Lý thuyết Hóa học 10 Cánh diều Bài 13: Phản ứng oxi hóa – khử

Với tóm tắt lý thuyết Hóa 10 Bài 13: Phản ứng oxi hóa – khử sách Cánh diều hay nhất, chi tiết sẽ giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Hóa học 10.

Lý thuyết Hóa học 10 Cánh diều Bài 13: Phản ứng oxi hóa – khử

I. Số oxi hóa

1. Khái niệm số oxi hóa

Số oxi hóa của một nguyên tử một nguyên tố trong hợp chất là điện tích của nguyên tử nguyên tố đó với giả định đây là hợp chất ion.

Ví dụ:

- Trong hợp chất ion:

K⁺Cl^-: Số oxi hóa của K là +1, của Cl là –1.

Mg²⁺O^2-: Số oxi hóa của Mg là +2, của O là –2.

- Trong hợp chất cộng hóa trị:

H–S–H: Với giả định là hợp chất ion, hai cặp electron chung sẽ lệch hoàn toàn về phía nguyên tử S (có độ âm điện cao hơn), mỗi liên kết đơn có 1 electron của H bị chuyển sang S nên hợp chất ion giả định là H⁺S^2-H⁺.

Vậy số oxi hóa của H là +1, của S là –2.

2. Cách xác định số oxi hóa của nguyên tử các nguyên tố trong hợp chất

Có hai cách để xác định số oxi hóa của các nguyên tử nguyên tố hóa học trong hợp chất:

Cách 1: Dựa theo số oxi hóa của một số nguyên tử đã biết và điện tích của phân tử hoặc ion. Theo cách này, có hai quy tắc:

Quy tắc 1:

- Số oxi hóa của nguyên tử nguyên tố trong đơn chất bằng 0.

- Trong các hợp chất: Số oxi hóa của H là +1 (trừ một số hydride: NaH, CaH₂, …); Số oxi hóa của O là –2 (trừ một số trường hợp như: OF₂, H₂O₂, …); Số oxi hóa của các kim loại kiềm (nhóm IA: Li, Na, K, …) luôn là +1, của kim loại kiềm thổ (nhóm IIA: Be, Mg, Ca, Ba, …) luôn là +2; Số oxi hóa của Al luôn là +3.

Quy tắc 2: Tổng số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử bằng 0, trong một ion đa nguyên tử bằng chính điện tích của ion đó.

Ví dụ 1: Xác định số oxi hóa của S trong H₂SO₄.

Hướng dẫn:

Gọi số oxi hóa của S trong H₂SO₄ là x.

Trong hợp chất, số oxi hóa của H là +1, của O là –2.

Tổng số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử bằng 0.

$\to$ 2×(+1) + x + 4×(–2) = 0 $\to$ x = +6.

Vậy S có số oxi hóa +6 trong H₂SO₄.

Ví dụ 2: Xác định số oxi hóa C trong K₂CO₃.

Hướng dẫn:

Gọi số oxi hóa của C trong K₂CO₃ là x.

Trong hợp chất, số oxi hóa của K là +1, của O là –2.

Ta có: 2×(+1) + x + 3×(-2) = 0 $\to$ x = +4.

Vậy số oxi hóa của C trong K₂CO₃ là +4.

Ví dụ 3: Xác định số oxi hóa của N trong ion $N{O}_3^{-}$.

Hướng dẫn:

Gọi số oxi hóa của N trong ion $N{O}_3^{-}$ là x.

Tổng các số oxi hóa của các nguyên tử trong một ion đa nguyên tử bằng chính điện tích của ion đó.

$\to$ x + 3×(-2) = -1 $\to$x = +5.

Vậy số oxi hóa của N trong ion $N{O}_3^{-}$ là +5.

Cách 2: Dựa theo công thức cấu tạo.

Đây là cách tính điện tích các nguyên tử trong hợp chất với giả định đó là hợp chất ion dựa vào công thức cấu tạo.

Cách này có ưu điểm là áp dụng được cho mọi trường hợp, tuy nhiên, cần phải biết công thức cấu tạo của chất.

Ví dụ 4: Xác định số oxi hóa của C và O trong CO₂.

Hướng dẫn:

CO₂ có công thức cấu tạo là O=C=O.

Trong mỗi liên kết đôi C=O, góp 2 electron, khi giả định CO₂ là hợp chất ion thì 2 electron này chuyển sang O. Vì có hai liên kết C=O nên CO₂ có công thức ion giả định là O^2-C⁴⁺O^2-. Từ đó xác định được số oxi hóa của O là –2, của C là +4.

Ví dụ 5: Xác định số oxi hóa của O và F trong OF₂.

Hướng dẫn:

OF₂ có công thức cấu tạo là F–O–F, công thức ion giả định của OF₂ là F^-O²⁺F^-. Từ đó xác định được số oxi hóa của O là +2, F là –1.

II. Phản ứng oxi hóa – khử

1. Một số khái niệm

Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học trong đó có sự thay đổi số oxi hóa của ít nhất một nguyên tố hóa học.

Ví dụ 1: Cho một số phản ứng sau:

(2) CuO + 2HCl $\to$ CuCl₂ + H₂O

Trong các phản ứng trên:

Phản ứng (1) là phản ứng oxi hóa – khử vì có sự thay đổi số oxi hóa của Na và Cl.

Phản ứng (2) không phải là phản ứng oxi hóa – khử vì không có nguyên tố nào thay đổi số oxi hóa.

Phản ứng (3) là phản ứng oxi hóa – khử vì có sự thay đổi số oxi hóa của Cl.

Đối với phản ứng oxi hóa – khử, một số khái niệm sau thường được sử dụng:

- Chất khử (chất bị oxi hóa) là chất nhường electron. Ví dụ Na trong phản ứng (1) là chất khử.

- Chất oxi hóa (chất bị khử) là chất nhận eletron. Ví dụ Cl₂ trong phản ứng (1) là chất oxi hóa.

- Quá trình oxi hóa (sự oxi hóa) là quá trình nhường electron. Ví dụ quá trình Na nhường electron trong phản ứng (1).

- Quá trình khử (sự khử) là quá trình nhận electron. Ví dụ quá trình Cl₂ nhận electron trong phản ứng (1).

Chú ý: Trong phản ứng (3) ở ví dụ 1, Cl₂ vừa là chất oxi hóa, vừa là chất khử.

2. Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử theo phương pháp thăng bằng electron.

Ta có thể cân bằng phản ứng oxi hóa – khử theo nguyên tắc: Trong một phản ứng, tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận.

Ví dụ 1: Cân bằng phản ứng: Al + O₂ $\to$ Al₂O₃.

Bước 1: Xác định sự thay đổi số oxi hóa trước và sau phản ứng của các nguyên tử.

Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.

Quá trình oxi hóa:

Quá trình khử:

Bước 3: Thăng bằng electron bằng cách nhân thêm hệ số vào các quá trình nhường và nhận electron sao cho tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận.

Cộng các quá trình (đã nhân hệ số) với nhau thu được sơ đồ: 

Bước 4: Dựa vào sơ đồ (*) để hoàn thành phương trình dạng phân tử.

4Al + 3O₂ $\to$ 2Al₂O₃

Ví dụ 2: Cân bằng phương trình hóa học sau theo phương pháp thăng bằng electron:

Hướng dẫn:

Xác định các nguyên tố thay đổi số oxi hóa:

Quá trình nhường – nhận e:

$\to$ Phương trình hóa học:

3. Ý nghĩa và một số phản ứng oxi hóa – khử quan trọng

Phản ứng oxi hóa – khử có ý nghĩa rất quan trọng, hầu hết các quá trình tự nhiên và nhân tạo trên Trái Đất đều có liên quan đến phản ứng oxi hóa – khử.

Một số oxi hóa – khử quan trọng:

a) Phản ứng liên quan đến việc cung cấp năng lượng:

- Phản ứng sinh ra năng lượng dưới dạng nhiệt khi đốt than là:

C + O₂ $\to$ CO₂.

Phản ứng này là tỏa năng lượng.

- Các hoạt động của cơ thể đều cần năng lượng, sự hô hấp đã cung cấp oxygen để oxi hóa các chất, chẳng hạn đường glucose, sinh ra năng lượng:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ $\to$ 6CO₂ + 6H₂O.

Phản ứng này tỏa năng lượng.

b) Phản ứng liên quan đến việc lưu trữ năng lượng:

- Pin lithium – ion trong điện thoại, máy tính cũng như acquy trong ô tô, xe máy có thể dự trữ năng lượng dưới dạng điện năng dựa vào các phản ứng oxi hóa – khử.

- Phản ứng quang hợp cũng là một trong những phản ứng oxi hóa – khử quan trọng nhất trên Trái Đất, năng lượng được lấy từ ánh sáng mặt trời và tích trữ trong tinh bột.

6CO₂ + 6H₂O $\stackrel{hv}{\to }$ C₆H₁₂O₆ + 6O₂

- Lưu ý:

+ Bên cạnh những phản ứng oxi hóa – khử quan trọng, có ích lợi đối với con người, còn có một loại phản ứng oxi hóa - khử diễn ra ngoài ý muốn, chẳng hạn như các phản ứng ăn mòn kim loại, như sự tạo gỉ.

+ Hằng năm, lượng kim loại mất đi do sự tạo gỉ vào khoảng 10 - 30% lượng kim loại sản xuất ra, gây tổn thất lớn về kinh tế.

 

 

Xem thêm tóm tắt lý thuyết Hóa học lớp 10 Cánh diều hay khác:

• Lý thuyết Hóa 10 Bài 14: Phản ứng hóa học và enthalpy
• Lý thuyết Hóa 10 Bài 15: Ý nghĩa và cách tính biến thiên enthalpy phản ứng hóa học
• Lý thuyết Hóa 10 Bài 16: Tốc độ phản ứng hóa học
• Lý thuyết Hóa 10 Bài 17: Nguyên tố và đơn chất halogen
• Lý thuyết Hóa 10 Bài 18: Hydrogen halide và hydrohalic acid

Xem thêm các tài liệu học tốt lớp 10 hay khác:

• Giải sgk Hóa học 10 Cánh diều
• Giải Chuyên đề Hóa học 10 Cánh diều
• Giải SBT Hóa học 10 Cánh diều
• Giải lớp 10 Cánh diều (các môn học)
• Giải lớp 10 Kết nối tri thức (các môn học)
• Giải lớp 10 Chân trời sáng tạo (các môn học)

---