Giải Hóa 10 Bài 12 ( Chân trời sáng tạo ): Phản ứng oxi hóa – khử và ứng dụng trong cuộc sống

Giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 12: Phản ứng oxi hóa – khử và ứng dụng trong cuộc sống

Mở đầu trang 72 Hóa học 10: Đom đóm có thể phát ra ánh sáng đặc biệt, không tỏa nhiệt như ánh sáng nhân tạo. Cấu tạo bên trong lớp da bụng của đom đóm là dãy các tế bào phát quang có chứa luciferin. Luciferin tác dụng với oxygen, cùng xúc tác enzyme, để tạo ra ánh sáng. Đây là phản ứng oxi hóa – khử.

Trong cuộc sống cũng như trong tự nhiên có nhiều hiện tượng mà nguyên nhân chính là do phản ứng oxi hóa – khử gây ra. Phản ứng oxi hóa – khử là gì? Vai trò quan trọng của chúng trong cuộc sống như thế nào?

Lời giải:

- Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học, trong đó có sự chuyển dịch electron giữa các chất phản ứng hay có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tử trong phân tử.

- Vai trò của phản ứng oxi hóa khử trong cuộc sống:

+ Một số phản ứng oxi hóa – khử quan trọng gắn liền với cuộc sống như sự cháy của than, củi; sự cháy của xăng, dầu trong các động cơ đốt trong; các quá trình điện phân; các phản ứng xảy ra trong pin, ắc quy; …

+ Một số phản ứng oxi hóa – khử là cơ sở của quá trình sản xuất trong các ngành công nghiệp năng; sản xuất các hóa chất cơ bản; sản xuất phân bón; thuốc bảo vệ thực vật; dược phẩm;…

1. Số oxi hóa

Câu hỏi 1 trang 72 Hóa học 10: Quan sát Hình 12.1, hãy viết quá trình nhường và nhận electron trong phản ứng giữa magnesium và oxygen

Lời giải:

Quá trình nhường electron: Mg → Mg²⁺ + 2e

Quá trình nhận electron: O₂ + 4e → 2O^2-

Câu hỏi 2 trang 73 Hóa học 10: Quan sát Hình 12.2a hydrogen cháy trong chlorine với ngọn lửa sáng, tạo hợp chất hydrogen chloride (HCl). Nếu cặp electron chung trong hợp chất cộng hóa trị HCl lệch hẳn về phía nguyên tử Cl (Hình 12.2b), hãy xác định điện tích của các nguyên tử trong phân tử HCl

Lời giải:

Nếu cặp electron chung trong hợp chất cộng hóa trị HCl lệch hẳn về phía nguyên tử Cl khi đó có thể coi Cl nhận 1 electron và H nhường 1 electron ⇒ Cl mang điện tích -1 và H mang điện tích +1.

Câu hỏi 3 trang 73 Hóa học 10: Nêu điểm khác nhau giữa kí hiệu oxi hóa và kí hiệu điện tích của ion M trong hình sau:

Lời giải:

Kí hiệu số oxi hóa: dấu viết trước, số viết sau.

Kí hiệu điện tích ion: số viết trước, dấu viết sau.

Câu hỏi 4 trang 73 Hóa học 10: Dự đoán số oxi hóa của các nguyên tử trong nhóm IA, IIA, IIIA trong các hợp chất. Giải thích

Lời giải:

Các nguyên tử trong nhóm IA, IIA, IIIA dễ dàng nhường đi 1, 2, 3 electron ở lớp ngoài cùng. Dự đoán, số oxi hóa của các nguyên tử trong nhóm IA, IIA, IIIA trong các hợp chất lần lượt là +1; +2; +3.

Luyện tập trang 73 Hóa học 10: Hãy xác định số oxi hóa của các nguyên tử trong các đơn chất, hợp chất và ion sau: Zn, H₂, Cl^‑, O^2-, S^2-, HSO₄^-, Na₂S₂O₃, KNO₃

Lời giải:

- Với các đơn chất: $\stackrel{0}{Zn};{\stackrel{0}{H}}_2$

- Với các ion đơn nguyên tử: Số oxi hóa của nguyên tử Cl, O, S trong Cl^‑, O^2-, S^2- lần lượt bằng -1; -2; -2.

- Với ion đa nguyên tử: HSO₄^-

+ Số oxi hóa của H là +1, của O là -2

+ Số oxi hóa của S là x ta có: 1.(+1) + 1.x + 4.(-2) = -1 ⇒ x = +6

- Với các phân tử hợp chất:

+ Xét phân tử Na₂S₂O₃:

Số oxi hóa của Na là +1; số oxi hóa của O là -2

Số oxi hóa của S là x ta có: 2.(+1) + 2.x + 3.(-2) = 0 ⇒ x = +2

+ Xét phân tử KNO₃:

Số oxi hóa của K là +1; số oxi hóa của O là -2

Số oxi hóa của N là x ta có: 1.(+1) + 1.x + 3.(-2) = 0 ⇒ x = +5

Luyên tập trang 74 Hóa học 10: Magnetite là khoáng vật sắt từ có hàm lượng sắt cao nhất được dùng trong ngành luyện gang, thép, với công thức hóa học là Fe₃O₄. Hãy xác định số oxi hóa của nguyên tử Fe trong hợp chất trên.

Lời giải:

Gọi số oxi hóa của Fe là x ta có:

3.x + 4. (-2) = 0 ⇒ x = $\frac{+8}{3}$

Vậy số oxi hóa của Fe trong Fe₃O₄ là $\frac{+8}{3}$.

2. Phản ứng oxi hóa – khử

Câu hỏi 5 trang 75 Hóa học 10: Hãy nhận xét và giải thích sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tử trong chất oxi hóa và chất khử trước và sau phản ứng.

Lời giải:

Chất oxi hóa là chất nhận electron, chất có số oxi hóa giảm sau phản ứng.

Chất khử là chất nhường electron, chất có số oxi hóa tăng sau phản ứng.

Luyện tập trang 75 Hóa học 10: Cho phương trình hóa học của các phản ứng sau:

H₂S + Br₂ → 2HBr + S↓ (1)

2KClO₃ $\stackrel{t°}{\to }$ 2KCl + 3O₂↑ (2)

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O (3)

Phản ứng nào là phản ứng oxi hóa – khử? Vì sao? Hãy xác định quá trình oxi hóa và quá trình khử của các phản ứng đó

Lời giải:

Phản ứng (1) và (2) là phản ứng oxi hóa khử vì có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tử trước và sau phản ứng.

- Xét phương trình hóa học: $H_2\stackrel{-2}{S}+{\stackrel{0}{Br}}_2\to 2H\stackrel{-1}{Br}+\stackrel{0}{S}$

Quá trình oxi hóa: $\stackrel{-2}{S}\to \stackrel{0}{S}+2e$

Quá trình khử: ${\stackrel{0}{Br}}_2+2e\to 2\stackrel{-1}{Br}$

- Xét phương trình hóa học: $2K\stackrel{+5}{Cl}{\stackrel{-2}{O}}_3\stackrel{t°}{\to }2K\stackrel{-1}{Cl}+3{\stackrel{0}{O}}_2$

Quá trình oxi hóa: $2\stackrel{-2}{O}\to {\stackrel{0}{O}}_2+4e$

Quá trình khử: $\stackrel{+5}{Cl}+6e\to \stackrel{-1}{Cl}$

Câu hỏi 6 trang 76 Hóa học 10: Làm thế nào để biết một phản ứng là phản ứng oxi hóa – khử?

Lời giải:

Dấu hiệu để nhận biết phản ứng oxi hóa – khử là có sự thay đối số oxi hóa của một số nguyên tử trước và sau phản ứng.

Luyện tập trang 76 Hóa học 10: Hãy nêu 3 ví dụ về phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của nguyên tử và 3 ví dụ về phản ứng không có sự thay đổi số oxi hóa của nguyên tử.

Lời giải:

3 ví dụ về phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của nguyên tử:

$\stackrel{0}{Mg}+{\stackrel{0}{Cl}}_2\to \stackrel{+2}{Mg}{\stackrel{-1}{Cl}}_2$

$\stackrel{0}{Fe}+2\stackrel{+1}{H}Cl\to \stackrel{+2}{Fe}C{l}_2+{\stackrel{0}{H}}_2$

${\stackrel{0}{Cl}}_2+2NaOH\to Na\stackrel{+1}{Cl}O+Na\stackrel{-1}{Cl}+H_{2}O$

3 ví dụ về phản ứng không có sự thay đổi số oxi hóa của nguyên tử

$\stackrel{+1}{Ag}\stackrel{+5}{N}{\stackrel{-2}{O}}_3+\stackrel{+1}{Na}\stackrel{-1}{Cl}\to \stackrel{+1}{Ag}\stackrel{-1}{Cl}+\stackrel{+1}{Na}\stackrel{+5}{N}{\stackrel{-2}{O}}_3$

$\stackrel{+2}{Ca}\stackrel{-2}{O}+\stackrel{+4}{C}{\stackrel{-2}{O}}_2\stackrel{t°}{\to }\stackrel{+2}{Ca}\stackrel{+4}{C}{\stackrel{-2}{O}}_3$

$\stackrel{+1}{H}\stackrel{-1}{Cl}+\stackrel{+1}{Na}\stackrel{-2}{O}\stackrel{+1}{H}\to \stackrel{+1}{Na}\stackrel{-1}{Cl}+{\stackrel{+1}{H}}_2\stackrel{-2}{O}$

3. Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử

Luyện tập trang 77 Hóa học 10: Lập phương trình hóa học của các phản ứng oxi hóa - khử sau, xác định vai trò của các chất tham gia phản ứng.

KMnO₄ + HCl → KCl + MnCl₂ + Cl↑ + H₂O (1)

NH₃ + Br₂ → N₂ + HBr (2)

NH₃ + CuO $\stackrel{t°}{\to }$ Cu + N₂ + H₂O (3)

FeS₂ + O₂ $\stackrel{t°}{\to }$ Fe₂O₃ + SO₂ (4)

KClO₃ $\stackrel{t°}{\to }$ KCl + O₂↑ (5)

Lời giải:

KMnO₄ + HCl → KCl + MnCl₂ + Cl↑ + H₂O (1)

Bước 1: $\stackrel{}{K}\stackrel{+7}{Mn}{\stackrel{}{O}}_4+\stackrel{}{H}\stackrel{-1}{Cl}\to \stackrel{}{K}\stackrel{}{Cl}+\stackrel{+2}{Mn}{\stackrel{}{Cl}}_2+{\stackrel{0}{Cl}}_2+{\stackrel{}{H}}_2\stackrel{}{O}$

Chất khử: HCl

Chất oxi hóa: KMnO₄

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: $2\stackrel{-1}{Cl}\to {\stackrel{0}{Cl}}_2+2e$

Quá trình khử: $\stackrel{+7}{Mn}+5e\to \stackrel{+2}{Mn}$

Bước 3:

$\begin{array}{c}2\times \\ 5\times \end{array}\left|\begin{array}{l}\stackrel{+7}{Mn}+5e\to \stackrel{+2}{Mn}\\ 2\stackrel{-1}{Cl}\to {\stackrel{0}{Cl}}_2+2e\end{array}\right.$

Bước 4:

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

NH₃ + Br₂ → N₂ + HBr (2)

Bước 1: $\stackrel{-3}{N}{\stackrel{}{H}}_3+{\stackrel{0}{Br}}_2\to {\stackrel{0}{N}}_2+\stackrel{}{H}\stackrel{-1}{Br}$

Chất khử: NH₃

Chất oxi hóa: Br₂

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: $2\stackrel{-3}{N}\to {\stackrel{0}{N}}_2+6e$

Quá trình khử: ${\stackrel{0}{Br}}_2+2e\to 2\stackrel{-1}{Br}$

Bước 3:

$\begin{array}{c}1\times \\ 3\times \end{array}\left|\begin{array}{l}2\stackrel{-3}{N}\to {\stackrel{0}{N}}_2+6e\\ {\stackrel{0}{Br}}_2+2e\to 2\stackrel{-1}{Br}\end{array}\right.$

Bước 4:

2NH₃ + 3Br₂ → N₂ + 6HBr

NH₃ + CuO $\stackrel{t°}{\to }$ Cu + N₂ + H₂O (3)

Bước 1: $\stackrel{-3}{N}{\stackrel{}{H}}_3+\stackrel{+2}{Cu}\stackrel{}{O}\stackrel{t°}{\to }\stackrel{0}{Cu}+{\stackrel{0}{N}}_2+{\stackrel{}{H}}_2\stackrel{}{O}$

Chất khử: NH₃

Chất oxi hóa: CuO

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: $2\stackrel{-3}{N}\to {\stackrel{0}{N}}_2+6e$

Quá trình khử: $\stackrel{+2}{Cu}+2e\to \stackrel{0}{Cu}$

Bước 3:

$\begin{array}{c}1\times \\ 3\times \end{array}\left|\begin{array}{l}2\stackrel{-3}{N}\to {\stackrel{0}{N}}_2+6e\\ \stackrel{+2}{Cu}+2e\to \stackrel{0}{Cu}\end{array}\right.$

Bước 4:

2NH₃ + 3CuO $\stackrel{t°}{\to }$ 3Cu + N₂ + 3H₂O

FeS₂ + O₂ $\stackrel{t°}{\to }$ Fe₂O₃ + SO₂ (4)

Bước 1: $\stackrel{+2}{Fe}{\stackrel{-1}{S}}_2+{\stackrel{0}{O}}_2\stackrel{t°}{\to }{\stackrel{+3}{Fe}}_2{\stackrel{-2}{O}}_3+\stackrel{+4}{S}{\stackrel{-2}{O}}_2$

Chất khử: FeS₂

Chất oxi hóa: O₂

Bước 2: Quá trình oxi hóa: $\stackrel{0}{2\stackrel{⏜}{Fe{S}_2}}\to 2\stackrel{+3}{Fe}+4\stackrel{+4}{S}+22e$

Quá trình khử: ${\stackrel{0}{O}}_2+4e\to 2\stackrel{-2}{O}$

Bước 3:

$\begin{array}{c}2\times \\ 11\times \end{array}\left|\begin{array}{l}\stackrel{0}{2Fe{S}_2}\to 2\stackrel{+3}{Fe}+4\stackrel{+4}{S}+22e\\ {\stackrel{0}{O}}_2+4e\to 2\stackrel{-2}{O}\end{array}\right.$
Bước 4:

4FeS₂ + 11O₂ $\stackrel{t°}{\to }$ 2Fe₂O₃ + 8SO₂

KClO₃ $\stackrel{t°}{\to }$ KCl + O₂↑ (5)

Bước 1: $\stackrel{}{K}\stackrel{+5}{Cl}{\stackrel{-2}{O}}_3\stackrel{t°}{\to }\stackrel{}{K}\stackrel{-1}{Cl}+{\stackrel{0}{O}}_2$

KClO₃ vừa là chất khử, vừa là chất oxi hóa

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: $2\stackrel{-2}{O}\to {\stackrel{0}{O}}_2+4e$

Quá trình khử: $\stackrel{+5}{Cl}+6e\to \stackrel{-1}{Cl}$

Bước 3:

$\begin{array}{c}3\times \\ 2\times \end{array}\left|\begin{array}{l}2\stackrel{-2}{O}\to {\stackrel{0}{O}}_2+4e\\ \stackrel{+5}{Cl}+6e\to \stackrel{-1}{Cl}\end{array}\right.$

Bước 4: 2KClO₃ $\stackrel{t°}{\to }$ 2KCl + 3O₂↑

4. Ý nghĩa của phản ứng oxi hóa – khử

Câu hỏi 7 trang 77 Hóa học 10: Lập phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy gas trong không khí và phản ứng kích nổ hỗn hợp nhiên liệu của tàu con thoi. Xác định vai trò của các chất trong mỗi phản ứng.

Lời giải:

- Gas (thành phần chính là hỗn hợp propane (C₃H₈) và butane (C₄H₁₀) được hóa lỏng).

Phản ứng đốt cháy gas trong không khí:

${\stackrel{-8/3}{C}}_3{\stackrel{+1}{H}}_8+5{\stackrel{0}{O}}_2 \stackrel{t°}{\to }3\stackrel{+4}{C}{\stackrel{-2}{O}}_2+4H_2\stackrel{-2}{O}$

$2{\stackrel{-5/2}{C}}_4{\stackrel{+1}{H}}_{10}+13{\stackrel{0}{O}}_2 \stackrel{t°}{\to }8\stackrel{+4}{C}{\stackrel{-2}{O}}_2+10H_2\stackrel{-2}{O}$

Trong hai phản ứng trên C₃H₈ và C₄H₁₀ là chất khử, O₂ là chất oxi hóa.

- Phản ứng kích nổ hỗn hợp nhiên liệu của tàu con thoi:

$2{\stackrel{0}{H}}_2+{\stackrel{0}{O}}_2\stackrel{t°}{\to }2{\stackrel{+1}{H}}_2\stackrel{-2}{O}$

Trong phản ứng này, H₂ là chất khử, O₂ là chất oxi hóa

Câu hỏi 8 trang 78 Hóa học 10: Quan sát Hình 12.7 và đọc thông tin, hãy lập phương trình hóa học của phản ứng quang hợp ở cây xanh. Quá trình quang hợp của thực vật có vai trò quan trọng như thế nào đối với cuộc sống?

Lời giải:

- Phương trình hóa học của phản ứng quang hợp ở cây xanh:

6CO₂ + 6H₂O $\underset{Anhsang}{\overset{Diepluc}{\to }}$ C₆H₁₂O₆ + 6O₂

- Vai trò của phản ứng quang hợp:

+ Cung cấp oxygen cho sự sống và sự cháy trên Trái Đất.

+ Điều hòa không khí trên Trái Đất.

+ Tổng hợp chất hữu cơ carbohydrate là nguồn thức ăn cho nhiều sinh vật, là nguyên liệu cho công nghiệp và làm ra thuốc chữa bệnh cho con người.

+ Cung cấp năng lượng cho hoạt động sống của sinh vật.

Câu hỏi 9 trang 78 Hóa học 10: Từ thông tin về “Luyện kim”, viết phản ứng của khí carbon monoxide khử iron(III) oxide ở nhiệt độ cao. Lập phương trình hóa học của phản ứng theo phương pháp thăng bằng electron, xác định vai trò của các chất trong phản ứng.

Lời giải:

Phản ứng của khí carbon monoxide khử iron(III) oxide ở nhiệt độ cao:

CO + Fe₂O₃ $\stackrel{t°}{\to }$ CO₂ + Fe

Bước 1: ${\stackrel{+3}{Fe}}_2{\stackrel{}{O}}_3+\stackrel{+2}{C}\stackrel{}{O}\to \stackrel{0}{Fe}+\stackrel{+4}{C}{\stackrel{}{O}}_2$

Chất khử: CO

Chất oxi hóa: Fe₂O₃

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: $\stackrel{+2}{C}\to \stackrel{+4}{C}+2e$

Quá trình khử: $\stackrel{+3}{Fe}+3e\to \stackrel{0}{Fe}$

Bước 3:

$\begin{array}{c}2\times \\ 3\times \end{array}\left|\begin{array}{l}\stackrel{+3}{Fe}+3e\to \stackrel{0}{Fe}\\ \stackrel{+2}{C}\to \stackrel{+4}{C}+2e\end{array}\right.$

Bước 4: Fe₂O₃ + 3CO $\stackrel{t°}{\to }$ 2Fe + 3CO₂

Câu hỏi 10 trang 78 Hóa học 10: Đọc thông tin về “Điện hóa” để biết được phản ứng oxi hóa – khử gắn liền với cuộc sống. Lập phương trình hóa học của phản ứng sinh ra dòng điện trong pin khi zinc phản ứng với manganese.

Lời giải:

Zn + MnO₂ $\stackrel{KOH}{\to }$ ZnO + Mn₂O₃

Bước 1: $\stackrel{0}{Zn}+\stackrel{+4}{Mn}{O}_2 \stackrel{KOH}{\to }\stackrel{+2}{Zn}O+{\stackrel{+3}{Mn}}_2{O}_3$

Chất khử: Zn

Chất oxi hóa: MnO₂

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: $\stackrel{0}{Zn}\to \stackrel{+2}{Zn}+2e$

Quá trình khử: $\stackrel{+4}{Mn}+1e\to \stackrel{+3}{Mn}$

Bước 3:

$\begin{array}{c}1\times \\ 2\times \end{array}\left|\begin{array}{l}\stackrel{0}{Zn}\to \stackrel{+2}{Zn}+2e\\ \stackrel{+4}{Mn}+1e\to \stackrel{+3}{Mn}\end{array}\right.$

Bước 4: Zn + 2MnO₂ $\stackrel{KOH}{\to }$ ZnO + Mn₂O₃

Vận dụng trang 78 Hóa học 10: Hãy nêu thêm một số phản ứng oxi hóa – khử quan trọng gắn với đời sống hằng ngày

Lời giải:

Một số phản ứng oxi hóa – khử quan trọng gắn với đời sống hằng ngày:

- Phản ứng đốt than để đun nấu:

C + O₂ $\stackrel{t°}{\to }$ CO₂

- Phản ứng đốt cháy gas để đun nấu:

C₃H₈ + 5O₂ $\stackrel{t°}{\to }$3CO₂ + 4H₂O

2C₄H₁₀ + 13O₂ $\stackrel{t°}{\to }$8CO₂ + 10H₂O

- Phản ứng quang hợp ở cây xanh:

6CO₂ + 6H₂O $\underset{Anhsang}{\overset{Diepluc}{\to }}$ C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Bài tập (trang 79)

Bài 1 trang 79 Hóa học 10: Tính số oxi hóa của nguyên tử có đánh dấu ∗ trong các chất và ion dưới đây:

a) $K_2{\stackrel{\ast }{Cr}}_2{O}_7;K\stackrel{\ast }{Mn}{O}_4;K\stackrel{\ast }{Cl}{O}_4;\stackrel{\ast }{N}{H}_{4}N{O}_3$

b) $\stackrel{\ast }{Al}{O}_2^{-};\stackrel{\ast }{P}{O}_4^{3-};\stackrel{\ast }{Cl}{O}_3^{-};\stackrel{\ast }{S}{O}_4^{2-}$

Lời giải:

a)

- Xét hợp chất K₂Cr₂O₇:

Đặt số oxi hóa của Cr là x ta có: 2.(+1) + 2.x + 7.(-2) = 0 ⇒ x = +6

⇒ Số oxi hóa của Cr trong hợp chất K₂Cr₂O₇ bằng +6.

- Xét hợp chất KMnO₄:

Đặt số oxi hóa của Mn là x ta có: 1.(+1) + 1.x + 4.(-2) = 0 ⇒ x = +7

⇒ Số oxi hóa của Mn trong hợp chất KMnO₄ bằng +7.

- Xét hợp chất KClO₄:

Đặt số oxi hóa của Cl là x ta có: 1.(+1) + 1.x + 4.(-2) = 0 ⇒ x = +7

⇒ Số oxi hóa của Cl trong hợp chất KClO₄ bằng +7.

- Xét hợp chất NH₄NO₃:

Đặt số oxi hóa của N được đánh dấu ∗ là x. Nhóm $N{H}_4^{+}$ có điện tích +1 nên ta có:

1.x + 4.(+1) = +1 ⇒ x = -3

Vậy số oxi hóa của nguyên tử N được đánh dấu ∗ là -3

b) - Xét ion $Al{O}_2^{-}$:

Đặt số oxi hóa của Al là x ta có:1.x + 2.(-2) = -1 ⇒ x = +3

Vậy số oxi hóa của Al trong ion $Al{O}_2^{-}$ bằng +3.

- Xét ion $P{O}_4^{3-}$:

Đặt số oxi hóa của P là x ta có: 1.x + 4.(-2) = -3 ⇒ x = +5

Vậy số oxi hóa của P trong ion $P{O}_4^{3-}$ bằng +5.

- Xét ion $Cl{O}_3^{-}$:

Đặt số oxi hóa của Cl là x ta có: 1.x + 3.(-2) = -1 ⇒ x = +5.

Vậy số oxi hóa của Cl trong ion $Cl{O}_3^{-}$ bằng +5.

- Xét ion $S{O}_4^{2-}$:

Đặt số oxi hóa của S là x ta có: 1.x + 4.(-2) = -2 ⇒ x = +6.

Vậy số oxi hóa của S trong ion $S{O}_4^{2-}$ bằng +6.

Bài 2 trang 79 Hóa học 10: Lập phương trình hóa học của các phản ứng sau bằng phương pháp thăng bằng electron, nêu rõ chất oxi hóa, chất khử trong mỗi trường hợp.

a) HCl + MnO₂ $\stackrel{t°}{\to }$ MnCl₂ + Cl₂↑ + H₂O

b) KMnO₄ + KNO₂ + H₂SO₄ → MnSO₄ + KNO₃ + K₂SO₄ + H₂O

c) Fe₃O₄ + HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO↑ + H₂O

d) H₂C₂O₂ + KMnO₄ + H₂SO₄ → CO₂↑ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Lời giải:

a) HCl + MnO₂ $\stackrel{t°}{\to }$ MnCl₂ + Cl₂↑ + H₂O

Bước 1: $H\stackrel{-1}{Cl}+\stackrel{+4}{Mn}{O}_2 \stackrel{t°}{\to }\stackrel{+2}{Mn}C{l}_2+{\stackrel{0}{Cl}}_2\uparrow +H_{2}O$

Chất khử: HCl

Chất oxi hóa: MnO₂

Bước 2: Quá trình oxi hóa: $2\stackrel{-1}{Cl}\to {\stackrel{0}{Cl}}_2+2e$

Quá trình khử: $\stackrel{+4}{Mn}+2e\to \stackrel{+2}{Mn}$

Bước 3:

$\begin{array}{c}1\times \\ 1\times \end{array}\left|\begin{array}{l}2\stackrel{-1}{Cl}\to {\stackrel{0}{Cl}}_2+2e\\ \stackrel{+4}{Mn}+2e\to \stackrel{+2}{Mn}\end{array}\right.$

Bước 4:

4HCl + MnO₂ $\stackrel{t°}{\to }$ MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O

b) KMnO₄ + KNO₂ + H₂SO₄ → MnSO₄ + KNO₃ + K₂SO₄ + H₂O

Bước 1: $K\stackrel{+7}{Mn}{O}_4+K\stackrel{+3}{N}{O}_2+H_{2}S{O}_4\to \stackrel{+2}{Mn}S{O}_4+K\stackrel{+5}{N}{O}_3+K_{2}S{O}_4+H_{2}O$

Chất khử: KNO₂

Chất oxi hóa: KMnO₄

Bước 2: Quá trình khử: $\stackrel{+3}{N}\to \stackrel{+5}{N}+2e$

Quá trình oxi hóa: $\stackrel{+7}{Mn}+5e\to \stackrel{+2}{Mn}$

Bước 3:

$\begin{array}{c}5\times \\ 2\times \end{array}\left|\begin{array}{l}\stackrel{+3}{N}\to \stackrel{+5}{N}+2e\\ \stackrel{+7}{Mn}+5e\to \stackrel{+2}{Mn}\end{array}\right.$

Bước 4:

2KMnO₄ + 5KNO₂ + 3H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 5KNO₃ + K₂SO₄ + 3H₂O

c) Fe₃O₄ + HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO↑ + H₂O

Bước 1: ${\stackrel{+8/3}{Fe}}_3{O}_4+H\stackrel{+5}{N}{O}_3\to \stackrel{+3}{Fe}{\left(N{O}_3\right)}_3+\stackrel{+2}{N}O\uparrow +H_{2}O$

Chất khử: Fe₃O₄

Chất oxi hóa: HNO₃

Bước 2: Quá trình khử: $3\stackrel{+8/3}{Fe}\to 3\stackrel{+3}{Fe}+1e$

Quá trình oxi hóa: $\stackrel{+5}{N}+3e\to \stackrel{+2}{N}$

Bước 3:

$\begin{array}{c}3\times \\ 1\times \end{array}\left|\begin{array}{l}3\stackrel{+8/3}{Fe}\to 3\stackrel{+3}{Fe}+1e\\ \stackrel{+5}{N}+3e\to \stackrel{+2}{N}\end{array}\right.$

Bước 4:

3Fe₃O₄ + 28HNO₃ → 9Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 14H₂O

d) H₂C₂O₂ + KMnO₄ + H₂SO₄ → CO₂↑ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Bước 1: $H_2{\stackrel{+1}{C}}_2{O}_2+K\stackrel{+7}{Mn}{O}_4+H_{2}S{O}_4\to \stackrel{+4}{C}{O}_2\uparrow +\stackrel{+2}{Mn}S{O}_4+K_{2}S{O}_4+H_{2}O$

Chất khử: H₂C₂O₂

Chất oxi hóa: KMnO₄

Bước 2: Quá trình oxi hóa: $2\stackrel{+1}{C}\to 2\stackrel{+4}{C}+6e$

Quá trình khử: $\stackrel{+7}{Mn}+5e\to \stackrel{+2}{Mn}$

Bước 3:

$\begin{array}{c}5\times \\ 6\times \end{array}\left|\begin{array}{l}2\stackrel{+1}{C}\to 2\stackrel{+4}{C}+6e\\ \stackrel{+7}{Mn}+5e\to \stackrel{+2}{Mn}\end{array}\right.$

Bước 4:

5H₂C₂O₂ + 6KMnO₄ + 9H₂SO₄ → 10CO₂↑ + 6MnSO₄ + 3K₂SO₄ + 14H₂O

Bài 3 trang 79 Hóa học 10: Có nhiều hiện tượng xảy ra xung quanh ta, em hãy nêu hai phản ứng oxi hóa - khử gắn liền với cuộc sống hàng ngày và lập phương trình hóa học của các phản ứng đó bằng phương pháp thăng bằng electron.

Lời giải:

1. Phản ứng đốt methane – thành phần chính trong khí biogas:

CH₄ + O₂ $\stackrel{t°}{\to }$ CO₂ + H₂O

Bước 1: $\stackrel{-4}{C}{\stackrel{+1}{H}}_4+{\stackrel{0}{O}}_2\stackrel{t°}{\to }\stackrel{+4}{C}{\stackrel{-2}{O}}_2+{\stackrel{+1}{H}}_2\stackrel{-2}{O}$

Chất khử: CH₄

Chất oxi hóa: O₂

Bước 2: Quá trình oxi hóa: $\stackrel{-4}{C}\to \stackrel{+4}{C}+8e$

Quá trình khử: $\stackrel{0}{O_2}+4e\to 2\stackrel{-2}{O}$

Bước 3:

$\begin{array}{c}1\times \\ 2\times \end{array}\left|\begin{array}{l}\stackrel{-4}{C}\to \stackrel{+4}{C}+8e\\ \stackrel{0}{O_2}+4e\to 2\stackrel{-2}{O}\end{array}\right.$

Bước 4: CH₄ + 2O₂ $\stackrel{t°}{\to }$ CO₂ + 2H₂O

2. Phản ứng đốt cháy than để đun nấu:

C + O₂ $\stackrel{t°}{\to }$CO₂

Bước 1: $\stackrel{0}{C}+{\stackrel{0}{O}}_2\stackrel{t°}{\to }\stackrel{+4}{C}{\stackrel{-2}{O}}_2$

Chất khử: C

Chất oxi hóa: O₂

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: $\stackrel{0}{C}\to \stackrel{+4}{C}+4e$

Quá trình khử: $\stackrel{0}{O_2}+4e\to 2\stackrel{-2}{O}$

Bước 3:

$\begin{array}{c}1\times \\ 1\times \end{array}\left|\begin{array}{l}\stackrel{0}{C}\to \stackrel{+4}{C}+4e\\ \stackrel{0}{O_2}+4e\to 2\stackrel{-2}{O}\end{array}\right.$

Bước 4: C + O₂ $\stackrel{t°}{\to }$ CO₂

Bài 4 trang 79 Hóa học 10: Viết phương trình hóa học của phản ứng điều chế muối zinc chloride (ZnCl₂) bằng một phản ứng oxi hóa - khử và một phản ứng không phải là phản ứng oxi hóa - khử.

Lời giải:

- Phản ứng oxi hóa - khử:

Zn + Cl₂ → ZnCl₂

- Phản ứng không phải là oxi hóa khử:

Zn(OH)₂ + 2HCl → ZnCl₂ + 2H₂O

Bài 5 trang 79 Hóa học 10: Nhiên liệu rắn dành cho tên lửa tăng tốc của tàu vũ trụ con thoi là hỗn hợp gồm ammonium perchlorate (NH₄ClO₄) và bột nhôm. Khi được đốt đến trên 200^oC, ammonium perchlorate nổ theo phản ứng sau:

NH₄ClO₄ $\stackrel{{200}^{o}C}{\to }$N₂↑ + Cl₂↑ + O₂↑ + H₂O↑

Lập phương trình hóa học của phản ứng bằng phương pháp thăng bằng electron.

Lời giải:

Bước 1: $\stackrel{-3}{N}{H}_4\stackrel{+7}{Cl}{\stackrel{-2}{O}}_4\stackrel{{200}^{o}C}{\to }{\stackrel{0}{N}}_2+{\stackrel{0}{Cl}}_2+{\stackrel{0}{O}}_2+H_{2}O$

NH₄ClO₄ vừa là chất khử vừa là chất oxi hóa.

Bước 2: Quá trình oxi hóa:

$\left.\begin{array}{l}2\stackrel{-3}{N}\to {\stackrel{0}{N}}_2+6e\\ 4\stackrel{-2}{O}\to 2{\stackrel{0}{O}}_2+8e\end{array}\right\}+14e$

Quá trình khử:

$2\stackrel{+7}{Cl}+14e\to {\stackrel{0}{Cl}}_2$

Bước 3:

$\begin{array}{c}1\times \\ \begin{array}{l}\\ \\ 1\times \end{array}\end{array}\left|\begin{array}{l}\left|\left.\begin{array}{l}2\stackrel{-3}{N}\to {\stackrel{0}{N}}_2+6e\\ 4\stackrel{-2}{O}\to 2{\stackrel{0}{O}}_2+8e\end{array}\right\}+14e\right.\\ 2\stackrel{+7}{Cl}+14e\to \stackrel{0}{C{l}_2}\end{array}\right.$

Bước 4:

2NH₄ClO₄ $\stackrel{{200}^{o}C}{\to }$N₂ + Cl₂ + 2O₂ + 4H₂O

Lý thuyết Phản ứng oxi hóa – khử và ứng dụng trong cuộc sống

I. Số oxi hóa

1. Tìm hiểu về số oxi hóa

- Số oxi hóa của một nguyên tử trong phân tử là điện tích của nguyên tử nguyên tố đó nếu giả định cặp electron chung thuộc hẳn về nguyên tử của nguyên tố có độ âm điện lớn hơn.

Ví dụ: Giả định nếu cặp electron chung trong hợp chất cộng hóa trị HCl lệch hẳn về phía nguyên tử Cl khi đó có thể coi Cl nhận 1 electron và H nhường 1 electron.

⇒ Cl mang điện tích -1 và H mang điện tích +1.

⇒ Ta nói số oxi hóa của Cl là -1, của H là +1.

- Cách biểu diễn số oxi hóa: Số oxi hóa được đặt ở phía trên kí hiệu nguyên tố.

Ví dụ: $\stackrel{+1}{\mathrm{H}}\stackrel{-1}{\mathrm{Cl}};\stackrel{+2}{\mathrm{Mg}}\stackrel{-2}{\mathrm{O}}...$

2. Xác định số oxi hóa của nguyên tử các nguyên tố trong hợp chất

Quy tắc xác định số oxi hóa của nguyên tử các nguyên tố trong hợp chất

- Quy tắc 1: Số oxi hóa của nguyên tử trong các đơn chất bằng 0.

Ví dụ: ${\stackrel{0}{\mathrm{H}}}_2;{\stackrel{0}{\mathrm{O}}}_2;\stackrel{0}{\mathrm{Mg}}...$

- Quy tắc 2: Trong một phân tử, tổng số oxi hóa của các nguyên tử bằng 0.

Ví dụ: Tổng số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử NH₃ là: (-3) × 1 + 3 × (+1) = 0.

- Quy tắc 3: Trong các ion, số oxi hóa của nguyên tử (đối với ion đơn nguyên tử) hay tổng số oxi hóa các nguyên tử (đối với các ion đa nguyên tử) bằng điện tích của ion đó.

Ví dụ: Số oxi hóa của nguyên tử Na trong ion Na⁺ là +1.

Trong ion HSO₄^- tổng số oxi hóa của các nguyên tử: 1.(+1) + 1.(+6) + 4.(-2) = -1

- Quy tắc 4: Trong đa số các hợp chất, số oxi hóa của hydrogen là +1, trừ các hydride kim loại như NaH, CaH₂ …. Số oxi hóa của oxygen bằng -2, trừ OF₂ và các peroxide; superoxide (như H₂O₂; Na₂O₂; KO₂ …). Kim loại kiềm (nhóm IA) luôn có số oxi hóa +1; kim loại kiềm thổ (nhóm IIA) có số oxi hóa +2. Nhôm có số oxi hóa +3. Số oxi hóa của các nguyên tử nguyên tố fluorine trong các hợp chất bằng -1.

II. 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 hay phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tử trong phân tử.

- Chất khử (hay chất bị oxi hóa) là chất nhường electron hay chất có số oxi hóa tăng lên sau phản ứng.

- Chất oxi hóa (hay chất bị khử) là chất nhận electron hay chất có số oxi hóa giảm xuống sau phản ứng.

- Quá trình oxi hóa (sự oxi hóa) là quá trình nhường electron.

- Quá trình khử (sự khử) là quá trình nhận electron.

- Trong phản ứng oxi hóa – khử luôn xảy ra đồng thời sự oxi hóa và sự khử.

Ví dụ: Xét phương trình hóa học: ${\mathrm{H}}_2\stackrel{-2}{\mathrm{S}}+{\stackrel{0}{\mathrm{Br}}}_2\to 2\mathrm{H}\stackrel{-1}{\mathrm{Br}}+\stackrel{0}{\mathrm{S}}$

+ ion S^2- nhường electron (số oxi hóa tăng) nên là chất khử.

+ Br nhận electron nên là chất oxi hóa.

+ Quá trình nhường electron là quá trình oxi hóa: $\stackrel{-2}{\mathrm{S}}\to \stackrel{0}{\mathrm{S}}+2\mathrm{e}$

+ Quá trình nhận electron là quá trình khử: ${\stackrel{0}{\mathrm{Br}}}_2+2\mathrm{e}\to 2\stackrel{-1}{\mathrm{Br}}$

Chú ý:

+ Chất oxi hóa mạnh thường là các hợp chất chứa nguyên tử của các nguyên tố có số oxi hóa cao (như $\stackrel{+7}{\mathrm{Mn}}{\mathrm{O}}_4^{-};\stackrel{+6}{\mathrm{Cr}}{\mathrm{O}}_3;{\stackrel{+6}{\mathrm{Cr}}}_2{\mathrm{O}}_7^{2-};...$) hoặc đơn chất của các nguyên tố có độ âm điện lớn (như F₂, O₂, Cl₂, Br₂, …)

+ Chất khử mạnh thường là các hợp chất chứa nguyên tử của các nguyên tố có số oxi hóa thấp (như ${\mathrm{H}}_2\stackrel{-2}{\mathrm{S}};\mathrm{K}\stackrel{-1}{\mathrm{I}};\mathrm{Na}\stackrel{-1}{\mathrm{H}};...$) hoặc đơn chất kim loại (như kim loại kiềm, kiềm thổ, …)

+ Chất chứa nguyên tử của nguyên tố có số oxi hóa trung gian (như ${\mathrm{H}}_2{\stackrel{-1}{\mathrm{O}}}_2;\stackrel{+4}{\mathrm{S}}{\mathrm{O}}_2;\stackrel{+2}{\mathrm{N}}\mathrm{O};...)$thì tùy thuộc vào điều kiện phản ứng (tác nhân và môi trường) mà thể hiện tính khử hoặc tính oxi hóa hoặc cả hai (vừa tính oxi hóa, vừa tính khử hay tự oxi hóa – khử).

III. Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử

- Có nhiều phương pháp lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử. Phương pháp thông dụng hiện nay là thăng bằng electron.

- Nguyên tắc:

Tổng số electron chất khử nhường = Tổng số electron chất oxi hóa nhận.

- Các bước lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa - khử theo phương pháp thăng bằng electron:

+ Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa trong phản ứng, từ đó xác định chất oxi hóa, chất khử.

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

+ Bước 3: Xác định (và nhân) hệ số thích hợp vào các quá trình sao cho tổng số electron do chất khử nhường bằng tổng số electron chất oxi hóa nhận.

+ Bước 4: Đặt các hệ số vào sơ đồ phản ứng. Cân bằng số lượng nguyên tử các nguyên tố còn lại.

Ví dụ:

Lập phương trình hóa học của phản ứng KMnO₄ + HCl → KCl + MnCl₂ + Cl↑ + H₂O theo phương pháp thăng bằng electron.

Bước 1: $\stackrel{}{\mathrm{K}}\stackrel{+7}{\mathrm{Mn}}{\stackrel{}{\mathrm{O}}}_4+\stackrel{}{\mathrm{H}}\stackrel{-1}{\mathrm{Cl}}\to \stackrel{}{\mathrm{K}}\stackrel{}{\mathrm{Cl}}+\stackrel{+2}{\mathrm{Mn}}{\stackrel{}{\mathrm{Cl}}}_2+{\stackrel{0}{\mathrm{Cl}}}_2+{\stackrel{}{\mathrm{H}}}_2\stackrel{}{\mathrm{O}}$

Chất khử: HCl

Chất oxi hóa: KMnO₄

Bước 2:

Quá trình oxi hóa: $2\stackrel{-1}{\mathrm{Cl}}\to {\stackrel{0}{\mathrm{Cl}}}_2+2\mathrm{e}$

Quá trình khử: $\stackrel{+7}{\mathrm{Mn}}+5\mathrm{e}\to \stackrel{+2}{\mathrm{Mn}}$

Bước 3:

$\begin{array}{c}2\times \\ 5\times \end{array}|\begin{array}{l}\stackrel{+7}{\mathrm{Mn}}+5\mathrm{e}\to \stackrel{+2}{\mathrm{Mn}}\\ 2\stackrel{-1}{\mathrm{Cl}}\to {\stackrel{0}{\mathrm{Cl}}}_2+2\mathrm{e}\end{array}$

Bước 4: 2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O

IV. Ý nghĩa của phản ứng oxi hóa – khử

- Một số phản ứng oxi hóa – khử quan trọng gắn liền với cuộc sống như sự cháy của than, củi; sự cháy của xăng, dầu trong các động cơ đốt trong; các quá trình điện phân; các phản ứng xảy ra trong pin, ắc quy …

- Một số phản ứng oxi hóa – khử là cơ sở của quá trình sản xuất trong các ngành công nghiệp nặng; sản xuất các hóa chất cơ bản; sản xuất phân bón; thuốc bảo vệ thực vật; dược phẩm …

Xem thêm lời giải bài tập Hóa học lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 1: Nhập môn Hóa học

Bài 2: Thành phần của nguyên tử

Bài 3: Nguyên tố hóa học

Bài 4: Cấu trúc lớp vỏ electron của nguyên tử

Bài 5: Cấu tạo bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Xem thêm tài liệu Hóa học lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 12: Phản ứng oxi hóa – khử và ứng dụng trong cuộc sống