Bài giảng môn Hóa vô cơ - Chương 3: Phản ứng oxy hóa

Hoaù voâ cô

PHAÛN ÖÙNG

OXY HOÙA –

KHÖÛ

PHẢN ỨNG OXY HÓA – KHỬ

I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ PHẢN ỨNG OXY HÓA –

KHỬ

II. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH OXY

HÓA, KHỬ CỦA CÁC CHẤT

III. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THAM GIA PHẢN ỨNG

OXY HÓA – KHỬ CỦA CÁC CHẤT

IV. SỰ ỔN ĐỊNH CỦA CÁC CHẤT OXY HÓA VÀ

KHỬ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1. Định nghĩa phản ứng oxy hóa – khử

2. Cặp oxi hóa - khử liên hợp

a. Định nghĩa

b. Sự tương đồng giữa phản ứng oxy hóa - khử và phản ứng

axit – baz

3. Cân bằng phản ứng oxy hóa – khử

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

a. Phản ứng điện hóa

b. Phản ứng điện cực và phương trình Nernts

PHAÛN ÖÙNG OXY HOÙA - KHÖÛ

Ñònh nghóa: Phaûn öùng oxy hoùa - khöû laø

phaûn öùng trong ñoù coù söï chuyeån vaän

electron töø chaát khöû sang chaát oxy hoùa daãn

ñeán laøm thay ñoåi soá oxy hoùa cuûa caùc nguyeân

toá ñoùng vai troø chaát oxy hoùa vaø chaát khöû.

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 trình oxy hóa: bKh₂– ne ⇌ dOXH₂

• Các chất oxy hóa và khử trong mỗi bán phản ứng

tạo thành một cặp OXH - K liên hợp.

• Phản ứng (1) có hằng số cân bằng:

[Kh ]^c[OXH₂]^d

1

K_cb=

[OXH₁]^a[Kh₂]^b

b. Sự tương đồng giữa phản ứng oxy

hóa - 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 trình tự diễn ra,

✓ hóa năng → điện năng.

✓ E = φ₊- φ_-.

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

✓ 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 = - nF φ

• 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: tính OXH ; tính khử 

Trong moät phaûn öùng oxy hoùa- khöû luoân coù hai

quaù trình:

Quaù trình nhaän electron – quaù trình khöû

Ox₁+ e → Kh₁( S +2e → S^2-)

Chaát nhaän electron laø chaát oxy hoùa

Quaù trình nhöôøng electron – quaù trình oxy hoùa

Kh₂– e → Ox₂( Fe –2e → Fe²⁺)

Chaát nhöôøng electron laø chaát khöû

Keát hôïp hai quaù trình ñöôïc phaûn öùng oxy hoùa - khöû:

Ox₁+ Kh₂= Ox₂+ Kh₁( S + Fe → FeS )

Caëp oxy hoùa – khöû lieân hôïp

S/S^2-vaø Fe²⁺/Fe trong thí duï treân laø caùc caëp oxy hoùa -

khöû lieân hôïp

Nhaéc laïi: Caân baèng phaûn öùng O – K

Nguyeân taéc 1:

− Toång soá electron cho cuûa chaát khöû phaûi baèng

toång soá electron chaát oxy hoùa nhaän vaøo.

Caùc böôùc tieán haønh caân baèng.

− Böôùc 1: Xaùc ñònh söï thay ñoåi soá oxy hoùa cuûa caùc

chaát.

− Böôùc 2: Laäp phöông trình electron – ion, vôùi heä

soá sao cho ñuùng qui taéc treân.

− Böôùc 3: Thieát laäp phöông trình ion cuûa phaûn öùng.

− Böôùc 4: Caân baèng theo heä soá tæ löôïng.

Cân bằng phản ứng OXH – K (bỏ qua )

Môi trường

Lấy [O] từ MT

Đẩy [O] ra MT

Axit (H⁺, H₂O)

H₂O → [O] + 2H⁺[O] + 2H⁺→ H₂O

Trung tí nh(H₂O) H₂O → [O] + 2H⁺[O] + H₂O → 2OH^-

Baz (OH^-, H₂O) 2OH^-→ [O] + H₂O [O] + H₂O → 2OH^-

Ví duï:

Al + CuSO₄→ Al₂(SO₄)₃+ Cu

Al -3e → Al⁺³

Cu⁺²+ 2e → Cu

X2

X3

_______________________

→2Al + 3Cu⁺²= 2Al⁺³+ 3Cu

2Al + 3CuSO₄→ 2Al₂(SO₄)₃+ 3Cu

Nguyeân taéc 2:

− Ñoái vôùi phaûn öùng O – K xaûy ra trong moâi tröôøng

acid neáu daïng Ox cuûa chaát Ox coù chöùa nhieàu

nguyeân töû Oxy hôn daïng khöû cuûa noù thì phaûi theâm

H⁺vaøo veá traùi (daïng Ox) vaø theâm nöôùc vaøo veá

phaûi (daïng khöû).

− Neáu daïng khöû cuûa chaát Kh chöùa ít nguyeân töû Oxy

hôn daïng Ox cuûa noù thì theâm nöôùc vaøo veá traùi

(daïng Kh) vaø H⁺vaøo veá phaûi (daïng Ox).

Thieáu O beân naøo, theâm H₂O beân ñoù, beân kia theâm H⁺

Ví duï:

KMnO₄+ KNO₂+ H₂SO₄→ MnSO₄+ KNO + K₂SO₄+ H₂O

3

MnO⁻₄+ 5e → Mn⁺²

NO⁻₂− 2e → NO₃⁻

MnO₄⁻+5e+8H⁺→ Mn⁺²+ 4H₂O

X2

X5

NO₂⁻− 2e + H₂O → NO₃⁻+ 2H ⁺

2MnO⁻₄+ 5NO₂+ 6H⁺= 2Mn⁺+ 5NO₃⁻+ 3H₂O

 2KMnO₄+ 5KNO₂+ 3H₂SO₄= 2MnSO₄+ 5KNO₃+ K₂SO₄+ 3H₂O

Nguyeân taéc 3:

− Phaûn öùng O – K xaûy ra trong moâi tröôøng

base, neáu daïng Ox cuûa chaát Ox chöùa nhieàu

Oxy hôn daïng khöû thì phaûi theâm nöôùc vaøo veá

traùi, OH^-vaøo veá phaûi.

− Neáu daïng Kh cuûa chaát Kh chöùa ít Oxy hôn

daïng Ox cuûa noù thì phaûi theâm OH^-vaøo veá traùi,

nöôùc vaøo veá phaûi.

Thieáu O beân naøo theâm OH^-beân ñoù, beân kia laø H₂O.

Ví duï:

KClO₃+ CrCl₃+ KOH → K₂CrO₄+ KCl⁻+ H₂O

ClO₃⁻+ 6e + 3H₂O = Cl⁻+ 6OH⁻

X1

Cr⁺³−3e +8OH⁻= CrO₄⁻²+ 4H₂O

X2

ClO₃⁻+ 2Cr⁺³+10OH ⁻= Cl⁻+ 2CrO₄⁻²+5H₂O

KClO₃+ 2CrCl₃+10KOH = 7KCl+ 2K₂CrO₄+ 5H₂O

Nguyeân taéc 4:

− Phaûn öùng O-K trong moâi tröôøng trung tính.

Neáu daïng Ox cuûa chaát Ox chöùa nhieàu

nguyeân töû Oxy hôn daïng Kh cuûa noù thì phaûi

theâm nöôùc vaøo veá traùi, OH^-vaøo veá phaûi.

− Neáu daïng Kh cuûa chaát Kh chöùa ít nguyeân töû

Oxy hôn daïng Ox cuûa noù thì phaûi theâm nöôc

vaøo veá traùi, H⁺vaøo veá phaûi.

Theâm nöôùc veá traùi heát, veá phaûi: OH^-neáu

theâm e, H⁺neáu maát e.

Ví duï:

KMnO₄+ KNO₂+ H₂O → MnO₂+ KNO₃+ KOH

MnO⁻₄+ 3e + 2H₂O = MnO₂+ 4OH⁻

NO⁻₂− 2e + H₂O = NO₃⁻+ 2H⁺

X2

X3

2MnO₄⁻+3NO₂⁻+ 7H₂O = 2MnO₂+3NO₃⁻+8OH ⁻+ 6H ⁺

2MnO⁻₄+ 3NO₂⁻+ H₂O = 2MnO₂+ 3NO₃⁻+ 2OH⁻

 2KMnO₄+ 3KNO₂+ H₂O = 2MnO₂+ 3KNO₃+ 2KOH

III. Đánh giá khả năng tham gia phản

ứng oxy hóa – khử của các chất

1. Sử dụng các hàm nhiệt động hóa học

2. Thế khử và phương trình Nernst

3. Giản đồ Latimer

4. Giản đồ Frost

II. CAÙC YEÁU TOÁ AÛNH HÖÔÛNG ÑEÁN TÍNH

OXY HOÙA - KHÖÛ CUÛA CAÙC CHAÁT

Khaû naêng oxy hoùa – khöû cuûa chaát phuï thuoäc

caùc yeáu toá sau:

1- Ñaëc ñieåm caáu taïo lôùp voû electron vaø traïng

thaùi oxy hoùa cuûa nguyeân tö û. Theå hieän qua caáu

taïo baûng heä thoáng tuaàn hoaøn

2- Ñoä beàn vöõng cuûa chaát.

3- Moâi tröôøng tieán haønh phaûn öùng.

Bài giảng môn Hóa vô cơ - Chương 3: Phản ứng oxy hóa - khử