Bài giảng Hóa vô cơ - Chương 4: Phản ứng oxi hóa

Chương IV.

PHẢN ỨNG OXY HÓA - KHỬ

I. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

II. CÁ C YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI KHẢ

NĂNG OXY HÓA VÀ KHỬ

III. ĐỘ BỀN VÀ KHẢ NĂNG THAM GIA

PHẢN ỨNG OXY HÓA - KHỬ CỦA CÁC

CHẤT CÓ NHIỀU SỐ OXY HÓA

I. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1. Cặp oxi hóa - khử liên hợp

a. Định nghĩa

b. Sự tương đồng giữa phản ứng oxy hóa -

khử và phản ứng axit – baz

2. P.ứng OXH – K và quá trình điện cực

a. Phản ứng điện hóa

b. Phản ứng điện cực và phương trình Nernts

a. Định nghĩa

• Chất oxy hóa - nhận e. Chất khử - cho e

+ne

aOXH₁+ bKh₂⇌ cKh₁+ dOXH₂(1)

-ne

• Quá trình khử:

aOXH₁+ ne ⇌ cKh₁

Quá trì nh oxy hó a: bKh₂– ne ⇌ dOXH₂

• Các chất oxy hóa và khử trong mỗi bán phản

ứng tạo thành một cặp OXH - K liên hợp.

[Kh ]^c[OXH₂]^d

1

• Phản ứng_K(1)₌có hằng số cân bằng:

cb

[OXH₁]^a[Kh₂]^b

b. Sự tương đồng giữa phản ứng

oxy hó a - khử và phản ứng axit – baz

• Phản ứng axit – baz:

- nH⁺

aAx₁+ bBaz₂⇌ cBaz₁+ dAx₂

K_a, K_b

+ nH⁺

• Phản ứng oxy hóa - khử:

+ne

_O⁰_{XH / Kh}

aOXH₁+ bKh₂⇌ cKh₁+ dOXH₂

-ne

a. Phản ứng điện hóa

• Pư OXH – K: Chất khử - e trực tiếp cho chất OXH.

• Pư điện hóa: các chất OXH và khử trao đổi electron

với các điện cực tương ứng.

• 1 pư OXH – K ⇌ 1 quá trình điện cực

• Pư OXH – K thuận ⇌ qt trong ngtố Ganv:

✓ quá trì nh tự diễn ra,

✓ hóa năng → điện năng.

✓ E = φ₊- φ_-.

• Pư OXH – K nghịch ⇌ qt trong bình điện phâ n:

✓ qt cưỡng bức

✓ điện năng → hóa năng.

✓ E_ngoai> - E_Ganv.

b. Phản ứng điện cực và pt Nernst

• Phương trình Nernst:

RT OXH

 =  ⁰+ ln

nF Kh

0.059 OXH

lg

 =  ⁰+

n

Kh

• Quy ước về dấu của φ (theo châu Mỹ): nói lên KN

xảy ra của qt điện cực. ∆G = - nFE

• Phản ứng được xét là phản ứng khử.

• Nếu qt khử xảy ra trên điện cực: φ > 0.

Nếu qt khử không xảy ra trên điện cực): φ < 0.

• Ví dụ: Zn²⁺+ 2e → Zn φ⁰= -0.763V

Cu²⁺+ 2e → Cu φ⁰= +0.337V

• φ: tí nh OXH ; tính khử 

II. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI

KHẢ NĂNG OXY HÓA VÀ KHỬ

1. Ảnh hưởng của nồng độ

2. Ảnh hưởng của phản ứng tạo phức và

tạo tủa

3. Ảnh hưởng của pH

1. Ảnh hưởng của nồng độ

0.059 [OXH]

lg

n [Kh]

 = ⁰+

• Khi ^{[OXH ]}, φ : tính oxy hóa của dạng oxy

[Kh]

hó a , tính khử của dạng khử .

[OXH ]

• Khi , φ : tính oxy hóa của dạng oxy

[Kh]

hó a  , tính khử của dạng khử .

2. Ảnh hưởng của phản ứng tạo

phức và tạo tủa

0.059 [OXH]

 = ⁰+

lg

n

[Kh]

• AgAgNO₃1M φ⁰= 0.80V

⁰_Ag₊_,CN₋_{/ Ag}= −0,44

Ag⁺+ 2CN⁻[Ag(CN)₂]⁻

⁰_{AgI/ Ag}= −0.152V

Ag⁺+ I ⁻→ AgI

3. Ảnh hưởng của pH

• aOXH + sH⁺+ ne ⇌ cKh + H₂O

0.059 [OXH]^a[H ⁺]^s

0.059s

0.059 [OXH]^a

 = ⁰+

lg

= ⁰−

pH +

lg

[Kh]^c

n

ClO₃⁻+ 6H ⁺+ 6e → Cl⁻+ 3H₂O

• Ví dụ

[ClO₃⁻][H ⁺]⁶

[ClO₃⁻]

[Cl⁻]

0.059

6

0.095

6

 = ⁰+

lg

= ⁰− 0.059pH +

lg

[Cl⁻]



pH

III. ĐỘ BỀN VÀ KN THAM GIA PƯ OXH - K

CỦA CÁC CHẤT CÓ NHIỀU SỐ OXH

1. Một số quy tắc xác định số oxi hóa bền

của nguyên tố

2. Tí nh oxy hó a - khử và độ bền của các

chất

3. Giản đồ Latimer

4. Tiêu chuẩn đánh giá khả năng phản ứng

của các chất

5. Sự ổn định của các chất oxy hóa và chất

khử trong dung dịch nước.

1. Một số quy tắc xác định số oxi

hóa bền của nguyên tố

a. Số oxi hoá không

b. Các nguyên tố họ s

c. Các nguyên tố họ p

d. Các nguyên tố họ d

e. Các nguyên tố họ f

a. Số oxi hóa không

• Kim loại mạnh và phi kim mạnh có mức oxi

hóa không kém bền

• Kim loại càng yếu, phi kim càng yếu: mức oxi

hóa không càng bền.

• Các nguyên tố lưỡng tính đều có mức oxi

hóa không bền

b. Các nguyên tố họ s (QT5)

• Các nguyên tố họ s chỉ có một số oxi hóa

dương bền vững trùng với số thứ tự của

phâ n nhó m.

• Riêng H có hai số oxi hóa +1 và -1 nhưng số

oxi hóa +1 là bền vững hơn hẳn số oxi hóa

-1.

c. Các nguyên tố họ p

• (QT1) Nguyên tắc chẵn lẻ của Mendeleev.

• (QT2) Các mức oxi hóa có cấu hình bão hòa

hoặc bán bão hòa một lớp/phân lớp bền hơn

hẳn.

• (QT3) Trong một chu kỳ từ trái qua phải số

oxi hóa dương cao nhất của các nguyên tố

kém bền dần.

• (QT4) Trong một phân nhóm số oxi hóa

dương cao nhất của nguyên tố chu kỳ IV <<

chu kỳ III; chu kỳ VI << chu kỳ V.

d. Các nguyên tố họ d (QT6)

• Trong một chu kỳ từ trái qua phải các mức

oxi hóa dương cao nhất kém bền vững dần.

✓ Đối với các ngtố d sớm, tất cả các e đều có thể

tham gia tạo liên kết

✓ Đối với các ngtố d muộn, chỉ một số e (n - 1)d

tham gia tạo liên kết

• Trong một phân nhóm từ trên xuống các

mức oxi hóa dương cao nhất bền vững dần.

e. Các nguyên tố họ f

• Mức oxi hóa bền nhất của các nguyên

tố họ f là +2

2. Tí nh OXH - K và độ bền các chất

• NĐ: hệ  bền khi E min.

• Tính oxi hóa của một chất phụ thuộc vào:

✓Đặc điểm cấu tạo :

Ví dụ: Cl 3s²3p⁵có tí nh OXH >.

Cl^-3s²3p⁶bền hơn

✓Trạng thái oxi hóa của các chất.

Ví dụ: ½ Cl₂+ 1e → Cl^-khó hơn

Cl + 1e → Cl^-dễ hơn → OXH > Cl₂

✓Độ bền liên kết của các nguyên tử trong hợp chất

_⁰

= −1,09V

Ví dụ: [Cd(CN)₄]^2-K_b= 10^17.1

Cd

(

CN

)

₄²⁻/ Cd

[Cd(NH₃)₄]²⁺K_b= 10^6.5

_⁰

= −0,61V

Cd

(

NH₃

)

₄



²⁺/ Cd

✓Môi trường tiến hành phản ứng.

3. Giản đồ Latimer

Ví dụ: giản đồ Latimer của Mn:

• Trong môi trường axit (pH = 0):

+1,51

MnO⁻₄⎯⁺⎯⁰⎯^,56→MnO₄²⁻⎯⁺⎯²⎯^,26→MnO₂⎯⁺⎯⁰⎯^,95→Mn³⁺⎯⁺⎯¹⎯^,51→Mn²⁺⎯⁻⎯¹⎯^,18→Mn

+1,7

+1,23

• Trong môi trường baz (pH = 14):

MnO⁻₄⎯⁰⎯⎯^,56→MnO²₄⁻⎯⁰⎯⎯^,60→MnO ₂⎯⁰⎯^,15→Mn(OH)₃⎯⁻⎯⁰⎯^,25→Mn(OH)₂⎯⁻⎯¹⎯^,55→Mn

-0,59

-0,025

4. Tiêu chuẩn đánh giá khả năng

phản ứng của các chất

a. Sử dụng các hàm nhiệt động

G = H - TS

b. Đối với phản ứng trong dung dịch nước

sử dụng thế khử tiêu chuẩn ở 25⁰C

G = – nFE < 0

E = φ₊– φ_-> 0 → φ₊> φ_-

Bài giảng Hóa vô cơ - Chương 4: Phản ứng oxi hóa - khử