Bài viết này sẽ giúp bạn nắm vững kiến thức về sự oxi hóa, sự khử, phản ứng oxi hóa khử, vai trò của hidro trong các phản ứng này, cùng các bài tập vận dụng để củng cố kiến thức.
I. Sự Oxi Hóa và Sự Khử
- Sự Khử là Gì?
Sự khử là quá trình tách oxi ra khỏi hợp chất. Nói cách khác, một chất bị khử khi nó mất oxi.
-
Ví dụ: Trong phản ứng sau, đồng (II) oxit (CuO) bị khử bởi hidro (H2):
CuO + H2 → Cu + H2O
Trong phản ứng này, hidro (H2) đã chiếm oxi của CuO để tạo thành nước (H2O).
- Sự Oxi Hóa là Gì?
Sự oxi hóa là quá trình một chất kết hợp với oxi.
-
Ví dụ: Sắt (Fe) bị oxi hóa khi tác dụng với oxi (O2) trong không khí, tạo thành oxit sắt từ (Fe3O4):
3Fe + 2O2 → Fe3O4
II. Chất Khử và Chất Oxi Hóa
Để hiểu rõ hơn về phản ứng oxi hóa khử, chúng ta cần phân biệt chất khử và chất oxi hóa:
- Chất khử: Là chất chiếm oxi của chất khác, hay chất nhường electron. Chất khử làm cho chất khác bị khử, và bản thân nó bị oxi hóa.
- Chất oxi hóa: Là chất nhường oxi cho chất khác, hay chất nhận electron. Chất oxi hóa làm cho chất khác bị oxi hóa, và bản thân nó bị khử.
Ví dụ 1: Xét phản ứng: CuO + H2 → Cu + H2O
- H2 là chất khử (vì chiếm oxi của CuO)
- CuO là chất oxi hóa (vì nhường oxi cho H2)
Ví dụ 2: Xét phản ứng: Mg + CO2 → MgO + C
- Mg là chất khử (vì chiếm oxi của CO2)
- CO2 là chất oxi hóa (vì nhường oxi cho Mg)
III. Phản Ứng Oxi Hóa Khử là Gì?
Phản ứng oxi hóa khử là phản ứng hóa học, trong đó xảy ra đồng thời cả quá trình oxi hóa và quá trình khử. Hay nói cách khác, là phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố.
Ví dụ: Đốt cháy than trong không khí: C + O2 → CO2
Trong phản ứng này:
- Cacbon (C) bị oxi hóa (tăng số oxi hóa từ 0 lên +4).
- Oxi (O2) bị khử (giảm số oxi hóa từ 0 xuống -2).
IV. Vai Trò Quan Trọng của Phản Ứng Oxi Hóa – Khử
Phản ứng oxi hóa – khử đóng vai trò vô cùng quan trọng trong nhiều lĩnh vực:
- Công nghiệp luyện kim: Dùng để tách kim loại từ quặng. Ví dụ, dùng CO để khử oxit sắt trong lò cao.
- Công nghiệp hóa học: Ứng dụng trong sản xuất nhiều loại hóa chất quan trọng như axit, bazơ, phân bón,…
- Đời sống: Quá trình hô hấp của con người và động vật cũng là một phản ứng oxi hóa khử, trong đó oxi được sử dụng để oxi hóa thức ăn, tạo ra năng lượng.
Tuy nhiên, phản ứng oxi hóa khử cũng có thể gây ra những tác hại nhất định, ví dụ như sự ăn mòn kim loại, cháy nổ,… Do đó, cần có các biện pháp để kiểm soát và hạn chế những tác hại này.
V. Bài Tập Vận Dụng về Phản Ứng Oxi Hóa – Khử
Để củng cố kiến thức, chúng ta hãy cùng làm một số bài tập sau:
Bài 1: Chọn câu đúng trong các câu sau:
A. Chất nhường oxi cho chất khác là chất khử.
B. Chất nhường oxi cho chất khác là chất oxi hóa.
C. Chất chiếm oxi của chất khác là chất khử.
D. Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học trong đó có xảy ra sự oxi hóa.
E. Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học trong đó có xảy ra đồng thời sự oxi hóa và sự khử.
Lời giải: Các câu đúng là: B, C, E. Các câu sai là: A, D.
Bài 2: Cho biết trong các phản ứng sau, phản ứng nào là phản ứng oxi hóa – khử? Nêu lợi ích và tác hại (nếu có) của mỗi phản ứng:
a) Đốt than trong lò: C + O2 → CO2.
b) Dùng cacbon oxit khử sắt (III) oxit trong luyện kim: Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2.
c) Nung vôi: CaCO3 → CaO + CO2.
d) Sắt bị gỉ trong không khí: 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3.
Lời giải:
- Các phản ứng oxi hóa – khử là: a), b), d).
- Phản ứng a): Lợi ích: Sinh nhiệt để sản xuất, phục vụ đời sống. Tác hại: Gây ô nhiễm môi trường do sinh ra khí CO2.
- Phản ứng b): Lợi ích: Luyện quặng sắt thành gang, điều chế sắt. Tác hại: Gây ô nhiễm môi trường do sinh ra khí CO2.
- Phản ứng d): Tác hại: Làm sắt bị gỉ, hư hại công trình, dụng cụ bằng sắt.
Bài 3: Lập phương trình hóa học và xác định chất khử, chất oxi hóa trong các phản ứng sau:
Fe2O3 + CO → CO2 + Fe
Fe3O4 + H2 → H2O + Fe
CO2 + Mg → MgO + C
Lời giải:
Fe2O3 + 3CO → 3CO2 + 2Fe. (CO là chất khử, Fe2O3 là chất oxi hóa)
Fe3O4 + 4H2 → 4H2O + 3Fe. (H2 là chất khử, Fe3O4 là chất oxi hóa)
CO2 + 2Mg → 2MgO + C. (Mg là chất khử, CO2 là chất oxi hóa)
Bài 4: Trong phòng thí nghiệm, người ta dùng CO để khử 0,2 mol Fe3O4 và dùng H2 để khử 0,2 mol Fe2O3 ở nhiệt độ cao.
a) Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra.
b) Tính thể tích khí CO và H2 (đktc) cần dùng cho mỗi phản ứng.
c) Tính khối lượng sắt thu được ở mỗi phản ứng.
Lời giải:
a) Phương trình hóa học:
4CO + Fe3O4 → 3Fe + 4CO2 (1)
3H2 + Fe2O3 → 2Fe + 3H2O (2)
b) Theo phương trình (1): nCO = 4nFe3O4 = 4 0,2 = 0,8 mol. => VCO = 0,8 22,4 = 17,92 lít
Theo phương trình (2): nH2 = 3nFe2O3 = 3 0,2 = 0,6 mol. => VH2 = 0,6 22,4 = 13,44 lít
c) Theo phương trình (1): nFe = 3nFe3O4 = 3 0,2 = 0,6 mol. => mFe = 0,6 56 = 33,6 gam
Theo phương trình (2): nFe = 2nFe2O3 = 2 0,2 = 0,4 mol. => mFe = 0,4 56 = 22,4 gam
Bài 5: Dùng H2 khử hoàn toàn một lượng sắt (III) oxit, thu được 11,2 gam Fe.
a) Viết phương trình hóa học của phản ứng.
b) Tính khối lượng sắt (III) oxit đã phản ứng.
c) Tính thể tích khí H2 (đktc) đã dùng.
Lời giải:
a) Phương trình hóa học: Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O
b) Số mol Fe thu được: nFe = 11,2 / 56 = 0,2 mol
Theo phương trình: nFe2O3 = 1/2 nFe = 0,2 / 2 = 0,1 mol
=> Khối lượng Fe2O3 đã phản ứng: mFe2O3 = 0,1 * 160 = 16 gam
c) Theo phương trình: nH2 = 3/2 nFe = 3/2 * 0,2 = 0,3 mol
=> Thể tích H2 đã dùng: VH2 = 0,3 * 22,4 = 6,72 lít
Hy vọng với những kiến thức và bài tập trên, bạn đã hiểu rõ hơn về phản ứng oxi hóa khử, chất khử, chất oxi hóa và vai trò của chúng trong hóa học. Hãy luyện tập thêm để nắm vững kiến thức này nhé!