Giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 15: Phản ứng oxi hóa – khử

Mở đầu trang 71 Hóa học 10: Trong là luyện gang, xảy ra phản ứng oxi hoá – khử theo sơ đồ sau:

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

Về bản chất, phản ứng oxi hóa – khử là gì, dựa vào dấu hiệu nào để nhận ra loại phản ứng đó? Làm thế nào để lập phương trình hóa học của phản ứng trên?

Lời giải:

- Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học xảy ra đồng thời quá trình nhường và quá trình nhận electron.

- Dấu hiệu để nhận biết phản ứng oxi hóa – khử là có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tử.

- Để lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử, ta áp dụng phương pháp thăng bằng electron. Nguyên tắc của phương pháp như sau:

“Tổng số electron chất khử nhường bằng tổng số electron chất oxi hóa nhận”

Phản ứng oxi hóa – khử: Fe₂O₃ + 3CO $\stackrel{t^o}{\to }$ 2Fe + 3CO₂

Có sự thay đổi số oxi hóa của các chất như sau: ${\stackrel{+3}{Fe}}_2{\stackrel{}{O}}_3+3\stackrel{+2}{C}O\stackrel{t°}{\to }2\stackrel{0}{Fe}+3\stackrel{+4}{C}{O}_2$

I. Số oxi hóa

Câu hỏi 1 trang 73 Hóa học 10: Xác định số oxi hóa của nguyên tử Fe và S trong các chất sau:

a) Fe, FeO, Fe₂O₃, Fe(OH)₃, Fe₃O₄.

b) S, H₂S, SO₂, SO₃, H₂SO₄, Na₂SO₃.

Lời giải:

a)

- Số oxi hóa của Fe đơn chất là 0

- Trong hợp chất $\stackrel{x}{Fe}\stackrel{-2}{O}$

Tổng số oxi hóa = x.1 + (-2).1 = 0 ⇒ x = +2

Vậy số oxi hóa của Fe trong hợp chất FeO là +2

- Trong hợp chất ${\stackrel{x}{Fe}}_2{\stackrel{-2}{O}}_3$

Tổng số oxi hóa = x.2 + (-2).3 = 0 ⇒ x = +3

Vậy số oxi hóa của Fe trong hợp chất Fe₂O₃ là +3

- Trong hợp chất $\stackrel{x}{Fe}{\left(\stackrel{-2}{O}\stackrel{+1}{H}\right)}_2$

Tổng số oxi hóa = x.1 + (-2).2 + (+1).2 = 0 ⇒ x = +2

Vậy số oxi hóa của Fe trong hợp chất Fe(OH)₂ là +2

- Trong hợp chất ${\stackrel{x}{Fe}}_3{\stackrel{-2}{O}}_4$

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

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

b)

- Số oxi hóa của đơn chất S là 0

- Trong hợp chất ${\stackrel{+1}{H}}_2\stackrel{x}{S}$

Tổng số oxi hóa = (+1).2 + x = 0 ⇒ x = -2

Vậy số oxi hóa của S trong hợp chất H₂S là -2

- Trong hợp chất $\stackrel{x}{S}{\stackrel{-2}{O}}_2$

Tổng số oxi hóa = x.1 + (-2).2 = 0 ⇒ x = +4

Vậy số oxi hóa của S trong hợp chất SO₂ là +4

- Trong hợp chất $\stackrel{x}{S}{\stackrel{-2}{O}}_3$

Tổng số oxi hóa = x.1 + (-2).3 = 0 ⇒ x = +6

Vậy số oxi hóa của S trong hợp chất SO₃ là +6

- Trong hợp chất ${\stackrel{+1}{H}}_2\stackrel{x}{S}{\stackrel{-2}{O}}_4$

Tổng số oxi hóa = (+1).2 + x.1 + (-2).4 = 0 ⇒ x = +6

Vậy số oxi hóa của S trong hợp chất H₂SO₄ là +6

- Trong hợp chất ${\stackrel{+1}{Na}}_2\stackrel{x}{S}{\stackrel{-2}{O}}_3$

Tổng số oxi hóa = (+1).2 + x.1 + (-2).3 = 0 ⇒ x = +4

Vậy số oxi hóa của S trong hợp chất Na₂SO₃ là +4

II. Chất oxi hóa, chất khử, phản ứng oxi hóa – khử

Hoạt động trang 73 Hóa học 10: Xác định chất oxi hoá, chất khử

Chuẩn bị: đinh sắt, dung dịch CuSO₄, dung dịch H₂SO₄ loãng, ống nghiệm.

Thực hiện:

Thí nghiệm 1: Cho đinh sắt vào ống nghiệm đựng dung dịch CuSO₄.

Thí nghiệm 2: Cho đinh sắt vào ống nghiệm đựng dung dịch H₂SO₄.

Quan sát hiện tượng và thực hiện yêu cầu sau:

1. Viết quá trình oxi hoá, quá trình khử.

2. Xác định chất oxi hoá, chất khử trong hai phản ứng trên.

Lời giải:

1. Viết quá trình oxi hoá, quá trình khử.

Thí nghiệm 1: Cho đinh sắt vào ống nghiệm đựng dung dịch CuSO₄.

$\stackrel{0}{Fe}+\stackrel{+2}{Cu}S{O}_4\to \stackrel{+2}{Fe}S{O}_4+\stackrel{0}{Cu}$

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

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

Thí nghiệm 2: Cho đinh sắt vào ống nghiệm đựng dung dịch H₂SO₄.

$\stackrel{0}{Fe}+{\stackrel{+1}{H}}_2\stackrel{}{S}{O}_4\to \stackrel{+2}{Fe}S{O}_4+{\stackrel{0}{H}}_2$

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

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

2. Xác định chất oxi hoá, chất khử trong hai phản ứng trên.

Thí nghiệm 1: Chất khử là Fe, chất oxi hóa là CuSO₄.

Thí nghiệm 2: Chất khử là Fe, chất oxi hóa là H₂SO₄.

Câu hỏi 2 trang 74 Hóa học 10: Trong không khí ẩm, Fe(OH)₂ màu trắng xanh chuyển dần sang Fe(OH)₃ màu nâu đỏ theo sơ đồ sau:

Fe(OH)₂ + O₂ + H₂O ⟶  Fe(OH)₃

a) Hãy xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hoá.

b) Viết quá trình oxi hoá, quá trình khử.

c) Dùng mũi tên biểu diễn sự chuyển electron từ chất khử sang chất oxi hóa.

Lời giải:

$\stackrel{+2}{Fe}{\left(OH\right)}_2+{\stackrel{0}{O}}_2+H_{2}O\to \stackrel{+3}{Fe}{\left(\stackrel{-2}{O}H\right)}_3$

a) Số oxi hóa của Fe tăng từ +2 lên +3.

Số oxi hóa của O (O₂) giảm từ 0 xuống -2.

b) Quá trình oxi hóa: $\stackrel{+2}{Fe}\to \stackrel{+3}{Fe}+1e$

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

c)

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

Câu hỏi 3 trang 75 Hóa học 10: Xét các phản ứng hóa học xảy ra trong công nghiệp:

a) Al(OH)₃ $\stackrel{t^o}{\to }$ Al₂O₃ + H₂O

b) C + CO₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ CO

Phản ứng nào là phản ứng oxi hóa – khử? Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử theo phương pháp thăng bằng electron.

Lời giải:

Phản ứng a) không là phản ứng oxi hóa – khử do không có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tử.

$\stackrel{+3}{Al}{\left(\stackrel{-2}{O}\stackrel{+1}{H}\right)}_3\stackrel{t°}{\to }{\stackrel{+3}{Al}}_2{\stackrel{-2}{O}}_3+{\stackrel{+1}{H}}_2\stackrel{-2}{O}$

Phản ứng b) là phản ứng oxi hóa – khử do có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tử.

$\stackrel{0}{C}+\stackrel{+4}{C}{\stackrel{-2}{O}}_2\stackrel{t^o}{\to } \stackrel{+2}{C}\stackrel{-2}{O}$

Đối với phản ứng b) C + CO₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ CO

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

Chất khử là C, chất oxi hóa là CO₂.

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

$\begin{array}{l}\stackrel{0}{C}\to \stackrel{+2}{C}+2e\\ \stackrel{+4}{C}+2e\to \stackrel{+2}{C}\end{array}$

Bước 3: Xác định hệ số

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

Bước 4: Cân bằng

C + CO₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ 2CO

IV. Phản ứng oxi hoá – khử trong thực tiễn

Câu hỏi 4 trang 76 Hóa học 10: Nêu một số phản ứng oxi hoá – khử có lợi và có hại trong thực tế.

Lời giải:

Một số phản ứng oxi hóa – khử có lợi trong thực tế:

- Phản ứng đốt cháy nhiên liệu (than đá, khí thiên nhiên, xăng, dầu, …) cung cấp năng lượng dưới dạng nhiệt dùng để đun nấu, sưởi ấm, chạy động cơ.

- Sản xuất hóa chất trong công nghiệp, ví dụ sản xuất sulfuric acid từ quặng pyrite.

- Phản ứng chuyển hóa các chất trong tự nhiên như chuổi phản ứng:

N₂ + O₂ $\stackrel{tialuadien}{\to }$ 2NO

2NO + O₂ → 2NO₂

4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃

HNO₃ tan vào nước mưa và chuyển hóa thành gốc nitrate (NO₃^-), cung cấp chất đạm cho cây lúa. Nhờ quá trình trên, hàng năm một lượng lớn phân đạm tự nhiên được bổ sung cho đất.

Một số phản ứng oxi hóa – khử có hại trong thực tế:

- Sự han gỉ kim loại.

Trong không khí ẩm, các vật dụng bằng thép vị oxi hóa tạo gỉ sắt.

4Fe + 3O₂ + xH₂O → 2Fe₂O₃.xH₂O

- Mưa axit ăn mòn các công trình xây dựng, tượng đài …

Lời giải:

1) S + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ SO₂

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

3) 2SO₂ + O₂ $\stackrel{t^o,xt}{\rightleftarrows }$ 2SO₃

4) SO₃ + H₂O ⟶ H₂SO₄

Trong các phản ứng trên, phản ứng (1), (2), (3) là phản ứng oxi hóa khử  do có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tử.

Câu hỏi 6 trang 76 Hóa học 10: Đèn xì oxygen – acetylene có cấu tạo gồm hai ống dẫn khí: một ống dẫn khí oxygen, một ống dẫn khí acetylene (Hình 15.1). Khi đèn hoạt động, hai khí này được trộn vào nhau để thực hiện phản ứng đốt cháy theo sơ đồ:

C₂H₂ + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ CO₂ + H₂O

Phản ứng toả nhiệt lớn, tạo ra ngọn lửa có nhiệt độ đạt đến 3 000°C nên được dùng dễ hàn cắt kim loại.

Hãy xác định chất oxi hóa, chất khử và lập phương trình hoá học của phản ứng trên theo phương pháp thăng bằng electron

Lời giải:

Phương trình hóa học của phản ứng:  ${\stackrel{-1}{C}}_2{\stackrel{+1}{H}}_2+{\stackrel{0}{O}}_2\stackrel{t^o}{\to } \stackrel{+4}{C}{\stackrel{-2}{O}}_2+{\stackrel{+1}{H}}_2\stackrel{-2}{O}$

⇒ Chất oxi hóa là O₂, chất khử là C₂H₂.

$\left.\begin{array}{l}\stackrel{}{2\times }\\ \stackrel{}{5\times }\end{array}\right|\left|\begin{array}{l}2\stackrel{-1}{C}\to 2\stackrel{+4}{C}+10e\\ {\stackrel{0}{O}}_2+4e\to 2\stackrel{-2}{O}\end{array}\right.$

⇒ 2C₂H₂ + 5O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ 4CO₂ + 2H₂O

Câu hỏi 7 trang 77 Hóa học 10: Trong quá trình luyện gang từ quặng chứa Fe₂O₃, ban đầu không khí nóng được nén vào lò cao, đốt cháy hoàn toàn than cốc kèm theo tỏa nhiệt mạnh:

C + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ CO₂

Khí CO₂ đi lên phía trên, gặp các lớp than cốc và bị khử thành CO:

CO₂ + C $\stackrel{t^o}{\to }$ CO

Tiếp đó, khí CO khử Fe₂O₃ thành Fe theo sơ đồ phản ứng tổng quát:

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

Lập các phương trình hóa học ở trên, chỉ rõ chất oxi hóa, chất khử.

Lời giải:

- Lập phương trình: C + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ CO₂

$\stackrel{0}{C}+{\stackrel{-2}{O}}_2 \stackrel{t^o}{\to }\stackrel{+4}{C}{O}_2$

⇒ Chất khử là C, chất oxi hóa là O₂.

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

⇒ C + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ CO₂

- Lập phương trình: CO₂ + C $\stackrel{t^o}{\to }$ CO

$\stackrel{0}{C}+\stackrel{+4}{C}{O}_2\stackrel{t^o}{\to } \stackrel{+2}{C}O$

⇒ Chất khử là C, chất oxi hóa là CO₂.

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

⇒ CO₂ + C $\stackrel{t^o}{\to }$ 2CO

- Lập phương trình: Fe₂O₃ + CO $\stackrel{t^o}{\to }$ Fe + CO₂

${\stackrel{+3}{Fe}}_2{\stackrel{-2}{O}}_3+\stackrel{+2}{C}\stackrel{-2}{O} \stackrel{t^o}{\to }\stackrel{0}{Fe}+\stackrel{+4}{C}{\stackrel{-2}{O}}_2$

⇒ Chất khử là CO, chất oxi hóa là Fe₂O₃.

$\left.\begin{array}{l}\stackrel{}{3\times }\\ \stackrel{}{1\times }\end{array}\right|\left|\begin{array}{l}\stackrel{+2}{C}\to \stackrel{+4}{C}+2e\\ 2\stackrel{+3}{Fe}+6e\to 2\stackrel{0}{Fe}\end{array}\right.$

⇒ Fe₂O₃ + 3CO $\stackrel{t^o}{\to }$ 2Fe + 3CO₂