Khóa luận nghiên cứu phản ứng oxi hoá - khử trong chương trình hoá học phổ thông

  • Số trang: 73 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 20 |
  • Lượt tải: 0
nganguyen

Đã đăng 34173 tài liệu

Mô tả:

Khóa luận Nghiên cứu phản ứng oxi hoá - Khử trong chương trình hoá học phổ thông 1 MỤC LỤC Phụ lục bìa…………………………………………………………………………...i Lời cam ñoan …………………………………………………………………….....ii Lời cảm ơn……………………………………………………………………….…iii Mục lục ……………………………………………………………………………..1 Danh mục các cụm từ viết tắt……………………………………………………….3 MỞ ðẦU……………………………………………………………………………4 CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Khái quát về phản ứng hóa học………………………………………………..7 1.1.1.Khái niệm phản ứng hóa học………………………………………………7 1.1.2. Các loại phản ứng hóa học……………………………………………….7 1.2. Phản ứng oxi hóa - khử………………………………………………………...9 1.2.1. Một số khái niệm ………………………………………………………..9 1.2.2. Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa - khử……………………15 1.2.3. Ý nghĩa và tầm quan trọng của phản ứng oxi hóa - khử……………......22 CHƯƠNG 2 PHẢN ỨNG OXI HÓA –KHỬ TRONG CHƯƠNG TRÌNH HÓA HỌC PHỔ THÔNG 2.1. Phản ứng oxi hóa - khử trong chương trình hoá học phổ thông ……………..24 2.1.1. Phản ứng oxi hóa - khử trong chương trìnhtrung học cơ sở…..………..24 2.1.2. Phản ứng oxi hóa – khử trong chương trình trung học phổ thông……...27 2.2. Phản ứng oxi hóa- khử…………………………………………………….....30 2.2.1. Nội dung phản ứng oxi hóa – khử trong hóa học vô cơ……………….....30 2.2.2. Nội dung phản ứng oxi hóa – khử trong hóa học hữu cơ………………...32 2.3. Vận dụng phản ứng oxi hóa - khử trong dạy hóa học phổ thông…………....38 2.3.1. Sử dụng các khái niệm phản ứng oxi hóa - khử trong dạy tính chất hóa học của các chất……………………………………………………………...38 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 2 2.3.2. Sử dụng các khái niệm phản ứng oxi hóa - khử ñể giải bài tập……..........43 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………………………….......59 KẾT LUẬN VÀ ðỀ XUẤT 1. Kết luận chung ………………………………………………………………...64 2. Ý kiến ñề xuất………………………………………………………………....64 Tài liệu tham khảo………………………………………………………………...65 Phụ lục…………………………………………………………………………...- p1- PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 3 DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT CTðG : Công thức ñơn giản CTPT : Công thức phân tử ðktc : ðiều kiện tiêu chuẩn GV : Giáo viên HD : Hướng dẫn HS : Học sinh SGK : Sách giáo khoa Soh : Số oxi hoá THCS : Trung học cơ sở THPT : Trung học phổ thông PTHH : Phương trình hóa học. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 4 MỞ ðẦU 1. Lý do chọn ñề tài - Xuất phát từ yêu cầu của sự nghiệp giáo dục, thực trạng giảng dạy bộ môn hóa học ở cấp trung học phổ thông ñòi hỏi người giáo viên không ngừng nâng cao năng lực chuyên môn, ñổi mới phương pháp dạy học nhằm giúp học sinh tiếp thu tri thức một cách tốt nhất. - Phản ứng oxi hóa - khử là loại phản ứng quan trọng và xuyên suốt trong chương trình hóa học phổ thông. Kiến thức về phản ứng oxi hoá - khử ñược vận dụng phổ biến trong dạy học cũng như trong ñời sống. Vậy, phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng thế nào? Phân loại chúng trong hóa học vô cơ, hữu cơ ra sao? So sánh sự khác nhau cơ bản giữa phản ứng oxi hóa – khử và các phản ứng khác; làm thế nào có thể nhận biết ñược phản ứng oxi hóa – khử và các phản ứng thông thường cũng như các bước lập phương trình phản ứng. Tầm quan trọng của phản ứng oxi hóa – khử, phản ứng oxi hóa - khử ñược nghiên cứu và phát triển như thế nào từ chương trình trung học cơ sở sang chương trình trung học phổ thông. Khi nắm rõ các nội dung trên, giáo viên sẽ vận dụng phản ứng oxi hoá - khử trong dạy hóa học ở phổ thông ñược tốt hơn. - Hóa học là khoa học thực nghiệm, giáo viên không chỉ dạy cho học sinh cách tiếp thu tri thức mà còn phải rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng các kiến thức hoá học ñể giải thích các hiện tượng trong thực tiễn như: tất cả các phản ứng cháy, các phản ứng tạo ra dòng ñiện trong pin, ắcquy… Các phản ứng xảy ra trong cơ thể người như sự oxi hóa glucôzơ thành khí cacbônic và hơi nước… Tất cả các hiện tượng hoá học trên ñều dùng các kiến thức của phản ứng oxi hoá - khử ñể giải thích. Do vậy, chúng tôi chọn ñề tài “ Nghiên cứu phản ứng oxi hoá - khử trong chương trình hoá học phổ thông “ làm nội dung nghiên cứu của khóa luận tốt nghiệp. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 5 2. Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu hệ thống kiến thức phản ứng oxi hoá – khử trong chương trình hoá học phổ thông. - Nghiên cứu việc sử dụng phản ứng oxi hóa – khử trong chương trình hóa học phổ thông cũng như các kiến thức có liên quan ñến phản ứng oxi hóa – khử trong dạy các chất và bài tập vận dụng có liên quan ñến phản ứng oxi hóa – khử. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu các tài liệu có liên quan ñến phản ứng oxi hóa - khử. - Nghiên cứu sự hình thành và phát triển, các quy luật biến ñổi trong sự tạo thành sản phẩm oxi hóa – khử. - Tìm hiểu sự vận dụng phản ứng oxi hóa - khử trong việc giảng dạy bộ môn hóa học trung học phổ thông. 4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý luận : sách giáo khoa hóa học trung học phổ thông và các tài liệu có liên quan ñến phản ứng oxi hóa – khử. 5. ðối tượng nghiên cứu Phản ứng oxi hóa – khử trong chương trình trung học phổ, sách giáo khoa hoá học phổ thông và các tài liệu khác có liên quan ñến phản ứng oxi hóa – khử. 6. Khả năng áp dụng của ñề tài Nghiên cứu ñề tài hoàn thành sẽ góp thêm tài liệu tham khảo cho giáo viên dạy hóa học ở các trường THPT, sinh viên ñang học chuyên ngành hóa học và tài liệu học tập cho HS trung học cơ sở, trung học phổ thông. 7. Lịch sử ñề tài ðã có rất nhiều công trình nghiên cứu, nhiều sách, tài liệu nghiên cứu phản ứng oxi hóa - khử của nhiều tác giả khác nhau như: • Nguyễn Trọng Thọ, Ngô Ngọc An, Phản ứng oxi hóa – khử và sự ñiện phân, Nhà xuất bản giáo dục, năm 2006. Khai thác phản ứng oxi hóa - khử ở nhiều góc ñộ như : phân loại phản ứng, các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa - khử các dạng bài toán về phản ứng oxi hóa - khử. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 6 • Một số bài viết trong Tạp chí hoá học & Ứng dụng : 1. Phạm Hà Thanh, Phạm Ngọc Sơn - Cách tính nhanh khối lượng muối tạo thành trong phản ứng oxi hóa – khử. (Số 3(75)/2008). 2. Lê Ngọc Sáng, Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa - khử bằng phương pháp thăng bằng electron và phân tử ion. (Số 8(80)/2008). ðề tài chúng tôi quan tâm nghiên cứu phản ứng oxi hóa - khử trong chương trình hóa học phổ thông nhằm tìm hiểu sự hình thành, phát triển và vận dụng phản ứng oxi hoá - khử trong dạy hoá học phổ thông. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 7 CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Khái quát về phản ứng hóa học 1.1.1.Khái niệm phản ứng hóa học [2] Quá trình biến ñổi chất này thành chất khác gọi là phản ứng hóa học. Chất ban ñầu bị biến ñổi trong phản ứng gọi là chất phản ứng (chất tham gia, chất mới sinh ra là sản phẩm). Trong phản ứng hoá học tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các chất tạo thành sau phản ứng. Phản ứng hóa học ñược ghi theo phương trình chữ như sau: Tên các chất phản ứng → Tên các sản phẩm Ví dụ: Lưu huỳnh + sắt → Sắt (II)sunfua Trong quá trình phản ứng, lượng chất phản ứng giảm dần, lượng sản phẩm tăng dần. Trong phản ứng hóa học chỉ có liên kết giữa các nguyên tử thay ñổi làm cho phân tử này biến thành phân tử khác. Phản ứng xảy ra ñược khi các chất tham gia tiếp xúc trực tiếp với nhau, có trường hợp ñun nóng, có trường hợp cần xúc tác. Nhận biết dấu hiệu xảy ra dựa vào dấu hiệu có chất mới tạo thành. 1.1.2. Các loại phản ứng hóa học 1.1.2.1. Các loại phản ứng trong hóa học vô cơ : [2]  Phản ứng có sự thay ñổi số oxi hóa và phản ứng không có sự thay ñổi số oxi hóa Các dạng phản ứng hoá học cơ bản: - Phản ứng phân tích là phản ứng trong ñó một chất bị phân tích thành nhiều chất mới. Ví dụ: CaCO3 = CaO + CO2 ↑ - Phản ứng kết hợp là phản ứng trong ñó hai hay nhiều chất kết hợp với nhau tạo thành một chất mới. Ví dụ: BaO + H2O = Ba(OH)2. - Phản ứng thế là phản ứng trong ñó nguyên tử của ngyên tố này ở dạng ñơn chất thay thế nguyên tử của nguyên tố khác trong hợp chất. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 8 Ví dụ: Zn + H2SO4 loãng = ZnSO4 + H2 ↑ - Phản ứng trao ñổi là phản ứng trong ñó các hợp chất trao ñổi nguyên tử hay nhóm nguyên tử với nhau. Ví dụ: BaCl2 + NaSO4 = BaSO4 + 2NaCl.  Phân loại dựa trên hiệu ứng nhiệt của phản ứng : - Phản ứng tỏa nhiệt. ðịnh nghĩa: Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng hóa học giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt. Ví dụ như phản ứng ñốt cháy xăng dầu, cung cấp năng lượng ñể vận hành xe cộ, máy móc… - Phản ứng thu nhiệt ðịnh nghĩa : phản ứng thu nhiệt là phản ứng hóa học hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt. Ví dụ như khi sản xuất vôi, người ta phải liên tục cung cấp năng lượng dưới dạng nhiệt ñể thực hiện phản ứng phân hủy ñá vôi. 1.1.2.2.Các loại phản ứng trong hóa hữu cơ:[2]  Phản ứng cộng. Phân tử hữu cơ kết hợp thêm với các nguyên tử hoặc phân tử khác. 0 t HC ≡ CH + 2 H 2  → H 3C − CH 3 Ví dụ:  Phản ứng thế Một hoặc một nhóm nguyên tử ở phân tử hữu cơ bị thế bởi một hoặc một nhóm nguyên tử khác. Ví dụ: → H3C- Br +HOH H3C – OH + H-Br  Phản ứng tách Một vài nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử bị tách ra khỏi phân tử. Ví dụ: H3C- CH2-OH + H ,170 C  → 0 H2C = CH2 +H2O  Phản ứng phân hủy Phân tử bị phá hủy hoàn toàn thành các nguyên tử hoặc các phân tử nhỏ. t Ví dụ: CH4 → C + 2H2 o PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 9 C4H10 + 5F2 → 4C + 10HF C6H12 + 9O2 → 6CO2 + 6H2O  Phản ứng este hóa Là phản ứng ñiều chế este bằng cách ñun nóng ancol với axit cacboxylic, có axit mạnh làm xúc tác. + H  ⇀ RCOOH + R’OH ↽  R – COOR’ + H2O  Phản ứng trùng hợp Phản ứng trùng hợp là quá trình kết hợp liên tiếp nhiều phân tử nhỏ giống nhau hoặc tương tự nhau tạo thành những phân tử rất lớn gọi là polime. Trong phản ứng trùng hợp, chất ñầu (các phân tử nhỏ) ñược gọi là monome. Sản phẩm của phản ứng gồm nhiều mắt xích monome hợp thành nên ñược gọi là polime. Số lượng mắt xích monome trong một phân tử polime gọi là hệ số trùng hợp và kí hiệu là n. 1.2. Phản ứng oxi hóa - khử 1.2.1. Một số khái niệm 1.2.1.1. Hóa trị và số oxi hóa [4]  Hóa trị - Hóa trị ñặc trưng cho khả năng nguyên tử của các nguyên tố ñó có thể hình thành một số liên kết hoá học nhất ñịnh. Hoá trị thường gắn liền với một kiểu liên kết cụ thể. Có thể ñịnh nghĩa nó là số nguyên tử của nguyên tố hóa trị một kết hợp với một nguyên tử của nguyên tố ñã cho. Chẳng hạn, trong axit clohidric HCl, clo có hóa trị một, trong nước H2O oxi có hóa trị hai, trong amoniac NH3 nitơ có hóa trị ba, trong metan CH4 cacbon có hóa trị bốn, trong PCl5 photpho có hóa trị năm, trong SF6 lưu huỳnh có hóa trị sáu…. - Với sự phát triển học thuyết về liên kết hóa học, hóa trị của nguyên tử trong phân tử ñược hiểu là số cặp ñiện tử mà nguyên tử ñã cho dùng ñể liên kết với những nguyên tử khác, như vậy hóa trị ñược ñịnh nghĩa là số liên kết nhờ ñó nguyên tử ñã cho kết hợp với những nguyên tử khác. Số liên kết mà nguyên tử có thể tạo thành bằng số ñiện tử không kết ñôi của nó. Ở ñây không tính ñến tính có cực của liên kết PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 10 ñược tạo thành và vì vậy hóa trị không có dấu. Cần nhấn mạnh rằng hóa trị xác ñịnh theo số liên kết không thể âm và cũng có thể bằng không. - ðiện hoá trị ñược xác ñịnh bằng số electron mà một nguyên tử mất ñi hay thu vào khi tạo thành ion ñơn. ðó là ñiện tích của các ion trong hợp chất ion. Chẳng hạn, trong phân tử CaCl2, nguyên tử Caxi có ñiện hoá trị +2, nguyên tử Clo -1. - Cộng hoá trị ñược xác ñịnh bằng số liên kết cộng hoá trị do các nguyên tử trong phân tử tạo thành. Nói chung, mỗi liên kết cộng hoá trị ñược hình thành từ một cặp electron. Ví dụ trong phân tử H2, hydro có cộng hoá trị I (H-H); trong phân tử N2, nguyên tử nitơ có cộng hoá trị III (N≡N) (Mỗi gạch nối chỉ một liên kết thực hiện bằng một cặp electron).  Số oxi hóa ðể thuận tiện khi xem xét phản ứng oxi hoá - khử và tính chất của các nguyên tố, người ta ñưa ra khái niệm số oxi hoá (còn gọi là mức oxi hoá hay ñiện tích hoá trị). Số oxi hoá là ñiện tích quy ước mà nguyên tử có ñược nếu giả thuyết rằng cặp e liên kết (do 2 nguyên tử góp chung) chuyển hoàn toàn về phía nguyên tử có ñộ âm ñiện lớn hơn. Số oxi hoá ñược tính theo quy tắc sau : − Tổng ñại số số oxi hoá của các nguyên tử trong phân tử trung hoà ñiện bằng 0. − Tổng ñại số số oxi hoá của các nguyên tử trong một ion phức tạp bằng ñiện tích của ion. Ví dụ trong ion HSO4-, số oxi hoá của H là +1, của O là −2 của S là +6. + 1 + 6 + (−2. 4) = − 1. − Trong ñơn chất, số oxi hoá của các nguyên tử bằng 0. Ví dụ: Trong Cl2, số oxi hoá của Cl bằng 0. − Khi tham gia hợp chất, số oxi hoá của một số nguyên tố có trị số không ñổi như sau: + Kim loại kiềm luôn bằng +1. + Kim loại kiềm thổ luôn bằng +2. + Oxi (trừ trong peoxit bằng − 1) luôn bằng − 2. + Hiñro (trừ trong hiñrua kim loại bằng − 1) luôn bằng − 2, Al thường bằng +3. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 11 Chú ý: Dấu của số oxi hoá ñặt trước giá trị, còn dấu của ion ñặt sau giá trị. +3 Ví dụ: Số oxi hóa của Fe , của ion Fe3+. 1.2.1.2. Chất khử và chất oxi hóa - Một số chất khử và chất oxi hoá quan trọng nhất [22] NHỮNG CHẤT KHỬ VÀ NHỮNG CHẤT OXI HÓA QUAN TRỌNG NHẤT Chất khử : Chất nhường e Chất oxi hóa : Chất nhận e - Nguyên tử kim loại, hidro, hidro - Các halogen:F2,Cl2, Br2 . peoxit H2O2. - Các hợp chất của Mangan : - Cacbon, cacbon(II)oxit. Mn2O7, MnO3, MnO2, KMnO4, - Các hợp chất của lưu huỳnh: K2MnO4 . H2S, H2SO3 và muối của nó, - Các hợp chất của Crom : CrO3, Na2S2O3… K2CrO4, K2CrO7… - Axit có gốc axit là nhóm halogen : - Các hợp chất của Oxi : O2, O3, HI, HBr, HCl… H2O2 và muối của nó. - Muối : SnCl2, FeSO4, MnSO4, - Các axit có tính oxi hoá mạnh Cr2(SO4)3…. như: H2SO4, H2SeO4, HNO3 và muối - Các hợp chất của nitơ : HNO2, của nó… NH3, N2H4, NH2OH, NO… - Ion của những kim loại quý (Ag+, - H3PO3, H3AsO3, K4[Fe(CN)6]. Pb2+, Au 3+…) - Một số hợp chất hữu cơ: Andehit, - Pb(CH3COO)2, (NH4)2S2O8, rượu, axit fomic và axit oxalic. K3[Fe(CN)6], CuO ,Ag2O, PbO2. - Hipoclorit. Clorat, peclorat. - Nước cường toan, hỗn hợp của axit nitric ñậm ñặc và axit flohidric ñậm ñặc. ðể xảy ra ñược phản ứng oxi hóa - khử cần phải biết có những nguyên tử, phân tử hoặc ion có khả năng cho hoặc thu nhận ñiện tử.[3] • ðơn chất có thể là chất oxi hoá, có thể là chất khử : PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 12 + Chất oxi hoá có thể là ñơn chất, mà nguyên tử trung hoà của nó nhận electron thành ion tích ñiện âm, có cấu trúc electron của khí trơ gần nhất. Các nguyên tử trung hoà của những nguyên tố có ngoài cùng 7 (s2p5); 6(s2p4); 5(s2p 3) và 4(s2p2) electron. Chất oxi hoá mạnh nhất là halogen và oxi ở dạng nguyên tử. + Chất khử ñiển hình là những nguyên tử có số electron ở lớp ngoài cùng chứa từ một ñến ba electron. Trong các chất khử này là kim loại, là các nguyên tố s, d, f. • Các oxiaxit và các muối của chúng có thể là chất oxi hoá có thể là chất khử. + Chất oxi hoá là các oxiaxit có số oxi hoá cao nhất và các muối của chúng. Trong thành phần của chất oxi hoá thường có các nguyên tử của nguyên tố ở mức oxi hoá cao. +7 +6 Ví dụ : K MnO4 , K 2 Cr 2 O7 …. + Chất khử là các oxi axit có số oxi hoá thấp và các muối của chúng. Các phân tử của các chất khử này chứa một hoặc một số nguyên tử của nguyên tố ở một trong số các trạng thái oxi hoá thấp của nó. Khi tương tác với các chất oxi hoá các nguyên tử này nhường electron, tạo thành hợp chất ứng với trạng thái số oxi hoá dương (có thể số oxi hoá dương cực ñại ) của nguyên tố này. +4 0 +6 −1 Ví dụ : H 2 S O3 + Br 2 + H2O → H 2 S O4 + 2H Br • Ion kim loại tích ñiện dương có thể là chất oxi hoá, có thể là chất khử. + Chất oxi hoá là các ion kim loại tích ñiện dương ở số oxi hoá cao nhất. Các ion kim loại tích ñiện dương ñều thể hiện ở mức ñộ nào ñó tính oxi hoá. Trong số chúng, chất oxi hoá mạnh hơn là các ion tích ñiện dương ở số oxi hoá cao. Ví dụ : Fe3+, Cu2+, Hg2+…. + Chất khử là các ion dương kim loại có số oxi hoá thấp, nếu chúng còn có thể có những trạng thái với số oxi hoá cao hơn. Ví dụ : Fe2+ → Fe3+ + 1e Cu+ → Cu2+ + 1e • Chất khử là các ion nguyên tố tích ñiện âm PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 13 Các phi kim, nếu là chất oxi hoá yếu, khi ở trạng thái ion âm nó là chất khử mạnh. Khả năng khử của các ion tích ñiện âm có ñiện tích như nhau tăng lên theo sự tăng bán kính nguyên tử. Ví dụ : Trong nhóm halogen, ion I- có khả năng khử lớn hơn so với ion Br- và Cl- còn F- thể hiện tính khử rất yếu. • Trường hợp một chất vừa có tính oxi hoá, vừa có tính khử. Khi một nguyên tố có trong một hợp chất hoặc ñơn chất có số oxi hoá trung gian thì có cả hai tính chất vừa có tính oxi hoá vừa có tính khử. +3 −5 +5 −1 Ví dụ : 3K N O2 + H Cl O3 = 3K N O3 + H Cl (Chất khử) +3 −1 0 +2 3K N O2 + 2 K I + 2 H 2 SO4 → I 2 + 2 N O + 2 K 2 SO4 + 2 H 2O (Chất oxi hoá) Trong một số chất, chất oxi hoá và chất khử trong nội phân tử +1 +5 −2 −1 0 Ví dụ : 2 K Cl O 3 → 2 K Cl + 3O 2 • Trong một số chất, chất oxi hoá và chất khử còn phụ thuộc vào môi trường tiến hành phản ứng. ðiều kiện ñể phản ứng oxi hóa - khử có thể xảy ra: [8] - ðiều kiện cần : Phản ứng oxi hóa khử xảy ra theo chiều: chất oxi hóa mạnh sẽ oxi hóa chất khử mạnh nhất, sinh ra chất oxi hóa yếu hơn và chất khử yếu hơn. Dựa vào dãy ñiện hóa của kim loại ñể biết qui luật biến thiên tính oxi hóa của ion kim loại và tính khử của nguyên tử kim loại. - ðiều kiện khác : Ngoài ñiều kiện cần, phản ứng oxi hóa – khử xảy ra ñược còn phụ thuộc vào các yếu tố: môi trường, xúc tác, nhiệt ñộ thực hiện phản ứng . + Ảnh hưởng của môi trường: Phản ứng oxi hóa – khử có thể xảy ra trong những môi trường khác nhau: trong môi trường axit (dư ion H+), trung tính (H2O) và kiềm (OH-). Tùy theo môi trường, ñặc ñiểm diễn biến phản ứng giữa cá chất cho trước có thể thay ñổi.Môi trường ảnh hưởng ñến sự biến ñổi mức oxi hóa của các nguyên tử. Ví dụ như ion PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 14 MnO4- làm cho dung dịch có màu ñỏ thẫm, trong môi trường axit nó bị khử ñến Mn 2+, trong môi trường trung tính bị khử ñến MnO2, trong môi trường kiềm bị khử ñến MnO42-. Ví dụ : Trong môi trường axit: 5Na2SO3 +2KMnO4 + 3H2SO4 → 5NaSO4 + 2MnSO4 + 3H2O + K2SO4 Trong môi trường trung tính hoặc bazơ yếu: 3Na2SO3 +2KMnO4 + H2O → 2MnO2 ↓ + 3Na2SO4 + 2KOH + Ảnh hưởng của xúc tác ñến sản phẩm phản ứng: 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O 4NH3 + 5O2 xtPt →  4NO + 6H2O + Ảnh hưởng của nhiệt ñộ : nhiệt ñộ cũng ảnh hưởng ñến sản phẩm phản ứng. Chẳng hạn, khi ñốt khí H2S trong ñiều kiện dư oxi và ở nhiệt ñộ cao thì sản phẩm thu ñược là SO2 và trong trường hợp này oxi không khí ñã oxi hoá lưu huỳnh trong hợp chất H2S từ S-2 tăng lên S+4 còn khi ñốt H2S trong ñiều kiện thiếu oxi và ở nhiệt ñộ không cao thì sản phẩm thu ñược là lưu huỳnh và trong trường hợp này oxi không khí −2 ñã oxi hoá lưu huỳnh trong hợp chất H2S từ S tăng lên S0. tocao PTHH : 2H2S + 3O2( dư)  → 2 SO2 + 2H2O tothâp 2H2S + 3O2( thiếu) → 2S + 2H2O 1.2.1.3. Sự khử, sự oxi hóa - Sự khử (quá trình khử) một chất là làm cho chất ñó nhường electron hay làm tăng số oxi hóa của chất ñó. - Sự oxi hóa (quá trình oxi hóa) một chất là làm cho chất ñó nhận electron hay làm giảm số oxi hóa của chất ñó. 1.2.1.4. Cặp oxi hóa - khử [14] Ở quá trình khử, chất oxi hóa bị khử chuyển thành chất khử. Ở quá trình oxi hóa, chất khử bị oxi hóa chuyển thành chất oxi hóa. Chất oxi hóa và chất khử của cùng một quá trình hợp thành một cặp oxi hóa – khử hay một hệ oxi hóa - khử (kí hiệu là Ox/Kh). PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 15 Ví dụ: Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu Có thể viết thành hai nửa phản ứng: Zn  Zn2+ + 2e k1  ox1 + ne Cu2+ ox2 + ne  k2 (2) + 2e  Cu Zn + Cu 2+  Zn2+ + Cu (1) K1 +ox2  ox1 +k2 Trong nửa phản ứng (1), Zn nhường e, giữ vai trò chất khử (k1), Zn 2+ có khả năng nhận e (trong phản ứng nghịch) giữ vai trò tác nhân oxi hóa (ox1). Ta có cặp oxi hóa khử : ox1/k1(Zn2+/Zn). Một cách tương tự, trong nửa phản ứng (2) ta có cặp oxi hóa khử: ox2/k2 (Cu2+/Cu). Như vậy, trong một phản ứng oxi hóa - khử có sự trao ñổi e giữa tác nhân k1(Zn) của cặp oxi hóa khử và tác nhân oxi hóa ox2 (Cu2+) của một cặp oxi hóa - khử khác. 1.2.1.5. Phản ứng oxi hóa - khử. - ðịnh nghĩa: Phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng hóa học trong ñó trong ñó có sự chuyển electron giữa các chất phản ứng. Hay còn có cách ñịnh nghĩa khác: Phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng hóa học trong ñó có sự thay ñổi số oxi hóa của một số nguyên tố. 1.2.2. Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa - khử 1.2.2.1. Phương pháp ñại số [22] - Nguyên tắc: Số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vế phải bằng nhau. - Các bước cân bằng : + ðặt ẩn số là các hệ số hợp thức. Dùng ñịnh luật bảo toàn khối lượng ñể cân bằng nguyên tố và lập phương trình ñại số. + Chọn nghiệm tùy ý cho 1 ẩn, rồi dùng hệ phương trình ñại số ñể suy ra các ẩn số còn lại. Ví dụ: KMnO4 + HCl → MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O aKMnO4 + bHCl → cMnCl2 + dCl2 + eKCl + fH2O K: Mn : a=e a=c (1) (2) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 16 O: 4a = f (3) H: b = 2f (4) Cl : b = 2c + 2d + e (5) (Có hệ 5 phương trình, 6 ẩn số) Chọn e = 1 ⇒ (1) a = 1 (2) c = 1 (3) f = 4 (4) b = 8 (5) d = 5/2 Nhân các nghiệm số với 2 , ta ñược : 2KMnO4 + 16HCl → 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O Nhận xét: Phương pháp này cho phép áp dụng với mọi phương trình từ ñơn giản ñến phức tạp. Tuy nhiên, khi cân bằng phương trình phản ứng theo phương pháp này sẽ mất rất nhiều thời gian vì phải giải cả một hệ nhiều phương trình toán học, nhiều khi rất phức tạp, ñòi hỏi ở HS nhiều kĩ năng toán học, tính chất toán học lấn át tính chất hoá học hơn, làm lu mờ bản chất hoá học. Phương pháp này không giúp học sinh hiểu rõ bản chất của phản ứng oxi hoá – khử là sự nhường và nhận electron, tổng electron cho bằng tổng electron nhận. HS không xác ñịnh ñược số oxi hóa. ðể tiết kiệm thời gian ta nên sử dụng phương pháp cân bằng ñiện tử (thăng bằng electron). 1.2.2.2. Phương pháp cân bằng electron [3] Trong chương trình hoá học THPT thì phương pháp cân bằng electron là phương pháp cơ bản, phổ biến và ñược áp dụng ñể cân bằng phương trình phản ứng oxi hoá – khử vì phương pháp cân bằng electron chỉ rõ bản chất của phản ứng oxi hoá – khử là sự nhường và nhận electron, tổng electron cho bằng tổng electron nhận, giúp học sinh có thể cân bằng nhanh, ñơn giản, chính xác các phương trình phản ứng oxi hóa - khử từ ñơn giản ñến phức tạp. - Nguyên tắc: dựa vào sự bảo toàn electron nghĩa là tổng số electron của chất khử cho phải bằng tổng số electron chất oxi hóa nhận. - Các bước cân bằng : PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 17 Bước 1 : Viết sơ ñồ phản ứng với các nguyên tố có sự thay ñổi số oxi hóa. Bước 2 : Viết các quá trình: khử (cho electron), oxi hóa (nhận electron). Bước 3: Cân bằng electron: nhân hệ số ñể: Tổng số electron cho = tổng số electron nhận. (tổng số oxi hóa giảm = tổng số oxi hóa tăng). Bước 4: Cân bằng nguyên tố không thay ñổi số oxi hoá (thường theo thứ tự): - Kim loại (ion dương) ; gốc axit (ion âm) - Môi trường (axit, bazơ) ; nước (cân bằng H2O ñể cân bằng hiñro). Bước 5: Kiểm soát số nguyên tử oxi ở 2 vế (phải bằng nhau). - Lưu ý: Khi viết các quá trình oxi hoá và quá trình khử của từng nguyên tố, cần theo ñúng chỉ số qui ñịnh của nguyên tố ñó. Ví dụ: Fe + H2SO4 ñặc nóng → Fe2(SO4)3 + SO2↑ + H2O 0 +6 +3 +4 Bước1: Fe+ H 2 S O4 → Fe 2 (SO4 )3 + S O2 ↑ + H 2O Bước 2,3 Bước 4,5. 1x 2Fe0 → 2Fe+3 + 6e 3x S+6 + 2e → S+4 2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2↑+ 6H2O Tuy nhiên, có một số phương trình mà ta không thể cân bằng theo phương pháp thăng bằng electron ñược. Nhiều phản ứng thì cần thêm ñiều kiện hoặc môi trường thì phản ứng mới xảy ra. Một phương pháp ñược ñưa ra, nó ñáp ứng ñầy ñủ các yêu cầu trên, chính xác hơn ñó là phương pháp cân bằng ion – electron. 1.2.2.3. Phương pháp cân bằng ion – electron [3] - Phạm vi 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). - Nguyên tắc: • Nếu phản ứng có axit tham gia: vế nào thừa O phải thêm H+ ñể tạo H2O và ngược lại. • Nếu phản ứng có bazơ tham gia: vế nào thừa O phải thêm H2O ñể tạo ra OH- Các bước tiến hành: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 18 Bước 1: Tách ion, xác ñịnh các nguyên tố có số oxi hóa thay ñổi và viết các nửa phản ứng oxi hóa – khử. Bước 2: Cân bằng các bán phản ứng: Cân bằng số nguyên tử mỗi nguyên tố ở hai vế Thêm H+ hay OHThêm H2O ñể cân bằng số nguyên tử hiñro Kiểm soát số nguyên tử oxi ở 2 vế (phải bằng nhau). Cân bằng ñiện tích: thêm electron vào mỗi nửa phản ứng ñể cân bằng ñiện tích Bước 3: Cân bằng electron: nhân hệ số ñể: Tổng số electron cho = tổng số electron nhận. (tổng số oxi hóa giảm = tổng số oxi hóa tăng). Bước 4: Cộng các nửa phản ứng ta có phương trình ion thu gọn. Bước 5: ðể chuyển phương trình dạng ion thu gọn thành phương trình ion ñầy ñủ và phương trình phân tử cần cộng vào 2 vế những lượng bằng nhau các cation hoặc anion ñể bù trừ ñiện tích. Ví dụ : Cân bằng phương trình phản ứng: Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO ↑ + H2O Bước 1 : Cu + H+ + NO3- → Cu2+ + NO3- + NO↑ + H2O Cu0 → Cu2+ NO3- → NO Bước 2 : Cân bằng nguyên tố: Cu → Cu 2+ NO3- + 4H+ → NO + 2H2O Cân bằng ñiện tích Cu → Cu2+ + 2e NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O Bước 3 : Cân bằng electron: Bước 4 : 3x Cu → Cu2+ + 2e 2x NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O 3Cu + NO3- + 8H+ → 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 19 Bước 5 : 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O Nhận xét: Phương pháp cân bằng ion – ñiện tử (ion – electron) cũng giống như phương pháp cân bằng electron, nhưng khác là viết các chất oxi hóa và chất khử dưới dạng ion, thể hiện ñúng sự tồn tại của chúng trong dung dịch. Sự khác nhau giữa phương pháp cân bằng e và phương pháp ion – electron: - Phương pháp nửa phản ứng chia phương trình phản ứng oxi hóa – khử thành hai nửa phản ứng. - Cân bằng khối lượng và cân bằng ñiện tích ñối với mỗi nửa phản ứng - Phương pháp nửa phản ứng không dùng khái niệm số oxi hóa. Phương pháp này cũng không chỉ rõ bản chất của phản ứng oxi hoá – khử là sự nhường và nhận electron, tổng electron cho bằng tổng electron nhận. Do vậy trong chương trình phổ thông, HS chỉ sử dụng phương pháp này ñối với các phản ứng xảy ra trong dung dịch, có sự tham gia của môi trường. ðây ñược xem là nội dung khó ñối với HS trung học phổ thông. Ngoài ra còn có một số phương pháp cân bằng khác: 1.2.2.4. Phương pháp thăng bằng số oxi hóa.[1] Phương pháp này dựa trên nguyên tắc sau: Trong phản ứng oxi hóa – khử, tổng số oxi hóa tăng bằng tổng số oxi hóa giảm. Các bước cân bằng phản ứng: Bước 1 : Ghi số oxi hóa của những nguyên tố có số oxi hóa thay ñổi. Bước 2 : Ghi tổng số số oxi hóa tăng hay giảm. Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số oxi hóa tăng bằng tổng số oxi hóa giảm. Bước 4 : ðặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào sơ ñồ phản ứng. Thử lại hai vế của phương trình tổng ñiện tích ñều bằng không. Ví dụ: Cân bằng phản ứng oxi hóa - khử sau: Fe2O3 + CO → Fe + CO2↑ +3 −2 +2 0 +4 Bước 1: Fe 2 O 3 + C O → Fe+ C O2 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com
- Xem thêm -