Tài liệu Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo môđun nhằm tăng cường năng lực tự học các nguyên tố kim loại nhóm iia

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ====== TRẦN THỊ LOAN XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÓA VÔ CƠ PHẦN PHẢN ỨNG OXI HÓA - KHỬ VÀ PHỨC CHẤT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa học Vô cơ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học TS. NGUYỄN VĂN QUANG HÀ NỘI - 2017 Trường Đại học sư phạm Hà Nội II Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận với đề tài: “Xây dựng hệ thống bài tập cơ sở lý thuyết hóa vô cơ phần phản ứng oxi hóa - khử và phức chất”, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc ơn đến TS. Nguyễn Văn Quang ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện và tạo mọi điều kiện cho em hoàn thiện khóa luận. hơ n Em cũng xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các thầy cô Khoa Hóa Trƣờng Đại học sƣ phạm Hà Nội 2 đã tận tình truyền đạt kiến thức cho tôi trong 4 năm học uy N tập tại trƣờng và đã hết sức giúp đỡ tạo điều kiện để khóa luận hoàn thiện đúng thời hạn. Q Và em cũng xin chân thành cảm ơn tập thể các bạn sinh viên cùng lớp, cùng Em xin chân thành cám ơn! ạy thiện khóa luận này. Kè m khoa, gia đình đã động viên giúp đỡ trong thời gian nghiên cứu để tôi có thể hoàn Sinh viên thực hiện Trần Thị Loan pl us .g oo gl e. co m /+ D Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2017 GVHD : Nguyễn Văn Quang SV : Trần Thị Loan Trường Đại học sư phạm Hà Nội II Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 1. Lí do chọn đề tài ......................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu ...............................................................................................1 3. Nhiệm vụ nghiên cứu ..............................................................................................1 hơ n 4. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................2 5. Giả thuyết khoa học ................................................................................................2 uy N 6. Phƣơng pháp nghiên cứu .........................................................................................2 NỘI DUNG .................................................................................................................3 Q CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................3 Kè m 1. Bài tập hóa học ........................................................................................................3 1.1. Định nghĩa ............................................................................................................3 ạy 1.3. Hệ thống bài tập hóa học ......................................................................................4 /+ D CHƢƠNG 2: PHẢN ỨNG OXI HOÁ - KHỬ ...........................................................6 2.1. Cơ sở lý thuyết .....................................................................................................6 m 2.1.1. Một số khái niệm cơ bản ...................................................................................6 co 2.2.2. Một số phƣơng pháp cấn bằng phản ứng oxi hóa khử .....................................7 e. 2.2.3. Phân loại ..........................................................................................................13 gl 2.2.4. Phƣơng pháp giải bài tập hóa sơ cấp dựa vào phản ứng oxi hóa – khử ..........14 oo 2.2.5. Khả năng oxi hoá - khử của các chất vô cơ ...................................................14 .g 2.2.5.1. Khả năng oxi hoá - khử của các chất vô cơ ở điều kiện chuẩn. ..................15 us 2.2.5.2. Khả năng phản ứng oxi hóa – khử của các chất vô cơ ở điều kiện không pl chuẩn .........................................................................................................................16 2.2.5.3. Tính cân bằng trong các dung dịch phản ứng oxi hóa –khử. .......................24 2.2. Hệ thống bài tập định tính chƣơng oxi hóa – khử ..............................................26 2.3. Xây dựng hệ thống bài tập định lƣợng ...............................................................43 CHƢƠNG 3: PHẢN ỨNG PHỨC CHẤT ................................................................61 3.1. Cơ sở lý thuyêt ...................................................................................................61 GVHD : Nguyễn Văn Quang SV : Trần Thị Loan Trường Đại học sư phạm Hà Nội II Khóa luận tốt nghiệp 3.1.1. Một số khái niệm cơ bản .................................................................................61 3.1.2. Danh pháp .......................................................................................................64 3.1.3. Phân loại các phức chất ..................................................................................65 3.1.4. Đồng phân của phức chất ..............................................................................67 3.1.4.1. Đồng phân hình học hay đồng phân cis - trans .........................................67 3.1.4.2. Đồng phân quang học hay đồng phân gƣơng: .............................................68 hơ n 3.1.4.3. Ngoài ra còn có các kiểu đồng phân khác:...................................................69 3.1.5. Liên kết trong phức chất .................................................................................69 uy N 3.1.6. Tính chất của phức chất .................................................................................77 3.2. Hệ thống bài tập định tính về cấu tạo của phức chất .......................................79 Q 3.3. Hệ thống bài tập định lƣợng của phản ứng phức chất .......................................91 Kè m KẾT LUẬN .............................................................................................................104 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................105 pl us .g oo gl e. co m /+ D ạy PHỤ LỤC HƢỚNG DẪN GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP TỰ GIẢI GVHD : Nguyễn Văn Quang SV : Trần Thị Loan Trường Đại học sư phạm Hà Nội II Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC VIẾT TẮT : Oxi hóa CK : Chất khử HDTL : Hƣớng dẫn trả lời TNKQ : Trắc nghiệm khách quan PTPU : Phƣơng trình phản ứng PTHH : Phƣơng trình hóa học VD : Ví dụ CTCT : Công thức cấu tạo SGK : Sách giáo khoa BTNT : Bảo toàn nguyên tố Kè m Q uy N hơ n OXH e : Electron : Điều kiện tiêu chuẩn ạy ĐKTC /+ D DLPT SPT m En co Trien : Số phối trí : Etylenđiamin : Trietilentetramin : Phƣơng trình pl us .g oo gl e. PT : Dung lƣợng phối trí GVHD : Nguyễn Văn Quang SV : Trần Thị Loan Trường Đại học sư phạm Hà Nội II Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Hóa học là một nhánh của khoa học tự nhiên, là ngành nghiên cứu về thành phần, cấu trúc, tính chất và sự thay đổi của vật chất. Hóa học nói về các nguyên tố, hợp chất, nguyên tử, phân tử, và các phản ứng hóa học xảy ra giữa những thành hơ n phần đó. Hóa học là môn học thiết thực phục vụ đắc lực cho đời sống con ngƣời nhằm uy N giúp sinh viên một kiến thức vững vàng, biết phân tích và nhận định các chất, các sự vật hiện tƣợng trong cuộc sống. Q Phản ứng oxi hóa – khử và phức chất là những phản ứng không còn xa lạ Kè m trong chƣơng trình hóa học vô cơ bậc đại học. Những bài tập định tính cũng nhƣ định lƣợng về phản ứng oxi hóa – khử và phức chất ngày càng xuất hiện nhiều trong ạy các kì thi quốc gia cũng nhƣ quốc tế. Nhƣng hiện nay có rất ít các tài liệu về hệ /+ D thống các bài tập với các dạng và các mức độ khác nhau nhằm giúp cho sinh viên nắm vững những kiến thức đƣợc trang bị trong giáo trình hóa học vô cơ, đồng thời m đó còn là một tài liệu giúp cho sinh viên trong việc tự học và rèn luyện để nâng cao co tầm nhìn về mối quan hệ giữa lý thuyết và thực nghiệm. e. Với lý do trên, em đã lựa chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống bài tập cơ sở lý gl thuyết hóa vô cơ phần phản ứng oxi hóa-khử và phức chất”. oo Với đề tài này, em hy vọng sẽ góp phần nâng cao kiến thức và tinh thần tích .g cực hăng say học tập của các bạn sinh viên. us 2. Mục đích nghiên cứu pl - Hệ thống hóa kiến thức phản ứng oxi hóa – khử, phản ứng phức chất. - Hệ thống bài tập tự luận hóa vô cơ bậc đại học về phản ứng oxi hóa – khử, phản ứng phức chất. - Xây dựng bài tập định tính, bài tập định lƣợng. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tổng quan cơ sở lý thuyết về thức phản ứng oxi hóa – khử và phản ứng phức GVHD : Nguyễn Văn Quang 1 SV : Trần Thị Loan Trường Đại học sư phạm Hà Nội II Khóa luận tốt nghiệp chất. - Nghiên cứu đƣa ra hệ thống câu hỏi và các dạng bài tập. - Nghiên cứu hƣớng dẫn đƣa ra cách giải, phân loại thành hệ thống hóa kiến thức và bao quát nội dung môn học của chƣơng. 4. Phạm vi nghiên cứu - Sinh viên trƣờng đại học. hơ n - Nâng cao chất lƣợng dạy và học tích cực, hoạt động hóa ngƣời học, đáp ứng N mục tiêu giáo dục hiện nay. uy 5. Giả thuyết khoa học Giải pháp quan trọng cho việc nâng cao năng lực tự học của sinh viên, vận Q dụng linh hoạt lí thuyết đã học vào việc giải bài tập lí thuyết, dạng bài tập ứng dụng Kè 6. Phƣơng pháp nghiên cứu m thực tiễn trong đời sống và sản xuất. pl us .g oo gl e. co m /+ D ạy Nghiên cứu tài liệu, thực tế giảng dạy. GVHD : Nguyễn Văn Quang 2 SV : Trần Thị Loan Trường Đại học sư phạm Hà Nội II Khóa luận tốt nghiệp NỘI DUNG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Bài tập hóa học 1.1. Định nghĩa Theo nghĩa chung nhất, thuật ngữ “bài tập”, Tiếng Anh - “Exercise”, Tiếng Pháp - “Exercice” dùng để chỉ một loạt hoạt động rèn luyện thể chất và tinh thần (trí hơ n tuệ). Ở Việt Nam khái niệm “bài tập” đƣợc dùng theo nghĩa rộng, bài tập có thể là uy N câu hỏi hay bài toán. Bài tập hoá học là một dạng bài làm gồm những bài toán, những câu hỏi hay Q đồng thời cả bài toán và câu hỏi thuộc về hoá học mà trong khi hoàn thành chúng, Kè m ngƣời học nắm đƣợc một tri thức hay kĩ năng nhất định. Nội dung của bài tập hoá học bao gồm các kiến thức chính yếu trong bài ạy giảng. Đó có thể là những câu hỏi lý thuyết đơn giản chỉ yêu cầu ngƣời học tái hiện /+ D lại kiến thức vừa học hoặc đã học xong nhƣng cũng có thể là những bài tập tính toán liên quan đến đến cả kiến thức hoá học lẫn toán học, đôi khi bài toán tổng hợp m yêu cầu ngƣời học phải vận dụng các kiến thức đã học từ trƣớc kết hợp với những co kiến thức vừa học để giải. e. 1.2. Ý nghĩa, tác dụng của bài tập hóa học gl - Làm cho ngƣời học hiểu sâu và khắc sâu kiến thức đã học oo Bài tập hoá học giúp ngƣời học nhớ lại tính chất các chất, phƣơng trình phản .g ứng, hiểu sâu hơn về các nguyên lý và định luật hóa học. Những kiến thức (khái us niệm, định nghĩa,…) chƣa vững thì thông qua giải bài tập sẽ giúp ngƣời học hiểu pl sâu, nhớ lâu hơn. - Cung cấp thêm những kiến thức mới Ngoài tác dụng củng cố kiến thức đã học, bài tập hoá học còn cung cấp thêm những kiến thức mới, mở rộng sự hiểu biết của ngƣời học một cách phong phú, sinh động. - Hệ thống hoá các kiến thức đã học GVHD : Nguyễn Văn Quang 3 SV : Trần Thị Loan Trường Đại học sư phạm Hà Nội II Khóa luận tốt nghiệp Đòi hỏi ngƣời học phải vận dụng tổng hợp các kiến thức đã học. Ngƣời học tự mình làm bài tập sẽ củng cố kiến thức cũ một cách thƣờng xuyên. - Thƣờng xuyên rèn luyện các kĩ năng kĩ xảo về hoá học Trong quá trình giải bài tập hoá học, ngƣời học đã tự rèn luyện việc lập công thức, cân bằng phƣơng trình, các thủ thuật tính toán. Nhờ việc thƣờng xuyên giải bài tập, lâu dần các kĩ năng sẽ phát triển thành kĩ xảo giúp ngƣời học có thể ứng xử hơ n nhanh trƣớc những tình huống xảy ra. - Phát triển kĩ năng: (so sánh, quy nạp, diễn dịch, phân tích, tổng hợp, loại suy, uy N khái quát hoá,…) Mỗi bài tập hoá học đều có những điểm nút, để mở những điểm đó ngƣời học Q bắt buộc phải tƣ duy để sử dụng hoặc phƣơng pháp quy nạp, diễn dịch, loại Kè m suy,…Nhờ vậy tƣ duy của ngƣời học đƣợc phát triển, năng lực làm việc độc lập đƣợc nâng cao. ạy Trong quá trình giải các bài toán hoá học, ngƣời học buộc phải tái hiện lại kiến /+ D thức cũ, xác định mối liên hệ giữa các điều kiện đã có và yêu cầu của đề bài thông qua các hoạt động nhƣ phân tích, tổng hợp, phán đoán,…để tìm lời giải. m - Giáo dục tƣ tƣởng đạo đức co Việc tự mình thƣờng xuyên giải các bài tập hoá học góp phần rèn luyện cho e. ngƣời học tinh thần kỉ luật, tính kiên nhẫn, tự kiềm chế, cẩn thận, cách suy nghĩ và gl trình bày chính xác khoa học, qua đó nâng cao lòng yêu thích bộ môn. oo 1.3. Hệ thống bài tập hóa học .g - Đảm bảo tính chính xác, khoa học us Tính chính xác, khoa học là nguyên tắc cơ bản quyết định một bài tập hóa học pl có đạt yêu cầu hay không. Theo nguyên tắc này nội dung bài tập hóa học phải đảm bảo tính chính xác về ngữ pháp, về chính tả, đảm bảo đúng các thuật ngữ hóa học. Nội dung bài tập hóa học cần phải ngắn gọn, súc tích nhƣng vẫn đảm bảo tính logic và đầy đủ về mặt ý nghĩa. - Đảm bảo tính hệ thống Để hệ thống bài tập phát huy tối đa tác dụng thì hệ thống bài tập cần phải có GVHD : Nguyễn Văn Quang 4 SV : Trần Thị Loan Trường Đại học sư phạm Hà Nội II Khóa luận tốt nghiệp tính hệ thống và tính đa dạng. Theo nguyên tắc này hệ thống bài tập đƣợc xây dựng từ dễ đến khó, ở mỗi dạng bài tập đều có bài tập điển hình, bài tập tƣơng tự. Các bài tập trong hệ thống cần có mối quan hệ hữu cơ với nhau, bài tập trƣớc là cơ sở nền tảng để thực hiện bài tập sau, bài tập sau là sự cụ thể hóa, là sự phát triển và củng cố vững chắc hơn cho bài tập trƣớc. - Đảm bảo tính đa dạng hơ n Mỗi một bài tập hóa học chỉ rèn luyện đƣợc một hoặc một số, do đó ta cần phải đa dạng các bài tập để giúp ngƣời học hình thành hệ thống kĩ năng toàn diện. uy N Theo nguyên tắc này hệ thống bài tập hóa học sẽ giúp ngƣời học rèn luyện đƣợc hầu hết các kĩ năng giải bài tập ở 3 mức độ nhận thức : hiểu, biết, vận dụng. Bên cạnh Q đó hệ thống bài tập còn rèn luyện cho ngƣời học các thao tác tƣ duy nhƣ: phân tích, - Đảm bảo tính vừa sức Kè m tổng hợp, so sánh, hệ thống hóa, khái quát hóa, trừu tƣợng hóa … ạy Bài tập vừa sức với sẽ giúp ngƣời học tăng lòng tự tin, kích thích ngƣời học /+ D tìm hiểu kiến thức để giải quyết thêm nhiều bài tập. - Có các bài tập điển hình cho các dạng bài tập m Để giúp ngƣời học định hƣớng phƣơng pháp giải một dạng bài tập nào đó cần co phải có các bài tập điển hình. e. - Giúp ngƣời học củng cố và khắc sâu kiến thức gl Nếu lý thuyết giúp cung cấp cho ngƣời học kiến thức một cách hệ thống tổng oo quát thì bài tập giúp ngƣời học cụ thể hóa kiến thức. Mỗi bài tập hóa học ứng với .g một mảng kiến thức nhất định, do đó việc giải quyết các bài tập này sẽ giúp ngƣời pl us học khắc sâu mảng kiến thức đó. GVHD : Nguyễn Văn Quang 5 SV : Trần Thị Loan Trường Đại học sư phạm Hà Nội II Khóa luận tốt nghiệp CHƢƠNG 2: PHẢN ỨNG OXI HOÁ - KHỬ 2.1. Cơ sở lý thuyết 2.1.1. Một số khái niệm cơ bản Số oxi hoá hay còn gọi là bậc oxi hóa, mức oxi hóa hay trạng thái oxi hóa. Số oxi hóa của các nguyên tố trong thành phần phân tử của các chất đƣợc quy ƣớc bằng điện tích ở nguyên tử của các nguyên tố đƣợc xét, khi cặp electron dùng chung hơ n lệch về nguyên tử của nguyên tố có độ âm điên cao hơn. Theo quy ƣớc này : - Đối với các hợp chất ion, chứa các ion đơn nguyên tử, số oxi hóa của các uy N nguyên tố bằng chính điện tích của ion tƣơng ứng đƣợc tạo thành từ các nguyên tử của chúng. Ví dụ trong KI, hợp chất của ion đƣợc tạo thành từ K+ và I-. Số oxi hóa Q của kali là +1, số oxi hóa của iot là -1. thƣờng khi sử dụng các tiêu chuẩn sau : Kè m - Có thể xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong các hợp chất thông ạy + Hiđro thƣờng có số oxi hóa bằng +1 trừ trƣờng hợp các hiđrua kim loại, /+ D trong đó hiđro có số oxi hóa bằng -1. + Oxi thƣờng có số oxi hóa bằng -2 trừ trƣờng hợp F2O (+2) và các peoxit (-1) m + Tổng số oxi hóa của tất cả các nguyên tố của phân tử bằng không. co + Số oxi hóa của các nguyên tố ở dạng đơn chất bằng không. + 2e     oo gl Cl2 e. Chất oxi hóa: Là chất nhận electron hay còn gọi là chất bị khử. dạng OXH 2Cl- (a) dạng KH liên hợp .g (bị khử) pl us Chất khử: Là chất nhƣờng electron hay còn gọi là chất bị oxi hóa. o Fe +3     Fe Dạng Kh 3e  b dạng OXH (bị oxi hóa) + liên hợp Quá trình oxi hóa (sự oxi hóa): là quá trình (b) làm cho chất đó nhƣờng electron hay làm tăng số oxi hoá của chất đó. GVHD : Nguyễn Văn Quang 6 SV : Trần Thị Loan Trường Đại học sư phạm Hà Nội II Khóa luận tốt nghiệp o +3     Fe Fe 3e : số oxi hóa tăng + Quá trình khử (sử khử) là quá trình (a) làm cho chất đó nhận electron hay làm giảm số oxi hoá của chất đó. o -1   Cl2 + 2e 2Cl : số oxi hóa giảm   Nhƣ vậy phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng hoá học trong đó có sự chuyển hơ n electron giữa các chất phản ứng hay còn gọi là phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố. Phản ứng oxi hóa khử gồm hai quá trình là quá trình oxi hóa (b) o + 2 Fe -1 +3     2 Fe + 6Cl c Q 3Cl2 o uy N và quá trình khử (a) :     Ox2 + Kh1 (1.1) Kè Ox1 + Kh2 m Một cách tổng quát có thể mô tả phản ứng oxi hóa - khử theo sơ đồ : ạy Điều kiện của phản ứng oxi hóa - khử : Phải có sự tham gia đồng thời của chất khử và chất oxi hóa. Chất khử và chất /+ D oxi hóa phải đủ mạnh. m 2.2.2. Một số phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa khử co Nguyên tắc chung để cân bằng phản ứng oxi hóa khử là số điện tử cho của e. chất khử phải bằng số điện tử nhận của chất oxi hóa hay số oxi hóa tăng của chất gl khử phải bằng số oxi hóa giảm của chất oxi hóa. oo a. Phương pháp hệ số chẵn, lẻ Dạng này sử dụng để hƣớng dẫn học sinh cân bằng các phƣơng trình phản ứng .g có ở SGK là hiệu quả nhất. pl us Các bƣớc tiến hành : Bƣớc 1: Xét các chất trƣớc và sau phản ứng để tìm nguyên tố có số nguyên tử trong một số công thức hóa học là số chẵn còn ở công thức khác lại là số lẻ. Bƣớc 2: Đặt hệ số 2 trƣớc công thức có số nguyên tử là số lẻ để làm chẵn số nguyên tử của nguyên tố. Bƣớc 3: Tìm các hệ số còn lại để hoàn thành phƣơng trình hóa học. Ví dụ: GVHD : Nguyễn Văn Quang 7 SV : Trần Thị Loan Trường Đại học sư phạm Hà Nội II Khóa luận tốt nghiệp FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2 Ở vế trái số nguyên tử O2 là chẵn với bất kỳ hệ số nào. Ở vế phải, trong SO2 oxi là chẵn nhƣng trong Fe2O3 oxi là lẻ nên phải nhân đôi. Từ đó cân bằng tiếp các hệ số còn lại. 2Fe2O3 → 4FeS2 → 8SO2 + 11O2 Đó là thứ tự suy ra các hệ số của các chất. Thay vào PTPU ta đƣợc: hơ n 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 b. Phương pháp tăng giảm số oxi hóa uy N Phƣơng pháp này tƣơng tự phƣơng pháp cân bằng electron, nó dựa trên sự tăng giảm số oxi hóa và tổng đại số sự tăng giảm số oxi hóa = 0. o -2 O 2 +2e → 2 O ạy 5 m +2 N → N + 5e Kè -3 2 Q NH3 + O2 → NO + H2O /+ D 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O c. Phương pháp thăng bằng electron m Có thể dựa trên việc tính số oxi hóa của các nguyên tố của các chất oxi hóa và co khử và thăng bằng số electron trao đổi của các cặp oxi hóa - khử. e. Thực hiện các giai đoạn : gl - Viết phƣơng trình phản ứng xảy ra với đầy đủ tác chất, sản phẩm (nếu đầu bài yêu oo cầu bổ sung phản ứng, rồi mới cân bằng). .g - Tính số oxi hóa của nguyên tố có số oxi hóa thay đổi. Nhận diện chất oxi hóa, chất us khử. - Viết phản ứng cho, phản ứng nhận điện tử (Phản ứng oxi hóa, phản ứng khử). Chỉ pl cần viết nguyên tử của nguyên tố có số oxi hóa thay đổi, với số oxi hóa đƣợc để bên trên. Thêm hệ số thích hợp để số nguyên tử của nguyên tố có số oxi hóa thay đổi hai bên bằng nhau. - Cân bằng số điện tử cho, nhận. Số điện tử cho của chất khử bằng số điện tử nhận của chất oxi hóa (Hay số oxi hóa tăng của chất khử bằng số oxi hóa giảm của chất GVHD : Nguyễn Văn Quang 8 SV : Trần Thị Loan Trường Đại học sư phạm Hà Nội II Khóa luận tốt nghiệp oxi hóa) bằng cách thêm hệ số thích hợp. - Phối hợp các phản ứng cho, nhận điện tử các hệ số cân bằng tìm đƣợc và phản ứng lúc đầu để bổ sung hệ số thích hợp vào phản ứng lúc đầu. - Cuối cùng cân bằng các nguyên tố còn lại (nếu có) nhƣ phản ứng trao đổi. Các thí dụ: Cân bằng các phản ứng sau đây theo phƣơng pháp cân bằng điện tử. +7 +2 +2 hơ n Ví dụ 1: +3 +2   2 x Mn + 5e  Mn  Q +2   5 x 2Fe  2Fe  (Phản ứng oxi hóa) + 2e m +3 (phản ứng khử) uy +7 N KMnO4 + FeSO4 +H2SO4→ MnSO4 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 +H2O chất OXH chất Kh Kè 2KMnO4 +10FeSO4 + 8H2SO4 → 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3+ K2SO4 + 8H2O ạy Ví dụ 2 : /+ D Fe3O4 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + H2O Chất Kh Chất OXH +3   Fe  3Fe +1e  +5 +2 +5 +3 e. +8/3 co   N +3e  N  1x m +8/3 3x (Phản ứng oxi hóa) (Phản ứng khử) +2 gl 3Fe3O4 + HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + H2O oo → 3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O .g [Trong 28 phân tử HNO3 của tác chất, chỉ có 1 phân tử là chất oxi hóa thật sự, còn us 27 phân tử tham gia trao đổi (tạo môi trƣờng axit, tạo muối nitrat)] Lƣu ý: pl + Phản ứng tự oxi hóa khử (Phản ứng tự oxi hóa tự khử) là một loại phản ứng oxi hóa khử đặc biệt, trong đó một chất vừa là chất oxi hóa vừa là chất khử và có sự cho, nhận điện tử giữa các phân tử của cùng một chất. Nghĩa là phân tử chất này cho điện tử (đóng vai trò chất khử) đến một phân tử khác của cùng chất ấy (đóng vai trò chất oxi hóa). Trong thực tế thƣờng gặp chỉ một nguyên tố trong phân tử có GVHD : Nguyễn Văn Quang 9 SV : Trần Thị Loan Trường Đại học sư phạm Hà Nội II Khóa luận tốt nghiệp số oxi hóa thay đổi và hệ số nguyên đứng trƣớc phân tử tác chất này ≥ 2. Ví dụ : H2 O 3NO2 + Chất khử +5 → +2 2HNO3 Axit nitric + NO Nitơ monooxit (2 phân tử NO2 cho điện tử, 1 phân tử NO2 nhận điện tử) Chất oxi hóa +4 +3 2NO2 + 2NaOH → NaNO2 Chất oxi hóa Natri nitrit +5 + NaNO3 + Natri nitrat hơ n +4 H2 O N Chất khử (1 phân tử NO2 cho điện tử, 1 phân tử NO2 nhận điện tử) uy + Phản ứng oxi hóa khử nội phân tử là một phản ứng oxi hóa khử đặc biệt, trong đó Q một chất vừa là chất oxi hóa, vừa là chất khử và có sự cho, nhận điện tử ngay trong m một phân tử chất đó. Thƣờng gặp hai nguyên tố khác nhau trong phân tử có số oxi Kè hóa thay đổi. Nhƣng cũng có trƣờng hợp chỉ một nguyên tố trong phân tử có số oxi ạy hóa thay đổi (nguyên tử này cho điện tử và nguyên tử của cùng nguyên tố ấy trong /+ D cùng phân tử nhận điện tử). Ví dụ : +7 -2 t +6 co m 2KMnO4 → K2MnO4 + Chất OXH Kali manganat +4 o MnO2 + Mangan đioxit O2 Oxi gl +6 -2 e. Chất khử (Mn nhận điện tử, O cho điện tử trong cùng phân tử KMnO4) +3 o 2K2CrO4 + Cr2O3 + Kali cromat Crom(III) oxit O2 .g oo 2 K2Cr2O7 → Chất OXH +6 us Chất khử (Cr nhận điện tử, O cho điện tử trong cùng phân tử K2Cr2O7) Khi viết phƣơng trình phản ứng cần chú ý : pl - Các chất điện ly mạnh đƣợc viết dƣới dạng ion. - Các chất điện ly yếu, các chất khí đƣợc viết dƣới dạng phân tử. - Các chất rắn đƣợc viết dƣới dạng nguyên tử hoặc phân tử. d. Phương pháp ion - electron Áp dụng giải các bài toán phản ứng oxi hóa – khử có môi trƣờng cân bằng, các phản ứng oxi hóa –khử có môi trƣờng phức tạp, tính lƣợng môi trƣờng H+ tham gia phản GVHD : Nguyễn Văn Quang 10 SV : Trần Thị Loan Trường Đại học sư phạm Hà Nội II Khóa luận tốt nghiệp ứng và ngƣợc lại; biết lƣợng sản phẩm khử, tính lƣợng H+. Chỉ áp dụng cho dạng toán kim loại hoặc hỗn hợp các kim loại tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh H2SO4 đặc, HNO3 là tối ƣu nhất. *PHƢƠNG PHÁP: Cân bằng theo phƣơng pháp ion - electron áp dụng cho các phản ứng oxi hóa – khử xảy ra trong dung dịch có sự tham gia của môi trƣờng : axit, bazơ, nƣớc. Khi cân bằng cũng sử dụng theo 4 bƣớc nhƣ phƣơng pháp thăng hơ n bằng electron nhƣng chất oxi hóa, chất khử đƣợc viết đúng dạng mà nó tồn tại trong dung dịch theo nguyên tắc sau : uy N - Nếu phản ứng có axit tham gia : + Vế nào thiếu bao nhiêu O thêm bấy nhiêu H2O để tạo ra H+ ở vế kia và ngƣợc lại. → NO Q NO3- Ví dụ : Kè m Vế phải thiếu 2O, thêm vế phải 2H2O để tạo vế trái 4H+ sau đó cân bằng điện tích của bán phản ứng. 4H+ + 3e → NO + 2H2O + /+ D - Nếu phản ứng có bazơ tham gia : ạy NO3- + Vế nào thiếu bao nhiêu O thêm lƣợng OH- gấp đôi để tạo H2O ở vế kia và ngƣợc m lại. Ví dụ : co Cr2O3 → 2CrO42- e. Vế trái thiếu 5O thêm vế trái 10OH- để tạo 5H2O ở vế phải, sau đó cân bằng điện + 10 OH- → 2CrO42- + 5H2O + oo Cr2O3 gl tích bán phản ứng. 6e .g Ngoài ra học sinh cần phải linh hoạt trong các trƣờng hợp ngoài lệ. us - Nếu phản ứng có H2O tham gia : pl + Sản phẩm phản ứng tạo ra axit, theo nguyên tắc 1. + Sản phẩm phản ứng tạo ra bazơ, theo nguyên tắc 2. MnO4- + 2H2O + 3e → MnO2 + 4OH- Chú ý sự thay đổi số oxi hóa của một số chất theo môi trƣờng : Trong môi trƣờng bazơ : tạo K2MnO4, KMnO4 Trong môi trƣờng trung tính và kiềm yếu : tạo MnO2, KOH GVHD : Nguyễn Văn Quang 11 SV : Trần Thị Loan Trường Đại học sư phạm Hà Nội II Khóa luận tốt nghiệp Trong môi trƣờng axit : tạo Mn 2+ e. Phương pháp cân bằng ion - điện tử Thực hiện các bƣớc sau đây : - Viết phƣơng trình phản ứng với đầy đủ tác chất, sản phẩm (nếu chƣa có phản ứng sẵn). hơ n + Tính số oxi hóa của các nguyên tố có số oxi hóa thay đổi. Nhận diện chất oxi hóa, chất khử. + Viết dƣới dạng ion chất nào phân ly đƣợc thành ion trong dung dịch. (Chất uy N nào không phân ly đƣợc thành ion nhƣ chất không tan, chất khí, chất không điện ly, thì để nguyên dạng phân tử hay nguyên tử). Tuy nhiên chỉ giữ lại những ion hay Kè m nguyên tố có số oxi hóa không thay đổi thì bỏ đi). Q phân tử nào chứa nguyên tố có số oxi hóa thay đổi (ion hay phân tử nào chứa + Viết các phản ứng cho, phản ứng nhận điện tử (chính là các phản ứng oxi ạy hóa, phản ứng khử). Viết nguyên cả dạng ion hay phân tử, với số oxi hóa để bên /+ D trên. Thêm hệ số thích hợp để số nguyên tử của nguyên tố có số oxi hóa thay đổi hai bên bằng nhau. m + Cân bằng số điện tử cho, nhận. Số điện tử cho của chất khử phải bằng số co điện tử nhận của chất oxi hóa (Hay số oxi hóa tăng của chất khử phải bằng số oxi e. hóa giảm của chất oxi hóa) bằng cách nhân hệ số thích hợp. Xong rồi cộng vế với gl vế các phản ứng cho, phản ứng nhận điện tử. oo + Cân bằng điện tích. Điện tích hai bên phải bằng nhau. Nếu không bằng .g nhau thì thêm vào ion H+ hoặc ion OH- tùy theo phản ứng đƣợc thực hiện us trong môi trƣờng axit hoặc bazơ. Tổng quát thêm H+ vào bên nào có axit (tác chất pl hoặc sản phẩm); Thêm OH- vào bên nào có bazơ. Thêm H2O phía ngƣợc lại để cân bằng số nguyên tử H (cũng là cân bằng số nguyên tử O). + Phối hợp hệ số của phản ứng ion vừa đƣợc cân bằng xong với phản ứng lúc đầu để bổ sung hệ số thích hợp vào phản ứng lúc đầu (Chuyển phản ứng dạng ion trở lại thành dạng phân tử). + Cân bằng các nguyên tố còn lại, nếu có, nhƣ phản ứng trao đổi. GVHD : Nguyễn Văn Quang 12 SV : Trần Thị Loan Trường Đại học sư phạm Hà Nội II Khóa luận tốt nghiệp Thí dụ : +2 +2 MnO4− + Fe2+ → +7 2 x MnO4 − + 5e +2 +3 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O Mn2+ + 2Fe3+ +2 Mn2+ → (Phản ứng khử ) +3 5 x 2Fe2+ → 2Fe3+ + 2e − 2+ 2+ 2MnO4 + 10Fe → 2Mn + 10Fe3+ hơ n +7 KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 → MnSO4 + Chất OXH Chất KH (Phản ứng oxi hóa ) uy N 2KMnO4 + 10Fe2(SO4)3 + 8H2SO4 → 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O f) Phương pháp xuất phát từ nguyên tố chung nhất Q Ngoài các phƣơng pháp trên có thể cân bằng theo các phƣơng pháp sau: Kè m Chọn nguyên tố có mặt ở nhiều hợp chất nhất trong phản ứng để bắt đầu cân bằng hệ số các phân tử. Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O ạy Ví dụ: /+ D Nguyên tố có mặt nhiều nhất là nguyên tố oxi, ở vế phải có 8 nguyên tử, vế trái có 3. Bội số chung nhỏ nhất của 8 và 3 là 24, vậy hệ số của HNO3 là m 8HNO3 → 4H2O + 2NO (Vì số nguyên tử N ở vế trái chẵn) co Ta có: =8 3Cu(NO3)2 → 3Cu e. Vậy phản ứng cân bằng là: oo gl 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O 2.2.3. Phân loại .g Có thể chia các phản ứng oxi hóa khử đã biết thành 3 loại : Phản ứng giữa các us phân tử, phản ứng dị ly, phản ứng nội phân tử. pl a. Các phản ứng giữa các phân tử Trong các phản ứng oxi hóa - khử giữa các phân tử sự chuyển electron xảy ra giữa các phân tử khác nhau. Đây là phản ứng oxi hóa-khử phổ biến nhất. Ví dụ nhƣ : - Sự kết hợp giữa các nguyên tố : 4P + 5O2 → 2P2O5 GVHD : Nguyễn Văn Quang 13 SV : Trần Thị Loan Trường Đại học sư phạm Hà Nội II Khóa luận tốt nghiệp - Phản ứng giữa kim loại với các hợp chất : Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu - Phản ứng giữa phi kim với các hợp chất : Br2 + 2KI → I2 + 2KBr 3P + 5HNO3 + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO - Phản ứng giữa các hợp chất : hơ n 2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + 10CO2 + 8H2O b. Các phản ứng dị li : uy N Trong phản ứng này một chất phân ly thành hai chất khác nhau, trong đó một chất ở mức oxi hóa cao hơn và một chất ở mức oxi hóa thấp hơn. +3 +5 +2 m Q Ví dụ nhƣ : ạy c. Các phản ứng nội phân tử Kè 3HNO2 → HNO3 + 2 NO + H2O /+ D Trong các phản ứng này sự chuyển electron xảy ra giữa các nguyên tử của các nguyên tố cùng nằm trong một nguyên phân tử . co m Các phản ứng loại b và c còn đƣợc gọi là phản ứng tự oxi hóa - khử. 2.2.4. Phương pháp giải bài tập hóa sơ cấp dựa vào phản ứng oxi hóa – khử e. Phương pháp bảo toàn nguyên tố oo gl Nguyên tắc chung của phƣơng pháp là dựa vào định luật bảo toàn nguyên tố (BTNT) : Trong các phản ứng hóa học thông thƣờng, các nguyên tố luôn đƣợc bảo .g toàn. us Điểm mấu chốt của phƣơng pháp là phải xác định đƣợc đúng các hợp phần có pl chứa nguyên tố X ở phía trƣớc và sau phản ứng, áp dụng ĐLBT nguyên tố X để rút ra mối quan hệ giữa các hợp phần từ đó đƣa ra kết luận chính. Ngoài ra còn có các phƣơng pháp giải bài tập khác nhƣ phƣơng pháp sử dụng phƣơng trình ion thu gọn…. 2.2.5. Khả năng oxi hoá - khử của các chất vô cơ Khả năng oxi hoá - khử của các chất vô cơ có liên quan đến năng lƣợng ion GVHD : Nguyễn Văn Quang 14 SV : Trần Thị Loan Trường Đại học sư phạm Hà Nội II Khóa luận tốt nghiệp hoá, ái lực với electron, độ âm điện của các nguyên tố. Chẳng hạn: nguyên tử flo có độ âm điện lớn, là chất nhận electron rất mạnh và vì phân tử flo rất dễ phân li để tạo thành nguyên tử flo nên ta có thể hiểu tại sao flo là chất oxi hoá mãnh liệt. Clo là chất có độ âm điện nhỏ hơn, phân tử clo lại bền hơn nên clo là chất oxi hoá kém mãnh liệt. Nhƣng tiếc thay ta không thể dự đoán gì về khả năng oxi hoá của các anion oxi axit nhƣ: MnO4-, Cr2O72-, ClO3-…về các chất hơ n khử cũng phán đoán tƣơng tự. Có thể dựa vào dãy hoạt động hoá học của các kim N loại (Beketop) để xét đoán khả năng khử của các kim loại khác nhau theo thứ tự khử uy giảm dần. K Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Hg Pt Au Q Tuy vậy, tất cả những điều vừa nói trên chỉ là những phán đoán định tính. Để Kè m đánh giá định lƣợng khả năng oxi hoá khử của các chất trong dung dịch nƣớc, ngƣời ta dựa vào thế điện cực của chúng. ạy Khi nhúng một thanh kim loại M vào dung dịch chứa ion Mn+ của nó thì giữa /+ D kim loại và dung dịch phát sinh một hiệu thế: thế điện cực. Độ lớn của thế phụ thuộc vào bản chất của kim loại, nhiệt độ, nồng độ các ion trong dung dịch. m Nếu ở điều kiện nồng độ các chất bằng đơn vị, áp suất chất khí bằng 1atm, co nguyên chất với kim loại và ở 250C thì thế điện cực đó là thế điện cực chuẩn và kí e. hiệu là: Eo(Mn+/M) hay Eo(oxh/kh). gl Khi các điều kiện thay đổi, thế điện cực trong trƣờng hợp này là không chuẩn oo và đƣợc kí hiệu là: E(Mn+/M) hay E(oxh/kh). .g 2.2.5.1. Khả năng oxi hoá - khử của các chất vô cơ ở điều kiện chuẩn. us a. Điều kiện chuẩn pl Điều kiện tiêu chuẩn - trạng thái chuẩn: t = 250C; p = 1atm; [các chất] = 1M. b. Khả năng tự diễn biến của phản ứng oxi hóa - khử Về mặt nhiệt động học, các phản ứng hoá học (bao gồm cả phản ứng oxi hoá khử) chỉ có thế tự diễn biến khi có sự giảm năng lƣợng tự do.  G =  H – T  S < 0. Để xác định khả năng oxi hoá - khử có diễn biến không ở điều kiện tiêu chuẩn GVHD : Nguyễn Văn Quang 15 SV : Trần Thị Loan