Trường THPT Võ Giữ Giáo viên: Nguyễn Văn Vũ Cân bằng nhanh phản ứng oxihóa – khử của H 2 SO 4 đ, n và của HNO 3 1 A. MỞ ĐẦU Để trả lời được các câu hỏi lý thuyết hoặc giải các bài tập hóa học, cân bằng phản ứng oxihóa – khử là một trong những kỹ năng không thể thiếu. Mặc dù trước khi dạy về phản ứng oxihóa – khử, chắn chắn thầy cô giáo nào cũng nói đến tầm quan trọng của việc cân bằng phản ứng oxihóa – khử; trong các câu hỏi và bài tập liên quan đến phản ứng oxihóa – khử, thầy cô giáo nào cũng cho học sinh luyện tập nhanh về kỹ năng cân bằng phản ứng oxihóa – khử. Tuy nhiên thực trạng hiện nay của học sinh là: - Một bộ phận không nhỏ học sinh không biết cân bằng và rất sợ phải cân bằng phản ứng oxihóa – khử. - Bộ phận còn lại biết được cách và đã cân bằng được phản ứng oxihóa – khử, tuy nhiên cân bằng rất chậm so với yêu cầu hiện nay là đánh giá theo hình thức trắc nghiệm khách quan. Vì vậy, sau nhiều năm trăn trở trong lĩnh vực này, hôm nay tôi giới thiệu với quý thầy cô cùng các em học sinh đề tài “cân bằng nhanh phản ứng oxihóa – khử của H 2 SO 4 đặc, nóng và của HNO 3 ”. Đề tài này được xây dựng trên cơ sở phương pháp thăng bằng electron mà học sinh được học ở sách giáo khoa lớp 10. Đề tài “cân bằng nhanh phản ứng oxihóa – khử của H 2 SO 4 đặc, nóng và của HNO 3 ” tôi đưa ra ở đây chỉ đi sâu vào loại phản ứng oxihóa – khử thường gặp trong chương trình phổ thông đó là phản ứng của H 2 SO 4 đặc, nóng; của HNO 3 với đơn chất kim loại, oxit kim loại, hiđroxit kim loại hoặc đơn chất phi kim. Trường THPT Võ Giữ Giáo viên: Nguyễn Văn Vũ Cân bằng nhanh phản ứng oxihóa – khử của H 2 SO 4 đ, n và của HNO 3 2 B. PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NHANH PHẢN ỨNG OXIHÓA - KHỬ I. CẦN NHỚ: 1. Với H 2 SO 4 đặc, nóng: Khi H 2 SO 4 đặc nóng tham gia phản ứng oxihóa – khử, nguyên tử 6 S  trong H 2 SO 4 có thể bị khử thành 4 S  (SO 2 ), 0 S (S), 2 S  (H 2 S). SO 2 : 6 S  + 2 e → 4 S  S: 6 S  + 6 e → 0 S H 2 S: 6 S  + 8 e → 2 S  Học sinh chỉ cần nhớ: SO 2 : +2 e S: +6 e H 2 S: +8 e (Nếu quên học sinh có thể tính lại) 2. Với HNO 3 : Khi HNO 3 tham gia phản ứng oxihóa – khử, nguyên tử 5 N  trong HNO 3 có thể bị khử thành 4 N  (NO 2 ), 2 N  (NO), 1 N  (N 2 O), 0 N (N 2 ), 3 N  (NH 4 NO 3 ). NO 2 : 5 N  + 1 e → 4 N  NO: 5 N  + 3 e → 2 N  N 2 O: 2 5 N  + 8 e → 2 1 N  N 2 : 2 5 N  + 10 e → 2 0 N NH 4 NO 3 : 5 N  + 8 e → 3 N  Trường THPT Võ Giữ Giáo viên: Nguyễn Văn Vũ Cân bằng nhanh phản ứng oxihóa – khử của H 2 SO 4 đ, n và của HNO 3 3 Học sinh chỉ cần nhớ: NO 2 : +1 e NO: +3 e N 2 O: +8 e N 2 : +10 e NH 4 NO 3 : +8 e (Nếu quên học sinh có thể tính lại) 3. Với đơn chất kim loại: Khi tham gia phản ứng oxihóa – khử với HNO 3 hoặc H 2 SO 4 đặc nóng, đơn chất kim loại bị oxihóa từ 0 lên số oxihóa dương n: 0 R → n R  + n e n là hóa trị của kim loại trong phản ứng (chú ý các kim loại có nhiều hóa trị như Fe, Cu, ) Học sinh chỉ cần nhớ: Đơn chất kim loại hóa trị n: -n e 4. Với đơn chất phi kim: Khi tham gia phản ứng oxihóa – khử với HNO 3 hoặc H 2 SO 4 đặc nóng, đơn chất phi kim bị oxihóa từ 0 lên số oxihóa dương +n: 0 R → n R  + n e Học sinh chỉ cần nhớ: Đơn chất phi kim bị oxihóa lên số oxihóa +n: -n e 5. Với oxit kim loại hoặc hiđroxit kim loại: Khi tham gia phản ứng oxihóa – khử với HNO 3 hoặc H 2 SO 4 đặc nóng, kim loại trong oxit, kim loại trong hiđroxit bị oxihóa từ hóa trị x lên hóa trị y: x R  → y R  + (y –x) e Học sinh chỉ cần nhớ: -( y – x) e (Số electron nhường bằng hóa trị sau trừ hóa trị trước) (Chú ý: Khi Fe 3 O 4 bị oxihóa thành 3 Fe  thì 1 phân tử Fe 3 O 4 nhường 1 e) Trường THPT Võ Giữ Giáo viên: Nguyễn Văn Vũ Cân bằng nhanh phản ứng oxihóa – khử của H 2 SO 4 đ, n và của HNO 3 4 II. BA BƯỚC CÂN BẰNG NHANH PHẢN ỨNG OXIHÓA – KHỬ CỦA H 2 SO 4 đặc, nóng VÀ HNO 3 : ( Minh họa bằng phản ứng: Fe + HNO 3 → Fe(NO 3 ) 3 + N 2 O  + H 2 O ) 1. Bước 1: Ghi số electron mà kim loại hoặc phi kim nhường (bằng hóa trị n của kim loại nếu như kim loại ở dạng đơn chất; bằng hiệu của 2 hóa trị nếu kim loại trong oxit, trong hiđroxit ), số electron mà 5 N  nhận (1, 3, 8, 10, 8) hoặc 6 S  nhận ( 2, 6, 8) để tạo ra 1 phân tử sản phẩm khử tương ứng. 3 8 Fe + HNO 3 → Fe(NO 3 ) 3 + N 2 O  + H 2 O 2. Bước 2: Tìm bội số chung nhỏ nhất (BCNN) của 2 số electron trên. Tìm hệ số cho các chất bằng cách lấy BCNN chia cho các số electron tương ứng. 24 3 8 8 Fe + HNO 3 → 8 Fe(NO 3 ) 3 + 3 N 2 O  + H 2 O (3 và 8 có BCNN là 24; lấy 24 chia 3 được 8 – hệ số của Fe và Fe(NO 3 ) 3 ; lấy 24 chia 8 được 3 – hệ số của N 2 O). 3. Bước 3: Cân bằng N (S) sau đó đến H và kiểm tra lại O. 24 3 8 8 Fe + 30 HNO 3 → 8 Fe(NO 3 ) 3 + 3 N 2 O  + 15 H 2 O III. MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA: Ví dụ 1. Fe + H 2 SO 4 đ,n → Fe 2 (SO 4 ) 3 + SO 2  + H 2 O Bước 1: 3 2 Fe + H 2 SO 4 đ,n → Fe 2 (SO 4 ) 3 + SO 2  + H 2 O Bước 2: Trường THPT Võ Giữ Giáo viên: Nguyễn Văn Vũ Cân bằng nhanh phản ứng oxihóa – khử của H 2 SO 4 đ, n và của HNO 3 5 6 3 2 2 Fe + H 2 SO 4 đ,n → 1 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3 SO 2  + H 2 O 3 2 Bước 3: 6 3 2 2 Fe + 6 H 2 SO 4 đ,n → Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3 SO 2  + 6 H 2 O 3 2 Ví dụ 2. FeO + HNO 3 → Fe(NO 3 ) 3 + NO  + H 2 O Bước 1: (3-2) 3 FeO + HNO 3 → Fe(NO 3 ) 3 + NO  + H 2 O Bước 2: 3 1 3 3 FeO + HNO 3 → 3 Fe(NO 3 ) 3 + 1 NO  + H 2 O Bước 3: 3 1 3 3 FeO + 10 HNO 3 → 3 Fe(NO 3 ) 3 + 1 NO  + 5 H 2 O Ví dụ 3: R + HNO 3 → R(NO 3 ) n + NO  + H 2 O Bước 1: n 3 R + HNO 3 → R(NO 3 ) n + NO  + H 2 O Bước 2: Trường THPT Võ Giữ Giáo viên: Nguyễn Văn Vũ Cân bằng nhanh phản ứng oxihóa – khử của H 2 SO 4 đ, n và của HNO 3 6 3n n 3 3 R + HNO 3 → 3 R(NO 3 ) n + n NO  + H 2 O Bước 3: 3n n 3 3 R + 4n HNO 3 → 3 R(NO 3 ) n + n NO  + 2n H 2 O Trường THPT Võ Giữ Giáo viên: Nguyễn Văn Vũ Cân bằng nhanh phản ứng oxihóa – khử của H 2 SO 4 đ, n và của HNO 3 7 C. KẾT LUẬN Qua thực tế so sánh ở các lớp mà tôi dạy, những em được học “Cân bằng nhanh phản ứng oxihóa – khử của H 2 SO 4 đặc nóng và của HNO 3 ” đã có sự khác biệt rõ ràng về kỹ năng cân bằng phản ứng oxihóa – khử của H 2 SO 4 đặc nóng và của HNO 3 so với các em ở các lớp chưa được học. Với đề tài này các em học sinh rất hứng thú áp dụng và nhiều em kể cả một số em học sinh lâu nay rất sợ phải cân bằng phản ứng oxihóa – khử cũng có thể hoàn thành việc cân bằng loại phản ứng oxihóa – khử trên trong vòng 10 hoặc 15 giây. Trước khi giới thiệu đề tài và sau khi giới thiệu đề tài này trong 1 tiết, tôi cho các em làm bài kiểm tra ngắn và thu được kết quả như sau: TRƯỚC KHI ĐƯỢC HỌC ĐỀ TÀI Đề kiểm tra: Cân bằng các phản ứng sau: a. Al + HNO 3 → Al(NO 3 ) 3 + N 2  + H 2 O b. Fe(OH) 2 + H 2 SO 4 đ,n → Fe 2 (SO 4 ) 3 + SO 2  + H 2 O c. S + HNO 3 → H 2 SO 4 + NO 2  + H 2 O Kết quả: Lớp Sau 30 giây (%) Sau 45 giây (%) Sau 90 giây (%) Sau 3 phút (%) 12A1 5 18 38 74 12A2 2 15 27 57 12A3 0 11 37 82 12A8 (Hệ B) 0 1 6 15 Trường THPT Võ Giữ Giáo viên: Nguyễn Văn Vũ Cân bằng nhanh phản ứng oxihóa – khử của H 2 SO 4 đ, n và của HNO 3 8 SAU KHI ĐƯỢC HỌC ĐỀ TÀI Đề kiểm tra: Cân bằng các phản ứng sau: a. Al + H 2 SO 4 đ, n → Al 2 (SO 4 ) 3 + SO 2  + H 2 O b. Fe 3 O 4 + HNO 3 → Fe(NO 3 ) 3 + NO  + H 2 O c. P + HNO 3 → H 3 PO 4 + NO 2  + H 2 O Kết quả: Lớp Sau 30 giây (%) Sau 45 giây (%) Sau 90 giây (%) Sau 3 phút (%) 12A1 31 59 85 95 12A2 24 51 73 93 12A3 26 82 89 97 12A8 (Hệ B) 9 23 46 83 Các con số 1, 3, 8, 10, 8 (với HNO 3 ); 2, 6, 8 (với H 2 SO 4 đặc nóng); n (với kim loại hoặc phi kim dạng đơn chất); (y – x) (kim loại hoặc phi kim bị oxihóa từ hóa trị x lên hóa trị y) là rất cần thiết với học sinh. Nó không chỉ sử dụng để cân bằng nhanh phản ứng oxihóa – khử mà còn được sử dụng để giải nhanh bài tập trắc nghiệm bằng phương pháp bảo toàn mol electron. Ví dụ 1: Cho m gam Al phản ứng với dung dịch HNO 3 dư thu được các sản phẩm khử gồm: 0,01 mol N 2 O; 0,02 mol N 2 và 0,01 mol NH 4 NO 3 . Xác định m. Giải Áp dung phương pháp bảo toàn mol electron ta có: 3.n Al = 8. n N2O + 10.n N2 + 8.n NH4NO3 3.n Al = 8. 0,01 + 10.0,02 + 8.0,01 n Al = 0,12 mol m Al = 0,12.27 = 3,24 g ) Ví dụ 2: Cho 11 g hỗn hợp Al, Fe phản ứng với dung dịch HNO 3 dư thu được 2 sản phẩm khử gồm: 0,075 mol N 2 O; 0,030 mol N 2 và dung dịch X, cô cạn dung dịch X thu được bao nhiêu gam muối khan? Giải Trường THPT Võ Giữ Giáo viên: Nguyễn Văn Vũ Cân bằng nhanh phản ứng oxihóa – khử của H 2 SO 4 đ, n và của HNO 3 9 n NO3-/muối của 2 kim loại = n e = 8.0,075 + 10.0,030 = 0,900 mol m Al(NO3)3 + m Fe(NO3)3 = m Al + m Fe + m NO3-/muối của 2 kim loại = 11 + 0,900.62 = 66,8 g Do thời gian còn hạn chế, “Cân bằng nhanh phản ứng oxihóa – khử của H 2 SO 4 đặc nóng và của HNO 3 ” tôi đưa ra ở đây chỉ đi sâu vào loại phản ứng oxihóa – khử thường gặp nhất đó là phản ứng của H 2 SO 4 đặc, nóng; HNO 3 với đơn chất kim loại, oxit kim, hiđroxit kim loại hoặc đơn chất phi kim. Với các chất khử phức tạp như FeS, FeS 2 , học sinh có thể tính số electron mà 1 phân tử này nhường khi tham gia phản ứng với H 2 SO 4 đ,n; với HNO 3 sau đó thì có thể áp dụng đề tài này để cân bằng nhanh. Ví dụ: FeS 2 + HNO 3 → Fe(NO 3 ) 3 + H 2 SO 4 + NO  + H 2 O Bước 1: 15 3 FeS 2 + HNO 3 → Fe(NO 3 ) 3 + H 2 SO 4 + NO  + H 2 O Bước 2: 15 15 3 1 FeS 2 + HNO 3 → 1 Fe(NO 3 ) 3 + 2 H 2 SO 4 + 5 NO  + H 2 O Bước 3: 15 15 3 1 FeS 2 + 8 HNO 3 → 1 Fe(NO 3 ) 3 + 2 H 2 SO 4 + 5 NO  + 2 H 2 O Bước đầu áp dụng đề tài đã có một số thành công nhất định. Tuy nhiên chắc chắn sẽ không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô để để tài này được hoàn thiện hơn. . Cân bằng nhanh phản ứng oxihóa – khử của H 2 SO 4 đ, n và của HNO 3 4 II. BA BƯỚC CÂN BẰNG NHANH PHẢN ỨNG OXIHÓA – KHỬ CỦA H 2 SO 4 đặc, nóng VÀ HNO 3 : ( Minh họa bằng phản ứng: . cân bằng nhanh phản ứng oxihóa – khử của H 2 SO 4 đặc, nóng và của HNO 3 ” tôi đưa ra ở đây chỉ đi sâu vào loại phản ứng oxihóa – khử thường gặp trong chương trình phổ thông đó là phản ứng. Cân bằng nhanh phản ứng oxihóa – khử của H 2 SO 4 đ, n và của HNO 3 7 C. KẾT LUẬN Qua thực tế so sánh ở các lớp mà tôi dạy, những em được học Cân bằng nhanh phản ứng oxihóa – khử của