Cách Cân Bằng Phản ứng Oxi Hóa Khử Hay Nhất - TopLoigiai

Cách cân bằng phản ứng oxi hóa khử nhanh nhất có lẽ luôn là vấn đề mà các bạn học sinh lưu tâm nhất. Để cân bằng phản ứng không chỉ cần sự tỉ mỉ, tư duy mà cần cả một số mẹo.

1. Cách cân bằng phản ứng oxi hóa khử nhanh nhất

Nội dung 1: Số oxi hoá, phương pháp tính số oxi hóa của nguyên tố trong các hợp chất hóa học

Số oxi hóa của một nguyên tố trong phân tử là số điện tích của nguyên tử đó trong công thức hóa học, tức hiểu rằng liên kết giữa các nguyên tử nguyên tố trong phân tử là liên kết ion.

Quy tắc xác định số oxi hóa của các chất:

- Trong đơn chất, số oxi hóa nguyên tố là 0.

- Tổng các số oxi hoá của các nguyên tử trong công thức phân tử (trung hoà điện) bằng 0.

- Tổng các số oxi hoá của các nguyên tử nguyên tố trong một ion phức tạp bằng điện tích của ion đó.

- Khi tham gia vào phân tử, số oxi hoá của 2 nguyên tố cơ bản có trị số không đổi: H là +1, O là -2 …

Lưu ý: Dấu của số oxi hoá đặt trước con số, và dấu của điện tích ion đặt sau con số (số oxi hóa Fe+3 ; Ion sắt (III) ghi: Fe3+. Đây là lưu ý quan trọng trong cân bằng phản ứng oxi hóa khử.

Nội dung 2: Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hoá khử

Phương pháp 1: Phương pháp cân bằng đại số đơn giản

- Nguyên tắc khi cân bằng: Số nguyên tử của mỗi nguyên tố nằm ở hai vế luôn bằng nhau.

- Quy trình cân bằng: Đặt ẩn số là các hệ số hợp thức. Dùng định luật bảo toàn khối lượng để cân bằng nguyên tố và lập phương trình đại số.

Ví dụ: a FeS2 + b O2→ c Fe2O3 + d SO2

Ta có: Fe : a = 2c

S : 2a = d

O : 2b = 3c + 2d

Chọn c = 1 thì a=2, d=4, b = 11/2

Nhân tất cả hai vế với 2 ta được phương trình mới

4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2

Phương pháp 2: Sử dụng theo phương pháp cân bằng electron

Nguyên tắc: dựa vào sự bảo toàn số electron nghĩa là tổng số electron của chất khử cho luôn luôn bằng tổng số electron chất oxi hóa nhận.

Các bước cân bằng cân bằng phản ứng oxi hoá khử

- Bước 1: Hoàn thành sơ đồ phản ứng với các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa.

- Bước 2: Hoàn thiện các quá trình: khử (cho electron), oxi hóa (nhận electron).

- Bước 3:Cân bằng electron: nhân hệ số để:

Tổng số electron cho = tổng số electron nhận.

(tổng số oxi hóa giảm = tổng số oxi hóa tăng).

- Bước 4: Cân bằng nguyên tố không thay đổi số oxi hoá :

• kim loại (ion dương):
• gốc axit (ion âm).
• môi trường (axit, bazơ).
• nước (cân bằng H2O để cân bằng hiđro).

- Bước 5: Kiểm soát số nguyên tử oxi ở 2 vế (phải bằng nhau).

Ví dụ:

Fe + H2SO4 đặc nóng → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O

Fe0 → Fe+3 + 3e

1 x 2Fe0 → 2Fe+3 + 6e

3 x S+6 + 2e → S+4

2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H20

Phương pháp số 3: phương pháp cân bằng phương trình oxi hóa khử theo ion – electron:

Đối tượng áp dụng: sử dụng trong các quá trình diễn ra trong các dung dịch, có sự xuất hiện của môi trường (H2O, dung dịch axit, bazơ tham gia).

Các nguyên tắc cơ bản áp dụng:

• Trường hợp phản ứng có axit tham gia: bên nào của phương trình thừa O phải thêm H+ để tạo H2O và ngược lại.
• Trường hợp phản ứng có bazơ tham gia: bên nào của phương trình thừa O phải thêm H2O để tạo ra OH-

Các bước tiến hành:

- Bước 1: Tách các ion, tính số các nguyên tố có số oxi hóa thay đổi sau đó viết các nửa phản ứng oxi hóa – khử.

- Bước 2: Cân bằng các bán phản ứng:

+ Cân bằng số nguyên tử của nguyên tố ở hai vế trong phương trình

+ Thêm H+ hoặc OH-

+ Thêm H2O để làm đảm bảo cân bằng số nguyên tử H

+ Tính toán sao cho số nguyên tử oxi ở 2 vế phải cân bằng.

+ Tiếp theo là cân bằng điện tích: thêm electron vào mỗi nửa phản ứng để cân bằng điện tích trong phương trình

- Bước 3: Cân bằng electron: tiến hành nhân hệ số để:

Tổng số electron cho = tổng số electron nhận.

(tổng số oxi hóa giảm = tổng số oxi hóa tăng).

- Bước 4: Cộng tổng các nửa phản ứng ta có phương trình ion thu gọn.

- Bước 5: Để chuyển phương trình dạng ion thu gọn thành phương trình ion đầy đủ và phương trình phân tử cần cộng vào 2 vế những lượng bằng nhau các cation hoặc anion để bù trừ điện tích ta cân bằng được phản ứng oxi hóa khử.

+ Đặt hệ số để cân bằng: 2P + 5/2O2 → P2O5

+ Nhân các hệ số với mẫu số chung nhỏ nhất để khử các phân số. Ỏ đây nhân 2.

2.2P + 2.5/2O2 → 2P2O5

hay 4P + 5O2 → 2P2O5

Phương pháp số 4. Phương pháp nguyên tử nguyên tố

Đây là một phương pháp khá đơn giản. Khi cân bằng ta cố ý viết các đơn chất khí (H2, O2, C12, N2…) dưới dạng nguyên tử riêng biệt rồi lập luận qua một số bước.

Ví dụ: Cân bằng phản ứng P + O2 → P2O5

Ta viết: P + O → P2O5

Để tạo thành 1 phân tử P2O5 cần 2 nguyên tử P và 5 nguyên tử O:

2P + 5O –> P2O5

Nhưng phân tử oxi bao giờ cũng gồm hai nguyên tử, như vậy nếu lấy 5 phân tử oxi tức là số nguyên tử oxi tăng lên gấp 2 thì số nguyên tử P và số phân tử P2O5 cũng tăng lên gấp 2, tức 4 nguyên tử P và 2 phân tử P2O5

Do đó: 4P + 5O2 –> 2P2O5

Phương pháp số 5: Phương pháp hóa trị tác dụng

Hóa trị tác dụng là hóa trị của nhóm nguyên tử hay nguyên tử của các nguyên tố trong chất tham gia và tạo thành trong PUHH.

Áp dụng phương pháp này cần tiến hành các bước sau:

+ Xác định hóa trị tác dụng:

II – I III – II II-II III – I

BaCl2 + Fe2(SO4)3 → BaSO4 + FeCl3

Hóa trị tác dụng lần lượt từ trái qua phải là:

II – I – III – II – II – II – III – I

Tìm bội số chung nhỏ nhất của các hóa trị tác dụng:

BSCNN(1, 2, 3) = 6

+ Lấy BSCNN chia cho các hóa trị ta được các hệ số:

6/II = 3, 6/III = 2, 6/I = 6

Thay vào phản ứng:

3BaCl2 + Fe2(SO4)3 → 3BaSO4 + 2FeCl3

Dùng phương pháp này sẽ củng cố được khái niệm hóa trị, cách tính hóa trị, nhớ hóa trị của các nguyên tố thường gặp.

Phương pháp số 6: Phương pháp dùng hệ số phân số

Đặt các hệ số vào các công thức của các chất tham gia phản ứng, không phân biệt số nguyên hay phân số sao cho số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vế bằng nhau. Sau đó khử mẫu số chung của tất cả các hệ số.

Ví dụ: P + O2 –> P2O5

Phương pháp số 7: Phương pháp “chẵn – lẻ”

Một phản ứng sau khi đã cân bằng thì số nguyên tử của một nguyên tố ở vế trái bằng số nguyên tử nguyên tố đó ở vế phải. Vì vậy nếu số nguyên tử của một nguyên tố ở một vế là số chẵn thì số nguyên tử nguyên tố đó ở vế kia phải chẵn. Nếu ở một công thức nào đó số nguyên tử nguyên tố đó còn lẻ thì phải nhân đôi.

Ví dụ: FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2

Ở vế trái số nguyên tử O2 là chẵn với bất kỳ hệ số nào. Ở vế phải, trong SO2 oxi là chẵn nhưng trong Fe2O3 oxi là lẻ nên phải nhân đôi. Từ đó cân bằng tiếp các hệ số còn lại.

2Fe2O3 → 4FeS2 → 8SO2 + 11O2

Đó là thứ tự suy ra các hệ số của các chất. Thay vào PTPU ta được:

4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2

Phương pháp số 8: Phương pháp xuất phát từ nguyên tố chung nhất

Chọn nguyên tố có mặt ở nhiều hợp chất nhất trong phản ứng để bắt đầu cân bằng hệ số các phân tử.

Ví dụ: Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O

Nguyên tố có mặt nhiều nhất là nguyên tố oxi, ở vế phải có 8 nguyên tử, vế trái có 3. Bội số chung nhỏ nhất của 8 và 3 là 24, vậy hệ số của HNO3 là 24 /3 = 8

Ta có 8HNO3 → 4H2O + 2NO (Vì số nguyên tử N ở vế trái chẵn)

3Cu(NO3)2 → 3Cu

Vậy phản ứng cân bằng là:

3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

2. Câu hỏi ôn tập

Ví dụ 1. Cân bằng phản ứng:

FeS + HNO3 → Fe(NO3)3 + N2O + H2SO4 + H2O

Ví dụ 2. Cân bằng phản ứng trong dung dịch bazơ:

NaCrO2 + Br2 + NaOH → Na2CrO4 + NaBr

Lời giải

VD1: FeS + HNO3 → Fe(NO3)3 + N2O + H2SO4 + H2O

- Bước 1. Xác định sự thay đổi số oxi hóa:

Fe+2 → Fe+3

S-2 → S+6

N+5 → N+1

- Bước 2. Lập thăng bằng electron:

Fe+2 → Fe+3 + 1e

S-2 → S+6 + 8e

FeS → Fe+3 + S+6 + 9e

2N+5 + 8e → 2N+1

→ Có 8FeS và 9N2O.

- Bước 3. Đặt các hệ số tìm được vào phản ứng và tính các hệ số còn lại:

8FeS + 42HNO3 → 8Fe(NO3)3 + 9N2O + 8H2SO4 + 13H2O

VD2: NaCrO2 + Br2 + NaOH → Na2CrO4 + NaBr

CrO2- + 4OH- → CrO42- + 2H2O + 3e

Br2 + 2e → 2Br-

Phương trình ion:

2CrO2- + 8OH- + 3Br2 → 2CrO42- + 6Br- + 4H2O

Phương trình phản ứng phân tử:

2NaCrO2 + 3Br2 + 8NaOH → 2Na2CrO4 + 6NaBr + 4H2O