Sáng kiến kinh nghiệm Dự đoán sản phẩm phản ứng oxi hóa khử

Đề tài: DỰ ĐOÁN SẢN PHẨM PHẢN ỨNG OXI HOÁ ─ KHỬ
A. ĐẶT VẤN ĐỀ:
	Như chúng ta đã biết, viết và cân bằng phản ứng là yếu tố cơ bản hàng đầu trong hoá học. Ở chương trình hoá học phổ thông, học sinh biết viết các phản ứng dựa vào tính chất của các hợp chất vô cơ. Tuy nhiên, với các phản ứng oxi hoá khử sản phẩm của phản ứng thường không tuân theo các tính chất thông thường đã học. Hầu hết các em viết phương trình phản ứng loại này chỉ biết dựa vào các phương trình phản ứng cụ thể, chứ không có phương pháp tư duy sáng tạo nào. Đây là bế tắc của nhiều học sinh. Không biết được sản phẩm của phản ứng tức là không viết được phương trình phản ứng hoá học. Như vậy, mọi vấn đề của bài toán đều bị bế tắc.
	Qua những năm giảng dạy bộ môn hoá học, bản thân tôi nhận thấy rằng cần phải đưa ra những nguyên tắc chung để học sinh có thể dự đoán được chính xác phản ứng oxi hoá - khử chứ không phải nhớ từng phản ứng bằng kinh nghiệm.
	B. NỘI DUNG.
	I. Căn cứ vào số oxi hoá
	Số oxi hoá là dấu hiệu đầu tiên để biết phản ứng có xảy ra theo hướng phản ứng oxi hoá - khử hay không; cũng như đánh giá vai trò của một chất khi nó tham gia phản ứng phản ứng oxi hoá - khử. 
	- Nếu số oxi hoá của nguyên tố cao nhất thì chất đó chỉ có thể đóng vai trò là chất oxi hoá. Số oxi hoá dương cao nhất của nguyên tố bằng số thứ tự của nhóm. Riêng với kim loại, nếu tồn tại ở dạng cation độc lập, thì số oxi hoá dương cao nhất là +3.
	Thí dụ: Số oxi hoá dương cao nhất của S ( nhóm VIA) là (+6); số oxi hoá dương cao nhất của Fe (nhóm VIIIB) trong hợp chất phức là (+8), nhưng dạng ion độc lập chỉ là (+3).
	Nếu số oxi hoá của nguyên tố là thấp nhất, chất chứa nguyên tố đó chỉ có thể đóng vai trò chất khử. Số oxi hoá thấp nhất của nguyên tố phi kim bằng (8 - số thứ tự của nhóm), số oxi hoá thấp nhất của kim loại bắng 0 (vì nguyên tử kim loại không bao giờ nhận electron để trở thành ion âm được). Thí dụ: số oxi hoá âm thấp nhất của Clo (nhóm VIIA) là (8-7=1).
	Số oxi hoá của nguyên tố là trung gian thì chất chứa nguyên tố đó có thể thể hiện cả tính khử lẫn tính oxi hoá. Nếu gặp chất khử thì nó đóng vai trò chất oxi hoá và ngược lại.
	Thí dụ: số oxi hoá của nguyên tố lưu huỳnh ở SO2 nằm trong khoảng 
(-2<+4<+6). Nếu tác dụng với H2S (với trị số -2 là thấp nhất) chỉ là chất khử, SO2 lúc này phải đóng vai trò chất oxi hoá.
Phản ứng xảy ra: SO2 + 2H2S → 3 S + 2H2O 
Nếu tác dụng với MnO4‾ (Mn+7 cao nhất - chỉ đóng vai trò chất oxi hoá) trong môi trường H+ lúc này SO2 phải đóng vai trò chất khử.
Phản ứng xảy ra: 5 SO2 + 2MnO4‾ + 8H+ → 5SO42‾ + 2Mn2+ + 4H2O
II. Căn cứ vào chiều hướng phản ứng oxi hoá - khử.
2.1. Cặp oxi hoá - khử.
2.1.1. Khái niệm về cặp oxi hoá - khử.
Chất oxi hoá và chất khử của cùng một nguyên tố hoá học tạo nên cặp oxi hoá - khử của nguyên tố đó. Nếu nguyên tố đố là kim loại thì cặp oxi hoá khử đó gọi là cặp oxi hoá - khử của kim loại.
Qui ước: Chất oxi hóa viết trước, cách chất khử một dấu gạch chéo(/).
Thí dụ: Fe3+/Fe2+; Br2/2Br‾
2.2.2. Dãy oxi hoá - khử của kim loại (dãy điện hoá):
Tính chất oxi hoá của ion kim loại tăng. 
K+ Na+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Fe3+ Hg2+ Ag+ Hg2+ Pt2+ Au3+
 K Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Fe2+ Hg Ag Hg Pt Au 
	Tính chất khử của kim loại giảm
“Dãy điện hoá của kim loại là một dãy những cặp oxi hoá - khử được xắp xếp theo chiều tăng tính chất oxi hoá của các ion kim loại và chiều giảm tính chất khử của kim loại”.
2.2. Chiều hướng của phản ứng oxi hoá khử.
Phản ứng oxi hoá - khử chỉ xảy ra theo chiều: chất oxi hoá mạnh tác dụng với chất khử mạnh tạo thành chất oxi hoá yếu hơn và chất khử yếu hơn.
	Chất oxi hoá yếu	 Chất oxi hoá mạnh
 Chất khử mạnh	 Chất khử yếu
 	2.3 Ý nghĩa của dãy điện hoá:
	- Xác định về mặt định tính một phản ứng nào đó có thể xảy ra hay không.
	- ử dụng dãy điện hoá có thể viết được những phản ứng mà tính chất thông thường của các hợp chất vô cơ không thể chỉ rõ được.
	Thí dụ: 	Cu + 2FeCl3 → CuCl2 + 2FeCl3
	3AgNO3 + 3FeSO4 → 3Ag + Fe2(SO4)3 + Fe(NO3)3
	Chỉ rõ trật tự phản ứng xảy ra khi cho hỗn hợp có nhiều chất đều có khả năng phản ứng trên cơ sở đó để tính toán.
	III.GIỚI THIỆU NHÓM CHẤT KHỬ PHỔ BIẾN.
	Chất khử sẽ ứng với chất có chứa nguyên tố có số oxi hoá thấp nhất hoặc trung gian.
	Nó có thể là: 
	- Đơn chất kim loại, đơn chất phi kim (C,S,P,N).
- Hợp chất (muối, bazơ, axit, oxit) như: FeCl2, CuS2, Fe(OH)2, HBr, H2S, CO, Cu2O
	- ion (cation,anion) như: Fe2+, Cl‾, SO32‾
	IV. Giới thiệu nhóm oxi hoá phổ biến.
	4.1. Anion NO3‾
	4.1.1. Xét trong môi trường H+
	Anion NO3‾ trong môi trường H+ có thể “ngầm” hiểu là HNO3
	Đó là sản phẩm oxi hoá mạnh, sản phẩm khử của NO3‾ ứng với số oxi hoá thấp của Nitơ – có thể là: NO2, NO, N2O, N2, NH4+.
	Sản phẩm khử phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
	- Bản chất của chất khử.
	Chất khử càng mạnh, số oxi hoá của N bị hạ xuống càng thấp. Chẳng hạn với cá kim loại từ Zn trở về trước có thể khử NO3‾ đến NH4+; nhưng các kim loại từ Cu trở về sau (tính khử yếu) thường chỉ khử đến NO2, NO
- Nồng độ của chất phản ứng.
Thường nồng độ loãng tạo NO, đặc tạo NO2.
Thực tế không đơn giản như vậy vì trong quá trình phản ứng nồng độ chất phản ứng thay đổi liên tục, do đó thường thu được hỗn hợp các sản phẩm ( để viết chính xác cần căn cứ vào cá giả thiết).
 Nếu H+ và NO3‾ lấy từ hai nguồn khá nhau, khi đề không nói rõ thì được hiểu đó là loãng.
- Điều kiện thực hiện phản ứng - thường xét nhiệt độ.
Nếu ở nhiệt độ cao tính oxi hoá càng mạnh, nhiệt độ thấp tính oxi hoá kém; chưa kể sự phối hợp giữa nồng độ và nhiệt độ có thể gây nên hiện tượng thụ động hoá.
Thí dụ: Với HNO3 rất loãng, lạnh thì tính oxi hoá của H+ lớn hơn của NO3‾ nên sản phẩm tạo ra là H2 và kim loại phản ứng chỉ đạt tới số oxi hoá thấp (không xét ở CTPT).
	Fe + 2HNO3 rất loãng,lạnh → Fe(NO3)2 + H2
Chú ý 1:
Al, Fe, Cr bị thụ động hoá với HNO3 đặc, nguội.
Tính chất này thường được dùng để tách Al, Fe ra khỏi các kim loại hoạt động khác; muốn tách riêng Fe và Al dùng kiềm để chỉ mình Al phản ứng.
Nhận xét:
Như vậy, nếu dùng chất khử là kim loại khi tác dụng với H+, NO3‾ ta dùng sơ đồ phản ứng (trong đó n ứng với số oxi hoá cao nhất của kim loại ở dạng ion độc lập).
 	NO2(khí màu nâu đỏ, bị kiềm hấp thu,
 làm đỏ quỷ tím ẩm)
 NO(khí không màu hoá nâu trong không khí)
 N2O( khí không màu nặng hơn không khí)
M + H+ + NO3‾→Mn+ + H2O + N2 (khí không màu nhẹ hơn không khí)
 NH4+ (không có khí bay ra, dung dịch sau
 phản ứng cho tác dụng với kiềm dư thì thu
 được khí có mùi khai làm xanh quỳ ẩm).
Chú ý 2:
- M là kim loại khác Au, Pt.
- Khi phải dùng công thức tổng quát: NxOy và xác định được tỷ lệ x:y = 2:3 thì phải hiểu đó là hỗn hợp “đồng số mol” của NO và NO2.
- Dù nồng độ đặc hay loãng nếu có các thuật ngữ gợi ý ở trên thì phải viết đúng sản phẩm ấy.
- Nếu thay M bằng hợp chất của nó (dạng phân tủ hoạc ion) ứng với số oxi hoá trung gian thì phản ứng xảy ra tương tự.
- Cần nhớ nếu trong trường hợp chất có cả nguyên tố có khả năng thể hiện tính khử thì nó cũng đồng thời bi oxi hoá và cũng bị đẩy đến số oxi hoá cao nhất (thường gặp hợp chất chứa lưu huỳnh, khi đó sẽ tạo SO42- ) như: Fe3O4, FeCO3, FeO, Fe(OH)2, Fe2+, FeS2, FeS, Cu2S, CuS2, Cu2O(riêng CuS chỉ phản ứng với HNO3).
Thí dụ: 	FeCO3 + 4H(NO3)3 → Fe(NO3)3 + CO2 + NO2 + H2O
	 	FeS2 + 4H+ + 5NO3‾ → Fe3+ + 2SO4 2‾ + 5NO +2H2O
- Nếu M là phi kim thì sản phẩm khử của NO3‾ tương tự trên nhưng sản phẩm muối được thay thế bằng hợp chất ứng với số oxi hoá cao nhất của phi kim, thường xét C, S, Pphản ứng với phi kim cần đun nóng.
Thí dụ:	C + 4HNO3 đặc → CO2 + 4NO2 + 2H2O
	S + 6HNO3 đặc→ H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
	3P + 5HNO3loãng + 2H2O→ 3H3PO4 + 5NO
4.1.2. NO3‾ trong môi trường kiềm mạnh.
Thể hiện tính oxi hoá tương đối mạnh, sản phẩm khử NO3 ‾ là NH3.
Thường xét phản ứng của các nguyên tố có hợp chất lưỡng tính: Al, Zn,Crkim loại bị đến số oxi hoá cao nhất như ở dạng anion MO2(1-n); luôn có H2 thoát ra vì đồng thời có phản ứng của nguyên tố lưỡng tính với kiwmf. Khi viết và cân bằng phương trình nên tách riêng hai phản ứng.
4.1.3. NO3‾ trong môi trường trung tính (H2O).
Không thể hiện tính oxi hoá. Riêng khi nhiệt phân muối nitrat (xem tính chất hợp chất vô cơ).
4.2. H2SO4 đặc.
Với H2SO4 loãng không thể hiện tính oxi hoá của S+6 .
Với H2SO4 đặc:
Sản phẩm khử có thể là:
- Lưu huỳnh(S): rắn, bột màu vàng.
- Khí SO2: khí có mùi hắc, sốc, làm nhạt màu dung dịch nước Brôm, dung dịch thuốc tím; làm quỳ ẩm hoá đỏ; bị kiềm hấp thụ
- Khí H2S: khí mùi trứng thối, khí tác dụng với kiềm, khí làm đỏ quỳ
- Muối sunfua (S2‾ không có khí bay ra).
Nếu H2SO4 đặc, nóng, dư thì sản phẩm luôn là SO2 vì nếu tạo S, H2S, S2‾ thì tiếp tục có phản ứng với H2SO4 để tạo SO2.
	SO2
M + H2SO4 đặc → M2(SO4)n + H2O + S
	H2S
 S2‾ 
Trong đó n là số oxi hoá của kim loại.
Chú ý	:	 
- Thông thường nếu đề không nói rõ cứ viết sản phẩm SO2 là đúng, đặc biệt với các kim loại có tính khử trung bình và yếu.
- Có thể phải xác định sản phẩm dựa vào tỷ lệ mol giữa các chất phản ứng khi M chưa biết hoá trị (nên dùng bán phảnứng với từng sản phẩm, xét đúng tỷ lệ đề cho để xét với điều kiện n nguyên dương và kết luận sản phẩm đúng) hoặc biết hoá trị thì phải thoả mãn dữ kiện nào đó của đề cho.
- Chất khử ở đây không chỉ là kim loại, mà còn có thể là hợp chất của kim loại đang ở số oxi hoá thấp (tạo muối sunfat ứng với hoá trị cao) hoặc là phi kim như C, S(tạo sản phẩm ứng với số oxi hoá cao nhất).
Thí dụ: 	2FeCO3 + 4H2SO4 đặc, nóng → Fe2(SO4)3 + SO2 + 2CO2 + 4H2O
	 	S + 2H2SO4 đặc, nóng → 3SO2 + 2H2O
	C + 2H2SO4 đặc, nóng → CO2 + 2SO2 + 2H2O
- Al, Fe, Cr thụ động với C đặc, nguội.
- Với Fe khi tác dụng với H+ + NO3‾ hoặc H2SO4 đặc cần lưu ý tới trường hợp Fe dư, khi đó sau phản ứng Fe =Fe3+ + 3e có thêm phản ứng Fe + 2Fe3+ = 3Fe2+
(tuỳ Fe dư ở mức độ nào mà dung dịch thu được chỉ chứa Fe2+ hoặc cả Fe2+ và cả Fe3+ chưa bị khử hết).
	- Sản phẩm khử của HNO3 hoặc H2SO4 còn có thể phải sử dụng phương pháp trị số trung bình để xác định . Khi biết (hay tính được) Mtrung bình của hỗn hợp khí, vận dụng tính chất Mmin < Mtrung bình < Mmax và liệt kê tất cả các sản phẩm có thể tạo thành để đối chiếu rồi kết luận chọn khí sản phẩm thoả mãn.
	4.3. MnO4‾ (thường dùng KMnO4; mầu tím là của MnO4‾ ).
	Thể hiện tính oxi hoá ở cả 3 môi trường, sản phẩm khử phụ thuộc vào môi trường phản ứng. Chất khử thường xét là ion kim loại đang ở số oxi hoá thấp, hoặc anion ứng với số oxi hoá thấp của phi kim chẳng hạn Fe2+, SO32- , S2- , hoặc một số khí như SO2, H2S
	4.3.1. MnO4‾ trong môi trường H+ (axit mạnh).
	Xảy ra bán phản ứng: MnO4‾ + 8H+ + 5e → Mn2+ + 4H2O
	4.3.2. MnO4‾ trong môi trường OH‾ (kiềm mạnh).
Xảy ra bán phản ứng: MnO4‾ + e → MnO4 2‾ 
4.3.3. MnO4‾ trong môi trường trung tính (H2O)
Sản phẩm khử là MnO2 (rắn, đen).
Chú ý: 
- Nếu sản phẩm tạo ra là H+ thì MnO2 tiếp tục phản ứng tạo Mn2+, lúc này coi như phản ứng trong môi trường axit.
Thí dụ: 5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O → K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4
4.4. Cr2O72‾ (màu da cam), Cr2O42‾ ; hay dùng K2Cr2O7 , K2CrO4  trong môi trường axit.
Xảy ra phản ứng: Cr2O72‾ + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7 H2O
Chú ý:
- Chất oxi hoá Cr2O72‾ , CrO42- có thể oxi hoá Cl‾, Br‾ trong môi trường H+ tạo Cl2, Br2, Fe2+ thành Fe3+
- Phản ứng chuyển hoá quan trọng, hay gặp:
	2Cr2O72 + 3Br‾ + 8OH‾ → 2CrO42- + 6Br‾ + 4H2O
	2CrO42- vàng + 2H+ « Cr2O72‾ da cam + H2O
4.5. Halogen (nhóm VIIA).
- Tính oxi hoá giảm dần theo chiều tăng của Z (giảm dần từ F đến I) riêng Flo chỉ thể hiện tính oxi hoá vì độ âm điện của nó lớn nhất.
Khi thể hiện tính oxi hoá xảy ra phản ứng X2 + 2e → 2X‾
Kim loại khi tác dụng với X2 bị đảy tới mức oxi hoá cao nhất (xem cụ thể dưới đây).
- Để chứng minh tính oxi hoá giảm dần có thể sử dụng các cách sau:
+ Cách 1: cho tác dụng với H2:
F2 phản ứng ngay trong bóng tối; Cl phải có ánh sáng (hoặc đốt nóng); Br chỉ phản ứng khi đun nóng, I2 phải đun nóng ở nhiệt độ cao và phản ứng xảy ra thuận nghịch.
+ Cách 2: cho tác dụng vói Fe đun nóng:
F, Cl tạo thành muối Fe (III); Br tạo cả 2 muối Fe (II) và Fe (III); I chỉ tạo Fe(II).
 + Cách 3. Dùng Halogen này đẩy Halogen kia ra khỏi dung dịch muối (hay axit) của nó khi phản ứng xảy ra, bán phản ứng được viết: X2 + 2e  2X – 
Chú ý: 
- Cl, Br còn thể hiện cả tính khử, phản ứng thường dùng là cho chúng tác dụng với kiềm (đun nóng hoặc không) đó là phản ứng oxi hoá - khử.
- Các anion X ‾ có tính khử nguợc lai với tính oxi hoá của các đơn chất. Ví dụ F2 có tính oxi hoá mạnh nhất thì F ‾ có tính khử yếu nhất. Điều này cho phép suy luận nếu chất oxi hoá oxi hoá được anion có tính khử yếu thì đương nhiên oxi hoá được anion có tính khử mạnh hơn. Chẳng hạn, có thể điều chế Cl bằng phản ứng của Cl‾, H+ với MnO4‾ hoặc Cr2O72‾ thì đương nhiêm sẽ điều chế được Br bằng cách thay Cl‾ bằng Br‾ .
Các anion X‾ có tính khử nguợc lai với tính oxi hoá của các đơn chất. Ví dụ F2 có tính oxi hoá mạnh nhất thì F‾ có tính khử yếu nhất. Điều này cho phép suy luận nếu chất oxi hoá oxi hoá được anion có tính khử yếu thì đương nhiêm oxi hoá được anion có tính khử mạnh hơn. Chẳng hạn, có thể điều chế Cl bằng phản ứng của Cl‾, H+ với MnO4‾ hoặc Cr2O72‾ thì đương nhiêm sẽ điều chế được Br bằng cách thay Cl‾ bằng Br‾ .
- ion I ‾ có tính khử mạnh, nó tác dụng được với Fe3+ theo phản ứng: 
 2Fe3+ + 2I ‾ → 2Fe2+ + I2
Trong khi các ion X‾ khác không có phản ứng này.
4.6. Ozôn (O3).
Có tính oxi hoá mạnh vì dễ bị phân huỷ tạo [O]. Khi phản ứng có bán phản ứng: O3 + 2e → O2 + O2‾
- Để phân biệt oxi và ozôn (hai dạng thù hình khác nhau) người ta sử dụng phản ứng: 2Kl + O3 + H2O → O2 + KOH + I2
I2 làm xanh hồ tinh bột, O2 không có phản ứng này.
- O3 có tính oxi hoá mạnh ở nhiệt độ cao (do tạo Oxi nguyên tử), ở nhiệt độ thường tính oxi hoá yếu
III. MỘT SỐ KẾT QUẢ ÁP DỤNG BƯỚC ĐẦU.
Qua những năm giảng dạy ở trường phổ thông, bản thân tôi nhận thấy chất lượng dạy - học bộ môn hoá học ở trường sau một thời gian áp dụng vào khối 10 có những chuyển biến theo hướng tích cực. Sau đây là một số kết quả cụ thể:
Năm 2004 - 2005 chưa áp dụng:
Lớp
Sĩ số
Đạt yêu cầu
Chưa đạt
Số lượng
Tỉ lệ %
Số lượng
Tỉ lệ %
10A3
52
23
44,2
29
55,8
10A4
49
17
34,7
32
65,3
T.hợp chung
101
40
39,6
61
60,4
Năm học 2005 - 2006: đã áp dụng.
Lớp
Sỉ số
Đạt yêu cầu
Chưa đạt yêu cầu
Số lượng
Tỉ lệ %
Số lượng
Tỉ lệ %
10A3
53
31
58,5
22
41,5
10A5
51
33
64,7
18
35,3
T/hợp chung
104
64
61,5
40
38,5
Năm học 2006 - 2007: đã áp dụng.
Lớp
Sĩ số
Đạt yêu cầu
Chưa đạt yêu cầu
Số lượng
Tỉ lệ %
Số lượng
Tỉ lệ %
10A5
51
39
76,5
12
23,5
10A6
50
43
86
7
14
T.hợp chung
101
82
81,2
19
18,8
	V. KẾT LUẬN, ĐỀ NGHỊ.
	5.1. Kết luận:
	Phản ứng hoá học là phần quan trọng không thể thiếu được trong hoá học. Qua sáng kiến kinh nghiệm này tôi càng nhận thức sâu sắc hơn tác dụng của việc dự đoán sản phẩm của phản ứng oxy hoá - khử. Tuy nhiên tác dụng của việc dự đoán sản phẩm phản ứng ôxy hoá - khử chỉ có thể được phát huy ở mức độ cao nếu giáo viên dạy hoá học có kế hoạch khai thác, triển khai một cách tích cực và khoa học.
	Do năng lực có hạn, thời gian thực nghiệm chưa được nhiều, vấn đề mà tôi tìm hiểu và trình bày tronng sáng kiến kinh nghiệm này chắc chắn còn nhiều thiếu sót, rất mong được sự góp ý, phê bình.
	5.2. Đề nghị:
	Vấn đề "Dự đoán sản phẩm ôxy hoá - khử" như tôi đã đề cập là một lĩnh vực hết sức cần thiết và quan trọng. Do vậy để học sinh có thể hình thành kỹ năng hoàn thiện phản ứng ôxy hoá - khử đòi hỏi phải có thêm thời gian (số tiết) trong chương trình. Bản thân tôi đề nghị mạnh dạn tăng thêm số tiết trong chương "Phản ứng ôxy hoá - khử" trong phân phối chương trình.
./.
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT LÊ HOÀN
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
Đề tài: Dự đoán sản phẩm oxi hoá - khử
	 Người viết: Đỗ Thanh Nam
	 	 Bộ môn: Hoá học
	 Chức vụ: Phó hiệu trưởng
Thọ xuân, ngày tháng 06 năm 2008.