III. Cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa - khử

Nội dung bài giảng

III. Cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa - khử

Có một số cách để cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa - khử như phương pháp thăng bằng electron, phương pháp ion - electron, tất cả đều dựa vào nguyên lí bảo toàn khối lượng và bảo toàn điện tích.

1. Phương pháp thăng bằng electron

Đây là phương pháp đơn giản nhưng lại có thể cân bằng được hầu hết các phản ứng oxi hóa - khử. Các bước cân bằng theo phương pháp này như sau :

Bước 1 : Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng (chỉ nên biểu diễn số oxi hóa của những nguyên tố nào có sự thay đổi số oxi hóa). Từ đó dựa vào dấu hiệu nhận biết để xác định chất oxi hóa, chất khử. Bước 2 : Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử và cân bằng mỗi quá trình.

Bước 3 : Tìm hệ số thích hợp cho chất oxi hóa và chất khử theo nguyên tắc : Tổng số electron mà chất khử nhường (cho) bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận. Tức là đi tìm bội số chung nhỏ nhất của số electron cho và số electron nhận, sau đó lấy bội số chung đó chia cho số electron cho hoặc nhận thì được hệ số của chất khử và chất oxi hóa tương ứng.

Bước 4 : Đặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào phương trình phản ứng. Sau đó chọn hệ số thích hợp cho các chất còn lại trong phản ứng.

---

Ví dụ 1 : Cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa – khử đơn giản, không có môi trường

Bước 1 : Xác định số oxi hóa, chất oxi hóa, chất khử

Chất oxi hóa : (trong Fe₂O₃)

Chất khử :

Bước 2 : Viết các quá trình oxi hóa, khử

(quá trình khử)

(quá trình oxi hóa)

● Chú ý : Khi chất oxi hóa (khử) có chỉ số lớn hơn 1 trong phân tử thì phải thêm hệ số (bằng chỉ số trong phân tử) vào quá trình khử (oxi hóa) tương ứng. Ở ví dụ trên : , có chỉ số là 2 trong phân tử tương ứng Fe₂O₃, H₂ do vậy cần thêm hệ số 2 vào quá trình khử, oxi hóa.

Bước 3 : Tìm hệ số cho hai quá trình oxi hóa và khử Bội số chung nhỏ nhất (BSCNN) = 6 do đó hệ số mỗi quá trình như sau :

1     

3     

Bước 4 : Đặt hệ số chất oxi hóa, chất khử vào phương trình :

Fe₂O₃ + 3H₂ $\to$2Fe + 3H₂O

 

Ví dụ 2 : Cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa – khử trong đó chất oxi hóa (khử) còn có vai trò làm môi trường

a.

b. KMnO₄ + HCl KCl + MnCl₂ + Cl₂ + H₂O

a. Bước 1 : Xác định số oxi hóa, chất oxi hóa, chất khử

Chất oxi hóa : (trong H₂SO₄)

Chất khử:

Bước 2 : Viết quá trình oxi hóa, quá trình khử :

(quá trình oxi hóa )

(quá trình khử)

Bước 3 : Tìm hệ số cho hai quá trình oxi hóa và khử

1   

3    

Bước 4 : Đặt hệ số các chất vào phương trình : Do H₂SO₄ vừa đóng vai trò là chất oxi hóa vừa đóng vai trò là môi trường (tạo muối) nên hệ số của nó trong phương trình không phải là hệ số của quá trình khử mà phải cộng thêm phần tham gia làm môi trường (cộng thêm phần tham gia tạo muối). Vì vậy trong những phản ứng dạng này, ta thường đặt hệ số vào phương trình theo thứ tự sau :

Chất khử Sản phẩm oxi hóa Sản phẩm khử Axit (H₂SO₄, HNO₃) Nước.

b. Bước 1 : Xác định số oxi hóa, chất oxi hóa, chất khử

Chất oxi hóa : (trong KMnO₄)

Chất khử : (trong HCl)

Bước 2 : Viết quá trình oxi hóa, quá trình khử :

(quá trình oxi hóa )

(quá trình khử)

Bước 3 : Tìm hệ số cho hai quá trình oxi hóa và khử

5    

2    

Bước 4 : Đặt hệ số các chất vào phương trình : Do HCl vừa đóng vai trò là chất khử vừa đóng vai trò là môi trường (tạo muối) nên hệ số của nó trong phương trình không phải là hệ số của quá trình oxi hóa mà phải cộng thêm phần tham gia làm môi trường (cộng thêm phần tham gia tạo muối). Vì vậy trong những phản ứng dạng này, ta thường đặt hệ số vào phương trình theo thứ tự sau :

Chất oxi hóa Sản phẩm khử Sản phẩm oxi hóa Các kim loại còn lại (K) Chất khử (HCl, HBr) Nước.

2KMnO₄ + 16HCl 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O

Ví dụ 3 : Cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa – khử phức tạp : Có nhiều chất oxi hóa hoặc khử

FeS₂ + O₂ Fe₂O₃ + SO₂

Bước 1 : Xác định số oxi hóa, chất oxi hóa, chất khử

Chất oxi hóa :

Chất khử :

Bước 2 : Viết quá trình oxi hóa, quá trình khử :

(quá trình oxi hóa )

(quá trình khử)

Bước 3 : Tìm hệ số cho hai quá trình oxi hóa và khử

2   

11  

Bước 4 : Đặt hệ số chất oxi hóa, chất khử vào phương trình 4FeS₂ + 11O₂ 2Fe₂O₃ + 8SO₂

 

2. Phương pháp ion – electron

Đây là phương pháp dùng để cân bằng các phản ứng oxi hóa khử ở dạng ion. Các bước cân bằng theo phương pháp này như sau :

Bước 1 : Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng (chỉ nên biểu diễn số oxi hóa của những nguyên tố nào có sự thay đổi số oxi hóa). Từ đó dựa vào dấu hiệu nhận biết để xác định chất oxi hóa, chất khử. Bước 2 : Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử và cân bằng mỗi quá trình.

Bước 3 : Tìm hệ số thích hợp cho chất oxi hóa và chất khử theo nguyên tắc : Tổng số electron mà chất khử nhường (cho) bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận. Tức là đi tìm bội số chung nhỏ nhất của số electron cho và số electron nhận, sau đó lấy bội số chung đó chia cho số electron cho hoặc nhận thì được hệ số của chất khử và chất oxi hóa tương ứng.

Bước 4 : Đặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào phương trình phản ứng. Sau đó áp dụng định luật bảo toàn điện tích để cân bằng ion H⁺ hoặc OH^-, cuối cùng là cân bằng nước.

● Lưu ý : Để cân bằng đúng hệ số của các chất, các ion trong phản ứng oxi hóa – khử ở dạng ion ta phải áp dụng đồng thời hai định luật bảo toàn là : Bảo toàn electron (tổng electron cho bằng tổng eletron nhận) và định luật bảo toàn điện tích (tổng điện tích ở hai vế của phương trình phải bằng nhau).

---

Ví dụ 1 : Cân bằng các phương trình phản ứng oxi hóa – khử sau :

Bước 1 : Xác định số oxi hóa, chất oxi hóa, chất khử

Chất oxi hóa : (trong NO₃^-)

Chất khử :

Bước 2 : Viết quá trình oxi hóa, quá trình khử :

(quá trình oxi hóa )

(quá trình khử)

Bước 3 : Tìm hệ số cho hai quá trình oxi hóa và khử

3    

2    

Bước 4 : Đặt hệ số các chất và ion vào phương trình theo thứ tự :

Chất khử Sản phẩm oxi hóa Chất oxi hóa Sản phẩm khử H⁺ Nước.

Để cân bằng H⁺ ta làm như sau :

Xác định tổng điện của các ion và chất sản phẩm : Điện tích trong phân tử NO và H₂O bằng 0, điện tích của 1 ion Cu²⁺ là 2+ vì có 3 ion Cu²⁺ nên tổng điện tích dương của các ion Cu²⁺ là 6+. Vậy tổng điện tích của sản phẩm là : 0 + 0 + 6+ = 6+

Xác định tổng điện của các ion và chất tham gia phản ứng : 0 + x.(1+) + 2.(1–) = (x+) + (2–)

Vì tổng điện tích ở hai vế của phản ứng bằng nhau nên ta có : (x+) + (2–) = 6+ x = 8 (x là số ion H⁺), từ đó suy ra hệ số của nước là 4.

 

Ví dụ 2 : Cân bằng các phương trình phản ứng oxi hóa – khử sau :

Bước 1 : Xác định số oxi hóa, chất oxi hóa, chất khử

Chất oxi hóa :

Chất khử :

Bước 2 : Viết quá trình oxi hóa, quá trình khử :

(quá trình oxi hóa )

(quá trình khử)

Bước 3 : Tìm hệ số cho hai quá trình oxi hóa và khử

5   

1   

Bước 4 : Đặt hệ số các chất và ion vào phương trình :

 

Ví dụ 3 : Cân bằng các phương trình phản ứng oxi hóa – khử sau :

Bước 1 : Xác định số oxi hóa, chất oxi hóa, chất khử

Chất oxi hóa : (trong NO₃^-)

Chất khử :

Bước 2 : Viết quá trình oxi hóa, quá trình khử :

(quá trình oxi hóa )

(quá trình khử)

Bước 3 : Tìm hệ số cho hai quá trình oxi hóa và khử

4   

1   

Bước 4 : Đặt hệ số các chất và ion vào phương trình theo thứ tự :

Chất khử Sản phẩm oxi hóa Chất oxi hóa Sản phẩm khử OH^- Nước.