SKKN: RÈN KỸ NĂNG CÂN BẰNG PHẢN ỨNG OXI HÓA - KHỬ CHO HỌC SINH THPT PHẦN I. MỞ ĐẦU I - Lý do chọn đề tài Hoá học là bộ môn khoa học quan trọng trong nhà trường phổ thông. Môn hoá học cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức phổ thông, cơ bản và thiết thực đầu tiên về hoá học, giáo viên bộ môn hoá học cần hình thành ở các em một kỹ năng cơ bản, phổ thông và thói quen học tập và làm việc khoa học làm nền tảng cho việc giáo dục xã hội chủ nghĩa, phát triển năng lực nhận thức, năng lực hành động. Có những phẩm chất thiết như cẩn thận, kiên trì, trung thực, tỉ mỉ, chính xác, yêu chân lí khoa học, có ý thức trách nhiệm với bản thân, gia đình, xã hội có thể hoà hợp với môi trường thiên nhiên, chuẩn bị cho học sinh đi vào cuộc sống lao động. Trong môn hoá học thì kĩ năng viết phương trình phản ứng và cân bằng phương trình có vai trò cực kì quan trọng.Việc cân bằng các phương trình phản ứng đặc biệt là trong các phản ứng oxi hóa –khử nhiều khi gặp rất nhiều khó khăn với học sinh và nhiều khi các em còn rất lúng túng trong phương pháp cân bằng phương trình. Khi học sinh đã được hướng dẫn và đã nắm chắc các phương pháp cân bằng phương trình đặc biệt là các phản ứng oxi hóa –khử sẽ gúp cho học sinh cảm thấy tự tin hơn trong khi học môn hóa học, từ đó sẽ cảm thấy yêu thích môn học hơn và sẽ giúp cho các em học tốt được môn học này.Với mục đích giúp học sinh nhận dạng, phân loại và có một phương pháp cân bằng chính xác các phản ứng oxi hóa – khử. nên tôi đã lựa chọn đề tài “RÈN KỸ NĂNG CÂN BẰNG PHẢN ỨNG OXI HÓA - KHỬ CHO HỌC SINH THPT” II. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài 1. Mục đích: - Nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy- học hoá học - Giúp cho học sinh nắm chắc được bản phản ứng oxi hóa-khử từ đó rèn kỹ năng cân bằng các phản ứng oxi húa –khử. - Phát huy tính tích cực và tạo hứng thú cho học sinh trong học tập đặc biệt là trong việc cân bằng các phương trỡnh phản ứng. - Là tài liệu cần thiết cho việc ôn học sinh giỏi, ụn thi đại học 2- Nhiệm vụ: - Phân loại các phản ứng hóa học. Đưa ra các phương pháp ,các bước tiến hành cân bằng phản ứng oxi hóa –khử. III. Phạm vi nghiên cứu - Trong sáng kiến kinh nghiệm của mình tôi chỉ đề cập đến phương pháp cân bằng phương trình phản ứng hóa học mà chủ yếu là trong phản ứng oxi hóa- khử trong chương trình hóa học lớp 10. IV. Phương pháp nghiên cứu Để hoàn thành tốt đề tài này đã vận dụng các phương pháp nghiên cứu khoa học như: - Phân tích lý thuyết, điều tra cơ bản, tổng kết kinh nghiệm sư phạm và sử dụng một số phương pháp thống kê toán học trong việc phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm v.v . - Nghiên- cứu kỹ sách giáo khoa lớp 10 và các sách nâng cao, tài liệu tham khảo viết về cõn bằng phản ứng oxi húa –khử. - Đỳc rút kinh nghiệm của bản thân trong quá trình học và dạy học. - Áp dụng đề tài vào chương trình giảng dạy đối với học sinh lớp 10 đại trà và ôn thi đại học - Tham khảo, học hỏi kinh nghiệm của một số đồng nghiệp PHẦN II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU I. Cơ sở lí luận. Như chúng ta đã biết để cân bằng được phương trình phản ứng oxi hoá – khử thì bước đầu tiên học sinh phảỉ xác định được thế nào là phản ứng oxi hoá –khử. Trên cơ sở xác định được thế nào là phản ứng oxi hóa –khử rồi thì học sinh phải nắm chắc được các quy tắc xác định số oxi hóa và các bước lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa –khử. Khi học sinh đã nắm được kiến thức cơ bản về cân bằng phản ứng oxi hóa –khử rồi thì học sinh sẽ được cung cấp thêm các phương pháp cân bằng và các dạng phương trình phản ứng oxi hóa –khử. Từ đó sẽ giúp cho học sinh biết cách cân bằng các phản ứng từ đơn giản đến phức tạp ,tạo nền tảng cho học sinh làm các bài tập hóa học. II. Thực trạng trước khi thực hiện đề tài 1. Thuận lợi - Khi viết đề tài này thì có nhiều sách viết về các ví dụ cân bằng phản ứng oxi hóa –khử. Đây là nguồn tài liệu tham khảo. - Học sinh nhiệt tình trong học tập hoá học 2. Khó khăn - Kiến thức hoá học ở các lớp cấp dưới còn ít - Học sinh rất sợ loại phản ứng oxi hoá khử - Đối với học sinh lớp 10 các em chưa được học về sự điện li của các chất trong dung dịch. III. Phương pháp tiến hành - Phân loại phản ứng hóa học, xác định phản ứng oxy hóa-khử. - Cách tính số oxy hóa của các nguyên tố trong phản ứng. - Lựa chọn phương pháp cân bằng.  Phương pháp cân 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 tự oxy hóa khử. - Phản ứng nội phân tử. - Phản ứng giữa các hợp chất hữu cơ.  Phương pháp cân bằng ion electron: - Môi trường axit. - Môi trường bazơ. - Môi trường trung tính. Phương pháp Nội dung Giáo viên hướng dẫn học sinh tính số oxi hóa của các nguyên tố, xác định phản ứng nào là phản ứng oxi hóa-khử Phản ứng oxi hóa-khử có thể định nghĩa theo nhiều cách. Học sinh cần học và nắm vững các khái niêm chất oxi hóa chất khử, quá trình oxi hóa, quá trình khử.  Để cân bằng một phản ứng oxi hóa - khử, học sinh cần tính nhanh và chính xác số oxi hóa của các nguyên tố. Cách tính số oxi hóa: Qui ước về cách tính số oxi hóa: - Số oxi hóa của một đơn chất bằng không. Vd: Zn 0 , H 2 0 , O 3 0 . Giáo viên rèn học sinh cách tính số oxi hóa của các nguyên tố trong một số hợp chất KMnO 4 , KClO 3 , BaH 2 , BaO 2 , K 2 Cr 2 O 7 , NH 4 Cl, KHSO 4 , CaHPO 4 , (NH 4 ) 2 SO 4 . Giáo viên hướng dẩn học sinh cách tính số oxi hóa của Oxi và Hidro trong peoxit và hidrua kim loại. - Số oxi hóa của ion bằng điện tích ion đó. Vd: Cl -  số oxi hóa của Cl =- 1. NH + 4  x + 4 = +1.  x = -3.  số oxi hóa của N = -3. SO 4 2-  x – 2.4 = -2.  x = +6.  số oxi hóa của S = +6. - Số oxi hóa của H trong hợp chất là +1. - Số oxy hóa của O trong hợp chất là -2. Vd: 21 2 11 , −+−+ OHClH Ngoại lệ: Số oxy hóa của peoxit và hidrua kim loại. Vd: 1 2 2111 2 21 2 1 2 ,,, −+−+−+−+ HBaHNaOBaONa số oxi hóa của O là -1, số oxi hóa của H là -1. - Tổng số oxi hóa của các nguyên tố trong một hợp chất bằng không. Vd: 5 03.21: 2 3 1 +=⇔ =−++ −+ x xNOH  số oxi hóa của N là +5. 2 0262: 21 6 2 2 −=⇔ =−+ −+− x xOHC  số oxi hóa của C là -2. 1 066: 1 6 1 6 −=⇔ =+ +− x xHC  số oxi hóa của C là -1. Giáo viên hướng dẫn học sinh 4 bước để cân bằng. CÂN BẰNG PHƯƠNG TRÌNH PHẢNỨNG OXI HÓA-KHỬ A-PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG ELECTRON vd: Fe 2 +3 O 3 -2 + H 2 o Fe o + +1 H 2 O -2 Chất oxi hoá Chất khử Bước 1: Tính số oxi hoá của các nguyên tử. xác định chất oxi hoá – chất khử Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa quá trình khử, cân bằng mỗi quá trình Fe +3 +3e → Fe o H o → H + +1e Tìm hệ số phương trình dựa vào bội số chung nhỏ nhất của số e cho và số e nhận. Giáo viên hướng dẫn học sinh cân bằng phản ứng dạng đơn giản. Học sinh tìm chất oxi hóa và chất hkử. Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử. Tìm hệ số và đưa hệ số vào phương trình, kiểm tra lại. Chú ý học sinh cách tính số oxi hóa của oxi trong peoxit. 1. Dạng đơn giản Vd1: 2KMn +7 O 4 + 16HCl 1- → 5Cl 2 + 2Mn +2 Cl 2 + 2KCl + 8H 2 O 2x Mn +7 +5e → Mn +2 5x 2 Cl - → Cl 2 o -1e.2 Vd2: 2Cr +3 Cl 3 + 3 Na 2 O 2 -1 + 4 NaOH 2Na 2 Cr +6 O 4 -2 + 6NaCl + 2 H 2 O 2x Cr +3 → Cr +6 + 3e 3x 2 O -1 +2e → 2 O -2 Phản ứng tự oxi hóa - khử là phản ứng trong đó nguyên tố tham gia phản ứng đóng vai trò vừa là chất oxihoá vừa là chất khử Phản ứng tự oxihoá khử: Vd: 3Cl 2 + 6KOH → KClO 3 + 5KCl + 3H 2 O Chất oxihoá : Cl 2 Chất khử : Cl 2 1x Cl o → Cl +5 -+ 5e 5x Cl o + 1e → Cl - Dạng một ẩn số đơn giản, cách tiến hành cân bằng cũng qua 4 bước tương tự như trên Dạng ẩn số: Vd1: 3M o + 4nHN +5 O 3 → 2N +2 O + 3M +n (NO 3 )n + 2nH 2 O Chất khử Chất oxihoá n N +5 +3e → N +2 3 M o → M n+ + ne 2 ẩn hoặc 3 ẩn số Cần giúp học sinh viết được các nửa phản ứng bằng cách chú y Fe nhường electron thì số oxihoá tăng Vậy N phải nhận e số oxihoá giảm. Vây 5x 2y thì số e nhường là (5x-2y ) Vd2: Fe o + HN +5 O 3 → N x +2y/x Oy + Fe +3 (NO 3 ) 3 + H 2 O c.khử c.ôxh 5x-2y. Fe o -3e → Fe +3 3 xN +5 + (5x-2y) e → xN +2y/x+ (5x-2y)Fe + (18x – 6y) HNO 3 → 3 N x O y + (5x-2y)Fe(NO 3 ) 3 + (9x-3y)H 2 O Với phản ứng có nhiều ẩn số, cách cân bằng cũng tương tự qua 4 bước như trên. Nếu số oxihoá là phân số để đơn giản ta nhân phương trình cho mẫu số và tính tổng số oxihoá ở hai vế Vd3: 3M x O y +(4nx – 2y) HN +5 O 3 → 3xM(NO 3 )n +(2nx-y)H 2 O+(nx-2y)N +2 O c khử c. oxh (nx-2y) N +5 + 3e → N +2 3 xM +2y/x – (nx-2y)e → x N +n Tính số oxihoá của C trong trường hợp chất hữu cơ như vô cơ Vd4: 3C -2 n H 2n + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3C 2-2n/n n H 2n (OH) 2 + 2MnO 2 + 2KOH 2 Mn+ +3e → Mn +4 3 nC- 2e → nC (2-2n)/n Nếu có 3 chất có số oxihoá thay đổi ta cần tính số oxh Phản ứng nội phân tử 1. Dạng đơn giản của chúng, cộng hai nửa phản ứng của hai chất có số oxh trong nội phân tử và sau đó nhân hệ số. Phản ứng nội phân tử : Chất oxihoá và chất khử đều là thành phần của cùng một phân tử Vd1: 8P o +10N -3 H 4 Cl +7 O 4 → 8H 3 P +5 O 4 + 5N 2 o +5Cl 2 o +8H 2 O 2N -3 -6e → N 2 o 2Cl +7 +14e → Cl 2 5 2N -3 + 2Cl +7 + 8e → N 2 + Cl 2 o 8 P o → P +5 + 5e 10N -3 + 10Cl +7 + 8P o → 5N 2 + 5Cl 2 + 8P +5 Nếu chỉ có hai chất thay đổi soh trong cùng một phân tư thì ta viết hai nửa phản ứng và nhân hệ số cho mỗi phản ứng Vd2: 4HCl +7 O 4 -2 → 2Cl 2 o + 7O 2 o + 2H 2 O 2 Cl +7 + 14e → Cl 2 o 7 2O -2 → O 2 – 4e Cl +7 : Chất oxihoá O -2 : Chất khử Cách cân bằng phản ứng oxihoá khử dạng phức tạp ta phải cộng các quá trình oxihoá và các quá trình khử sau đó nhân hệ số 2. Dạng phức tạp : Có nhiều nguyên tố có số oxihoá thay đổi trong một phản ứng hoá học Vd1: 2Cr 2 +3 I 3 -1 + 64KOH + 27Cl 2 → 2K 2 Cr +6 O 4 + 6KI +7 O 4 + 54KCl - + 32 H 2 O C. khử C. Oxi hoá Cr +3 → Cr +6 +3e 3I - → 3I +7 +3. 8e 2 Cr +3 I 3 -1 → Cr +6 + 3I +7 + 27e 27 Cl 2 o + 2e → 2Cl - Vd2: 2Zn + 6HN +5 O 3 → N +2 O + N +4 O 2 + 3H 2 O + 2 Zn(NO 3 ) 2 N +5 +3e → N +2 N +5 + e → N +4 1 2N +5 + 4e → N +2 + N +4 2 Zn o → Zn +2 + 2e Có hai cách tính số oxihoá của C trong 1 hợp chất hữu cơ; tính số oxihoá trung bình cho C hoặc tính số oxihoá của C trong nhóm chức Tính số oxi hóa của C trong 1hchc tímh như hợp chất vô cơ Nếu C mang nhóm chức có s.o.h thay đổi ta tính s.o.h của C mang nhóm chức 3. Cân bằng phản ứng oxihoá – khử của các phản ứng hoá học hữu cơ Vd : C 2 H 6 O + KMnO 4 + H 2 SO 4 → CH 3 COOH + MnSO 4 +K 2 SO 4 + H 2 O Cách 1: Tính số oxihoá trung bình cho 1C 5C 2- 2 H 6 O + 4KMn +7 O 4 + 6H 2 SO 4 → 5C 2 o H 4 O 2 + 4Mn +2 SO 4 + 2K 2 SO 4 + 11H 2 O 4 Mn +7 + 5e → Mn +2 5 2C -2 → 2C o + 4e Cách 2: Tính s.o.h của C trong nhóm chức 5CH 3 -C -1 H 2 OH + 4KMnO 4 + 6H 2 SO 4 → 5CH 3 - C +3 OOH + 4Mn +2 SO 4 + 11H 2 O + K 2 SO 4 4 Mn +7 + 5e → Mn +2 5 C -1 → C +3 + 4e Dùng phương pháp cân bằng ion electron cho phản ứng oxihoá khử xảy ra trong dung dịch trong đó chất B. CÂN BẰNG PHƯƠNG TRÌNH OXI HÓA –KHỬ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ION ELECTRON Cách tiến hành : Cũng tương tự như pp cân oxihoá, chất khử thường tồn tại dưới dạng ion bằng electron nhưng chất oxihoá và chất khử được viết dưới dạng ion. Bước 1: Xác định nguyên tố có số oxihoá thay đổi. Viết phương trình electron dưới dạng ion, chất không tan viết dưới dạng phân tử  Nếu môi trường axit: Vế nào dư Oxi thêm H + Vế còn lại thêm H 2 O  Nếu môi trường bazơ Vế nào dư Oxi thêm H 2 O Vế còn lại thêm OH -  Môi trường trung tính Nếu sản phẩm sinh ra axit môi trường axit Nếu sản phẩm sinh ra bazơ môi trường bazơ Bước 2: Cân bằng các phương trình elctron + Thêm H + hay OH - +Thêm H 2 O đề cân bằng số nguyên tử H kiểm soát số nguyên tư Ôxi ở hai vế Bước 3: Cân bằng điện tích: Thêm e vào mỗi nửa phản ứng để cân bằng điện tích Bước 4: Cộng các nửa phản ứng ta có phương trình ion thu gọn, chuyển về phương trình phân tử Áp dụng: Vd1: Môi trường axit NaBr -1 + KMn +7 O 4 + H 2 SO 4 Br2 o +Mn +2 SO 4 + Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O 2Br -1 → Br 2 o +2e 5 MnO 4 - + 8H + + 5e → Mn 2+ +4H 2 O 2 10Br -1 + 2MnO 4 - + 16H + → 5Br 2 + 2Mn +4 + 8H 2 O 10NaBr + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4 → 5Br 2 +