Phản ứng oxi hóa khử là một trong những kiến thức trọng tâm của chương trình Hóa học lớp 10. Bài viết này của Sen Tây Hồ sẽ cung cấp cho bạn đọc một cái nhìn tổng quan và chi tiết về lý thuyết phản ứng oxi hóa khử, kèm theo hướng dẫn giải các bài tập trang 83 sách giáo khoa Hóa học lớp 10 một cách dễ hiểu và hiệu quả nhất.
Mục Lục
I. Định Nghĩa Phản Ứng Oxi Hóa Khử
Phản ứng oxi hóa khử là phản ứng hóa học, trong đó có sự chuyển dịch electron giữa các chất phản ứng. Hoặc có thể hiểu, phản ứng oxi hóa khử là phản ứng hóa học, trong đó có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tố.
- Chất khử (chất bị oxi hóa) là chất nhường electron.
- Quá trình oxi hóa (sự oxi hóa) là quá trình nhường electron.
- Chất oxi hóa (chất bị khử) là chất nhận electron.
- Quá trình khử (sự khử) là quá trình thu electron.
Ví dụ:
Xét quá trình thay đổi số oxi hóa của sắt (Fe):
Fe0 → Fe2+ + 2e
Trong ví dụ này:
- Nguyên tử sắt (Fe) là chất khử, vì nó nhường electron. Sự làm tăng số oxi hóa của sắt được gọi là sự oxi hóa nguyên tử sắt.
- Quá trình Fe nhường electron được gọi là sự oxi hóa nguyên tử sắt.
Xét quá trình thay đổi số oxi hóa của đồng (Cu):
Cu2+ + 2e → Cu
Trong ví dụ này:
- Số oxi hóa của đồng giảm từ +2 xuống 0. Ion đồng (Cu2+) là chất oxi hóa, vì nó nhận electron. Sự làm giảm số oxi hóa của ion đồng được gọi là sự khử ion đồng.
- Quá trình ion đồng nhận electron được gọi là sự khử ion đồng.
Phản ứng giữa sắt và dung dịch đồng sunfat (CuSO4) là một ví dụ điển hình về phản ứng oxi hóa – khử, vì nó bao gồm cả quá trình oxi hóa và quá trình khử.
II. Các Bước Lập Phương Trình Hóa Học Phản Ứng Oxi Hóa Khử
Để lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa khử, ta thực hiện theo các bước sau:
Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trước và sau phản ứng để tìm ra chất oxi hóa và chất khử.
Bước 2: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử, cân bằng số lượng nguyên tử và điện tích trong mỗi quá trình.
Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất oxi hóa và chất khử, sao cho tổng số electron chất khử nhường bằng tổng số electron chất oxi hóa nhận.
Bước 4: Đặt hệ số của các chất oxi hóa và chất khử vào sơ đồ phản ứng, sau đó cân bằng số lượng nguyên tử của các nguyên tố còn lại và điện tích hai vế để hoàn thành phương trình hóa học.
III. Ý Nghĩa Của Phản Ứng Oxi Hóa Khử Trong Đời Sống
Phản ứng oxi hóa – khử đóng vai trò vô cùng quan trọng trong tự nhiên và đời sống:
- Trong tự nhiên: Các quá trình như hô hấp của sinh vật, quang hợp của cây xanh, quá trình trao đổi chất đều dựa trên cơ sở các phản ứng oxi hóa – khử.
- Trong công nghiệp: Phản ứng oxi hóa khử được ứng dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất như luyện kim (khử oxit kim loại thành kim loại), sản xuất hóa chất, chất dẻo, dược phẩm, phân bón hóa học, và nhiều ngành công nghiệp khác.
- Trong năng lượng: Sự đốt cháy nhiên liệu trong động cơ, các quá trình điện phân, các phản ứng xảy ra trong pin và ắc quy đều là các phản ứng oxi hóa – khử.
IV. Giải Bài Tập Phản Ứng Oxi Hóa Khử Lớp 10 Trang 83
Dưới đây là hướng dẫn giải chi tiết các bài tập về phản ứng oxi hóa khử trong sách giáo khoa Hóa học lớp 10, trang 83:
Bài 1: Cho các phản ứng sau:
A. 2HgO → 2Hg + O2.
B. CaCO3 → CaO + CO2.
C. 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O.
D. 2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O.
Phản ứng nào là phản ứng oxi hóa – khử?
Lời giải:
Đáp án đúng là A.
Trong phản ứng A, số oxi hóa của Hg giảm từ +2 xuống 0 và số oxi hóa của O tăng từ -2 lên 0. Do đó, đây là phản ứng oxi hóa – khử. Các phản ứng còn lại không có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố.
Bài 2: Cho các phản ứng sau:
A. 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O.
B. 2NH3 + 3Cl2 → N2 + 6HCl.
C. 2NH3 + 3CuO → 3Cu + N2 + 3H2O.
D. 2NH3 + H2O2 + MnSO4 → MnO2 + (NH4)2SO4.
Ở phản ứng nào NH3 không đóng vai trò là chất khử?
Lời giải:
Đáp án đúng là D.
Trong phản ứng D, số oxi hóa của N trong NH3 không thay đổi trước và sau phản ứng. Trong các phản ứng còn lại, N trong NH3 tăng số oxi hóa, do đó NH3 đóng vai trò là chất khử.
Bài 3: Trong số các phản ứng sau:
A. HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O.
B. N2O5 + H2O → 2HNO3.
C. 2HNO3 + 3H2S → 3S + 2NO + 4H2O.
D. 2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O.
Phản ứng nào là phản ứng oxi hóa – khử?
Lời giải:
Đáp án đúng là C.
Trong phản ứng C, có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố N và S.
Bài 4: Trong phản ứng 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO, NO2 đóng vai trò gì?
A. Chỉ là chất oxi hóa.
B. Chỉ là chất khử.
C. Vừa là chất oxi hóa, vừa là chất khử.
D. Không là chất oxi hóa, không là chất khử.
Lời giải:
Đáp án đúng là C.
Trong phản ứng này, một phần NO2 bị khử thành NO (số oxi hóa của N giảm từ +4 xuống +2), và một phần NO2 bị oxi hóa thành HNO3 (số oxi hóa của N tăng từ +4 lên +5).
Bài 5: Phân biệt chất oxi hóa và sự oxi hóa, chất khử và sự khử. Lấy ví dụ minh họa.
Lời giải:
- Chất oxi hóa: Là chất nhận electron.
- Sự oxi hóa: Là quá trình một chất nhường electron.
- Chất khử: Là chất nhường electron.
- Sự khử: Là quá trình một chất nhận electron.
Ví dụ:
Xét phản ứng: Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu
- Fe là chất khử (nhường electron), và bị oxi hóa thành Fe2+. Sự oxi hóa Fe là quá trình Fe nhường electron.
- Cu2+ là chất oxi hóa (nhận electron), và bị khử thành Cu. Sự khử Cu2+ là quá trình Cu2+ nhận electron.
Bài 6: Thế nào là phản ứng oxi hóa – khử? Lấy ba ví dụ.
Lời giải:
Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học trong đó có sự chuyển electron giữa các chất phản ứng, hay là phản ứng trong đó có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tố.
Ví dụ:
- Đốt cháy than (C) trong oxi (O2): C + O2 → CO2
- Phản ứng giữa kẽm (Zn) và axit clohidric (HCl): Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
- Phản ứng nhiệt phân kali pemanganat (KMnO4): 2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2
Bài 7: Lập phương trình hóa học của các phản ứng oxi hóa – khử sau đây theo phương pháp thăng bằng electron:
a) MnO2 tác dụng với dung dịch axit HCl đặc, thu được MnCl2, Cl2 và H2O.
b) Cu tác dụng với dung dịch axit HNO3 đặc, nóng, thu được Cu(NO3)2, NO2 và H2O.
c) Mg tác dụng với dung dịch axit H2SO4 đặc, nóng, thu được MgSO4, S và H2O.
Lời giải:
a) Phương trình hóa học: MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O
Quá trình oxi hóa: 2Cl– → Cl2 + 2e
Quá trình khử: Mn+4 + 2e → Mn+2
b) Phương trình hóa học: Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Quá trình oxi hóa: Cu → Cu+2 + 2e
Quá trình khử: N+5 + 1e → N+4
c) Phương trình hóa học: Mg + 2H2SO4 → MgSO4 + S + 2H2O
Quá trình oxi hóa: Mg → Mg+2 + 2e
Quá trình khử: S+6 + 6e → S
Bài 8: Cần bao nhiêu gam đồng để khử hoàn toàn lượng ion bạc có trong 85 ml dung dịch AgNO3 0,15M?
Lời giải:
Số mol AgNO3 trong dung dịch: n(AgNO3) = 0,15 mol/l × 0,085 l = 0,01275 mol
Phương trình hóa học của phản ứng:
Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag
Theo phương trình phản ứng, 1 mol Cu phản ứng với 2 mol AgNO3.
Số mol Cu cần dùng: n(Cu) = 1/2 × n(AgNO3) = 1/2 × 0,01275 mol = 0,006375 mol
Khối lượng Cu cần dùng: m(Cu) = n(Cu) × M(Cu) = 0,006375 mol × 64 g/mol = 0,408 g
Vậy, cần 0,408 gam đồng để khử hoàn toàn lượng ion bạc có trong dung dịch AgNO3.
Mô tả quá trình khử ion bạc bằng đồng
Hy vọng với những kiến thức và hướng dẫn giải bài tập chi tiết trên đây, bạn đọc đã có thể nắm vững kiến thức về phản ứng oxi hóa khử lớp 10 và tự tin giải các bài tập liên quan. Chúc các bạn học tốt môn Hóa học!