Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử

1. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BẢN MÔ TẢSÁNG KIẾN Kính gửi: Hội đồng sáng kiến ngành Giáo dục TP. Cần Thơ. 1. Tên sáng kiến : Cân bằng phản ứng oxi hóa –khử. 2. Quyết định Sáng kiến được công nhận tại quyết định số 28/QĐ-THPTTA ngày 02/04/2018 của Hiệu trưởng trường THPT Trung An 3. Tác giả sáng kiến: Số TT năm sinh 1 Nguyễn Viết Duy Thanh 01/04/1982 Giáo viên Trường Mẫu 02 Ngày tháng Chức vụ, đơn vị công tác Trình độ chuyên môn ĐHSP hóa học Họ và tên THPT Trung An 4. Thời điểm sáng kiến được áp dụng:Từ năm học 2016 –2017 đến nay 5. Nội dung sáng kiến: Từ thực tế giảng dạy nhiều năm qua, cũng như tham khảo ý kiến đồng nghiệp ở những lớp khác nhau, tôi nhận thấy rằng việc cân bằng các phương trình hóa học đối với học sinh là thật sự khó khăn. Vì cân bằng phản ứng không đúng thì dẫn đến làm các bài tập không chính xác. Chính vì lẻ đó bản thân định hướnglà phải hướng dẫn học sinhbằng mọi cách phải cân bằng tốt các phương trình hóa học. Vì vậy tôi lấy “ Cân bằng phản ứng oxi hóa –khử”( ở chương IV hóa học 10 ) giảng dạy thật kỹ cho các em để giúp các em thuận lợi hơn trong việc cân bằng các phản ứng hóa học. Nội dung trọng tâm. * Định nghĩa phản ứng oxi hóa khử + Phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng hóa học trong đó nguyên tử hoặc ion này nhường electron cho nguyên tử hoặc ion kia. + Phản ứng oxi hóa-khử là phản ứng trong đó có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tố. + Phản ứng oxi hóa-khử là phản ứng xảy ra đồng thời hai quá trình: quá trình oxi hóa và quá trình khử. https://skknxaydunglophochanhphuc.com/

2. + Chất oxi hóa là chất nhận electron. + Chất khử là chất nhường electron. + Quá trình khử ( sự khử ) là quá trình nhận electron. + Quá trình oxi hóa ( sự oxi hóa ) là quá trình nhường electron. *Dấu hiệu nhận biết phản ứng oxi hóa khử: Dựa vào số oxi hóa + Phản ứng oxi hóa-khử là đó có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tố. + Chất khử là chất có số oxi hóa tăng trong quá trình phản ứng + Chất oxi hóa là chất có số oxi hóa giảm trong quá trình phản ứng + Quá trình khử (sự khử ) là quá trình của chất oxi hóa. + Quá trình oxi hóa (sự oxi hóa ) là quá trình của chất khử. * Cách tính số oxi hóa Để cân bằng một phản ứng oxi hóa khử, học sinh cần tính nhanh và chính xác số oxi hóa của các nguyên tố. - Số oxi hóa của nguyên tố trong các đơn chất bằng không. - Tổng số oxi hóa của các nguyên tố nhân với số nguyên tử của từng nguyên tố bằng điện tích của ion. - Trong hợp chất + Số oxi hóa của H là +1 (trừ hidrua kim loại như: NaH, CaH2,..Số oxi hóa của H là +1. +2 -1 + Số oxi hóa của O là -2.(trừ OF2, peoxit như: Na2O2, - Trong hợp chất, tổng số oxi hóa của các nguyên tố nhân với số nguyên tử của từng nguyên tố bằng không. + Trong hợp chất ion: số oxi hóacủa kim loại, ion dương = + hóa trị số oxi hóacủa phi kim, ion âm = - hóa trị + Trong hợp chất CHT: số oxi hóacủa phi kim yếu = + hóa trị số oxi hóacủa phi kim mạnh = - hóa trị *Cân bằng phản ứng oxi hóa - khử 2 https://skknxaydunglophochanhphuc.com/

3. Cân bằng phản ứng oxi hóa - khử phải tuân theo qui tắc: số nguyên tử của mỗi nguyên tố phải được bảo toàn. - Nguyên tắc khi cân bằng: Tổng số electron mà chất khử nhường bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận hay số oxi hóa tăng của chất khử phải bằng số oxi hóa giảm của chất oxi hóa. * Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa - khử thường gặp + Phương pháp chẵn lẻ. + Phương pháp thăng bằng electron. - Dạng đơn giản: 2 nguyên tố thay đổi số oxy hóa. - Dạng phức tạp: nhiều nguyên tố thay đổi số oxy hóa. - Dạng ẩn số: số oxy hóa là ẩn số. - Dạng phân số: số oxy hóa là phân số. - Phản ứng có nguyên tố tăng hay giảm số oxi hóa ở nhiều mức. - Phản ứng tự oxy hóa khử. - Phản ứng nội phân tử. - Phản ứng giữa các hợp chất hữu cơ. * Giải pháp thực hiện. * Từ cơ sở lý luận trên thì tôi đưa ra các bước tiến hành cân bằng phản ứng oxi hóa - khửnhư sau. - 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 cũng phải chẵn. - Phương pháp thăng bằng electron. Tổng số electron do chất khử nhường phải đúng bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận. Dạng đơn giản: 2 nguyên tố thay đổi số oxi hóa. Ví dụ +7 -1 +2 0 KMnO4 + HCl → MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O Chất oxi hóa: KMnO4 ; Chất khử: HCl 2 x Mn + 5e →Mn -1 0 5 x 2Cl → Cl2 +1e.2 (quá trình oxi hóa) +7 +2 (quá trình khử) 3 https://skknxaydunglophochanhphuc.com/

4. 2KMnO4 + 16HCl → 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O Dạng phức tạp: nhiều nguyên tố thay đổi số oxi hóa. Ví dụ +2 -1 0 +3 -2 +4 -2 FeS2 + O2→ Fe2O3 + SO2 Chất khử Chất oxi hóa +2 +3 2x 2Fe → 2Fe + 2e -1 +4 4S → 4S + 20e 2x +2 -1 2FeS 2→ 2Fe + 4S + 22e +3 +4 Hay: 2x (quá trình oxi hóa) 0 -2 11x O2 + 4e →2O (quá trình khử) 4FeS2 + 11O2→ 2Fe2O3 + 8SO2 Dạng ẩn số: số oxi hóa là ẩn số. Ví dụ +2y/x +5 +3 +2 FexOy + HNO3→ Fe(NO3)3 + NO + H2O Chất khửChất oxi hóa +2y/x +3 3x xFe → xFe + (3x-2y)e (quá trình oxi hóa) +5 +2 (3x-2y)x N + 3e → N 3FexOy + (12x-2y)HNO3→ 3xFe(NO3)3 + (3x-2y)NO + (6x-y)H2O Dạng phân số: số oxi hóa là phân số. Ví dụ: (quá trình khử) +8/3 +5 +3 +2 Fe3O4 + HNO3→ Fe(NO3)3 + NO + H2O Chất khử Chất oxi hóa +8/3 +3 3Fe → 3Fe + 1e (quá trình oxi hóa) 3 +5 +2 N + 3e → N 1 (quá trình khử) 3Fe3O4 + 28HNO3→ 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O Phản ứng có nguyên tố tăng hay giảm số oxi hóa ở nhiều mức. Ví dụ 0 +5 +3 +2 +1 Al + HNO3→ Al(NO3)3 + xNO + yN2O + H2O Chất khử Chất oxi hóa 0 +3 (3x+8y)x Al → Al + 3e (quá trình oxi hóa) +5 +2 xN + 3xe → xN 3 (quá trình khử) 4 https://skknxaydunglophochanhphuc.com/

5. +5 +1 2yN + 8ye → 2yN (quá trình khử) (3x +8y)Al +(12x+30y)HNO3→(3x+8y)Al(NO3)3 + 3xNO + 3yN2O + (6x+15y)H2O Phản ứng tự oxi hóa khử. Ví dụ 0 +5 -1 Cl2 + KOH → KClO3 + KCl + H2O Chất oxi hóa, Chất khử : Cl2 3 0 +5 1x Cl → Cl+ 5e (quá trình oxi hóa) 0 -1 5x Cl + 1e → Cl (quá trình khử) 3Cl2 + 6KOH → KClO3 + 5KCl + 3H2O (3 Cl2→ Cl +5Cl) Phản ứng nội phân tử. Ví dụ -3 +1 +3 -2 0 +1 -2 NH4NO2 → N2 + H2O 0 1x N → N + 3e 0 1x N + 3e → N NH4NO2 → N2 + 2H2O Phản ứng của các hợp chất hữu cơ. Ví dụ C2H6O + KMnO4+ H2SO4→CH3COOH + MnSO4 + K2SO4 + H2O Tính số oxi hóa trung bình cho 1 nguyên tử C 0 +5 -1 -3 (quá trình oxi hóa) +3 (quá trình khử) -2 +7 0 +2 C2H6O + KMnO4 + H2SO4 → C2H4O2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O +7 +2 4x Mn + 5e → Mn (quá trình khử) 5x 2C → 2C + 4e (quá trình oxi hóa) 5C2H6O + 4KMnO4 + 6H2SO4 → 5C2H4O2 + 4MnSO4 + 2K2SO4 + 11H2O - Phương pháp cân bằng theo “nguyêntố tiêu biểu” -2 0 Chọn nguyên tố tiêu biểu là nguyên tố có đặc điểm sau: + Có mặt ít nhất trong các chất ở phản ứng đó. + Liên quan gián tiếp nhất đến nhiều chất trong phản ứng. + Chưa thăng bằng về nguyên tử ở hai vế. 5 https://skknxaydunglophochanhphuc.com/

6. Ví dụ: KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O + Chọn nguyên tố tiêu biểu: O + Cân bằng nguyên tố tiêu biểu: KMnO4→ 4H2O + Cân bằng các nguyên tố khác: - Cân bằng H: 4H2O → 8HCl - Cân bằng Cl: 8HCl → KCl + MnCl2 + 5/2Cl2 Ta được: KMnO4 + 8HCl → KCl + MnCl2 + 5/2Cl2 + 4H2O Sau cùng nhân tất cả hệ số với mẫu số chung ta có: 2 KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2 MnCl2 + 5 Cl2 + 8 H2O - Phương pháp cân bằngđạisố 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. * Ví dụ: Cl2 + KOH → KCl + KClO3 + H2O aCl2 + bKOH → cKCl + dKClO3 + eH2O Cl : 2a = c + d (1) K: b =c+d O: b = 3d + e (3) H: b = 2e (Có hệ 4 phương trình, 5 ẩn số ) Nhân các nghiệm số tìm được với 3 => a = 3, b = 6, c = 5,d = 1, e = 3 Ta được: 3Cl2 + 6KOH → 5KCl + KClO3 + 3H2O - Phương pháp tănggiảmsố oxi hóa Tổng số oxi hóa tăng phải bằng tổng số oxi hóa giảm. Ví dụ: => c = 5/3 => a = 1 => d = 1/3 => b = 2 (4) => e = 1 (2) +7 -1 +2 0 KMnO4 + HCl → MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O Số oxi hóa của Mn giảm: 5 x 2 Số oxi hóa của Cl tăng:2.1 x 5 2KMnO4 + 16HCl → 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O - Sau khi áp dụng sáng kiến này vào giảng dạy ở những lớp được phân công thì thu được kết quả như sau: 6 https://skknxaydunglophochanhphuc.com/

7. Số học sinh hiểu bài và cân bằng tốt phản ứng Năm học Lớp Chưa cân Cân bằng được 1 Cân bằng tốt bằng được số phản ứng phản ứng 2015-2016 (Khi chưa 10 70 % 22 % 8% áp dụng sáng kiến) 2016-2017 ( khi đã áp dụng sáng 10 48 % 32 % 20 % kiến ) 6. Tính hiệu quả: - Khi áp dụng tốt các phương pháp trên sẽ giúphọc sinh dễ dàng thực hiện cân bằng nhanh các phản ứng, ít tốn thời gian và giải những bài toán lien quan đến phương trình hóa học sẽ nhanh và chính xác hơn. - Khi thực hiện tốt các cân bằng hóa học thì học sinh sẽ yêu thích môn học hơn và không còn sợ khi nhìn vào các phương trình phản ứng khó. - Quá trình hoạt động dạy và học ở bộ môn hóa học sẽ dể dàng hơn và hiệu quả hơn giữa thầy và trò. 7. Phạm vi ảnh hưởng: Sáng kiến được áp dụng cho học sinh lớp 10 ở trường Trung học phổ thông Trung An và có áp dụng rộng rãi cho học sinh lớp 11, 12 của trườngđể tăng cường kiến thức cho học sinh. Ngoài ra còn có thể áp dụng để giải thích các hiện tượng liên quan đến quá trình oxi hóa –khử trong tự nhiên. Trung An, ngày 25 tháng 03 năm 2018 Người mô tả sáng kiến (Ký và ghi rõ họ tên) THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Nguyễn Viết Duy Thanh 7 https://skknxaydunglophochanhphuc.com/