Giải SGK Hóa 10 (Kết nối tri thức) Bài 15: Phản ứng oxi hóa - khử

Giải Hóa học 10 Bài 15: Phản ứng oxi hóa - khử

Mở đầu trang 71 Hóa học 10: Trong lò luyện gang, xảy ra phản ứng oxi hoá – khử theo sơ đồ sau:

$F{e}_2{O}_3+CO\stackrel{t^o}{\to }Fe+C{O}_2$

Về bản chất, phản ứng oxi hóa – khử là gì? Dựa vào dấu hiệu nào để nhận ra loại phản ứng đó? Làm thế nào để lập phương trình hóa học của phản ứng trên?

Lời giải:

- 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”

I. Số oxi hóa

Câu hỏi 1 trang 73 Hóa học 10: Xác định số oxi hóa của nguyên tử Fe và S trong các chất sau:

a) Fe, FeO, Fe₂O₃, Fe(OH)₃, Fe₃O₄.

b) S, H₂S, SO₂, SO₃, H₂SO₄, Na₂SO₃.

Lời giải:

a) Số oxi hóa của nguyên tử Fe trong Fe, FeO, Fe₂O₃, Fe(OH)₃, Fe₃O₄ lần lượt là 0, +2, +3, +3, $+\frac{8}{3}$

b) Số oxi hóa của nguyên tử S trong S, H₂S, SO₂, SO₃, H₂SO₄, Na₂SO₃ lần lượt là 0, -2, +4, +6, +6, +4.

II. Chất oxi hóa, chất khử, phản ứng oxi hóa – khử

Hoạt động trang 73 Hóa học 10: Xác định chất oxi hoá, chất khử

Chuẩn bị: đinh sắt, dung dịch CuSO₄, dung dịch H₂SO₄ loãng, ống nghiệm.

Thực hiện:

Thí nghiệm 1: Cho đinh sắt vào ống nghiệm đựng dung dịch CuSO₄.

Thí nghiệm 2: Cho đinh sắt vào ống nghiệm đựng dung dịch H₂SO₄.

Quan sát hiện tượng và trả lời câu hỏi.

1. Viết quá trình oxi hoá, quá trình khử.

2. Xác định chất oxi hoá, chất khử trong hai phản ứng trên.

Lời giải:

1.

Quá trình oxi hóa: $\stackrel{0}{Fe}\to \stackrel{+2}{Fe}+2e$

Quá trình khử: $\stackrel{+2}{Cu}+2e\to \stackrel{0}{Cu}$

Thí nghiệm 2:

Quá trình oxi hóa: $\stackrel{0}{Fe}\to \stackrel{+2}{Fe}+2e$

Quá trình khử: $2\stackrel{+1}{H}+2e\to {\stackrel{0}{H}}_2$

2.

Thí nghiệm 1: Chất khử là Fe, chất oxi hóa là CuSO₄.

Thí nghiệm 2: Chất khử là Fe, chất oxi hóa là H₂SO₄.

Câu hỏi 2 trang 74 Hóa học 10: Trong không khí ẩm, Fe(OH)₂ màu trắng xanh chuyển dần sang Fe(OH)₃ màu nâu đỏ theo sơ đồ sau:

$Fe{\left(OH\right)}_2+O_2+H_{2}O\to Fe{\left(OH\right)}_3$

a) Hãy xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hoá.

b) Viết quá trình oxi hoá, quá trình khử.

c) Dùng mũi tên biểu diễn sự chuyển electron từ chất khử sang chất oxi hóa.

Lời giải:

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

Số oxi hóa của O (O₂) giảm từ 0 xuống -2.

$\stackrel{+2}{Fe}{\left(OH\right)}_2+{\stackrel{0}{O}}_2+H_{2}O\to \stackrel{+3}{Fe}{\left(\stackrel{-2}{O}H\right)}_3$

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

Quá trình khử: $\stackrel{0}{O_2}+4e\to 2\stackrel{-2}{O}$

c) 

III. Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử

Câu hỏi 3 trang 75 Hóa học 10: Xét các phản ứng hóa học xảy ra trong công nghiệp:

a) Al(OH)₃ $\stackrel{t^o}{\to }$ Al₂O₃ + H₂O

b) C + CO₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ CO

Phản ứng nào là phản ứng oxi hóa – khử? Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử theo phương pháp thăng bằng electron.

Lời giải:

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

Cân bằng phản ứng b):

Bước 1: $\stackrel{0}{C}+\stackrel{+4}{C}{O}_2\stackrel{t^o}{\to } \stackrel{+2}{C}O$

Chất khử là C, chất oxi hóa là CO₂.

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

$\begin{array}{l}\stackrel{0}{C}\to \stackrel{+2}{C}+2e\\ \stackrel{+4}{C}+2e\to \stackrel{+2}{C}\end{array}$

Bước 3: Xác định hệ số

$\left.\begin{array}{l}\stackrel{}{1\times }\\ \stackrel{}{1\times }\end{array}\right|\begin{array}{c}\stackrel{0}{C}\to \stackrel{+2}{C}+2e\\ \stackrel{+4}{C}+2e\to \stackrel{+2}{C}\end{array}$

Bước 4: Cân bằng

C + CO₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ 2CO

IV. Phản ứng oxi hoá – khử trong thực tiễn

Câu hỏi 4 trang 76 Hóa học 10: Nêu một số phản ứng oxi hoá – khử có lợi và có hại trong thực tế

Lời giải:

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 Cl₂ 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 …

Câu hỏi 5 trang 76 Hóa học 10: Lập phương trình hoá học của các phản ứng trong quá trình sản xuất sulfuric acid theo sơ đồ mục IV3. Trong các phản ứng đó, phản ứng nào là phản ứng oxi hoá – khử?

Lời giải:

1) $S+O_2\stackrel{t^o}{\to }S{O}_2$

2) $4Fe{S}_2+11O_2\stackrel{t^o}{\to }2F{e}_2{O}_3+8S{O}_2$

3) $2S{O}_2+O_2\stackrel{t^o,xt}{\rightleftarrows }2S{O}_3$

4) $S{O}_3+H_{2}O\to H_{2}S{O}_4$

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.

Câu hỏi 6 trang 76 Hóa học 10: Đèn xì oxygen – acetylene có cấu tạo gồm hai ống dẫn khí: một ống dẫn khí oxygen, một ống dẫn khí acetylene (Hình 15.1). Khi đèn hoạt động, hai khí này được trộn vào nhau để thực hiện phản ứng đốt cháy theo sơ đồ:

$C_2{H}_2+O_2\stackrel{t^o}{\to }C{O}_2+H_{2}O$

Phản ứng toả nhiệt lớn, tạo ra ngọn lửa có nhiệt độ đạt đến 3 000°C nên được dùng dễ hàn cắt kim loại.

Hãy xác định chất oxi hóa, chất khử và lập phương trình hoá học của phản ứng trên theo phương pháp thăng bằng electron

Lời giải:

${\stackrel{-1}{C}}_2{\stackrel{+1}{H}}_2+{\stackrel{0}{O}}_2\stackrel{t^o}{\to } \stackrel{+4}{C}{\stackrel{-2}{O}}_2+{\stackrel{+1}{H}}_2\stackrel{-2}{O}$

⇒ Chất oxi hóa là O₂, chất khử là C₂H₂.

$\left.\begin{array}{l}\stackrel{}{2\times }\\ \stackrel{}{5\times }\end{array}\right|\left|\begin{array}{l}2\stackrel{-1}{C}\to 2\stackrel{+4}{C}+10e\\ {\stackrel{0}{O}}_2+4e\to 2\stackrel{-2}{O}\end{array}\right.$

$\Rightarrow 2C_2{H}_2+5O_2\stackrel{t^o}{\to }4C{O}_2+2H_{2}O$

Câu hỏi 7 trang 77 Hóa học 10: Trong quá trình luyện gang từ quặng chứa Fe₂O₃, ban đầu không khí nóng được nén vào lò cao, đốt cháy hoàn toàn than cốc kèm theo tỏa nhiệt mạnh:

$C+O_2\stackrel{t^o}{\to }C{O}_2$

Khí CO₂ đi lên phía trên, gặp các lớp than cốc và bị khử thành CO:

$C{O}_2+C\stackrel{t^o}{\to }CO$

Tiếp đó, khí CO khử Fe₂O₃ thành Fe theo sơ đồ phản ứng tổng quát:

$F{e}_2{O}_3+CO\stackrel{t^o}{\to }Fe+C{O}_2$

Lập các phương trình hóa học ở trên, chỉ rõ chất oxi hóa, chất khử.

Lời giải:

- Lập phương trình: $C+O_2\stackrel{t^o}{\to }C{O}_2$

$\stackrel{0}{C}+{\stackrel{-2}{O}}_2 \stackrel{t^o}{\to }\stackrel{+4}{C}{O}_2$

⇒ Chất khử là C, chất oxi hóa là O₂.

$\left.\begin{array}{l}\stackrel{}{1\times }\\ \stackrel{}{1\times }\end{array}\right|\left|\begin{array}{l}\stackrel{0}{C}\to \stackrel{+4}{C}+4e\\ {\stackrel{0}{O}}_2+4e\to 2\stackrel{-2}{O}\end{array}\right.$

$\Rightarrow C+O_2\stackrel{t^o}{\to }C{O}_2$

- Lập phương trình: $C{O}_2+C\stackrel{t^o}{\to }CO$

$\stackrel{0}{C}+\stackrel{+4}{C}{O}_2\stackrel{t^o}{\to } \stackrel{+2}{C}O$

⇒ Chất khử là C, chất oxi hóa là CO₂.

$\left.\begin{array}{l}\stackrel{}{1\times }\\ \stackrel{}{1\times }\end{array}\right|\left|\begin{array}{l}\stackrel{0}{C}\to \stackrel{+2}{C}+2e\\ \stackrel{+4}{C}+2e\to \stackrel{+2}{C}\end{array}\right.$

$\Rightarrow C{O}_2+C\stackrel{t^o}{\to 2}CO$

- Lập phương trình: $F{e}_2{O}_3+CO\stackrel{t^o}{\to }Fe+C{O}_2$

${\stackrel{+3}{Fe}}_2{\stackrel{-2}{O}}_3+\stackrel{+2}{C}\stackrel{-2}{O} \stackrel{t^o}{\to }\stackrel{0}{Fe}+\stackrel{+4}{C}{\stackrel{-2}{O}}_2$

⇒ Chất khử là CO, chất oxi hóa là Fe₂O₃.

$\left.\begin{array}{l}\stackrel{}{3\times }\\ \stackrel{}{1\times }\end{array}\right|\left|\begin{array}{l}\stackrel{+2}{C}\to \stackrel{+4}{C}+2e\\ 2\stackrel{+3}{Fe}+6e\to 2\stackrel{0}{Fe}\end{array}\right.$

$\Rightarrow F{e}_2{O}_3+3CO\stackrel{t^o}{\to }2Fe+3C{O}_2$

Em có thể trang 77 Hóa học 10: Sử dụng phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa - khử để giải thích một số quá trình liên quan trong thực tiễn.

Lời giải:

- 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

$C+O_2\stackrel{t^o}{\to }C{O}_2$

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

$2C_4{H}_{10}+13O_2\stackrel{t^o}{\to }8C{O}_2+10H_{2}O$

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

$4Fe+3O_2+x{H}_{2}O\to 2F{e}_2{O}_3.x{H}_{2}O$

Xem thêm lời giải bài tập SGK Hóa học lớp 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 16: Ôn tập chương 4

Bài 17: Biến thiên enthalpy trong các phản ứng hóa học

Bài 18: Ôn tập chương 5

Bài 19: Tốc độ phản ứng

Bài 20: Ôn tập chương 6