Bài tập Phản ứng oxi hóa – khử có đáp án

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

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

- Để lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử, ta áp dụng phương pháp thăng bằng electron. Nguyên tắc của phương pháp như sau:

“Tổng số electron chất khử nhường bằng tổng số electron chất oxi hóa nhận”

a) Số oxi hóa của nguyên tử Fe trong Fe, FeO, Fe$_{2}$O$_{3}$, Fe(OH)$_{3}$, Fe$_{3}$O$_{4}$ lần lượt là 0, +2, +3, +3, $+\frac{8}{3}$

b) Số oxi hóa của nguyên tử S trong S, H$_{2}$S, SO$_{2}$, SO$_{3}$, H$_{2}$SO$_{4}$, Na$_{2}$SO$_{3}$ lần lượt là 0, -2, +4, +6, +6, +4.

1.

Thí nghiệm 1:

Quá trình oxi hóa: $\overset{0}{Fe}\rightarrow \overset{+2}{Fe}+\ 2e$

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

Thí nghiệm 2:

Quá trình oxi hóa: $\overset{0}{Fe}\rightarrow \overset{+2}{Fe}+\ 2e$

Quá trình khử: $2\overset{+1}{H}+\ 2e\rightarrow {\overset{0}{H}}_{2}$

2.

Thí nghiệm 1: Chất khử là Fe, chất oxi hóa là CuSO$_{4}$.

Thí nghiệm 2: Chất khử là Fe, chất oxi hóa là H$_{2}$SO$_{4}$.

a) Số oxi hóa của Fe tăng từ +2 lên +3.

Số oxi hóa của O (O$_{2}$) giảm từ 0 xuống -2.

$\overset{+2}{Fe}{(OH)}_{2}+{\overset{0}{\ O}}_{2}+\ {H}_{2}O\rightarrow \overset{+3}{Fe}{(\overset{-2}{O}H)}_{3}$

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

Quá trình khử: $\overset{0}{{O}_{2}}\ +4e\rightarrow 2\overset{-2}{O}$

c)

Phản ứng b) là phản ứng oxi hóa – khử do có thay đổi số oxi hóa của các nguyên tử.

Cân bằng phản ứng b):

Bước 1: $\overset{0}{C}\ +\ \overset{+4}{C}{O}_{2}\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }\overset{+2}{C}O$

Chất khử là C, chất oxi hóa là CO$_{2}$.

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

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

Bước 3: Xác định hệ số

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

Bước 4: Cân bằng

C + CO$_{2}$ $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ 2CO

Một số phản ứng oxi hóa – khử có lợi trong thực tế:

- Phản ứng đốt cháy nhiên liệu (than đá, khí thiên nhiên, xăng, dầu, …).

- Dùng Cl$_{2}$ để khử trùng nước sinh hoạt.

- Sản xuất hóa chất trong công nghiệp, ví dụ sản xuất sulfuric acid từ quặng pyrite.

Một số phản ứng oxi hóa – khử có hại trong thực tế:

- Sự han gỉ kim loại.

- Mưa axit ăn mòn các công trình xây dựng, tượng đài …

1) S + O$_{2}$ $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ SO$_{2}$

2) 4FeS$_{2}$ + 11O$_{2}$$\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ 2Fe$_{2}$O$_{3}$ + 8SO$_{2}$

3) 2SO$_{2}$ + O$_{2}$ $\overset{{t}^{o},\ xt}{⇄}$ 2SO$_{3}$

4) SO$_{3}$ + H$_{2}$O ⟶ H$_{2}$SO$_{4}$

Trong các phản ứng trên, phản ứng (1), (2), (3) là phản ứng oxi hóa khử do có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tử.

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

⇒ Chất oxi hóa là O$_{2}$, chất khử là C$_{2}$H$_{2}$.

$\begin{matrix}\overset{}{2\times } \\ \overset{}{5\times }\end{matrix}||\begin{matrix}2\overset{-1}{C}\rightarrow 2\overset{+4}{C}\ +10e \\ {\overset{0}{O}}_{2}\ +\ 4e\rightarrow 2\overset{-2}{O}\end{matrix}$

⇒ 2C$_{2}$H$_{2}$ + 5O$_{2}$ $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ 4CO$_{2}$ + 2H$_{2}$O

- Lập phương trình: C + O$_{2}$$\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ CO$_{2}$

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

⇒ Chất khử là C, chất oxi hóa là O$_{2}$.

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

⇒ C + O$_{2}$$\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ CO$_{2}$

- Lập phương trình: CO$_{2}$ + C$\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$CO

$\overset{0}{C}\ +\ \overset{+4}{C}{O}_{2}\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }\overset{+2}{C}O$

⇒ Chất khử là C, chất oxi hóa là CO$_{2}$.

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

⇒ CO$_{2}$ + C $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ 2CO

- Lập phương trình: Fe$_{2}$O$_{3}$ + CO$\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ Fe + CO$_{2}$

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

⇒ Chất khử là CO, chất oxi hóa là Fe$_{2}$O$_{3}$.

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

⇒ Fe$_{2}$O$_{3}$ + 3CO $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$2Fe + 3CO$_{2}$

- Các phản ứng oxi hóa – khử xảy ra phổ biến trong thực tiễn: sự cháy, sự han gỉ của kim loại, sản xuất hóa chất, chuyển hóa nitrogen trong tự nhiên, …

Ví dụ 1: Quá trình đốt cháy carbon trong than đá

C + O$_{2}$ $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ CO$_{2}$

Ví dụ 2: Quá trình đốt cháy butane trong khí gas

2C$_{4}$H$_{10}$ + 13O$_{2}$ $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ 8CO$_{2}$ + 10H$_{2}$O

Ví dụ 3: Trong không khí ẩm, các vật dụng bằng thép bị oxi hóa tạo gỉ sắt.

4Fe + 3O$_{2}$ + xH$_{2}$O ⟶ 2Fe$_{2}$O$_{3}$.xH$_{2}$O