Phản ứng oxi hoá – khử
Định nghĩa
Phản ứng oxi hoá – khử là phản ứng hoá học trong đó có sự chuyển electron giữa các chất phản ứng, hay nói cách khác là có sự thay đổi số oxi hoá của một số nguyên tố.
- Chất khử (chất bị oxi hoá) là chất nhường electron, số oxi hoá tăng.
- Chất oxi hoá (chất bị khử) là chất nhận electron, số oxi hoá giảm.
- Quá trình oxi hoá là quá trình nhường electron; quá trình khử là quá trình nhận electron.
Trong một phản ứng oxi hoá – khử, sự oxi hoá và sự khử luôn xảy ra đồng thời: tổng số electron chất khử nhường bằng tổng số electron chất oxi hoá nhận.
Dấu hiệu nhận biết
Xác định số oxi hoá của từng nguyên tố ở hai vế: nếu có ít nhất một nguyên tố đổi số oxi hoá thì đó là phản ứng oxi hoá – khử. Một số trường hợp thường gặp:
- Có đơn chất tham gia hoặc tạo thành (kim loại tác dụng với acid, phi kim cháy trong oxygen, kim loại đẩy kim loại khỏi muối…) thì hầu như luôn là oxi hoá – khử, vì số oxi hoá của đơn chất bằng 0.
- Phản ứng trao đổi, trung hoà chỉ đổi chỗ các ion nên không phải oxi hoá – khử.
- Nhiều phản ứng phân huỷ, hoá hợp có thể là oxi hoá – khử hoặc không, phải kiểm tra số oxi hoá.
Hệ số của phản ứng oxi hoá – khử được cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron: viết quá trình oxi hoá, quá trình khử, tìm hệ số sao cho số electron nhường bằng số electron nhận, rồi đặt vào phương trình.
Ví dụ
Ví dụ 1: kẽm tác dụng với acid
Zn + 2HCl ZnCl2 + H2
Zn tăng số oxi hoá từ 0 lên +2 (chất khử), H giảm từ +1 xuống 0 (HCl là chất oxi hoá). Đây đồng thời là một phản ứng thế.
Ví dụ 2: đồng tác dụng với nitric acid loãng
3Cu + 8HNO3HNO₃ loãng3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Cu nhường 2 electron (0 → +2), N trong HNO3 nhận 3 electron (+5 → +2). Bội chung nhỏ nhất của 2 và 3 là 6 nên cần 3 Cu và 2 NO; các hệ số còn lại cân bằng theo bảo toàn nguyên tố.
Ví dụ 3: khử oxide sắt bằng carbon monoxide
Fe2O3 + 3COt°2Fe + 3CO2
Fe giảm số oxi hoá +3 → 0 (Fe2O3 là chất oxi hoá), C tăng +2 → +4 (CO là chất khử). Phản ứng này là cơ sở của quá trình luyện gang trong lò cao.
Phương trình thuộc loại này
- Cu tác dụng với HNO₃ loãng3Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
- Cu tác dụng với HNO₃ đặcCu + 4HNO3 Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
- Tổng hợp NH₃ từ N₂ và H₂N2 + 3H2 2NH3
- Na tác dụng với nước2Na + 2H2O 2NaOH + H2
- Fe tác dụng với dung dịch CuSO₄Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu
- KMnO₄ tác dụng với HCl đặc2KMnO4 + 16HCl 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O
- Cu tác dụng với H₂SO₄ đặcCu + 2H2SO4 CuSO4 + SO2 + 2H2O
- Fe tác dụng với H₂SO₄ đặc nóng2Fe + 6H2SO4 Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
- MnO₂ tác dụng với HCl đặcMnO2 + 4HCl MnCl2 + Cl2 + 2H2O
- Al tác dụng với HCl2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2
- Cu tác dụng với dung dịch AgNO₃Cu + 2AgNO3 Cu(NO3)2 + 2Ag
- Cl₂ tác dụng với NaOHCl2 + 2NaOH NaCl + NaClO + H2O
- H₂ tác dụng với Cl₂H2 + Cl2 2HCl
- Đốt cháy lưu huỳnh trong oxiS + O2 SO2
- Phản ứng nhiệt nhôm Al + Fe₂O₃2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe
- CuO bị H₂ khử khi đun nóngCuO + H2 Cu + H2O
- Al tác dụng với NaOH2Al + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + 3H2
- Fe tác dụng với Cl₂2Fe + 3Cl2 2FeCl3
- Nhiệt phân KMnO₄ (điều chế O₂)2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2
- Đốt cháy nhôm trong oxi4Al + 3O2 2Al2O3