Bài tập lí thuyết về phản ứng oxi hóa - khử

Với X là N₂O

Bước 1. Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa, từ đó xác định chất oxi hóa, chất khử

\(\mathop {Fe}\limits^0 {\rm{ \;}} + H\mathop {{\rm{ }}N}\limits^{ + 5} {O_3} \to F{e^{3 + }} + \mathop {{N_2}}\limits^{ + 1} O + {H_2}O\)

Bước 2. Biểu diễn quá trình oxi hóa, quá trình khử

\(\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{\mathop {2N}\limits^{ + 5}  + 8e \to \mathop {2N}\limits^{ + 1} }\\{\mathop {Fe}\limits^0  \to \mathop {Fe}\limits^{ + 3}  + 3e}\end{array}} \right.\)

Bước 3. Tìm hệ số thích hợp cho chất khử và chất oxi hóa dựa trên nguyên tắc của phương pháp thăng bằng electron

⇒ Với X là N₂O thì tổng số electron Fe nhường là 3.8=24

Trong phản ứng oxi hóa – khử, chất khử là chất nhường electron (hay chất có số oxi hóa thay đổi từ thấp lên cao)

Al có số oxi hóa thay đổi từ 0 lên +3 trong AlCl₃ nên Al là chất khử ⇒ Al nhường 3 electron

\(\mathop {Al}\limits^0 {\rm{ \;}} + \mathop {{\rm{ }}H}\limits^{ + 1} Cl \to \mathop {Al}\limits^{ + 3} C{l_3} + \mathop {{H_2}}\limits^0 \)

\(2\mathop {Na}\limits^0  + 2\mathop {{H_2}}\limits^{ + 1} O \to 2\mathop {Na}\limits^{ + 1} OH + \mathop {{H_2}}\limits^0 \)

⇒ Chất oxi hóa là H₂O (có sự thay đổi từ số oxi hóa cao xuống số oxi hóa thấp)

⇒ Qúa trình khử nước

Các nguyên tử có số oxi hóa biến đổi là Fe, H. Cụ thể

Fe từ +3 (trong Fe₂O₃) xuống 0 (trong Fe) => Fe₂O₃ là chất oxi hóa và bị khử

H từ 0 (trong H₂) lên +1 (trong H₂O) => H₂ là chất khử và bị oxi hóa

Các nguyên tử thay đổi số oxi hóa là C, O

\(\begin{array}{*{20}{c}}{1x}\\{\mathop {2x}\limits^{} }\end{array}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{\mathop C\limits^{ - 4}  \to \mathop C\limits^{ + 4}  + 8e}\\{\mathop {{O_2}}\limits^0  + 4e \to 2\mathop O\limits^{ - 2} }\end{array}} \right.\) => CH₄ là chất khử và bị oxi hóa, O₂ là chất oxi hóa và bị khử (A, B đúng)

=> Phương trình cân bằng là: $C{H_4} + 2{O_2}\xrightarrow{{{t^o}}}C{O_2} + 2{H_2}O$

Tính toán theo phương trình cân bằng trên thì số mol O₂ cần dùng khi đốt cháy 1 mol methane là 2 mol => Ở 25^oC, 1 bar: \({V_{{O_2}}} = 2.24,79 = 49,58\)lít (C đúng)

=> Tổng số cân bằng của phương trình là 1+2+1+2=6 (D sai)

\(\begin{array}{*{20}{c}}{2x}\\{\mathop {1x}\limits^{} }\end{array}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{\mathop {Cu}\limits^0  \to \mathop {Cu}\limits^{ + 2}  + 2e}\\{\mathop {{O_2}}\limits^0  + 4e \to \mathop {2O}\limits^{ - 2} }\end{array}} \right.\) => Phương trình cân bằng của (1) là: \(2Cu + {O_2} + 2{H_2}S{O_4} \to 2CuS{O_4} + 2{H_2}O\)

\(\begin{array}{*{20}{c}}{1x}\\{\mathop {1x}\limits^{} }\end{array}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{\mathop {Cu}\limits^0  \to \mathop {Cu}\limits^{ + 2}  + 2e}\\{\mathop S\limits^{ + 6}  + 2e \to \mathop S\limits^{ + 4} }\end{array}} \right.\) => Phương trình cân bằng của (2) là: \(Cu + 2{H_2}S{O_4} \to CuS{O_4} + S{O_2} + 2{H_2}O\)

A đúng vì không sinh ra khí SO₂ gây ô nhiễm môi trường

Với cùng một lượng đồng phế thải thì sử dụng cả cách trên đều cho cùng lượng CuSO₄ (B sai) do số mol của Cu và của CuSO₄ trong cả hai phương trình đều bằng nhau

Tổng hệ số cân bằng của (1) là 9. Tổng hệ số cân bằng của (2) là 7

=> Tổng hệ số cân bằng của (1) và (2) là 16 (C đúng)

D đúng. (1) và (2) đều có chất khử là Cu. (1) có chất oxi hóa là O₂, (2) có chất oxi hóa là H₂SO₄

N₂O: N có số oxi hóa là +1

NH₄Cl: N có số oxi hóa là -3

HNO₃: N có số oxi hóa là +5

NO₂: N có số oxi hóa là +4

=> Chiều sắp xếp tăng dần về số oxi hóa của nguyên tử nitrogen trong các hợp chất trên là

NH₄Cl, N₂O, NO₂, HNO₃

\(2\mathop I\limits^{ - 1}  \to {\mathop I\limits^0 _2} + 2e\)

=> Ion iodide đóng vai trò là chất khử (có số oxi hoá từ thấp lên cao). Đây là quá trình oxi hoá

\(\mathop {{O_2}}\limits^{ - 1}  + 2e \to \mathop {{O_2}}\limits^{ - 2} \)

=> Hydrogen peroxide đóng vai trò là chất oxi hoá do có ion \(\mathop O\limits^{ - 1} \) thay đổi số oxi hoá từ cao xuống thấp. Đây là quá trình khử

A đúng

B đúng

C sai. Ion iodide bị oxi hoá thành I₂

D đúng

* Bước 1: Chất oxi hoá là KClO₃ vì có Cl⁺⁵ xuống Cl^-1 trong KCl. Chất khử là P vì có P⁰ xuống P⁺⁵ trong P₂O₅

* Bước 2: \(\begin{array}{*{20}{c}}5\\3\end{array}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{\mathop {Cl}\limits^{ + 5}  + 6e \to \mathop {Cl}\limits^{ - 1} }\\{2\mathop P\limits^0  \to {{\mathop P\limits^{ + 5} }_2} + 10e}\end{array}} \right.\)

* Bước 3: \(5KCl{O_3} + 6P \to 5KCl + 3{P_2}{O_5}\)

A đúng vì chất khử bị oxi hoá

B đúng

C đúng

D sai, Cl⁺⁵ trong KClO₃ bị khử thành Cl^-1 trong KCl

\(Ca{O_2} + {H_2}O \to Ca{(OH)_2} + {O_2}\)

CaO₂ vừa là chất khử (do O^-1 trong CaO₂ lên 0 trong O₂), vừa là chất oxi hoá (do O^-1 trong CaO₂ xuống O^-2 trong Ca(OH)₂)

\(\begin{array}{*{20}{c}}1\\1\end{array}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{{{\mathop O\limits^{ - 1} }_2} \to \mathop {{O_2}}\limits^0  + 2e}\\{{{\mathop O\limits^{ - 1} }_2} + 2e \to \mathop {{O_2}}\limits^{ - 2} }\end{array}} \right.\)

\(2Ca{O_2} + 2{H_2}O \to 2Ca{(OH)_2} + {O_2}\)

A sai vì CaO₂ có 2 vai trò vừa là chất oxi hoá, vừa là chất khử

B sai

C đúng

D sai. Tổng hệ số cân bằng (hệ số nguyên) của phương trình phản ứng bằng 7

\(K\mathop I\limits^{ + 5} {O_3} + K\mathop I\limits^{ - 1}  + {H_2}S{O_4} \to {K_2}S{O_4} + \mathop {{I_2}}\limits^0  + {H_2}O\)

=> KIO3 là chất oxi hoá, KI là chất khử

\(\begin{array}{*{20}{c}}1\\5\end{array}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{2\mathop I\limits^{ + 5}  + 10e \to \mathop {{I_2}}\limits^0 }\\{2\mathop I\limits^{ - 1}  \to \mathop {{I_2}}\limits^0  + 2e}\end{array}} \right.\)

\(KI{O_3} + 5KI + 3{H_2}S{O_4} \to 3{K_2}S{O_4} + 3{I_2} + 3{H_2}O\)

Tính toán theo PTHH:

\(\begin{array}{*{20}{c}}{KI{O_3}}\\{0,15}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{5KI}\\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{3{H_2}S{O_4}}\\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} \to \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{3{K_2}S{O_4}}\\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{3{I_2}}\\{0,45}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{3{H_2}O}\\{}\end{array}\)

=> \({m_{KI{O_3}}} = 0,15.(39 + 127 + 16.3) = 32,1\) gam

A sai. Chất oxi hoá là KIO₃

B đúng

C sai. Tổng hệ số cân bằng (hệ số nguyên) của phương trình phản ứng là 18

D đúng

\(N{a_2}{\mathop O\limits^{ - 1} _2} + C{O_2} \to N{a_2}C{\mathop O\limits^{ - 2} _3} + {\mathop O\limits^0 _2}\)

=> Na₂O₂ vửa là chất oxi hoá vừa là chất khử

\(\begin{array}{*{20}{c}}2\\1\end{array}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{{{\mathop O\limits^{ - 1} }_2} \to \mathop {{O_2}}\limits^0  + 2e}\\{\mathop O\limits^{ - 1}  + 1e \to \mathop O\limits^{ - 2} }\end{array}} \right.\)

\(2N{a_2}{O_2} + 2C{O_2} \to 2N{a_2}C{O_3} + {O_2}\)

Tính toán theo PTHH:

\(\begin{array}{*{20}{c}}{2N{a_2}{O_2}}\\{5,5}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{2C{O_2}}\\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} \to \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{2N{a_2}C{O_3}}\\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{{O_2}}\\{2,75}\end{array}\)

\( \Rightarrow {m_{N{a_2}{O_2}}} = 5,5.(23.2 + 16.2) = 429\) gam

\(\begin{array}{*{20}{c}}4\\{11}\end{array}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{\mathop {Fe}\limits^{ + 2} {{\mathop S\limits^{ - 1} }_2} \to \mathop {Fe}\limits^{ + 3}  + 2\mathop S\limits^{ + 4}  + 11e}\\{{{\mathop O\limits^0 }_2} + 4e \to 2\mathop O\limits^{ - 2} }\end{array}} \right.\)

$4Fe{S_2} + 11{O_2}\xrightarrow{{{t^o}}}2F{e_2}{O_3} + 8S{O_2}$

Theo bài có \({n_{Fe{S_2}}} = \dfrac{{4,{{2.10}^6}}}{{120}} = 3,{5.10^4}\) mol

\(\begin{array}{*{20}{c}}{4Fe{S_2}}\\{3,{{5.10}^4}}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{11{O_2}}\\{96250}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} \to \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{2F{e_2}{O_3}}\\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{8S{O_2}}\\{}\end{array}\)

\( \Rightarrow {V_{{O_2}}} = 96250.24,75 = 2382187,5\) lít

\( \Rightarrow {V_{kk}} = 2382187,5.\dfrac{{100}}{{21}} = 11343750\) lít

\(\begin{array}{*{20}{c}}{10}\\3\end{array}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{Al \to \mathop {Al}\limits^{ + 3}  + 3e}\\{2\mathop N\limits^{ + 5}  + 10e \to {{\mathop N\limits^0 }_2}}\end{array}} \right.\)

\(10Al + 6N{O_3}^ -  + 36{H^ + } \to 10A{l^{3 + }} + 3{N_2} + 18{H_2}O\)

* Tính toán theo PTHH:

\(\begin{array}{*{20}{c}}{10Al}\\{0,5}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{6N{O_3}^ - }\\{0,3}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{36{H^ + }}\\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} \to \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{10A{l^{3 + }}}\\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{3{N_2}}\\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{18{H_2}O}\\{}\end{array}\)

=> Cứ 1 m³ nước thải thì cần 0,5.27 = 13,5 gam Al

=> 150 m³ nước thải cần \(\dfrac{{150.13,5}}{1} = 2025\) gam Al

\(K\mathop {Cl}\limits^{ + 5} {O_3} + {H_2}\mathop {{C_2}}\limits^{ + 3} {O_4} + {H_2}S{O_4} \to {K_2}S{O_4} + \mathop {Cl}\limits^{ + 4} {O_2} + \mathop C\limits^{ + 4} {O_2} + {H_2}O\)

=> Chất oxi hoá là KClO₃, chất khử là H₂C₂O₄

\(\begin{array}{*{20}{c}}2\\1\end{array}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{\mathop {Cl}\limits^{ + 5}  + 1e \to \mathop {Cl}\limits^{ + 4} }\\{\mathop {{C_2}}\limits^{ + 3}  \to 2\mathop C\limits^{ + 4}  + 2e}\end{array}} \right.\)

\(2KCl{O_3} + {H_2}{C_2}{O_4} + {H_2}S{O_4} \to {K_2}S{O_4} + 2Cl{O_2} + 2C{O_2} + {H_2}O\)

=> Tỉ lệ về số mol giữa chất oxi hoá và chất khử là 2:1

\(\begin{array}{*{20}{c}}3\\2\end{array}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{2\mathop C\limits^{ - 2}  \to 2\mathop C\limits^0  + 4e}\\{2\mathop {Cr}\limits^{ + 6}  + 6e \to \mathop {Cr}\limits^{ + 3} }\end{array}} \right.\)

$3{C_2}{H_5}OH + 2{K_2}C{r_2}{O_7} + 8{H_2}S{O_4}\xrightarrow{{A{g^ + }}}3C{H_3}{\text{COOH + 2C}}{{\text{r}}_2}{(S{O_4})_3} + 2{K_2}S{O_4} + 11{H_2}O$

=> Tổng hệ số cân bằng (số nguyên) là 31

\(\begin{array}{*{20}{c}}2\\5\end{array}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{\mathop {Mn}\limits^{ + 7}  + 5e \to \mathop {Mn}\limits^{ + 2} }\\{\mathop S\limits^{ + 4}  \to \mathop S\limits^{ + 6}  + 2e}\end{array}} \right.\)

\(5S{O_2} + 2KMn{O_4} + 2{H_2}O \to {K_2}S{O_4} + 2MnS{O_4} + 2{H_2}S{O_4}\)

Theo bài có \({n_{KMn{O_4}}} = 7,{45.10^{ - 3}}.0,008 = 5,{96.10^{ - 5}}\)mol

\(\begin{array}{*{20}{c}}{5S{O_2}}\\{1,{{49.10}^{ - 4}}}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{2KMn{O_4}}\\{5,{{96.10}^{ - 5}}}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{2{H_2}O}\\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} \to \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{{K_2}S{O_4}}\\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{2MnS{O_4}}\\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{2{H_2}S{O_4}}\\{}\end{array}\)

\( \Rightarrow {m_{S{O_2}}} = 1,{49.10^{ - 4}}.64 = 9,{536.10^{ - 3}}\) gam

\(\begin{array}{*{20}{c}}5\\2\end{array}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{2\mathop {Cl}\limits^{ - 1}  \to \mathop {C{l_2}}\limits^0  + 2e}\\{\mathop {Mn}\limits^{ + 7}  + 5e \to \mathop {Mn}\limits^{ + 2} }\end{array}} \right.\)

=> \(10\mathop {Cl}\limits^{ - 1}  + 2\mathop {Mn}\limits^{ + 7}  \to 5\mathop {C{l_2}}\limits^0  + 2\mathop {Mn}\limits^{ + 2} \)

=> Tỉ lệ giữa Mn²⁺ và Cl₂ là 2 : 5

\(\begin{array}{l}\begin{array}{*{20}{c}}{2N{a_2}{O_2}}\\x\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{2C{O_2}}\\x\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} \to \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{2N{a_2}C{O_3}}\\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{{O_2}}\\{0,5x}\end{array}\\\begin{array}{*{20}{c}}{4K{O_2}}\\y\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{2C{O_2}}\\{0,5y}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} \to \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{2{K_2}C{O_3}}\\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{3{O_2}}\\{0,75y}\end{array}\end{array}\)

Theo bài để thể tích khí carbonic hấp thu bằng thể tích khí oxygen sinh ra thì số mol khí carbonic bằng số mol khí oxygen

=> 0,5x + 0,75y = x + 0,5y => a = x : y = 1 : 2