Sáng kiến kinh nghiệm Cân bằng phản ứng oxi hóa - khử bằng phương pháp thăng bằng electron

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Cân bằng phản ứng oxi hóa - khử bằng phương pháp thăng bằng electron

1.   BAÙO CAÙO SAÙNG KIEÁN KINH NGHIEÄM Boä moân: Hoaù hoïc. Ñeà taøi: CAÂN BAÈNG PHAÛN ÖÙNG OXI HOÙA - KHÖÛ BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP THAÊNG BAÈNG ELECTRON I. ÑAËT VAÁN ÑEÀ: Moät trong nhöõng vaán ñeà quan troïng nhaát trong vieäc hoïc boä moân hoaù hoïc laø hoïc sinh phaûi bieát caân baèng phaûn öùng, trong ñoù vieäc caân baèng phaûn öùng oxi hoaù khöû laø vieäc heát söùc caàn thieát vaø quan troïng. Nhaèm giuùp hoïc sinh deã daøng trong vieäc caân baèng phaûn öùng oxi hoaù khöû toâi xin trình baøy moät soá kinh nghieäm nhoû beù veà vieäc caân baèng phaûn öùng oxi hoùa – khöû theo phöông phaùp thaêng baèng electron maø saùch giaùo khoa hoaù hoïc lôùp 10 cuûa Boä Giaùo Duïc ñaõ ñeà caäp. II. NOÄI DUNG PHÖÔNG PHAÙP: 1. Nhaéc laïi phöông phaùp theo SGK: Phöông phaùp thaêng baèng electron ñöôïc tieán haønh theo 4 böôùc chính: Xeùt ví duï sau ñeå thaáy ñöôïc vieäc thöïc hieän qua 4 böôùc: Fe2O3 + H2 Fe + H2O • Böôùc 1: Xaùc ñònh soá oxi hoaù cuûa caùc nguyeân toá ñeå tìm chaát o xi hoaù, chaát khöû: Chaát oxi hoaù laø chaát coù soá oxi hoaù giaûm. Chaát khöû laø chaát coù soá oxi hoaù taêng. +3 -2 0 0 +1 -2 Fe 2O 3 + H 2 Fe + H 2O ( Saét coù soá oxi hoaù +3 giaûm xuoáng 0 neân saét laø chaát oxi hoaù, Hidro coù soá oxi hoaù 0 taêng leân +1 neân hidro laø chaát khöû) • Böôùc 2: Vieát vaø caân baèng caùc quaù trình oxi hoaù vaø quaù trình khöû: 2Fe+3 + 6e 2Fe0 0 +1 H 2 + 2e 2H • Böôùc 3: Xaùc ñònh caùc heä soá cuûa quaù trình oxi hoaù vaø quaù trình khöû sao cho toång soá electron nhöôøng baèng toång soá electron nhaän: x. 2Fe+3 + 6e 2Fe0 0 +1 y. H 2 + 2e 2H BSCNN(6,2) x = = 1 6 1
2. BSCNN(2,6) y = = 3 2 Töø ñoù: 1. 2Fe+3 + 6e 2Fe0 0 +1 3. H 2 + 2e 2H • Böôùc 4: Ñaët heä soá caùc nguyeân töû vöøa tìm ñöôïc trong böôùc 3 vaøo phöông trình phaûn öùng sau ñoù caân baèng moâi tröôøng theo thöù töï öu tieân sau: + Cation kim loaïi. + Anion goác axít. + Hiñroâ. + Cuoái cuøng kieåm tra oxi. Fe2O3 + 3H2 2Fe + 3H2O (1) ( ÔÛ ñaây khoâng coù moâi tröôøng laø cation kim loaïi, anion goác axít, hiñroâ maø chæ coù oxi ). 2. Môû roäng phöông phaùp: a. Moät soá khaùi nieäm: • Moâi tröôøng laø chaát khoâng thay ñoåi soá oxi hoùa. Ví duï: Trong tröôøng hôïp treân Oxi khoâng thay ñoåi soá oxi hoùa neân Oxi laø chaát moâi tröôøng. • Moâi tröôøng thuoäc tính laø chaát khoâng thay ñoåi soá oxi hoùa luoân naèm trong phaân töû chaát phaûn öùng. Ví du:ïTrong tröôøng hôïp treân oxi laø chaát moâi tröôøng thuoäc tính naèm trong phaân töû Fe2O3 vaø trong H2O. • Moâi tröôøng phaûn öùng laø chaát taùc ñoäng tröïc tieáp ñeán saûn phaåm phaûn öùng. Moâi tröôøng phaûn öùng coù theå laø moâi tröôøng axít, moâi tröôøng bazô hay moâi tröôøng trung tính. +7 - 2+ Ví duï : Trong moâi tröøông axít Mn (trong MnO4 ) bieán ñoåi thaønh Mn coøn +2 trong moâi tröôøng trung tính bieán ñoåi thaønh Mn (trong MnO2). • Trung taâm phaûn öùng laø chaát thay ñoåi soá oxi hoùa.Trung taâm phaûn öùng laø chaát oxi hoùa vaø chaát khöû. Ví duï: Trong phaûn öùng treân, trung taâm phaûn öùng laø Fe+3 (chaát oxi hoùa) vaø H0 (chaát oxi hoùa). Chuù yù: Khaùi nieäm “chaát” khoâng nhöõng chæ nguyeân töû, phaân töû maø coøn ñeå chæ ion. b. Caùch ñaët heä soá nguyeân töû trong caùc quaù trình oxi hoùa vaø quaù trình khöû : 2
3. ➢ Neáu nguyeân töû cuøng loaïi khoâng lieân keát tröïc tieáp vôùi nhau thì heä soá nguyeân töû ñaët ôû phía tröôùc. ➢ Neáu nguyeân töû cuøng loaïi lieân keát tröïc tieáp vôùi nhau thì heä soá nguyeân töû ñaët ôû chaân kí hieäu nguyeân toá.Thöïc teá thaáy: • Neáu nguyeân töû coù soá oxi hoùa döông thì heä soá nguyeân töû ñoù luoân ñaët ôû phía tröôùc vaø heä soá chính laø soá nguyeân töû ñoù trong moät phaân töû chaát phaûn öùng. Ví duï: Trong phaûn öùng treân, ôû quaù trình khöû cuûa Fe+3 thì heä soá cuûa noù chính laø 2 (trong phaân töû Fe2O3 coù 2 nguyeân töû Fe) vaø ñaët ôû tröôùc do Fe coù soá oxi hoùa döông. • Neáu traïng thaùi ñôn chaát phaân töû coù nhieàu nguyeân töû (thöôøng laø 2) thì heä soá ñaët ôû chaân kí hieäu nguyeân toá vaø heä soá chính laø soá nguyeân töû trong moät phaân töû chaát phaûn öùng. Ví duï: Trong phaûn öùng treân, heä soá cuûa H laø 2 (ñôn chaát hiñroâ laø H2) vaø ñaët ôû chaân kí hieäu nguyeân toá hiñroâ. • Neáu nguyeân töû coù soá oxi hoùa aâm maø trò soá soá oxi hoùa cuûa noù khoâng baèng hoùa trò cuûa nguyeân toá ñoù thì heä soá ñaët ôû chaân kí hieäu nguyeân toá vaø heä soá chính laø soá nguyeân töû trong moät phaân töû chaát phaûn öùng. Nguyeân nhaân, trong tröôøng hôïp naøy caùc nguyeân töû lieân keát tröïc tieáp vôùi nhau: Ví duï: Trong phaûn öùng:FeS2 + O2 Fe2O3 + SO2 thì heä soá nguyeân töû S laø 2 ( trong FeS2 coù 2 nguyeân töû S) vaø ñaët ôû chaân kí hieäu nguyeân toá löu huyønh ( vì soá oxi hoùa cuûa S trong tröôøng hôïp naøy laø -1 trong khi ñoù S coù hoùa trò coù theå laø 2, 4 vaø 6 ). ÔÛ ñaây coù söï lieân keát: -S-S- c. Xaùc ñònh vò trí öu tieân khi ñaët heä soá cho nguyeân töû : • Neáu laø trung taâm phaûn öùng thì baét buoäc phaûi öu tieân ñaët heä soá cho nguyeân töû trung taâm ñoù. Ví duï: Trong phaûn öùng treân, baét buoäc ñaët heä soá cho Fe (keå caû Fe+3 vaø Fe0) laø 2 vaø cho H (keå caû H0 vaø H+1) laø 2 vì chuùng chæ laø trung taâm phaûn öùng. • Neáu moät chaát vöøa laø trung taâm phaûn öùng vöøa laø moâi tröôøng (moâi tröôøng thuoäc tính hoaëc moâi tröôøng phaûn öùng) thì khoâng öu tieân ñaët heä soá cho nguyeân töû ñoù ñoàng thôøi phaûi caân baèng heä soá cuûa noù theo chaát trung taâm phaûn öùng. Ví duï: Khi caân baèng phöông trình phaûn öùng sau baèng phöông phaùp thaêng baèng electron: -1 -1 0 MnO2 + HCl MnCl 2 + Cl 2 + H2O 3
4. Trong phaûn öùng naøy Cl-1 vöøa laø chaát khöû vöøa ñoùng vai troø moâi tröôøng thuoäc tính neân khoâng öu tieân heä soá cho Cl-1 maø phaûi caân baèng heä soá cuûa noù theo Cl0: -1 0 Cl ?e Cl2 Ôû ñaây heä soá cuûa Cl0 laø 2 neân ñaët heä soá 2 vaøo phía tröôùc Cl-1, luùc ñoù: -1 0 2Cl ?e Cl2 (1’) Sau ñoù caân baèng soá electron nhöôøng (xeùt tieáp ôû phaàn sau). d. Caùch ñaët soá electron nhöôøng vaø nhaän trong caùc quaù trình oxi hoùa vaø quaù trình khöû : • Laáy toång soá oxi hoùa ñaàu (chaát tham gia) tröø toång soá oxi hoùa sau (chaát taïo thaønh) trong moãi quaù trình oxi hoùa hoaëc khöû. • Sau ñoù ñaët caû daáu vaø soá tìm ñöôïc vaøo moãi quaù trình. • Cuoái cuøng theâm e (kí hieäu electron) vaøo sau giaù trò vöøa tìm ñöôïc. Ví duï: Trong quaù trình (1’): Toång soá oxi hoùa ñaàu (Soh): 2.(-1) = -2 Toång soá oxi hoùa sau (Soh)’: 2.0 = 0 (Soh) - (Soh)’= -2 – 0 = -2 Sau ñoù ñaët -2 vaøo quaù trình (1’) vaø theâm e vaøo sau -2: -1 0 2Cl -2e Cl2 e. Xaùc ñònh vò trí öu tieân cuûa nguyeân töû khi ñaët heä soá chung cho nguyeân töû trong phöông trình phaûn öùng: • Heä soá chung cuûa nguyeân töû laø tích heä soá nguyeân töû vaø heä soá tìm ñöôïc cuûa quaù trình chöùa nguyeân töû ñoù trong böôùc 3. Ví duï: Heä soá chung cuûa Fe0 trong phaûn öùng (1) laø 2 = 1x2; trong ñoù 1 laø heä soá cuûa quaù trình khöû coøn 2 laø heä soá cuûa Fe. • Nguyeân töû laø trung taâm phaûn öùng phaûi ñaët heä soá chung tröôùc. (Thöôøng ñaët theo thöù töï töø traùi sang phaûi cuûa baûng thu ñöôïc töø böôùc 3). • Nguyeân töû vöøa laø trung taâm phaûn öùng vöøa laø moâi tröôøng caân baèng theo moâi tröôøng, tuy nhieân coù theå coi saûn phaåm cuûa trung taâm nhö moâi tröôøng gioáng nhö noù. Ví duï: Trong phaûn öùng (2), coù theå coi S+4 nhö laø moâi tröôøng gioáng nhö S+6 khi ñaët heä soá cho S+6. • Chaát moâi tröôøng caân baèng sau cuøng theo thöù töï öu tieân ôû böôùc 4. 3. Ví duï minh hoïa: 3.1. Phaûn öùng coù moät chaát oxi hoùa vaø moät chaát khöû: a. Giaûi chi tieát theo phöông phaùp: 4
5. Ví duï 1: Caân baèng phöông trình phaûn öùng sau baèng phöông phaùp thaêng baèng electron: FeO + H2SO4 Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O (2) ➢ Böôùc 1: +2 -2 +1 +6 -2 +3 +6 -2 +4 -2 +1 -2 Fe O + H 2S O 4 Fe 2(S O 4)3 + S O 2 + H 2O (Fe+2 bieán ñoåi thaønh Fe+3 soá oxi hoùa taêng neân laø chaát khöû, coøn S+6 bieán ñoåi thaønh S+4 soá oxi hoùa giaûm neân laø chaát oxi hoùa, tuy nhieân moät phaàn S+6 khoâng thay ñoåi soá oxi hoùa neân ñoùng vai troø laø moâi tröôøng). ➢ Böôùc 2: Quaù trình oxi hoùa: Fe+2 ?e Fe+3 +3 Ñaët heä soá nguyeân töû cho Fe laø 2 (trong Fe2(SO4)3 coù 2 nguyeân töû Fe) ôû phía tröôùc vì soá oxi hoùa cuûa saét döông, heä soá cuûa Fe+2 laø 1 (trong FeO coù 1 nguyeân töû Fe). 2Fe+2 ?e 2Fe+3 Tìm soá e nhöôøng: 2x(+2) - 2x(+3) = -2, do ñoù: 2Fe+2 -2 e 2Fe+3 (1b2) Quaù trình khöû: S+6 ?e S+4 Do S+6 vöøa laø trung taâm phaûn öùng vöøa laø moâi tröôøng neân heä soá cuûa S+6 ñöôïc caân +4 +4 baèng theo S , tuy nhieân heä soá cuûa S laø 1 (trong phaân töû SO2 coù 1 nguyeân töû S) do ñoù heä soá cuûa S+6 vaø S+4 ñeàu laø 1). Tìm soá e nhaän:+6 – (+4) = +2, do ñoù: S+6 + 2e S+4 (1b2’) > Böôùc 3:Tìm heä soá cho caùc quaù trình (1b2) vaø (1b2’). x. 2Fe+2 -2 e 2Fe+3 y. S+6 +2e S+4 BSCNN(2,2) x = = 1 2 BSCNN(2,2) y = = 1 2 Töø ñoù: 1. 2Fe+2 -2 e 2Fe+3 1. S+6 +2e S+4 ( Vò trí S+6 khoâng ñöôïc öu tieân do S+6 vöøa laø chaát oxi hoùa vöøa laø moâi tröôøng). ➢ Böôùc 4: Ñaàu tieân ñaët heä soá cho Fe+2 ;Fe+3 ; S+4 sau ñoù caân baèng moâi tröôøng: 5
6. 2FeO + H2SO4 Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O Ôû ñaây khoâng coù moâi tröôøng laø cation kim loaïi neân boû qua. Caân baèng anion goác 2- 2- 2- axít SO4 ta coi SO2 nhö laø goác SO4 neân coù 4 goác SO4 ,ñaët 4 tröôùc H2SO4,sau ñoù caân baèng H vaø cuoái cuøng kieåm tra oxi: 2FeO + 4H2SO4 Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O Ví duï 2: Caân baèng phöông trình phaûn öùng sau baèng phöông phaùp thaêng baèng electron: FexOy + HNO3 Fe(NO3)3 + N2O + H2O ➢ Böôùc 1: +2y/x -2 +1 +5 -2 +3 +5 -2 +1 -2 Fe xO y + H N O 3 Fe (N O 3)3 + N 2O + +1 -2 H 2O ÔÛ N +5 bieán ñoåi thaønh N+1 soá oxi hoùa giaûm neân laø chaát oxi hoùa, coøn H vaø O khoâng thay ñoåi soá oxi hoùa neân laø moâi tröôøng thuoäc tính, do ñoù Fe+2y/x ñoùng vai troø laø chaát khöû. Maët khaùc N+5 coù moät phaàn ñoùng vai troø laø moâi tröôøng trong Fe(NO3)3 ➢ Böôùc 2: Quaù trình 0xi hoùa: Fe+2y/x ?e Fe+3 +2y/x +3 Ñaët heä soá cho Fe laø x (trong FexOy coù x nguyeân töû Fe) do ñoù heä soá cuûa Fe laø x (vì trong phaân töû Fe(NO3)3 coù 1 nguyeân töû Fe). x Fe+2y/x ?e x Fe+3 2y tìm soá e nhöôøng: .x –x.(+3) = +2y -3x hay – (3x- 2y), do ñoù: x x Fe+2y/x -(3x – 2y)e x Fe+3 (2b2) quaù trình khöû: N+5 ?e N+1 ñaët heä soá cho N +1laø 2 ôû phía tröôùc N(?),sau ñoù caân baèng heä soá cho N +5 theo N+1(?). 2 N+5 ?e 2N+1 Tìm soá e nhaän: 2.(+5) -2(+1) = +8,do ñoù: 2 N+5 +8e 2N+1 (2b2’) ➢ Böôùc 3:Tìm heä soá cho caùc quaù trình (2b2) vaø (2b2’): x. x Fe+2y/x -(3x – 2y)e x Fe+3 (2b2) y. 2 N+5 + 8e 2N+1 (2b2’) BSCNN(3x 2y;8) x = = 8 3x 2y 6