I. Số oxi hóa
a. Khái niệm: Số oxi hóa của một nguyên tố trong phân tử là điện tích nguyên tử của nguyên tố đó trong phân tử, nếu giả định các electron liên kết đều chuyển hoàn toàn về nguyên tử có độ âm điện lớn hơn
- Cách biểu diễn số oxi hóa: số oxi hóa được đặt ở phía trên kí hiệu của nguyên tố
Ví dụ: \(\mathop H\limits^{ + 1} \mathop {Cl}\limits^{ - 1} \), \(\mathop {Al}\limits^{ + 3} \mathop {C{l_3}}\limits^{ - 1} \)
b. Quy tắc xác định số oxi hóa: 4 quy tắc
- Quy tắc 1: Số oxi hóa của nguyên tố trong các đơn chất bằng không
Ví dụ: \(\mathop C\limits^0 \), \(\mathop {Na}\limits^0 \), \(\mathop {{H_2}}\limits^0 \)
- Quy tắc 2: Trong một phân tử, tổng số oxi hóa của các nguyên tố bằng 0
Ví dụ: \(\mathop {A{l_2}}\limits^{ + 3} \mathop {{O_3}}\limits^{ - 2} \). Tổng số oxi hóa = (+3).2 + (-2).3 = 0
- Quy tắc 3: Số oxi hóa của các ion đơn nguyên tử bằng điện tích của ion đó
Ví dụ: \({\left[ {\mathop N\limits^{ - 3} \mathop {{H_4}}\limits^{ + 1} } \right]^ + }\). Tổng số oxi hóa = (-3) + (+1).4 = +1
- Quy tắc 4: Trong hầu hết hợp chất, số oxi hóa của H là +1, trừ một số trường hợp như hidrua kim loại (NaH, CaH2,…). Số oxi hóa của O bằng -2 trừ trường hợp O2 và peoxit (H2O2, Na2O2,…)
II. Phản ứng oxi hóa – khử
- Chất khử và chất oxi hóa
+ Chất khử: là chất nhường electron
+ Chất oxi hóa: là chất nhận electron
Ví dụ:
\(\mathop {Zn}\limits^0 + \mathop {{H_2}}\limits^{ + 1} S{O_4} \to \mathop {Zn}\limits^{ + 2} S{O_4} + \mathop {{H_2}}\limits^0 \uparrow \)
Chất khử là Zn, chất oxi hóa là ion H+
- Quá trình khử và quá trình oxi hóa
+ Quá trình khử (sự khử): là quá trình nhận electron
Ví dụ: \(\mathop {2H}\limits^{ + 1} + 2e \to \mathop {{H_2}}\limits^0 \)
+ Quá trình oxi hóa (sự oxi hóa): là quá trình nhường electron
Ví dụ: \(\mathop {Zn}\limits^0 \to \mathop {Zn}\limits^{ + 2} + 2e\)
- Phản ứng oxi hóa – khử
+ Khái niệm: là phản ứng hóa học trong đó có sự chuyển electron giữa các chất phản ứng
+ Dấu hiệu nhận biết: có sự thay đổi số oxi hóa của 1 hay nhiều nguyên tố
III. Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử
- Phương pháp thăng bằng electron được dùng để lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử theo nguyên tắc: Tổng số electron chất khử nhường bằng tổng số electron chất oxi hóa nhận
Ví dụ: Lập phương trình hóa học của phản ứng sau:
\(N{H_3} + {\rm{ }}{O_2} \to NO{\rm{ }} + {\rm{ }}{H_2}O\)
Bước 1. Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa, từ đó xác định chất oxi hóa, chất khử
\(\mathop N\limits^{ - 3} {H_3} + \mathop {{O_2}}\limits^0 \to \mathop N\limits^{ + 2} \mathop O\limits^{ - 2} + {H_2}\mathop O\limits^{ - 2} \)
NH3: chất khử; O2: chất oxi hóa
Bước 2. Biểu diễn quá trình oxi hóa, quá trình khử
\(\mathop N\limits^{ - 3} \to \mathop N\limits^{ + 2} + 5e\)
\(\mathop {{O_2}}\limits^0 + 4e \to 2\mathop O\limits^{ - 2} \)
Bước 3. Tìm hệ số thích hợp cho chất khử và chất oxi hóa dựa trên nguyên tắc của phương pháp thăng bằng electron
\(\begin{array}{*{20}{c}}{4x}\\{5x}\end{array}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{\mathop N\limits^{ - 3} \to \mathop N\limits^{ + 2} + 5e}\\{\mathop {{O_2}}\limits^0 + 4e \to 2\mathop O\limits^{ - 2} }\end{array}} \right.\)
Bước 4. Đặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào sơ đồ phản ứng, từ đó tính ra hệ số của các chất khác có mặt trong phương trình hóa học. Kiểm tra sự cân bằng số nguyên tử của các nguyên tố ở hai vế
\(4N{H_3} + {\rm{ }}5{O_2} \to 4NO{\rm{ }} + {\rm{ }}6{H_2}O\)
IV. Phản ứng oxi hóa – khử trong thực tế
- Sự cháy
+ Phản ứng cháy là phản ứng oxi hóa – khử xảy ra ở nhiệt độ cao giữa chất cháy và chất oxi hóa. Chất cháy thường là nhiên liệu như than đá, khí thiên nhiên,…. Chất oxi hóa thường là oxygen
+ Ví dụ:
- Sự han gỉ kim loại
Ví dụ: Trong không khí ẩm, các vật dụng bằng thép bị oxi hóa tạo gỉ sắt
\(4Fe + 3{O_2} + x{H_2}O \to 2F{e_2}{O_3}.x{H_2}O\)
- Sản xuất hóa chất
- Chuyển hóa các chất trong tự nhiên
- Xác định nồng độ một chất bằng phản ứng oxi hóa – khử
