Bài 13: Phản ứng oxi hóa – khử

Fe nhường electron tạo thành cation Fe$^{2+}$

Quá trình oxi hóa: Fe → Fe$^{2+}$+ 2e

Oxi của không khí nhận electron:

Quá trình khử: 2H$_{2}$O + O$_{2}$ + 4e → 4OH$^{-}$

Fe$^{2+}$tan vào dung dịch có hóa tan khí O$_{2}$. Tại đây, Fe$^{2+}$tiếp tục bị oxi hóa, dưới tác dụng của ion OH$^{-}$ tạo ra gỉ sắt có thành phần chủ yếu là Fe$_{2}$O$_{3}$.nH$_{2}$O (oxit sắt(III) ngậm n phân tử nước).

Al$_{2}$O$_{3}$; CaF$_{2}$ là các hợp chất ion.

$A{l}_{2}^{3+}{O}_{3}^{2-}$: Số oxi hóa của Al là +3, của O là -2.

$C{a}_{}^{2+}{F}_{2}^{-}\$: Số oxi hóa của Ca là +2, của F là -1.

NO: Giả định là hợp chất ion, hai cặp electron sẽ lệch hoàn toàn về phía nguyên tử O (có độ âm điện cao hơn), trong liên kết đôi có hai electron của N bị chuyển sang O nên hợp chất ion giả định là N$^{2+}$=O$^{2-}$

Vậy số oxi hóa của N là +2, O là -2

CH$_{4}$gồm 1 nguyên tử C liên kết đơn với 4 nguyên tử H

Giả định CH$_{4}$ là hợp chất ion, cặp electron lệch hoàn toàn về phía nguyên tử C (có độ âm điện cao hơn), trong mỗi liên kết đơn C-H có một electron của H bị chuyển sang C nên hợp chất ion giả định là

Vậy số oxi hóa của H là +1, C là -4

- Nguyên tử O có 6 electron lớp vỏ ngoài cùng, theo quy tắc octet nguyên tử O có xu hướng nhận thêm 2 electron để đạt được cấu hình bền vững giống như khí hiếm và trở thành ion mang điện tích -2.

Số oxi hóa của một nguyên tử một nguyên tố trong hợp chất là điện tích của nguyên tử nguyên tố đó với giả định đây là hợp chất ion.

⇒ Số oxi hóa của O trong hợp chất là -2.

Tương tự như vậy đối với kim loại nhóm IA, IIA và Al.

- Nguyên tử kim loại nhóm IA có 1 electron lớp vỏ ngoài cùng, theo quy tắc octet nguyên tử kim loại nhóm IA có xu hướng nhường đi 1 electron này để đạt được cấu hình bền vững giống như khí hiếm và trở thành ion mang điện tích +1.

⇒ Số oxi hóa của kim loại nhóm IA là +1.

- Nguyên tử kim loại nhóm IIA có 1 electron lớp vỏ ngoài cùng, theo quy tắc octet nguyên tử kim loại nhóm IIA có xu hướng nhường đi 2 electron này để đạt được cấu hình bền vững giống như khí hiếm và trở thành ion mang điện tích +2.

⇒ Số oxi hóa của kim loại nhóm IIA là +2.

- Nguyên tử Al có 3 electron lớp vỏ ngoài cùng, theo quy tắc octet nguyên tử Al có xu hướng nhường đi 3 electron này để đạt được cấu hình bền vững giống như khí hiếm và trở thành ion mang điện tích +3.

⇒ Số oxi hóa của Al là +3.

Fe$_{2}$O$_{3}$

Theo quy tắc 1: Số oxi hóa của O là -2

Theo quy tắc 2: Gọi số oxi hóa của Fe là x ta có:

2.x + 3.(-2) = 0 → x = +3

Vậy trong hợp chất Fe$_{2}$O$_{3}$số oxi hóa của Fe là +3, O là -2.

Na$_{2}$CO$_{3}$

Theo quy tắc 1: Số oxi hóa của O là -2, Na là +1

Theo quy tắc 2: Gọi số oxi hóa của C là x ta có:

2.(+1) + 1.x + 3.(-2) = 0 → x = +4

Vậy trong hợp chất Na$_{2}$CO$_{3}$số oxi hóa của Na là +1, C là +4, O là +2.

KAl(SO$_{4}$)$_{2}$

Theo quy tắc 1: Số oxi hóa của K là +1, Al là +3, O là -2

Theo quy tắc 2: Gọi số oxi hóa của S là x ta có:

1.(+1) + 1.(+3) + 2.x + 4.2.(-2) = 0 → x = +6

Vậy trong hợp chất KAl(SO$_{4}$)$_{2}$ số oxi hóa của K là +1, Al là +3, S là +6, O là -2.

NO$_{3}$$^{-}$

Theo quy tắc 1: Số oxi hóa của O là -2

Theo quy tắc 2: Gọi số oxi hóa của N là x ta có:

1.x + 3.(-2) = -1 → x = +5

Vậy trong ion NO$_{3}$$^{-}$số oxi hóa của N là +5, O là -2.

NH$_{4}$$^{+}$

Theo quy tắc 1: Số oxi hóa của H là +1.

Theo quy tắc 2: Gọi số oxi hóa của N là x ta có:

1.x + 4.(+1) = +1 → x = -3

Vậy trong ion NH$_{4}$$^{+}$số oxi hóa của N là -3, H là +1.

MnO$_{4}$$^{-}$

Theo quy tắc 1: Số oxi hóa của O là -2

Theo quy tắc 2: Gọi số oxi hóa của Mn là x ta có:

1.x + 4.(-2) = -1 → x = +7

Vậy trong ion MnO$_{4}$$^{-}$ số oxi hóa của Mn là +7, O là -2

Cách 2: Xác định số oxi hóa dựa theo công thức cấu tạo.

NH$_{3}$ có công thức cấu tạo là:

Trong mỗi liên kết đơn, N góp 1 electron, khi giả định NH$_{3}$ là hợp chất ion thì 1 electron này chuyển sang N. Vì có ba liên kết N-H nên NH$_{3}$ có công thức ion giả định là

Vậy số oxi hóa của N là +3, H là +1

Độ âm điện của O là 3,4 và của F là 4,0

OF$_{2}$có công thức cấu tạo F – O – F, với giả định là hợp chất ion, hai cặp electron chung sẽ lệch hoàn toàn về phía nguyên tử F (có độ âm điện cao hơn), mỗi liên kết đơn có 1 electron của O chuyển sang nên hợp chất ion giả định là F$^{-}$O$_{2}$$^{+}$F$^{-}$

(1) $2\overset{0}{Ag}\ +{\overset{0}{Cl}}_{2}\rightarrow 2\overset{+1}{Ag}\overset{-1}{Cl}$

Trong phản ứng (1) cả Ag và Cl đều có sự thay đổi số oxi hóa

(2) $2\overset{+1}{Ag}\overset{+5}{N}{\overset{-2}{O}}_{3}\ +\overset{+2}{\ Ba}{\overset{-1}{Cl}}_{2}\ \rightarrow \ 2\overset{+1}{Ag}\overset{-1}{Cl}\ +\ \overset{+2}{Ba}{(\overset{+5}{N}{\overset{-2}{O}}_{3})}_{2}$

Trong phản ứng (2) không có nguyên tố nào có sự thay đổi số oxi hóa.

(3) ${\overset{0}{Cl}}_{2\ }\ +\ 2NaOH\ \rightarrow \ NaO\overset{+1}{Cl}\ +\ Na\overset{-1}{Cl}\ +\ {H}_{2}O$

Trong phản ứng (3) nguyên tố Cl thể hiện 3 số oxi hóa là 0, +1, -1

$\overset{0}{Al}\rightarrow \overset{+3}{Al}\ +3e$ (1)

$\overset{0}{O}\ +\ 2e\ \rightarrow \ \overset{-2}{O}$ (2)

Chất khử là chất nhường electron ⇒ Al là chất khử.

Chất oxi hóa là chất nhận electron ⇒ O$_{2}$ là chất oxi hóa.

Quá trình oxi hóa là quá trình nhường electron ⇒ (1) là quá trình oxi hóa.

Quá trình khử là quá trình nhận electron ⇒ (2) là quá trình khử.

a) ${\overset{+3}{Fe}}_{2}{\overset{-2}{O}}_{3}\ +\ \overset{+2}{C}\overset{-2}{O}\ \rightarrow \ \overset{0}{Fe}\ +\ \overset{+4}{C}{\overset{-2}{O}}_{2}$

$\overset{+3}{2Fe}\ +6e\ \rightarrow \ 2\overset{0}{Fe}\$

$\overset{+2}{C}\ \rightarrow \ \overset{+4}{C}\ +\ 2e$

$\begin{matrix}1\ \times \\ 3\ \times \end{matrix}\ |\begin{matrix}\overset{+3}{2Fe}\ +6e\ \rightarrow \ 2\overset{0}{Fe}\ \\ \overset{+2}{C}\ \rightarrow \ \overset{+4}{C}\ +\ 2e\end{matrix}$
⇒ $2\overset{+3}{Fe\ }+\ 3\overset{+2}{C}\ \rightarrow \ 2\overset{0}{Fe}\ +\ 3\overset{+4}{C}$

⇒ Fe$_{2}$O$_{3}$ + 3CO → 2Fe + 3CO$_{2}$

b) $\overset{-3}{N}{\overset{+1}{H}}_{3}\ +\ {\overset{0}{O}}_{2}\ \rightarrow \ \overset{+2}{N}\overset{-2}{O}\ +\ {\overset{+1}{H}}_{2}\overset{-2}{O}$

$\begin{matrix}\overset{-3}{N}\ \rightarrow \ \overset{+2}{N}\ +5e \\ \overset{0}{O}\ +2e\ \rightarrow \ \overset{-2}{O}\end{matrix}$

$\begin{matrix}2\ \times \ \\ 5\ \times \ \end{matrix}|\begin{matrix}\overset{-3}{N}\ \rightarrow \ \overset{+2}{N}\ +5e \\ \overset{0}{O}\ +2e\ \rightarrow \ \overset{-2}{O}\end{matrix}$

$2\overset{-3}{N}\ +5\overset{0}{O}\ \rightarrow \ 2\overset{+2}{N}\ +\ 5\overset{-2}{O}$

2NH$_{3}$ + $\frac{5}{2}$O$_{2}$ → 2NO + 3H$_{2}$O

Có thể viết thành: 4NH$_{3}$ + 5O$_{2}$ → 4NO + 6H$_{2}$O

- Phản ứng: Fe$_{2}$O$_{3}$ + CO → Fe + CO$_{2}$

Thường diễn ra trong quá trình luyện gang.

- Phản ứng 4NH$_{3}$ + 5O$_{2}$ → 4NO + 6H$_{2}$O
Thường diễn ra trong quá trình điều chế HNO$_{3}$

Phương pháp hiện đại sản xuất HNO$_{3}$ từ NH$_{3}$ gồm ba giai đoạn

4NH$_{3}$ + 5O$_{2}$ → 4NO + 6H$_{2}$O (phản ứng này thường được thực hiện ở 850 – 900$^{o}$C, có mặt chất xúc tác platin)
2NO + O$_{2}$ → 2NO$_{2}$

4NO$_{2}$ + O$_{2}$ + 2H$_{2}$O → 4HNO$_{3}$

a) $\overset{+1}{H}\overset{-1}{Cl}\ +\ \overset{+4}{Pb}{\overset{-2}{O}}_{2}\ \rightarrow \ \overset{+2}{Pb}{\overset{-1}{Cl}}_{2\ }\ +\ {\overset{0}{Cl}}_{2}\ +\ {\overset{+1}{H}}_{2}\overset{-2}{O}$

$\begin{matrix}\overset{+4}{Pb}\ +2e\ \rightarrow \ \overset{+2}{Pb\ } \\ \overset{-1}{Cl}\ \rightarrow \ \overset{0}{Cl}\ +1e\end{matrix}$

$\begin{matrix}1\ \times \ \\ 2\ \times \ \end{matrix}|\begin{matrix}\overset{+4}{Pb}\ +2e\ \rightarrow \ \overset{+2}{Pb\ } \\ \overset{-1}{Cl}\ \rightarrow \ \overset{0}{Cl}\ +1e\end{matrix}$

⇒ $\overset{+4}{Pb}\ +\ 2\overset{-1}{Cl}\ \rightarrow \ \overset{+2}{Pb}\ +\ 2\overset{0}{Cl}$

4HCl + PbO$_{2}$ → PbCl$_{2}$ + Cl$_{2}$ + 2H$_{2}$O

b) $\overset{+1}{K}\overset{+7}{Mn}{\overset{-2}{O}}_{4}\ +\ \overset{+1}{H}\overset{-1}{Cl}\ \rightarrow \ \overset{+1}{K}\overset{-1}{Cl}\ +\ \overset{+2}{Mn}{\overset{-1}{Cl}}_{2}\ +\ {\overset{0}{Cl}}_{2}\ +\ {\overset{+1}{H}}_{2}\overset{-2}{O}$

$\begin{matrix}\overset{+7}{Mn}\ +5e\ \rightarrow \ \overset{+2}{Mn} \\ \overset{-1}{Cl}\ \rightarrow \ \overset{0}{Cl}\ +1e\end{matrix}$

$\begin{matrix}1\ \times \ \\ 5\ \times \end{matrix}|\begin{matrix}\overset{+7}{Mn}\ +5e\ \rightarrow \ \overset{+2}{Mn} \\ \overset{-1}{Cl}\ \rightarrow \ \overset{0}{Cl}\ +1e\end{matrix}$

⇒ $\overset{+7}{Mn}\ +\ 5\overset{-1}{Cl}\ \rightarrow \ \overset{+2}{Mn}\ +\ 5\overset{0}{Cl}$

⇒ $\overset{+7}{2Mn}\ +\ 10\overset{-1}{Cl}\ \rightarrow \ \overset{+2}{2Mn}\ +\ 10\overset{0}{Cl}$

2KMnO$_{4}$ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl$_{2}$ + 5Cl$_{2}$ + 8H$_{2}$O

Sắt bị gỉ trong không khí ẩm là phản ứng oxi hóa khử. Các quá trình diễn ra như sau:

Fe nhường electron tạo thành cation Fe$^{2+}$

Quá trình oxi hóa: Fe → Fe$^{2+}$+ 2e

Oxi của không khí nhận electron:

Quá trình khử: 2H$_{2}$O + O$_{2}$ + 4e → 4OH$^{-}$

Fe$^{2+}$tan vào dung dịch có hòa tan khí O$_{2}$. Tại đây, Fe$^{2+}$tiếp tục bị oxi hóa, dưới tác dụng của ion OH$^{-}$ tạo ra gỉ sắt có thành phần chủ yếu là Fe$_{2}$O$_{3}$.nH$_{2}$O (oxit sắt(III) ngậm n phân tử nước).

4Fe + 3O$_{2}$ + nH$_{2}$O $\overset{t^{\circ}}{\rightarrow }$ 2Fe$_{2}$O$_{3}$.nH$_{2}$O

Một số biện pháp hạn chế sự tạo gỉ kim loại:

- Ngăn không cho kim loại tiếp xúc với môi trường: Sơn, mạ, bôi dầu mỡ lên trên bề mặt kim loại,…

- Chế tạo hợp kim ít bị ăn mòn: Ví dụ như thép không gỉ (inox) để làm các vật dụng, máy móc …

Phản ứng oxi hóa hoàn toàn methane:

CH$_{4}$ + O$_{2}$ $\overset{t^{\circ}}{\rightarrow }$ CO$_{2}$ + H$_{2}$O

$\overset{-4}{C}{\overset{+1}{H}}_{4}\ +\ {\overset{0}{O}}_{2}\ \overset{t^{\circ}}{\rightarrow }\ \overset{+4}{C}{\overset{-2}{O}}_{2}\ +\ {\overset{+1}{H}}_{2}\overset{-2}{O}$

$\begin{matrix}\overset{-4}{C}\ \rightarrow \ \overset{+4}{C}\ +\ 8e \\ \overset{0}{O}\ +2e\ \rightarrow \ \overset{-2}{O}\end{matrix}$

$\begin{matrix}1\ \times \\ 4\ \times \ \end{matrix}|\begin{matrix}\overset{-4}{C}\ \rightarrow \ \overset{+4}{C}\ +\ 8e \\ \overset{0}{O}\ +2e\ \rightarrow \ \overset{-2}{O}\end{matrix}$

⇒ $\overset{-4}{C}\ +\ 4\overset{0}{O}\ \rightarrow \ \overset{+4}{C}\ +\ 4\overset{-2}{O}$

CH$_{4}$ + 2O$_{2}$ $\overset{t^{\circ}}{\rightarrow }$ CO$_{2}$ + 2H$_{2}$O

a) H$_{2}$SO$_{3}$

Theo quy tắc 1: Số oxi hóa của O là -2, H là +1

Theo quy tắc 2: Gọi số oxi hóa của S là x ta có:

2.(+1) + 1.x + 3.(-2) = 0 → x = +4

Vậy trong H$_{2}$SO$_{3}$ số oxi hóa của O là -2, H là +1, S là +4

b) Al(OH)$_{4}$$^{-}$

Theo quy tắc 1: Số oxi hóa của O là -2, H là +1, Al là +3

Theo quy tắc 2:

1.(+3) + 4.(-2) + 4.(+1) = -1 (Thỏa mãn)

Vậy trong Al(OH)$_{4}$$^{-}$số oxi hóa của O là -2, H là +1, Al là +3.

c) NaAlH$_{4}$

Theo quy tắc 1: Số oxi hóa của Na là +1, Al là +3

Theo quy tắc 2: Gọi số oxi hóa của H là x ta có:

1.(+1) + 1.(+3) + 4.x = 0 → x = -1

Vậy trong NaAlH$_{4}$số oxi hóa của Na là +1, H là -1, Al là +3.

d) NO$_{2}$$^{-}$

Theo quy tắc 1: Số oxi hóa của O là -2

Theo quy tắc 2: Gọi số oxi hóa của N là x ta có:

1.x + 2.(-2) = -1 → x = +3

Vậy trong NO$_{2}$$^{-}$số oxi hóa của N là +3, O là -2.

a) Ag$^{+}$ + Fe$^{2+}$ → Ag + Fe$^{3+}$

Chất oxi hóa: Ag$^{+}$

Chất khử: Fe$^{2+}$

Quá trình khử: $\overset{+1}{Ag\ }+\text{1e}\rightarrow \ \overset{0}{Ag}\$

Quá trình oxi hóa: $\overset{+2}{Fe}\ \rightarrow \ \overset{+3}{Fe}\ +1e$

b) 3Hg$^{2+}$ + 2Fe → 3Hg + 2Fe$^{3+}$

Chất oxi hóa: Hg$^{2+}$

Chất khử: Fe

Quá trình khử: $\overset{+2}{Hg}\ +2e\ \rightarrow \ \overset{0}{Hg}$

Quá trình oxi hóa: $\overset{0}{Fe}\ \rightarrow \ \overset{+3}{Fe}\ +3e$

c) 2As + 3Cl$_{2}$ → 2AsCl$_{3}$

$2\overset{0}{As}\ +\ 3{\overset{0}{Cl}}_{2\ }\ \rightarrow \ 2\overset{+3}{A\ s}{\overset{-1}{Cl}}_{3}$

Chất oxi hóa: Cl$_{2}$

Chất khử: As

Quá trình khử: ${\overset{0}{Cl}}_{\ }\ +1e\ \rightarrow \ \overset{-1}{Cl}$

Quá trình oxi hóa: $\overset{0}{As}\ \rightarrow \ \overset{+3}{A\ s}\ +3e$

d*) Al + 6H$^{+}$ + 3NO$_{3}$$^{-}$ → Al$^{3+}$ + 3NO$_{2}$ + 3H$_{2}$O

Chất khử: Al

Chất oxi hóa: NO$_{3}$$^{-}$

Quá trình khử: $N{{O}_{3}}^{-}\ +\ 2{H}^{+}+1e\rightarrow N{O}_{2}+{H}_{2}O$

Quá trình oxi hóa: $\overset{0}{Al}\ \rightarrow \overset{+3}{Al}\ +3e$

a) NaBr + Cl$_{2}$ → NaCl + Br$_{2}$

$\overset{+1}{Na}\overset{-1}{Br}\ +\ {\overset{0}{Cl}}_{2}\ \rightarrow \ \overset{+1}{Na}\overset{-1}{Cl}\ +\ {\overset{0}{Br}}_{2}$

$\begin{matrix}\overset{-1}{Br}\ \rightarrow \ {\overset{0}{Br}}_{}\ +1e \\ \overset{0}{Cl}\ +1e\ \rightarrow \ \overset{-1}{Cl}\ \end{matrix}$

$\begin{matrix}1\ \times \ \\ 1\ \times \ \end{matrix}|\begin{matrix}\overset{-1}{Br}\ \rightarrow \ {\overset{0}{Br}}_{}\ +1e \\ \overset{0}{Cl}\ +1e\ \rightarrow \ \overset{-1}{Cl}\ \end{matrix}$

⇒ $\overset{-1}{Br}\ +\ \overset{0}{Cl}\ \rightarrow \ \overset{0}{Br}\ +\ \overset{-1}{Cl}$

2NaBr + Cl$_{2}$ → 2NaCl + Br$_{2}$

b) Fe$_{2}$O$_{3}$ + CO → Fe + CO$_{2}$

${\overset{+3}{Fe}}_{2}{\overset{-2}{O}}_{3}\ +\ \overset{+2}{C}\overset{-2}{O}\ \rightarrow \ \overset{0}{Fe}\ +\ \overset{+4}{C}{\overset{-2}{O}}_{2}$

$\begin{matrix}\overset{+3}{Fe}\ +3e\ \rightarrow \ \overset{0}{Fe} \\ \overset{+2}{C}\ \rightarrow \ \overset{+4}{C}\ +2e\end{matrix}$

$\begin{matrix}2\ \times \ \\ 3\ \times \ \end{matrix}|\begin{matrix}\overset{+3}{Fe}\ +3e\ \rightarrow \ \overset{0}{Fe} \\ \overset{+2}{C}\ \rightarrow \ \overset{+4}{C}\ +2e\end{matrix}$

⇒ $2\overset{+3}{Fe}\ +\ 3\overset{+2}{C}\ \rightarrow \ 2\overset{0}{Fe}\ +\ 3\overset{+4}{C}$

Fe$_{2}$O$_{3}$ + 3CO → 2Fe + 3CO$_{2}$

c) CO + I$_{2}$O$_{5}$ → CO$_{2}$ + I$_{2}$

$\overset{+2}{C}\overset{-2}{O}\ +\ {\overset{+5}{I}}_{2}{\overset{-2}{O}}_{5\ }\ \rightarrow \ \overset{+4}{C}{\overset{-2}{O}}_{2}\ +\ {\overset{0}{I}}_{2}$

$\begin{matrix}\overset{+2}{C}\ \rightarrow \ \overset{+4}{C}\ +2e \\ \overset{+5}{I}\ +5e\ \rightarrow \ \overset{0}{I}\end{matrix}$

$\begin{matrix}5\ \times \ \\ 2\ \times \ \end{matrix}|\begin{matrix}\overset{+2}{C}\ \rightarrow \ \overset{+4}{C}\ +2e \\ \overset{+5}{I}\ +5e\ \rightarrow \ \overset{0}{I}\end{matrix}$

⇒ $5\overset{+2}{C}\ +\ 2\overset{+5}{I}\ \rightarrow \ 5\overset{+4}{C}\ +\ 2\overset{0}{I}$

5CO + I$_{2}$O$_{5}$ → 5CO$_{2}$ + I$_{2}$

d) Cr(OH)$_{3}$ + Br$_{2}$ + OH$^{-}$ → CrO$_{4}$$^{2-}$ + Br$^{-}$ + H$_{2}$O

$\begin{matrix}\overset{0}{Br}\ +1e\ \rightarrow \ B{r}^{-} \\ Cr{(OH)}_{3}+\text{5}O{H}^{-}\rightarrow \ Cr{{O}_{4}}^{2-}+\text{4}{H}_{2}O\ +3e\end{matrix}$

$\begin{matrix}3\ \times \ \\ 1\ \times \end{matrix}|\begin{matrix}\overset{0}{Br}\ +1e\ \rightarrow \ B{r}^{-} \\ Cr{(OH)}_{3}+\text{5}O{H}^{-}\rightarrow \ Cr{{O}_{4}}^{2-}+\text{4}{H}_{2}O\ +3e\end{matrix}$

⇒ $Cr{(OH)}_{3}+\text{3}Br+\text{5}O{H}^{-}\rightarrow Cr{{O}_{4}}^{2-}+\text{3}B{r}^{-}+\text{4}{H}_{2}O$

2Cr(OH)$_{3}$ + 3Br$_{2}$ + 10OH$^{-}$ → 2CrO$_{4}$$^{2-}$ + 6Br$^{-}$ + 8H$_{2}$O

e) H$^{+}$ + MnO$_{4}$$^{-}$ + HCOOH → Mn$^{2+}$ + H$_{2}$O + CO$_{2}$

${H}^{+}+\ Mn{{O}_{4}}^{-}+\ \overset{+1}{H}\overset{+2}{C}\overset{-2}{O}\overset{-2}{O}\overset{+1}{H}\ \rightarrow M{n}^{2+}+\ {H}_{2}O\ +\ \overset{+4}{C}{\overset{-2}{O}}_{2}$

$\begin{matrix}\overset{+1}{H}\overset{+2}{C}\overset{-2}{O}\overset{-2}{O}\overset{+1}{H}\ \rightarrow \ \overset{+4}{C}{\overset{-2}{O}}_{2}\ +2{H}^{+}\ +2e \\ 8{H}^{+}+\ Mn{{O}_{4}}^{-}\text{+ 5e}\rightarrow \ M{n}^{2+}+\text{4}{H}_{2}O\end{matrix}$

$\begin{matrix}5\ \times \ \\ 2\ \times \ \end{matrix}|\begin{matrix}\overset{+1}{H}\overset{+2}{C}\overset{-2}{O}\overset{-2}{O}\overset{+1}{H}\ \rightarrow \ \overset{+4}{C}{\overset{-2}{O}}_{2}\ +2{H}^{+}\ +2e \\ 8{H}^{+}+\ Mn{{O}_{4}}^{-}\text{+ 5e}\rightarrow \ M{n}^{2+}+\text{4}{H}_{2}O\end{matrix}$

⇒ $16{H}^{+}+\text{2}Mn{{O}_{4}}^{-}\text{+}\overset{+1}{5H}\overset{+2}{C}\overset{-2}{O}\overset{-2}{O}\overset{+1}{H}\ \rightarrow \ 2M{n}^{2+}+\text{8}{H}_{2}O\ +\ 5\ \overset{+4}{C}{\overset{-2}{O}}_{2}\ +10{H}^{+}$

6H$^{+}$ + 2MnO$_{4}$$^{-}$ + 5HCOOH → 2Mn$^{2+}$ + 8H$_{2}$O + 5CO$_{2}$

a) H$_{2}$O$_{2}$ có công thức cấu tạo là: H – O – O – H

Xét liên hết O – O, hai nguyên tử O có độ âm điện bằng nhau nên electron không bị lệch về phía nguyên tử nào.

Xét mỗi liên kết O – H, O góp 1 electron, khi giả định H$_{2}$O$_{2}$là hợp chất ion thì 1 electron này chuyển sang O (O có độ âm điện lớn hơn H).

H$_{2}$O$_{2}$ có công thức ion giả định là: H$^{1}$$^{+}$O$^{1-}$O$^{1-}$H$^{1+}$

Vậy số oxi hóa của O là -1, H là +1

b) Ngoài số oxi hóa là -1 trong H$_{2}$O$_{2}$, trong các hợp chất khác số oxi hóa của O thường là -2. Khi H$_{2}$O$_{2}$ tham gia phản ứng oxi hóa – khử, số oxi hóa của O giảm từ -1 xuống -2

⇒ H$_{2}$O$_{2}$ là chất oxi hóa (chất bị khử hoặc có tính oxi hóa).

Quá trình khử: $\overset{-1}{O}\ +1e\rightarrow \ \overset{-2}{O}\$

Vậy nguyên tử O gây nên tính oxi hóa của H$_{2}$O$_{2}$

C$_{2}$H$_{5}$OH + 2O$_{2}$ $\overset{t^{\circ}}{\rightarrow }$ CO$_{2}$ + 3H$_{2}$O

Cách 1: Xác định số oxi hóa trung bình của C trong hợp chất C$_{2}$H$_{5}$OH

Số oxi hóa của O là -2, H là +1

Gọi số oxi hóa trung bình của C là x ta có:

2.x + 5.(+1) + 1.(-2) + 1.(+1) = 0 → x = -2

Vậy số oxi hóa trung bình của C trong C$_{2}$H$_{5}$OH là +2

${\overset{-2}{C}}_{2}{\overset{+1}{H}}_{5}\overset{-2}{O}\overset{+1}{H}\ +\ 2{\overset{0}{O}}_{2}\ \overset{t^{\circ}}{\rightarrow }\ \overset{+4}{C}{\overset{-2}{O}}_{2}\ +\ {\overset{+1}{3H}}_{2}\overset{-2}{O}$

Ta thấy có sự thay đổi số oxi hóa của C và O trước và sau phản ứng

⇒ Là phản ứng oxi hóa khử

Cách 2: Xác định số oxi hóa cụ thể của từng nguyên tử C trong hợp chất C$_{2}$H$_{5}$OH

- Dựa theo công thức cấu tạo

Giả định C$_{2}$H$_{5}$OH là hợp chất ion:

- Dựa theo số oxi hóa của một số nguyên tử đã biết

Trong hợp chất hữu cơ số oxi hóa của H, O, kim loại nhóm IA, IIA vẫn tuân theo quy tắc 1 (H là +1, O là -2,…)

Ta có thể tách riêng từng nhóm ra tính. Trong hợp chất C$_{2}$H$_{5}$OH (hoặc CH$_{3}$CH$_{2}$OH) tách thành CH$_{3}$ và CH$_{2}$OH, số oxi hóa của các nhóm này bằng 0.

Do đó trong $\overset{-3}{C}{\overset{+1}{H}}_{3}$, C có số oxi hóa -3; trong $\overset{-1}{C}{\overset{+1}{H}}_{2}\overset{-2}{O}\overset{+1}{H}$, C có số oxi hóa -1

$\overset{-3}{C}{\overset{+1}{H}}_{3}\overset{-1}{C}{\overset{+1}{H}}_{2}\overset{-2}{O}\overset{+1}{H}\ +\ 2{\overset{0}{O}}_{2}\ \overset{t^{\circ}}{\rightarrow }\ \overset{+4}{C}{\overset{-2}{O}}_{2}\ +\ {\overset{+1}{3H}}_{2}\overset{-2}{O}$

Ta thấy có sự thay đổi số oxi hóa của C và O trước và sau phản ứng

⇒ Là phản ứng oxi hóa khử

Phản ứng này thuộc loại phản ứng cung cấp năng lượng.