Phản ứng oxi hóa- khử (Oxid hóa - khử) | Khái niệm hoá học

1. Định nghĩa:

Phản ứng oxi hóa khử là phản ứng trong đó nguyên tử hay ion này nhường điện tử cho nguyên tử hay ion khác.
Hay: Phản ứng oxi hóa khử là phản ứng trong đó có sự cho, nhận điện tử; Hay: Phản ứng oxi hóa khử là phản ứng trong đó có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố.
Thí dụ:

1.Zn + CuSO₄   à ZnSO₄ + Cu

0                +2         +2            0
Zn     +   Cu²⁺   à Zn²⁺  +  Cu

2.Fe   +     2HCl     à FeCl₂   +   H₂­

0              +1             +2         0
Fe    +      2H⁺   à Fe²⁺ +     H_2­

     0             0                 +3 -2
3. 2Al +   3/2O₂    à   Al₂O₃
Khác với phản ứng trao đổi, trong các phản ứng oxi hóa - khử có sự chuyển một phần hoặc hoàn toàn electron từ nguyên tố này sang nguyên tố khác. Chất có nguyên tố thu electron (giảm số oxi hóa) được gọi là chất oxi hóa và chất có nguyên tố mất electron (Tăng số oxi hóa) được gọi là chất khử. Trong các phản ứng oxi hóa - khử đã được lấy ví dụ ở trên, chất oxi hóa là CuSO₄; HCl; O₂; và chất khử là Zn, Fe, Al... Qúa trình làm tăng số oxi hóa của một nguyên tố trong một chất nào đó gọi là quá trình oxi hóa chất đó và quá trình làm giảm số oxi hóa gọi là quá trình khử.

Những chất oxi hóa điển hình là những đơn chất mà nguyên tử của chúng có độ âm điện lớn như các nguyên tố nhóm VIIA và nhóm VIA, ví dụ như clo, oxi, lưu huỳnh; những hợp chất chứa nguyên tố có số oxi hóa cao như HNO₃; K₂CrO₇; KMnO₄; PbO₂;... những chất khử điển hình là những đơn chất mà nguyên tử của chúng có độ âm điện bé nhất như các kim loại kiềm và kiềm thổ, những anion đơn như I^-; S^2-... những anion chứa nguyên tố có oxi hóa trung gian như SO₃; (S có số oxi hóa +4); NO₂^- (N có số oxi hóa +3) những cation đơn có oxi hóa thấp như Sn²⁺; Fe²⁺ và một số chất ở nhiệt độ cao như C, H₂, CO, Al.

2. Cân bằng phản ứng oxi hóa khử theo phương pháp thăng bằng electron

 Muốn lập nhanh và đúng phương trình của các phản ứng oxi hóa - khử ta cần phải làm theo các bước sau đây:

a. Biết công thức của chất phản ứng và sản phẩm phản ứng để viết sơ đồ của phản ứng. Ví dụ như khi cho mangan ddioxxit (MnO₂) tác dụng với axit clohidric (HCl) tạo nên khí clo (Cl₂) và muối mangan clorua (MnCl₂), sơ đồ phản ứng là

MnO₂ + HCl $\to$MnCl₂ + Cl₂ 

b. Xác định chất oxi hóa và chất khử, muốn vậy cần xác định số oxi hóa của tất cả các nguyên tố trong phản úng để biết nguyên tố nào biến đổi số oxi hóa:

ở đây hai nguyên tố biến đổi số oxi hóa là Mn (+4 xuống +2) và Cl (-1 lên 0). Do đó MnO2 là chất oxi hóa và HCl là chất khử

c. Tính số electron mà mỗi phân tử của chất oxi hóa thu và mỗi phân tử của chất khử mất

d. Tìm các hệ số chính của phương trình phản ứng, nghĩa là các hệ số của chất oxi hóa và của chất khử. Tất nhiên tổng số electron chất khử mất phải bằng tổng số electron chất oxi hóa nhận. Tổng số electron tối thiểu trong phản ứng này là 2 nên hệ số chính là 1 và 2 nghĩa là 1 phân MnO₂ thu electron của 2 phân tử HCl

e. Kiểm tra số nguyên tử của mỗi nguyên tố (Trừ H và O) ở trong các chất của phản ứng. Trong phản ứng này, nhận thấy ở vế bên trái chỉ có 2 nguyên tử HCl mà ở bên phải có 4 nguyên tử Cl. Như vậy ở vế bên trái còn thiếu 2 phân tử HCl

Cần chú ý: trong các phản ứng oxi hóa - khử, ngoài chất khử và chất oxi hóa, tham gia vào phản ứng còn có thêm môi trường. Môi trường của phản ứng oxi hóa - khử có thể là nước hoặc axit hoặc chất kiềm. Trong trường hợp này, môi trường là HCl, nghĩa là 2 phân tử HCl làm nhiệm vụ của chất khử 2 phân tử HCl khác làm nhiệm vụ của môi trường.

g. Kiểm tra số nguyên tử H. Ở đây nhận thấy ở vế bên trái có 4 nguyên tử H và vế bên phải không có nguyên tử H nào cả, như vậy ở vế bên phải thiếu 4 nguyên tử H. Từ đó suy ra rằng ngoài hai sản phẩm phản ứng là MnCl₂ và Cl₂ còn có các phân tử H₂O

h. Sau cùng kiểm tra số nguyên tử O ở hai vế, nếu chúng bằng nhau thì phương trình phản ứng đã lập đúng và mũi tên trong sơ đồ được thay bằng dấu bằng. Ở đây số nguyên tử O ở hai vế đều bằng 2, nghĩa là ta có phương trình

MnO₂ + 4HCl = MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O