›
›

Giáo trình môn Hóa học vô cơ - Chương 4: Phản ứng oxy hóa - khử

Download
CHÖÔNG IV: PHAÛN ÖÙNG OXY HOÙA – KHÖÛ  
Daøn baøi: I. Moät soá khaùi nieäm  
– Ñònh nghóa  
– Caùc loaïi phaûn öùng oxy hoùa – khöû  
– Caùc phöông phaùp caân baèng phaûn öùng oxy hoùa – khöû  
II. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán tính oxy hoùa – khöû cuûa caùc chaát  
-
-
-
Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa nguyeân töû vaø traïng thaùi oxy hoùa cuûa nguyeân töû  
Ñoä beàn lieân keát cuûa nguyeân töû trong hôïp chaát  
Moâi tröôøng tieán haønh phaûn öùng  
III. Thöôùc ño khaû naêng phaûn öùng cuûa caùc chaát:  
Nhieät taïo thaønh tieâu chuaån vaø bieán thieân theá ñaúng aùp taïo thaønh tieâu chuaån cuûa chaát.  
Thöôùc ño khaû naêng töï xaûy ra cuûa phaûn öùng: Nhieät phaûn öùng vaø bieán thieân theá ñaúng  
aùp phaûn öùng.  
Phaûn öùng trong dung dòch nöôùc: Theá khöû vaø söùc ñieän ñoäng. Daõy Latimer. Söï oån ñònh  
cuûa caùc chaát oxy hoùa vaø chaát khöû trong dung dòch nöôùc.  
Yeâu caàu: Xaùc ñònh ñöôïc chaát ôû traïng thaùi oxy hoùa khöû maïnh vaø yeáu. Xaùc ñònh  
ñieàu kieän moâi tröôøng aûnh höôûng theá naøo ñeán tính chaát oxy hoùa – khöû cuûa chaát.  
I. Moät soá khaùi nieäm ( höôùng daãn töï ñoïc)  
1) Ñònh nghóa: Phaûn öùng oxy hoùa - khöû laø phaûn öùng trong ñoù coù xaûy ra söï thay  
ñoåi soá oxy hoùa cuûa moät hoaëc nhieàu nguyeân toá ñöùng trong thaønh phaàn cuûa chaát  
phaûn öùng.  
Trong moät phaûn öùng oxy hoùa- khöû luoân coù hai quaù trình:  
Quaù trình nhaän electron – quaù trình khöû  
Ox1 + e Kh1 ( S +2e S2-)  
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 )  
S/S2- , Fe2+/Fe laø caùc caëp oxy hoùa - khöû lieân hôïp.  
2) caùc loaïi phaûn öùng oxy hoùa - khöû  
a) Phaûn öùng giöõa caùc chaát oxy hoùa - khöû khaùc nhau  
b) Phaûn öùng oxy hoùa - khöû noäi phaân töû  
t  
AgNO3  
Ag + NO + O2  
Phaûn öùng oxy hoùa - khöû noäi phaân töû thöôøng laø phaûn öùng phaân huûy nhieät.  
c) Phaûn öùng töï oxy hoùa – khöû  
2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2  
3) Caân baèng phöông trình phaûn öùng oxy hoùa – khöû  
Ñieàu kieän thieát yeáu ñeå caân baèng: trong quaù trình oxy hoùa – khöû toång soá electron  
maø chaát khöû nhöôøng phaûi baèng toång soá electron maø chaát oxy hoùa nhaän.  
a) Phöông phaùp caân baèng electron  
Al + CuSO4 Cu + Al2(SO4)3  
-
-
Al –3e = Al3+  
x 2 = 6e  
Cu2+ + 2e = Cu x 3 = 6e  
3Al + 2CuSO4 = 2Cu + Al2(SO4)3  
b) Phöông phaùp caân baèng ion – electron  
Na2SO3 + KMnO4 + H2SO4 Na2SO4 + K2SO4 + MnSO4  
SO32- + 2H+ -2e SO42- + H2O  
x 5 = 10e  
x 2 = 10e  
-
MnO4 + 8H+ + 5e Mn2+ +4H2O  
5Na2SO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 5Na2SO4 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O  
Caùc baùn phaûn öùng laáy trong phaàn theá khöû trong caùc soå tay hoùa hoïc  
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:  
- Ñaëc ñieåm caáu taïo lôùp voû electron vaø traïng thaùi oxy hoùa cuûa nguyeân töû.  
- Ñoä beàn lieân keát cuûa nguyeân töû trong hôïp chaát.  
- Moâi tröôøng tieán haønh phaûn öùng.  
1) Ñaëc ñieåm caáu taïo lôùp voû electron vaø traïng thaùi oxy hoùa cuûa nguyeân töû  
Ñaëc ñieåm caáu taïo lôùp voû electron cuûa nguyeân töû theå hieän qua caáu taïo baûng heä  
thoáng tuaàn hoaøn. Caùc nguyeân toá s laø caùc kim loaïi maïnh (tröø berili), caùc halogen,  
oxy vaø nitô laø caùc phi kim loaïi maïnh.  
Tính kim loaïi giaûm nhanh trong chu kì töø traùi qua phaûi ñoái vôùi caùc nguyeân toá s vaø p  
vaø taêng daàn trong phaân nhoùm chính töø treân xuoáng döôùi.  
Ví duï:  
Ñoä aâm ñieän  
Li  
Be  
B
C
N
3
As  
2,0  
Cs  
O
F
3,95  
Br  
0,95 1,5  
K
0,8  
Li  
0,95 0,9  
Be  
1,5  
O
2,0  
Ga  
1,5  
K
0,8  
Ca  
1,0  
Se  
2,4  
2,5  
Ge  
1,8  
Rb  
0,8  
Sr  
1,0  
Te  
2,1  
3,5  
Se  
2,4  
Fr  
Ca  
1,0  
Na  
Ñoä aâm ñieän  
Ñoä aâm ñieän  
Ñoä aâm ñieän  
Ñoä aâm ñieän  
2,8  
0,75 0,7  
Mg  
1,2  
S
Ba  
0,9  
Po  
Ra  
0,9  
3,5  
2,5  
2,0  
Ñoái vôùi caùc nguyeân toá chuyeån tieáp, trong moät chu kì tính kim loaïi thay ñoåi khoâng  
ñeàu ñaën theo xu höôùng giaûm daàn töø traùi qua phaûi, trong moät phaân nhoùm phuï tính  
kim loaïi giaûm daàn töø treân xuoáng döôùi.  
Ví duï:  
ÑAÑ  
Sc  
ti  
V
Cr  
1,4  
W
Mn  
1,4  
Re  
1,8  
Fe  
1,7  
Os  
2
Co  
1,7  
Ir  
Ni  
1,8  
Pt  
Cu  
1,8  
Au  
2,3  
Zn  
1,5  
Hg  
1,8  
1,3  
La  
1,1  
1,6  
Hf  
1,4  
1,4  
Ta  
1,3  
ÑAÑ  
1,6  
2,1  
2,1  
Cr  
1,4  
Mo  
1,6  
W
1,6  
Fe  
1,7  
Ru  
2,0  
Os  
2,0  
ÑAÑ  
Ngoaïi leä: Phaân nhoùm IIIB & IVB:  
Sc  
Y
La  
Ti  
Zr  
Hf  
ÑAÑ  
1,3  
1,2  
1,1  
1,6  
1,5  
1,4  
Phaân nhoùm IIIA:  
B
2,0  
Al  
1,5  
Ga  
1,5  
In  
1,5  
Tl  
1,5  
ÑAÑ  
Nguyeân nhaân ngoaïi leä do taùc ñoäng cuûa caùc hieäu öùng co d vaø co f  
Ghi chuù: Coù theå xeùt tính kim loaïi vaø tính phi kim loaïi thoâng qua theá khöû cuûa chaát.  
Tuy nhieân caàn chuù yù raèng theá khöû cuûa kim loaïi trong dung dòch nöôùc phuï thuoäc  
nhieàu vaøo khaû naêng hidrat cuûa ion (khaû naêng phaân cöïc ion) vaø daïng toàn taïi cuûa  
ion.  
Do caáu taïo lôùp voû nguyeân töû, coù quy luaät veà soá oxy hoùa beàn cuûa caùc nguyeân toá.  
Nguyeân töû ôû möùc oxy hoùa keùm beàn coù xu höôùng chuyeån veà möùc oxy hoùa beàn. Neáu  
möùc oxy hoùa beàn cao hôn möùc oxy hoùa keùm beàn thì chaát coù tính khöû ñaëc tröng.  
Neáu möùc oxy hoùa beàn thaáp hôn möùc oxy hoùa keùm beàn thì chaát coù tính oxy hoùa  
ñaëc tröng. Neáu möùc oxy hoùa keùm beàn cuûa nguyeân töû naèm giöõa hai möùc oxy hoùa  
beàn hôn thì chaát coù caû tính oxy hoùa vaø tính khöû laø ñaëc tröng.  
Ví duï : H2S coù tính khöû ñaëc tröng vì möùc oxy hoùa 0 cuûa S khaù beàn hôn möùc oxy  
hoùa –2.  
HClO laø chaát oxy hoùa ñaëc tröng vì möùc oxy hoùa beàn cuûa Cl laø –1.  
Na2SO3 coù tính khöû vaø tính oxy hoùa ñaëc tröng vì möùc oxy hoùa +6 vaø 0 cuûa S  
ñaëc tröng hôn möùc oxy hoùa +4.  
Moãi nguyeân toá coù moät soá möùc oxy hoùa ñaëc tröng tuaân theo quy luaät caáu taïo lôùp voû  
electron. Nguyeân töû naèm ôû möùc oxy hoùa ngoaøi caùc möùc oxy hoùa ñaëc tröng coù khaû  
naêng oxy hoùa hay khöû heát söùc maïnh vaø hôïp chaát chöùa noù keùm beàn vöõng.  
Ví duï: clo coù caùc soá oxy hoùa ñaëc tröng sau: -1; 0; +1; +3; +5; +7. Hôïp chaát ClO2  
(Cl+4) laø chaát oxy hoùa raát maïnh vaø raát keùm beàn.  
9 quy taéc xaùc ñònh caùc soá oxy hoùa ñaëc tröng vaø beàn vöõng (töï ñoïc)  
2) Ñoä beàn lieân keát cuûa nguyeân töû trong hôïp chaát  
Ví duï: Xeùt ñoä beàn vöõng cuûa CoCl3 vaø K3[Co(NH3)6] trong dung dòch nöôùc  
Cho bieát theá khöû tieâu chuaån:  
o(V)  
+1,84  
+0,1  
1,229  
+0,401  
3+  
2+  
4-  
Co(H2O)6 + 1e = Co(H2O)6  
3-  
Co(NH3)6 .aq + 1e = Co(NH3)6  
O2(k) + 4H+.aq + 4e = 2H2O  
O2 (k) + 2H2O + 4e = 4OH-  
.aq  
Phaûn öùng :  
4Co3+ + 2H2O = 4Co2+ + O2(k) + 4H+ coù o = 1,84 – 1,229 = 0,511V  
Suy ra G298,pö  
=
-197,25 kJ . Phaûn öùng coù bieán thieân theá ñaúng aùp raát aâm neân xaûy  
ra deã daøng.Hôïp chaát coban(III) clorua nhanh choùng bò phaù huûy bôûi nöôùc.  
Phaûn öùng : 4Co(NH3)63+ +4 OH- = 4Co(NH3)64- + O2(k) + 2H2O  
coù o = 0,1 – 0,401 = -0,301V . Suy ra G298,pö = + 116,186 kJ. Phaûn öùng coù bieán  
thieân theá ñaúng aùp tieâu chuaån raát döông neân khoâng theå töï xaûy ra. Phöùc  
hexaammincoban(III) beàn trong dung dòch nöôùc.  
Ruùt ra, khaû naêng oxy hoùa – khöû khoâng nhöõng phuï thuoäc vaøo traïng thaùi oxy hoùa maø  
coøn phuï thuoäc raát lôùn vaøo moái lieân keát trong phaân töû.  
3) Moâi tröôøng tieán haønh phaûn öùng  
a) Moâi tröôøng laøm thay ñoåi lieân keát vôùi nguyeân töû chaát phaûn öùng  
Ví duï 1: Xeùt khaû naêng phaûn öùng cuûa FeCl3 vôùi KI trong moâi tröôøng acid vaø moâi tröôøng  
baz  
Cho bieát caùc giaù trò theá khöû vaø tích soá tan sau:  
o(V)  
0,77  
0,621  
-0,56  
pT  
37,5  
15,0  
Fe3+ + 1e = Fe2+  
Fe(OH)3  
Fe(OH)2  
I2(dd) + 2e = 2I-  
Fe(OH)3(r) + 1e = Fe(OH)2(r) + OH-  
Phaûn öùng 2Fe3+ + 2I- = I2(dd) + 2Fe2+ coù  = 0,77 – 0,621 = 0,149V, suy ra  
G298,pö = -28,757 kJ. Phaûn öùng töï xaûy ra thuaän nghòch.  
Phaûn öùng 2Fe(OH)3 (r) + 2I- = 2Fe(OH)2(r) + I2(dd) coù  = -0,56 – 0,621 = -1,181V,  
suy ra G298,pö = +227,933 kJ. Phaûn öùng naøy khoâng theå töï xaûy ra.  
Coù theå söû duïng bieåu thöùc Nernst tính gía trò theá khöû cuûa caëp Fe(OH)3/Fe(OH)2 trong  
moâi tröôøng kieàm nhôø o cuûa caëp Fe3+/Fe2+, caùc giaù trò tích soá tan cuûa saét (III) vaø  
saét(II) vaø giaù trò pH.  
b) Moâi tröôøng taùc duïng vôùi saûn phaåm taïo ñieàu kieän cho phaûn öùng xaûy ra deã daøng hôn  
(ñeå laïi)  
Ví duï 2: Giaûi thích taïi sao coù maët khí CO thì phaûn öùng clo hoùa oxyt kim loaïi xaûy ra deã  
daøng hôn?  
TiO2(r) + 2Cl2(k) = TiCl4(k) + O2(k)  
TiO2(r) + 2Cl2(k) + 2CO(k) = TiCl4(k) +2CO2(k) G298,pö  
G298,pö  
=
=
TiO2(Rutin) Cl2(k)  
CO(k)  
-110  
198  
CO2(k)  
-393  
214  
TiCl4(k)  
-761  
352  
O2(k)  
0
205  
-944  
50  
0
223  
III. Tieâu chuaån ñaùnh giaù khaû naêng phaûn öùng cuûa caùc chaát:  
1) Söû duïng caùc haøm nhieät ñoäng hoùa hoïc  
Caên cöù treân ñoä beàn soá oxy hoùa cuûa nguyeân töû, chuùng ta coù theå bieát ñöôïc caùc tính chaát  
oxy hoùa – khöû ñaëc tröng cuûa chaát. Ñeå bieát ñoä beàn lieân keát trong moät chaát coù theå söû  
duïng bieán thieân theá ñaúng aùp taïo thaønh cuûa tieâu chuaån cuûa chaát.  
Ví duï: Cl(VII) coù tính oxy hoùa maïnh. Cho bieát dung dòch HClO4 vaø HClO4 nguyeân  
chaát chaát naøo coù tính oxy hoùa maïnh hôn.  
-
ClO4 (dd)  
-9  
HClO4(l)  
+78  
Go298,tt(kJ/mol)  
HClO4 nguyeân chaát laø chaát oxy hoùa maïnh hôn dung dòch HClO4.  
S(-II) coù tính khöû ñaëc tröng. Cho bieát trong tröôøng hôïp naøo coù tính khöû maïnh hôn:  
Na2S raén vaø dung dòch Na2S.  
Na2S(r)  
-355  
S2-(dd)  
+86  
Go298,tt(kJ/mol)  
Dung dòch Na2S coù tính khöû maïnh hôn Na2S raén.  
Ví duï 3: Na2S vaø HgS chaát naøo coù tính khöû maïnh hôn ôû nhieät ñoä cao vaø trong dung  
dòch nöôùc.(xem laïi sau)  
Na2S (r)  
-372  
77  
-355  
18,620  
---  
HgS(lp-ñen)  
-54  
88  
-48  
Ho298,tt(kJ/mol)  
So298 (J/mol.K)  
Go298,tt(kJ/mol)  
s (g/100gH2O)  
T
---  
1.10-51,8  
Tonc (oC)  
1168  
820 (thaêng hoa-Ph rieâng phaàn lôùn)  
Nhaän xeùt: HgS raén khöû maïnh hôn Na2S raén. Tuy nhieân trong dung dòch thì Na2S khöû  
maïnh hôn HgS ( aûnh höôûng cuûa moâi tröôøng)  
2Na2S (r) + 3O2 = 2Na2O (r) + 2SO2 (k)  
2HgS (lp) + 3O2(k) = 2HgO (k) + 2SO2(k)  
Go298,,pö(kJ/mol) = -614  
Go298,,pö(kJ/mol) = -620  
2) Ñoái vôùi phaûn öùng trong dung dòch nöôùc söû duïng theá khöû tieâu chuaån ôû 25oC  
Theá khöû cho bieát ñoä maïnh cuûa chaát oxy hoùa vaø chaát khöû lieân hôïp vôùi noù. Theá khöû  
caøng lôùn, chaát oxy hoùa caøng maïnh vaø chaát khöû lieân hôïp caøng yeáu vaø ngöôïc laïi.  
Ví duï: Theá oxy hoùa khöû cuûa caëp Au3+/Au trong moâi tröôøng acid = +1,68V cho bieát  
Au3+ laø chaát oxy hoùa raát maïnh , ngöôïc laïi Au laø chaát khöû heát söùc yeáu ( Vaøng laø kim  
loaïi raát beàn vöõng)  
Theá khöû ôû ñieàu kieän khoâng chuaån lieân heä vôùi theá khöû chuaån baèng coâng thöùc Nernst:  
= o + (RT/nF)ln[Ox]/[Kh] (4.1)  
Trong tröôøng hôïp ôû 25oC baèng = o + (0,059/n)lg[Ox]/[Kh] (4.2)  
Söû duïng coâng thöùc (4.2) tính ñöôïc theá khöû chuaån ôû ñieàu kieän moâi tröôøng môùi.  
Ví duï: Tính theá khöû chuaån cuûa caëp Cu2+/Cu+ khi coù maët KI trong dung dòch. Cho bieát  
oCu2+/Cu+ = 0,153V vaø tích soá tan cuûa CuI = 1.10-11,96  
Giaûi: aùp duïng coâng thöùc (4.2):  
= oCu2+/Cu+ + 0,059lg[Cu2+]/[Cu+] = oCu2+/Cu+ + 0,059lg[Cu2+][I-]/[Cu+][I-] =  
= oCu2+/Cu+ + 0,059lg[Cu2+][I-]/TCuI = oCu2+/Cu+ + 0,059lg1/TCuI + 0,059lg[Cu2+][I-]  
ôû ñieàu kieän tieâu chuaån, noàng ñoä Cu2+ vaø I- ñeàu baèng 1mol/l neân :  
oCu2+,I-/CuI = oCu2+/Cu+ + 0,059lg1/TCuI = 0,153 + 0,059lg1.1011,96 = 0,859 V.  
Söùc ñieän ñoäng cuûa phaûn öùng Ox1 + Kh2 = Ox2 + Kh1 tính theo coâng thöùc nernst:  
o = oOx1/Kh1 - oOx2/Kh2 (4.30  
vaø söùc ñieän ñoäng ôû ñieàu kieän khoâng chuaån tính baèng coâng thöùc (4.4)  
 = o + (RT/nF)ln([Ox1][Kh2]/[Ox2][Kh1]) (4.4)  
Söùc ñieän ñoäng lieân heä vôùi bieán thieân theá ñaúng aùp cuûa phaûn öùng bôûi ñaúng thöùc (4.5):  
G = -nF (4.5)  
ruùt ra, caùc phaûn öùng coù o aâm hay xaáp xæ baèng khoâng coù theå töï xaûy ra trong dung  
dòch nöôùc.  
Ñoái vôùi moät nguyeân toá coù nhieàu soá oxy hoùa ngöôøi ta ñöa ra caùc giaù trò theá khöû tieâu  
chuaån döôùi daïng sô ñoà goïi laø giaûn ñoà Latimer (do nhaø baùc hoïc Myõ W.M. Latimer ñöa  
ra). Söû duïng daõy naøy coù theå bieát ñöôïc khaû naêng oxy hoùa vaø khaû naêng khöû cuûa caùc soá  
oxy hoùa, soá oxy hoùa naøo beàn vaø soá oxy hoùa naøo khoâng beàn khi coù maët nöôùc vaø caùc  
chaát taïo moâi tröôøng khaùc ( caùc acid, baz, chaát taïo phöùc …).  
Ví duï:  
Daõy Latimer cuûa Mn trong moâi tröôøng acid vaø trong moâi tröôøng kieàm  
a) [H+] = 1iong/lit  
+1,51  
-
-
+0,564  
2- +2,26  
+0,95  
+1,51  
-1,19  
MnO4  
MnO4  
MnO4  
+1,70  
MnO2  
Mn3+  
+1,23  
Mn2+  
Mn  
b) [H+] = 1.10-14iong/lit  
+0,564  
2- +0,60  
-0,15  
+0,1  
-1,56  
MnO4  
MnO2  
Mn(OH)3  
Mn(OH)2  
Mn  
+0,60  
_-0,025  
Töø daõy naøy coù theå nhaän thaáy: ion MnO42- vaø Mn3+ khoâng theå toàn taïi trong moâi tröôøng  
acid vì söùc ñieän ñoäng tieâu chuaån cuûa phaûn öùng töï oxy hoùa töï khöû cuûa hai ion naøy ñeàu  
döông.  
-
3MnO42- + 4H+ = 2MnO4 + MnO2  
 = 2,26 – 0,564 = 1,696V  
 = 1,51 – 0,95 = 0,56V  
Mn3+ + 2H2O = MnO2 + Mn2+ + 4H+  
So saùnh hai daõy Latimer ôû hai moâi tröôøng acid vaø baz, chuùng ta coù theå ruùt keát luaän laø  
tính oxy hoùa cuûa phaàn lôùn chaát giaûm nhanh khi chuyeån töø moâi tröôøng acid sang moâi  
-
tröôøng kieàm. Ví duï MnO4 laø chaát oxy hoùa raát maïnh trong moâi tröôøng acid nhöng laø  
chaát oxy hoùa yeáu trong moâi tröôøng kieàm. Mn3+ laø chaát oxy hoaù raát maïnh trong moâi  
tröôøng acid, hoaøn toaøn khoâng coù tính oxy hoùa trong moâi tröôøng kieàm.  
2-  
MnO4 laø chaát oxy hoùa heát söùc maïnh trong moâi tröôøng acid, nhöng laø chaát oxy hoùa  
-
2-  
yeáu trong moâi tröôøng kieàm. So saùnh caùc theá khöû cuûa caùc caëp MnO4 /MnO4 vaø  
2-  
2-  
MnO4 /MnO2 ôû hai moâi tröôøng acid vaø kieàm ruùt ra nhaän xeùt laø ion MnO4 seõ beàn  
vöõng trong moâi tröôøng kieàm ñaäm ñaëc.  
IV. Söï oån ñònh cuûa caùc chaát oxy hoùa vaø chaát khöû trong moâi tröôøng nöôùc  
Nöôùc coù theå tham gia phaûn öùng oxy hoùa – khöû vôùi vai troø laø chaát khöû cuûa O (-II) vaø  
vai troø chaát oxy hoùa cuûa H(I). Trong ñieàu kieän cuï theå, chaát naøo coù theá khöû lôùn hôn theá  
khöû cuûa caëp O2/H2O thì coù khaû naêng oxy hoùa ñöôïc nöôùc. Traùi laïi, chaát naøo coù theá khöû  
nhoû hôn theá khöû caëp H2O/H2 thì coù khaû naêng khöû ñöôïc nöôùc.  
1) Ñieàu kieän oån ñònh cuûa chaát khöû trong dung dòch nöôùc  
a) Chaát khöû  
Tính oxy hoùa cuûa nöôùc trong caùc ñieàu kieän pH khaùc nhau ñöôïc theå hieän qua theá khöû :  
Moâi tröôøng acid :  
Moâi tröôøng Baz :  
2H+ + 2e H2  
 = 0,000V  
 = -0,83V  
 = - 0,41V  
2H2O + 2e H2 + 2OH-  
Moâi tröôøng trung tính: 2H2O + 2e H2 + 2OH-  
ÔÛ ñieàu kieän khoâng tieâu chuaån, theá khöû cuûa caëp 2H+/H2 ôû 25oC ñöôïc tính theo coâng  
thöùc Nernst: =  + 0,059/2lg[PH2 ]/[H+]2 = -0,0295lg[PH2 ] – 0,059pH  
Nhö vaäy chaát naøo coù theá khöû lôùn hôn roõ reät caùc giaù trò theá khöû cho treân ôû ñieàu kieän pH  
xeùt laø chaát beàn trong dung dòch nöôùc.  
b) Chaát oxy hoùa  
Tính khöû cuûa nöôùc ôû caùc moâi tröôøng khaùc nhau theå hieän qua theá khöû:  
Moâi tröôøng acid:  
Moâi tröôøng baz  
Moâi tröôøng trung tính (pH = 7)  
O2(k) + 4H+ + 4e 2H2O  
O2 (k) + 2H2O + 4e 4OH-  
O2(k) + 4H+ + 4e 2H2O  
 = 1,23V  
 = 0,401V  
 = 0,815V  
ÔÛ ñieàu kieän khoâng tieâu chuaån theá khöû cuûa caëp O2/H2O ôû 25oC ñöôïc tính theo coâng  
thöùc Nernst: =  + 0,059/4lg[H+]Po2/[H2O]2 = 1,23 +0,0147lgPo2 – 0,059pH  
Nhö vaäy chaá tnaøo coù theá khöû nhoû hôn theá khöû cho treân ôû ñieàu kieän pH xeùt laø chaát beàn  
trong dung dòch nöôùc.  
Ví duï: Xeùt xem chaát naøo trong caùc chaát sau coù theå beàn trong dung dòch nöôùc:  
CoCl3, CrSO4, FeCl3 , KMnO4, Na2SO3. Bieát raèng chuùng ñeàu tan nhieàu trong nöôùc.  
Theá khöû tieâu chuaån trong moâi tröôøng acid:  
-
2-  
Co3+/Co2+  
(V) 1,84  
Cr3+/Cr2+  
-0,41  
Fe3+/Fe2+  
0,771  
MnO4 /Mn2+ SO4 /H2SO3  
1,51 0,17  
Theá khöû tieâu chuaån trong moâi tröôøng kieàm  
-
-
-
MnO4 /MnO2  
SO4 /SO3  
(V)  
0,6  
-0,93  
Giaûi: so saùnh vôùi caùc giaù trò theá khöû tieâu chuaån cuûa nöôùc chuùng ta coù trong moâi tröôøng  
acid, Na2SO3 beàn vì coù > 0,000V vaø FeCl3 beàn vì coù  < 1,23V  
Trong moâi tröôøng kieàm KMnO4 vaø Na2SO3 ñeàu khoâng beàn. Caùc chaát coøn laïi taïo  
hydroxyt ít tan neân khoâg baøn ñeán ôû ñaây(chuùng khoâng coøn laø muoái nöõa). Trong tröôøng  
hôïp muoán xeùt ñeán ñoä beàn cuûa caùc muoái naøy khi hoøa chuùng vaøo nöôùc, caàn tính pH cuûa  
dung dòch khi cho tröôùc noàng ñoä cuûa muoái (döôïc vaøo ñoä tan), sau ñoù laép vaøo phöông  
trình nernst ñeå tính.  
Caùc möùc oxi hoùa beàn vaø töông ñoái beàn  
( chöa tính ñeán aûnh höôûng cuûa phoái töû taïo phöùc)  
PN  
IA  
IIA  
Nguyeân toá  
Soá oxy hoùa beàn vaø töông ñoái beàn  
Ghi chuù  
+1  
+2  
+3  
IIIA B, Al, Ga,  
In  
Tl  
Chu kì 6  
+1 . +3 chæ beàn trong moâi tröôøng kieàm  
IVA C  
+4 , 0  
-4 trong chaát höõu cô  
Si  
+4  
Ge, Sn  
Pb  
N
Chu kì 4 & 5  
Chu kì 6  
+2 vaø +4  
+2 . +4 chæ beàn trong moâi tröôøng kieàm  
0 . –3 trong NH3 beàn ôû to thöôøng  
VA  
P
+5  
As , Sb  
Bi  
Chu kì 4 & 5  
Chu kì 6  
+5 & +3  
+3  
VIA O  
S
-2  
+6 tröø moâi tröôøng acid ñaäm ñaëc  
0
ôû döôùi nhieät ñoä noùng chaûy  
(119,5oC)  
Se , Te  
Po  
VIIA H  
Halogen  
Chu kì 4 & 5  
Chu kì 6  
Chu kì 1  
+4 , 0. +6 trong moâi tröôøng kieàm  
+4 , +2  
+1 & 0  
-1  
+7 cuûa Br, I & At oxy hoùa raát maïnh  
Chu kì 4,5, 6  
IIIB  
+3 laø kim loaïi maïnh chæ sau IA & IIA  
IVB Ti  
+4 , + 3  
Zr , Hf  
Chu kì 5 & 6  
+4  
VB  
V
+3 . +5 trong moâi tröôøng kieàm & trung  
tính  
Nb , Ta  
VIB Cr  
Mo , W  
VIB Mn  
Chu kì 5 & 6  
Chu kì 5 & 6  
+5  
+3 . +6 chæ beàn trong moâi tröôøng kieàm  
+6  
+2 beàn trong moâi tröôøng acid  
+4 beàn trong moâi tröôøng trung tính vaø  
kieàm loaõng döôùi daïng MnO2  
+7 khaù beàn trong moâi tröôøng kieàm  
Tc , Re  
+7  
VIIIB Fe  
Hoï saét  
+ 2 , +3  
Co  
Ni  
Ru, Rd, Pd  
+2 . +3 beàn trong moâi tröôøng kieàm  
+2  
0
Hoï platin  
Os, Ir, Pt  
IB  
Cu  
0 , +2  
Ag , Au  
Zn, Cd  
Hg  
0
+2  
0 , +2  
IIB  
Nguyeân toá f  
Kim  
hoaït  
loaïi  
ñoäng  
+3. Rieâng Th & U : +4  
töông ñöông  
IIIA  
a) [H+] = 1iong/lit  
+1,51  
2- +2,26  
-
+0,564  
+0,95  
+1,51  
-1,19  
MnO4  
MnO4  
MnO2  
Mn3+  
Mn2+  
Mn  
+1,70  
+1,23  
b) [H+] = 1.10-14iong/lit  
- +0,564  
+0,60  
2- +0,60  
-0,15  
+0,1  
-1,56  
MnO4  
Mn  
MnO4  
MnO2  
Mn(OH)3  
Mn(OH)2  
_-0,025  
doc 10 trang Thùy Anh 13340 Free
Download
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình môn Hóa học vô cơ - Chương 4: Phản ứng oxy hóa - khử", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • docgiao_trinh_mon_hoa_hoc_vo_co_chuong_4_phan_ung_oxy_hoa_khu.doc