiễm môi trường của các nguyên liệu làm pin. Có một số loại pin như pin Leclanche, pin kiềm, pin Liti, pin nhiên liệu… + Ăcquy : Nguyên tắc hoạt ñộng của ăcquy giống nguyên tắc hoạt ñộng của pin. Tuy nhiên, ñối với ăcquy, các chất ban ñầu có thể phục hồi qua phản ứng nghịch bằng cách sử dụng một nguồn ñiện ngoài nạp cho ăcquy. Thường có ăcquy chì và ăcquy Ni - CAD (Ăcquy Niken - Cañimi). Nhờ phản ứng oxi hóa - khử mà người ta ñã ứng dụng ñể tạo ra các thiết bị tiện ích trong cuộc sống. 2.3.3.3. Giải thích các hiện tượng xảy ra trong ñời sống [12] - Sự ôi mỡ : • Chất béo là một thành phần cơ bản trong thức ăn của người và ñộng vật. Khi bị oxi hoá, chất béo cung cấp năng lượng cho cơ thể nhiều hơn so với chất ñạm và chất bột. Trong công nghiệp, chất béo chủ yếu ñược dùng ñể ñiều chế glixerol và xà phòng. • Khi ñể lâu trong không khí, chất béo có mùi ôi. ðó là do tác dụng của hơi nước, oxi không khí và vi khuẩn lên chất béo. Quá trình ñó ñược miêu tả như sau: Nối ñôi C=C ở gốc axit không no của chất béo bị oxi hoá bởi oxi không khí tạo peoxit, chất này bị phân huỷ thành anñehit gây nên mùi hôi. - CH =CH - + O2 ↔ - CH - CH- ↔ - CHO + - CHO ⇒ Sự ôi lipit. ðể hạn chế ñiều này cần bảo quản chất béo ở nhiệt ñộ thấp hoặc cho vào chất béo một ít chất chống oxi hoá, hay ñun chất béo với một ít muối ăn. - Quá trình lên men : Phản ứng lên men : Dưới tác dụng của các chất xúc tác men do vi sinh vật tiết ra chất ñường bị phân tách thành các sản phẩm khác. Các chất men khác nhau gây ra những quá trình lên men khác nhau. Quá trình lên men xảy ra qua nhiều giai ñoạn . Ví dụ : Một số phản ứng lên men của glucoza và fructoza : O - O PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 62 + Lên men êtylic tạo thành ancol êtylic : C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + Lên men butyric tạo thành axit butyric : C6H12O6 → CH3- CH2- CH2-COOH + 2H2 + 2CO2 + Lên men lactic tạo thành axit lactic : C6H12O6 → 2CH3 -CHOH - COOH + Lên men limônic tạo thành axit limônic :(citric) C6H12O6 +3O → HOOC- CH2-C(OH)-CH2-COOH + 2H2O COOH + Ancol etylic lên men giấm thành axit axetic : ñây là phương pháp cổ ñiển ñiều chế axit axetic, tức là oxi hóa rượu etylic bằng oxi không khí, có mặt men giấm thành axit axetic : CH3 – CH2 – OH + O2  →Mengiâm CH3 – COOH + H2O Ngoài ra phản ứng oxi hoá - khử còn dùng ñể giải thích các quá trình sản xuất trong công nghiệp: luyện kim, hóa chất, chất dẻo, phân bón, dược phẩm…. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 63 KẾT LUẬN VÀ ðỀ XUẤT 1. Kết luận chung - Qua thời gian nghiên cứu hệ thống kiến thức phản ứng oxi hoá - khử trong chương trình THPT chúng tôi ñã rút ra một số kết luận sau: + Phản ứng oxi hoá - khử trong chương trình THCS: bản chất của phản ứng gắn với sự nhường và nhận oxi nên chỉ mang tính cụ thể, chưa mang tính khái quát. HS chỉ cân bằng ñược các phản ứng oxi hoá - khử ñơn giản. + Phản ứng oxi hoá - khử trong chương trình THPT: bản chất của phản ứng gắn với sự nhường và nhận electron mang tính khái quát cao. HS có thể cân bằng ñược nhiều phản ứng oxi hoá - khử phức tạp bằng phương pháp cân bằng electron, vận dụng vào việc dự ñoán, giải thích tính chất hoá học của các chất cũng như giải bài toán hoá học một cách nhanh chóng, chính xác. - Nghiên cứu vận dụng phản ứng oxi hoá - khử trong dạy học tính chất hoá học của ñơn chất, hợp chất và trong giải bài tập hoá học. 2. Ý kiến ñề xuất - Qua nghiên cứu phản ứng oxi hoá - khử, chúng tôi ñưa ra một số kiến nghị sau: + Thói quen mà HS hay sử dụng khi cân bằng phản ứng oxi hoá - khử là cân bằng theo phản ứng thông thường bằng cách nhẩm số nguyên tử chất tham gia bằng số nguyên tử chất tạo thành, không sử dụng phương pháp bảo toàn electron hay các phương pháp khác, làm cho việc cân bằng phản ứng oxi hoá - khử trở nên khó khăn và thiếu chính xác, HS cảm thấy sợ hay chán làm dạng bài tập này. ðể khắc phục tình trạng ñó, GV cần rèn luyện cho HS cách cân bằng phản ứng oxi hoá - khử theo phương pháp bảo toàn electron bằng cách cho HS làm nhiều bài tập dạng viết và cân bằng phản ứng hoá học trong ñó có phản ứng oxi hoá - khử. + GV cần khai thác nhiều dạng bài tập liên quan ñến phản ứng oxi hoá - khử và hướng dẫn HS giải theo nhiều phương pháp khác nhau: phương pháp bảo toàn electron hay giải bằng phương trình ion thu gọn … làm cho việc giải bài toán hoá học trở nên ñơn giản, chính xác, nhanh chóng… phù hợp với khuynh hướng các dạng bài tập trắc nghiệm hiện nay. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Duy Ái (20070, Cơ sở lý thuyết các phản ứng hóa học, Nxb GD Hà Nội 2. Nguyễn Duy Ái (2005), Một số phản ứng trong Hóa vô cơ, Nxb GD. 3. Ngô Ngọc An, Nguyễn Trọng Thọ (2006), Phản ứng oxi hoá - khử và sự ñiện phân, Nxb GD. 4. Trần Dương, Võ Quang Mai (2006), Bài giảng cơ sở lí thuyết Hóa vô cơ, ðại học Huế, 5. Nguyễn Hữu ðỉnh, ðỗ ðình Rãng, Hóa hữu cơ 1, Nxb GD. 6. Cao Cự Giác (2006), Thiết kế bài giảng hóa học 10, 11 tập 1, Nxb GD Hà Nội. 7. Trần Thành Huế, Tư liệu Hoá Học 10, Nxb GD. 8. Những vấn ñề ñại cương của phương pháp dạy học hóa học, Bài giảng Phương pháp dạy học 1 – Khoa Hóa Học – ðại Học ðồng Tháp. 9. ðặng Trần Phách, Trần Thị ðà (2007), Cơ sở lý thuyết các phản ứng hóa học, Nxb GD Hà Nội. 10. Nguyễn Khoa Thị Phượng (2008), Phương pháp giải nhanh các bài toán hóa học trọng tâm, Nxb ðại Học Quốc Gia Hà Nội. 11. Nguyễn Khoa Thị Phượng, Phương pháp giải bài tập hữu cơ, Nxb ðại Học Quốc Gia Hà Nội. 12. ðỗ ðình Rãng (chủ biên), ðặng ðình Bạch, ðặng Thanh Phong (2006), Hóa hữu cơ 2, Nxb GD. 13. Nguyễn Thị Phương Thảo, Lê Thanh Vân (2007), Khai thác một số bài tập hóa học lớp 10 theo hướng phát triển năng lực tư duy của học sinh, ðề tài nghiên cứu khoa học – Khoa Hóa Học – ðại Học Sư Phạm ðồng Tháp. 14..ðào ðình Thức (2002), Hóa học ñại cương Tập II Từ lý thuyết ñến ứng dụng, Nxb ðHQG Hà Nội. 15. Lê Xuân Trọng (Chủ biên), Nguyễn Cương, ðỗ Tất Hiển, Sách giáo khoa hóa học 8, Nxb GD. 16. Lê Xuân Trọng (Tổng Chủ biên kiêm Chủ biên), Cao Thị Thặng, Ngô Văn Vụ, Sách giáo khoa Hóa học 9, Nxb GD. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 65 17. Lê Xuân Trọng (Tổng Chủ biên kiêm Chủ biên), Từ Ngọc Ánh….. Sách giáo khoa hóa học 10 Nâng cao, Nxb GD. 18. Lê Xuân Trọng (Tổng Chủ biên), Nguyễn Hữu ðỉnh (Chủ biên), Lê Chí Kiên, Lê Mậu Quyền, Sách giáo khoa hóa học 11, Nâng cao - Nxb GD. 19. Nguyễn Xuân Trường (2007), Trắc nghiệm và sử dụng trắc nghiệm trong dạy hóa học phổ thông, Nxb ðại Học Sư Phạm. 20. Nguyễn Xuân Trường (2005), Phương pháp dạy học Hóa học ở trường phổ thông, Nxb GD . 21. Tài liệu bồi dưỡng giáo viên (2006) (Thực hiện chương trình SGK lớp 10 THPT) Môn hóa học, Nxb GD . 22. G.P Khôchencô, KI. Xêvaxchianova (1981), Phản ứng oxi hoá -khử, NxbGD. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 66 Phụ Lục Giải bài toán hoá vô cơ có liên quan ñến phương trình phản ứng oxi hóa - khử. 1) Kim loại tác dụng với axit Bài tập: Hòa tan 5,6 gam Fe bằng dung dịch H2SO4 loãng dư, thu ñược dung dịch X . Dung dịch X phản ứng vừa ñủ với dung dịch KMnO4 0,5M. Tìm thể tích của KMnO4 ñã dùng. HD: Theo ñề nFe = 5,6/56 = 0,1 mol. Ta có : gọi x là số mol KMnO4 Fe → Fe2+ + 2e 0,1 mol 0,1 mol Fe 2+ → Fe3+ + 1e 0,1 mol 0,1 mol Mn+7 + 5e → Mn2+ x mol 5x mol Theo phương pháp bảo toàn electron : n electron cho = n electron nhận ⇒ 5x = 0,1 ⇒ x = 0,02 mol. Vậy mlV 40 5,0 1000.02,0 == 2) Hỗn hợp oxit kim loại tác dụng với axit. Bài tập 1: Cho hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 có khối lượng 4,04g phản ứng hết với dung dịch HNO3 dư thu ñược 336 ml NO (ñktc, sản phẩm khử duy nhất). Tính số mol HNO3 ñã phản ứng. HD: nNO = 0,336/ 22,4 = 0,015 mol. Ta có : N+5 + 3e → N+2 3. 0,015 mol 0,015 mol Suy ra số mol electron trao ñổi là : 0,045 mol . PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 67 Từ hỗn hợp X có thể tạo ra tối ña : g4,416 2 045,004,4 =×+ Suy ra số mol Fe(NO3)3 trong dung dịch sau phản ứng : mol055,02 160 4,4 =× Số mol HNO3 phản ứng = số mol NO3- tạo muối + số mol NO3- tạo khí = 0,055.3 + 0,015 = 0,18 mol Bài tập2: Cho a gam FexOy tác dụng hoàn toàn với H2SO4 ñặc, nóng sinh ra chất khí duy nhất là SO2. Mặt khá, khử hoàn toàn a gam FexOy bằng CO ở nhịêt ñộ cao, sau ñó cho lượng Fe tạo thành tác dụng với H2SO4 ñặc nóng. Sau phản ứng, người ta thu ñược một lượng khí SO2 nhiều gấp 9 lần lượng khí SO2 thoát ra từ thí nghiệm trên. a.Hãy viết phương trình hoá học b.Xác ñịnh công thức oxit của sắt HD: OHyxSOyxSOxFeSOHyxOFe tyx 2234242 )26()23()()26(2 0 −+−+→−+ (1) n mol 0,5n(3x-2y) mol 2 0 yCOxFeyCOOFe tyx +→+ n mol nx mol 2Fe +6H2SO4 → 0t Fe2(SO4)3 + 3SO2 +6H2O (3) nx mol 1,5nx mol Gọi n mol là số mol của FexOy trong a gam FexOy Từ (1),(2),(3) và giả thuyết ta có: 4 3 1 9 )23(5,0 5,1 =⇒= − y x yxn nx . Vậy công thức oxit sắt là Fe3O4 => Bài toán rèn luyện kĩ năng viết, cân bằng PTHH, khả năng suy luận và tính toán theo PTHH. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 68 3) Bài toán hỗn hợp kim loại tác dụng với hỗn hợp axit. Bài tập 1: Cho 11,8g hỗn hợp Al và Cu phản ứng với dung dịch hỗn hợp axit HNO3 và H2SO4 dư thu ñược 13,44 lit (ñktc) hỗn hợp khí SO2 và NO2 có tỉ khối so với H2 là 26. Cô cạn dung dịch, tính khối lượng muối thu ñược. HD: Áp dụng qui tắc ñường chéo tính ñược : nSO2 = 0,2 mol nNO2 = 0,4 mol Ta có các phương trình S+6 + 2e → S+4 2.0,2 mol 0,2 mol N+5 + 1e → N+4 1. 0,4 mol 0,4 mol Số mol electrom trao ñổi là : 2. 0,2 + 0,4 = 0,8 mol. Khi cô cạn thì ta có : 4H+ + 4NO3- →to 4NO2 + 2H2O + O2 Vì vậy muối tạo thành là muối sufat. m muối = m ion kim loại + m gốc axit = g50962 8,06,11 =×+ Bài tập 2: Cho hỗn hợp Y gồm Fe và kim loại M hóa trị n duy nhất. 1. Hòa tan hoàn toàn 3,61 g hỗn hợp Y bằng dung dịch HCl thu ñược 2,1281 lít H2, còn khi hòa tan 3,61 g hỗn hợp Y bằng dd HNO3 loãng dư thì thu ñược 1,792 lít khí NO duy nhất. Hãy xác ñịnh kim loại M và tính % khối lượng của mỗi kim loại trong hỗn hợp Y. 2. Lấy 3,61 g hỗn hợp Y cho tác dụng với 100 ml dd chứa AgNO3 và Cu(NO3)2, khuấy kĩ tới phản ứng hoàn toàn chỉ thu ñược 8,12 g chất rắn gồm 3 kim loại. Hòa tan chất rắn ñó bằng dd HCl dư thấy bay ra 0,672 lít H2. Tính nồng ñộ mol của AgNO3 và Cu(NO3)2 trong dung dịch ban ñầu của chúng. Biết các thể tích khí ño ở ñktc và hiệu suất các phản ứng là 100 %. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 69 HD: Các phương trình phản ứng hóa học xảy ra : 0 +2 Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 ↑ (1) 0 +n 2M + 2nHCl → 2MCln + nH2 ↑ (2) 0 +5 +3 +2 Fe + 4 HNO3 → Fe(NO3)3 + NO ↑ + 2H2O (3) 0 +5 +n +2 3M + 4nHNO3 → 2M(NO3)n + nNO + 2nH2O (4) Gọi x là số mol Fe, y là số mol M có trong 3,61 g hỗn hợp Y. - Số mol electron Fe nhường ở (1) là : 2x - Số mol electron M nhường ở (2) là : ny - Số mol electron H2 nhận ở (1) và (2) là : 2,1281 . 2 /22,4 = 0,19 Ta có : 2x + ny = 0,19 (a) - Số mol electron nhường ở (3) là : 3x ( Fe - 3e → Fe+3 ) - Số mol electron nhường ở (4) là : ny ( M - ne → M+n ) - Số mol electron nhận vào tạo ra NO là : 1,792 . 3 / 22,4 = 0,24 ( vì N+5 +3e → N+2 ) Ta có : 3x + ny = 0,24 (b) Lấy (b) trừ ñi (a) , ta ñược : 2x + ny = 0,19 3x + ny = 0,24 → x = 0,05 ; ny = 0,09 (c) Mặt khác theo khối lượng hỗn hợp : 0,05 . 56 + yM = 3,61 ; yM = 0,81 (d) Từ (c) : ny = 0,09 → y = 0,09 / n Thay vào (d) : nn ny M 9 09,0 81,009.0 :81,081,0 ==== Nghiệm duy nhất là n =3 ; M = 27 → nguyên tố nhôm ( Al ) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 70 4) Bài toán hỗn hợp oxit kim loại tác dụng với hỗn hợp axit. Bài tập: Hỗn hợp chất rắn X gồm (Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 ) với số mol mỗi chất là 0,1 mol, hòa tan hết vào dung dịch Y gồm (HCl và H2SO4 loãng) dư thu ñược dung dịch Z. Nhỏ từ từ dung dịch Cu(NO3)2 1M vào dung dịch Z cho tới khi ngừng thoát khí NO. Thể tích dung dịch Cu(NO3)2 cần dùng và thể tích khí thoát ra là bao nhiêu ? HD: Ta có : Fe2O3 + FeO → Fe3O4 0,1 0,1 0,1 Hỗn hợp X gồm Fe3O4 : 0,2mol, Fe : 0,1mol + dung dịch Y. Fe3O4 + 8H+ → Fe2+ + 2Fe3+ + 4H2O 0,2 0,2 0,4 Fe + 2H+ → Fe2+ + H2 0,1 0,1 Dung dịch Z : (Fe2+ : 0,3 mol, Fe3+ : 0,4mol, +Cu(NO3)2) 3Fe2+ + NO3- + 4H+ → 3Fe3+ + NO + 2H2O 0,3 0,1 0,1 → VNO = 0,1 .22,4 = 2,24 (lit) n Cu(NO3)2 = 2 1 nNO3- = 0,05 mol → V ddCu(NO3)2 = mllit 50)(05,01 05,0 == 5) Kim loại và hợp chất tác dụng với axit Bài tập: (Sách giáo khoa hóa học 10 (nâng cao), trang 177) Cho hỗn hợp FeS và Fe tác dụng với dung dịch HCl (dư), thu ñược 2,464 l hỗn hợp khí ở ñktc. Dẫn hỗn hợp khí này ñi qua dd Pb(NO3)2 dư, sinh ra 23,9 g kết tủa màu ñen. a. Viết phương trình phản ứng của các phản ứng ñã xảy ra PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 71 b. Hỗn hợp khí thu ñược gồm những khí nào? Tính tỉ lệ số mol các khí trong hỗn hợp c. Tính thành phần % theo khối lượng của hỗn hợp rắn ban ñầu? HD: a. Các phản ứng xảy ra Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 (1) Fe + 2HCl → FeCl2 +H2S (2) H2S + Pb(NO3)2 → PbS↓ +2HNO3 (3) b. Hỗn hợp khí gồm H2 và khí H2S Từ (3) => )(1,0 239 9,23 2 molnn PbSSH === )(11,0 4,22 464,2 molnhhkhi == => )(01,01,011,02 molnH =−= Tỉ lệ số mol 2 khí là: 10 1 1,0 01,0 2 2 == SH H n n c. Từ (1),(2) => )(01,0 2 molnn HFe == => mFe = 0,01.56 =0,56 (g) SHFe nn 2s = = 0,1 (mol) => mFeS = 0,1.88 = 8,8 (g) % mFe = %98,5%100.8,856,0 56,0 = + ; %mFeS = 94,02%  Bài tập trên rèn luyện kĩ năng viết PTHH và kĩ năng tính toán theo phương trình phản ứng. Qua ñó HS khắc sâu hơn kiến thức ñã học. Bài toán ñặc trưng của dẫn xuất hidrocacbon: Bài tập: Cho 0,1 mol andehit X tác dụng với lượng dư AgNO3 trong dung dịch NH3 ñun nóng thu ñược 43,2 gam bạc kết tủa. Hidro hoá X thu ñược Y biết 0,1 mol Y phản ứng vừa ñủ với 4,6 gam Na. Tìm công thức cấu tạo thu gọn của X. HD: Theo ñề : 43,2 0,4 108Ag n mol= = ⇒ 0, 4 4 0,1 Ag X n n = = ⇒ X là HCHO hoặc andehit hai chức. Do X 2H Y+→ . Khi Y tác dụng với Na (0,2 mol) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 72 0,1X Yn n mol= = ⇒ Y có 2H linh ñộng ⇒ X là andehit hai chức. ⇒ CTCT (X) là OHC - CHO. -2 0 +4 +6 H2S S SO2 SO3, H2SO4 S thể hiện tính khử S thể hiện tính oxi hóa PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial ::