MasterSchool

Hóa học lớp 10 · KNTT · Chương 4

Lý thuyết Hóa học 10 Bài 16: Ôn tập chương 4

Chương 4: Phản ứng oxi hóa, khử · Kết nối tri thức với cuộc sống

Tóm tắt lý thuyết Hóa học 10 Bài 16: Ôn tập chương 4 theo chương trình SGK Kết nối tri thức với cuộc sống. Hệ thống hoá toàn bộ kiến thức trọng tâm, phương trình phản ứng hóa học KaTeX chuẩn, bảng biểu trực quan và câu hỏi củng cố có lời giải chi tiết.

Lớp

I. Các khái niệm

- Chất khử là chất nhường electron, chất oxi hóa là chất nhận electron.

- Quá trình oxi hóa là quá trình chất khử nhường electron, quá trình khử là quá trình chất oxi hóa nhận electron.

- Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học xảy ra đồng thời quá trình nhường và quá trình nhận electron.

- Dấu hiệu nhận ra phản ứng oxi hóa – khử là có sự thay đổi số oxi hóa của nguyên tử.

II. Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử

- Các bước lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử theo phương pháp thăng bằng electron:

+ Bước 1: Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa, từ đó xác định chất oxi hóa, chất khử.

+ Bước 2: Biểu diễn các quá trình oxi hóa, quá trình khử.

+ Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất khử và chất oxi hóa dựa trên nguyên tắc: Tổng số electron chất khử nhường bằng tổng số electron chất oxi hóa nhận.

+ Bước 4: Đặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào sơ đồ phản ứng, từ đó tính hệ số của chất khác có mặt trong phương trình hóa học. Kiểm tra sự cân bằng số nguyên tử của các nguyên tố ở hai vế.

- Ví dụ: Lập phương trình cho phản ứng: N2 + H2 →to,xt\overset{t^{o} , \text{} xt}{\to} NH3

Hướng dẫn:

Bước 1: N20+H20→to,xtN−3H3+1\overset{0}{N 2} \text{} + \overset{0}{H 2}\overset{t^{o} , \text{} xt}{\to}\overset{-3}{N}\overset{+ 1}{H 3}

Chất khử là H2, chất oxi hóa là N2.

Bước 2: Các quá trình oxi hóa, quá trình khử

H20→2H+1+2e\overset{0}{H 2} \to 2\overset{+ 1}{H} + 2e

N20+6e→2N−3\overset{0}{N 2} + 6e \to 2\overset{-3}{N}

Bước 3: Xác định hệ số

({3×1×)({H20→2H+1+2eN20+6e→2N−3)(\begin{cases} 3 \times \\ 1 \times \end{cases})(\begin{cases} \overset{0}{H 2} \to 2\overset{+ 1}{H} + 2e \\ \overset{0}{N 2} + 6e \to 2\overset{-3}{N} \end{cases})

Bước 4:

N2 + 3H2 →to,xt,P\overset{t^{o} , \text{} xt , \text{} P}{\to} 2NH3

III. Quy trình 4 bước cân bằng phản ứng oxi hóa – khử và định luật bảo toàn electron

Hệ thống hoá phương pháp thăng bằng electron chuẩn 4 bước và nguyên lý bảo toàn electron:

Khẩu quyết ghi nhớ: "Khử cho – O nhận" (Chất khử cho electron, số oxi hóa tăng; Chất oxi hóa nhận electron, số oxi hóa giảm).

Bước Nội dung thao tác Ví dụ: Cu+HNO3→Cu(NO3)2+NO+H2OCu + HNO_3 \to Cu(NO_3)_2 + NO + H_2O
Bước 1 Xác định số oxi hóa của các nguyên tố có thay đổi Cu0→Cu+2Cu^0 \to Cu^{+2}; N+5→N+2(NO)N^{+5} \to N^{+2} (NO)
Bước 2 Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử riêng biệt Cu0→Cu+2+2eCu^0 \to Cu^{+2} + 2e; N+5+3e→N+2N^{+5} + 3e \to N^{+2}
Bước 3 Tìm hệ số sao cho tổng electron cho bằng tổng electron nhận 3×(Cu0→Cu+2+2e)3 \times (Cu^0 \to Cu^{+2} + 2e); 2×(N+5+3e→N+2)2 \times (N^{+5} + 3e \to N^{+2}) (BCNN = 6)
Bước 4 Đặt hệ số vào phương trình và kiểm tra bảo toàn nguyên tố 3Cu+8HNO3→3Cu(NO3)2+2NO+4H2O3Cu + 8HNO_3 \to 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + 4H_2O

Định luật bảo toàn electron: ∑ne nhường=∑ne nhận\sum n_{e\text{ nhường}} = \sum n_{e\text{ nhận}}. Công cụ giải toán nhanh cho hỗn hợp nhiều kim loại tác dụng acid oxi hóa mạnh (HNO3,H2SO4HNO_3, H_2SO_4).

🌟 Em đã học (Ghi nhớ kiến thức trọng tâm)

  • Phân loại các phản ứng vô cơ dựa trên sự thay đổi số oxi hóa: Phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa luôn là phản ứng oxi hóa - khử; phản ứng trao đổi không bao giờ là phản ứng oxi hóa - khử; phản ứng hóa hợp và phân hủy có thể hoặc không phải là phản ứng oxi hóa - khử.
  • Các dạng phản ứng oxi hóa - khử đặc biệt: Phản ứng oxi hóa - khử thông thường, phản ứng tự oxi hóa - tự khử (cùng một nguyên tố vừa tăng vừa giảm số oxi hóa), phản ứng oxi hóa - khử nội phân tử.
  • Ý nghĩa thực tiễn và ứng dụng to lớn của phản ứng oxi hóa - khử trong đời sống và sản xuất: Quá trình đốt cháy nhiên liệu sinh năng lượng, hô hấp tế bào, quang hợp của cây xanh, luyện kim, sản xuất hóa chất (H2SO4,HNO3H_2SO_4, HNO_3) và hoạt động của pin, ắc quy.
  • Phương pháp giải toán bảo toàn electron: Tổng số mol electron nhường luôn bằng tổng số mol electron nhận: ∑ne cho=∑ne nhận\sum n_e \text{ cho} = \sum n_e \text{ nhận}.

Câu hỏi ôn tập & củng cố bài học

Thế nào là phản ứng tự oxi hóa - tự khử và phản ứng oxi hóa - khử nội phân tử? Cho ví dụ minh họa.
1. Phản ứng tự oxi hóa - tự khử: Là phản ứng trong đó cùng một nguyên tố trong cùng một phân tử vừa đóng vai trò chất khử vừa đóng vai trò chất oxi hóa (số oxi hóa vừa tăng vừa giảm). Ví dụ phản ứng tạo nước Javel: Cl20+2NaOH→NaCl−1+NaCl+1O+H2OCl_2^0 + 2NaOH \to NaCl^{-1} + NaCl^{+1}O + H_2O Trong đó nguyên tử Cl0Cl^0 vừa bị khử xuống −1-1 vừa bị oxi hóa lên +1+1. 2. Phản ứng oxi hóa - khử nội phân tử: Là phản ứng trong đó nguyên tố đóng vai trò chất oxi hóa và nguyên tố đóng vai trò chất khử nằm trong cùng một phân tử nhưng là hai nguyên tố khác nhau. Ví dụ nhiệt phân muối potassium chlorate: 2KClO3+5O3−2→t∘2KCl−1+3O202KClO_3^{+5}O_3^{-2} \xrightarrow{t^\circ} 2KCl^{-1} + 3O_2^0 Cl+5Cl^{+5} nhận electron (bị khử), còn O−2O^{-2} nhường electron (bị oxi hóa).
Định luật bảo toàn electron là gì và tại sao lại là công cụ giải toán hóa học cực kì mạnh mẽ?
Định luật bảo toàn electron: Trong một hệ phản ứng oxi hóa - khử khép kín, tổng số mol electron mà các chất khử nhường luôn bằng tổng số mol electron mà các chất oxi hóa nhận: ∑ne nhường=∑ne nhận\sum n_{e\text{ nhường}} = \sum n_{e\text{ nhận}} Ý nghĩa vượt trội: Định luật này giúp giải nhanh các bài toán nhiều giai đoạn phức tạp mà không cần phải viết hay cân bằng từng phương trình hóa học trung gian; chỉ cần xác định trạng thái oxi hóa ban đầu và trạng thái oxi hóa cuối cùng của các nguyên tố thay đổi.
Hòa tan hoàn toàn 2,7 gam bột Al vào dung dịch HNO3HNO_3 loãng, dư thu được VV lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất ở đkc). Tính giá trị của VV.
Số mol Al: nAl=2,7/27=0,1 moln_{Al} = 2{,}7 / 27 = 0{,}1\text{ mol}. - Quá trình nhường electron: Al0→Al+3+3e⇒ne nhường=3⋅nAl=3×0,1=0,3 molAl^0 \to Al^{+3} + 3e \Rightarrow n_{e\text{ nhường}} = 3 \cdot n_{Al} = 3 \times 0{,}1 = 0{,}3\text{ mol} - Quá trình nhận electron: N+5+3e→N+2(NO)⇒ne nhận=3⋅nNON^{+5} + 3e \to N^{+2} (NO) \Rightarrow n_{e\text{ nhận}} = 3 \cdot n_{NO} - Áp dụng định luật bảo toàn electron: ∑ne nhận=∑ne nhường⇔3⋅nNO=0,3⇒nNO=0,1 mol\sum n_{e\text{ nhận}} = \sum n_{e\text{ nhường}} \Leftrightarrow 3 \cdot n_{NO} = 0{,}3 \Rightarrow n_{NO} = 0{,}1\text{ mol} Ở điều kiện chuẩn (25∘C,1 bar25^\circ\text{C}, 1\text{ bar}): V=nNO×24,79=0,1×24,79=2,479 lıˊtV = n_{NO} \times 24{,}79 = 0{,}1 \times 24{,}79 = 2{,}479\text{ lít}. Vậy thể tích khí NO thu được là 2,479 lıˊt2{,}479\text{ lít}.
Nêu vai trò sống còn của các phản ứng oxi hóa - khử trong tự nhiên và công nghiệp?
Phản ứng oxi hóa - khử là nền tảng cho sự sống và công nghệ hiện đại: 1. Sự sống sinh học: Quá trình hô hấp tế bào đốt cháy glucose giải phóng năng lượng ATP (C6H12O6+6O2→6CO2+6H2OC_6H_{12}O_6 + 6O_2 \to 6CO_2 + 6H_2O); quá trình quang hợp tích lũy năng lượng từ ánh sáng mặt trời. 2. Năng lượng và giao thông: Quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch trong động cơ đốt trong, nhà máy nhiệt điện; hoạt động của pin nhiên liệu và ắc quy xe điện. 3. Luyện kim và vật liệu: Khử quặng oxide kim loại thành kim loại tinh khiết (Fe2O3+3CO→t∘2Fe+3CO2Fe_2O_3 + 3CO \xrightarrow{t^\circ} 2Fe + 3CO_2). 4. Xử lý môi trường: Dùng chất oxi hóa mạnh (O3,Cl2,KMnO4O_3, Cl_2, KMnO_4) để khử trùng nước sinh hoạt và phân hủy chất thải độc hại.

Đề luyện tập theo bài