Đề tài Nghiên cứu phản ứng oxi hoá - khử trong chương trình hoá học phổ thông

i hóa của chất tham gia và sản phẩm tạo thành sau phản ứng. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 28 2.1.2.4. ðặc ñiểm của phản ứng oxi hóa - khử: [21] Ở cấp Trung học phổ thông ñưa ra ñịnh nghĩa mở rộng: Sự oxi hóa và sự khử gắn với sự chuyển dịch electron. Ví dụ : Trong phản ứng của Na và O2 ñã có sự chuyển dịch electron từ nguyên tử Na sang nguyên từ O2, vì vậy có sự oxi hóa Na thành Na2O (sự nhường electron), Na là chất khử (nguyên tử nhường electron), O2 là chất oxi hóa (nguyên tử nhận electron). Sự nhường e(sự oxi hóa) 4Na + O2 → 2Na2O ; 0 0 1 2 2 24 2N a O N a O + − + → Sự nhận e(sự khử) Chất khử Chất oxi hóa Có những phản ứng hóa học tuy không có oxi tham gia nhưng có sự chuyển dịch electron nên cũng ñược gọi là phản ứng oxi hóa – khử. Ví dụ: Trong phản ứng giữa natri và clo, ñã có sự chuyển dịch electron từ nguyên tử natri ñến nguyên tử clo, vì vậy natri ñược gọi là chất khử, clo ñược gọi chất oxi hóa. Sự nhường e (sự oxi hóa) 2Na + Cl2 → 2NaCl ; 0 0 1 1 22 2N a C l N a C l + − + → Chất khử Chất oxi hóa Do ñó, phản ứng oxi hóa – khử còn ñược ñịnh nghĩa là phản ứng hóa học trong ñó có sự chuyển dịch electron giữa các chất phản ứng. - Nhận xét : • Phản ứng oxi hoá – khử trong chương trình hoá học THPT ñã ñược phát triển và hoàn thiện, mang tính khái quát, chỉ rõ bản chất của phản ứng ñó là sự nhường và nhận electron; ñó là phản ứng trong ñó xảy ra ñồng thời hai quá trình khử và quá trình oxi hoá tuy trái ngược nhau nhưng tồn tại trong cùng một phản ứng. Sự nhận e (Sự khử) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 29 • Giúp HS dễ dàng nhận biết ñược ñâu là phản ứng oxi hoá – khử dựa vào việc xác ñịnh số oxi hoá của chất tham gia và sản phẩm tạo thành một cách nhanh chóng, chính xác. Việc cân bằng các phản ứng oxi hoá – khử phức tạp trở nên ñơn giản hơn. 2.2. Phản ứng oxi hóa- khử 2.2.1. Nội dung phản ứng oxi hóa – khử trong hóa học vô cơ. 2.2.1.1. Một số chất oxi hóa khử quan trọng - Chất khử : kim loại, hydro, hợp chất ứng với số oxi hóa thấp của nguyên tố phi kim, các phi kim yếu, các cation của phi kim, cation kim loại hóa trị thấp của kim loại có nhiều trạng thái hóa trị. - Chất oxi hóa : các phi kim, các cation kim loại, hợp chất ứng với số oxi hóa cao của nguyên tố có nhiều hóa trị, các axít có nhiều hóa trị, các axit oxi hóa ñặc. - Ngoài ra còn có những chất vừa có tính khử vừa có tính oxi hóa: các hợp chất của lưu huỳnh, cacbon có số oxi hoá trung gian. 2.2.1.2. Phân loại phản ứng oxi hóa - khử 1) Loại phản ứng oxi hóa - khử ñơn giản Là loại phản ứng oxi hóa - khử mà trong phản ứng chỉ có một chất ñóng vai trò là chất khử và một chất ñóng vai trò là chất oxi hóa. Ví dụ : a) Kim loại tác dụng với axit Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2↑ b) Kim loại tác dụng với phi kim 2Mg + O2 → 2MgO 2 Na +Cl2 → 2NaCl c) Kim loại tác dụng với oxit axit 2Mg + CO2 → 2MgO + C d) Oxit kim loại tác dụng phi kim CuO + H2 → Cu + H2O Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O e) Oxit kim loại tác dụng với oxit phi kim Fe2O3 +3CO → 2Fe + 3CO2↑ PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 30 2) Loại phản ứng oxi hóa - khử ñặc biệt [22] a) Phản ứng oxi hoá - khử nội phân tử. - Chất oxi hoá và chất khử là những nguyên tử khác nhau nằm trong cùng một phân tử. Ví dụ: 3 3 0 24 2 22N H N O N H O − + → + 5 2 1 0 3 22 2 3K Cl O K Cl O + − − → + b) Phản ứng tự oxi hoá - tự khử - Chất oxi hoá và chất khử cùng là một loại nguyên tử trong hợp chất Ví dụ: Trong phản ứng : 0 1 1 1 2 22Cl NaOH Na Cl NaCl O H O − + + + → + + Cl20 vừa chất khử (Cl20 + e → Cl-1) vừa là chất khử Cl20 - e → Cl+1) c) Phản ứng có nhiều nguyên tố thay ñổi số oxi hoá. Ví dụ: Cân bằng phản ứng sau theo phương pháp cân bằng e 5 2 1 3 3 6 2 23 2 3 3 otK N O Fe S K N O Fe O S O + + − + + + + → + + 5 3 2 1 3 6 2 2 2 15 N e N Fe S Fe S e + + + − + + + → → + + 3 2 2 2 3 315 2 15 4KNO Fe S KNO Fe O SO+ → + + ↑ d) Phản ứng oxi hoá - khử có môi trường tham gia. - Ở môi trường axit thường có ion H+ tham gia tạo thành H2O. Ví dụ : 2MnO4- +5SO32- +6H+ = 2Mn2+ + 5SO42- +3H2O - Ở môi trường kiềm thường có ion OH- tham gia tạo thành H2O. Ví dụ : 2KMnO4 + Na2SO3 +2KOH =2K2MnO4 +Na2SO4 +H2O 2MnO4- + SO32- + 2OH- = 2MnO42- + SO42- + H2O - Ở môi trường trung tính có thể có H2O tham gia. Ví dụ : 2KMnO4 + 3Na2SO3 + H2O = 2MnO2↓ + 3SO42- + 2OH- 15 2 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 31 2.2.2. Nội dung phản ứng oxi hóa – khử trong hóa học hữu cơ. 2.2.2.1. ðặc ñiểm hợp chất hữu cơ [18] - Hợp chất hữu cơ là hợp chất của Cacbon (trừ CO, CO2, H2CO3, và các muối cacbonat kim loại…) - Hợp chất hữu cơ gồm hai loại chính : hidrocacbon và dẫn xuất hidrocacbon. - Trong phân tử hợp chất hữu cơ, các nguyên tử liên kết với nhau theo ñúng hóa trị và theo một trật tự nhất ñịnh. Thứ tự liên kết ñó ñược gọi là cấu tạo hóa học. Sự thay ñổi thứ tự liên kết ñó, tức là thay ñổi cấu tạo hóa học, sẽ tạo ra hợp chất khác. Ví dụ : Công thức phân tử C2H6O có hai công thức cấu tạo CH3 – O – CH3 : ðimetyl ete, chất khí, không tác dụng với Na. CH3 – CH2 – OH : Ancol etylic, chất lỏng, tác dụng với Na giải phóng khí hidro. - Trong phân tử hợp chất hữu cơ, Cacbon có hóa trị 4. Nguyên tử cacbon không những có thể liên kết với nguyên tử của các nguyên tố khác mà còn liên kết với nhau tạo thành mạch cacbon. Ví dụ : CH3 – CH2 – CH2 – CH3 (mạch không nhánh) CH3-CH-CH3 CH3 ( Mạch có nhánh) (Dạng mạch vòng) Tính chất của các chất phụ thuộc vào thành phần phân tử ( bản chất, số lượng các nguyên tử ) và cấu tạo hóa học (thứ tự liên kết các nguyên tử). Thí dụ : - Phụ thuộc thành phần nguyên tử: CH4 là chất khí dễ cháy, CCl4 là chất lỏng không cháy, CH3Cl là chất khí không có tác dụng gây mê, CHCl3 là chất lỏng coa tác dụng gây mê. - Phụ thuộc cấu tạo hóa học: CH3CH2OH và CH3OCH3 khác nhau cả tính chất vật lý và tính chất hóa học. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 32 2.2.2.2. Cách xác ñịnh số oxi hoá của hợp chất hữu cơ. [5] - Trong hóa hữu cơ, những phản ứng có sự thay ñổi số oxi hóa (soh) cũng ñược gọi là phản ứng oxi hóa – khử, cách tính số oxi hóa cho mỗi nguyên tử cũng tuân theo qui tắc như ñối với các hợp chất vô cơ. Nhưng vì phản ứng hữu cơ thường có liên quan ñến một vài nguyên tử C trong phân tử nên ñể xác ñịnh sự oxi hóa và sự khử người ta thường làm như sau: - Cộng hóa trị của C trong hợp chất hữu cơ ñều bằng 4, nhưng soh của C còn tùy thuộc nguyên tố liên kết với nó, nếu liên kết với nguyên tử phi kim (O, N, Cl…) thì số oxi hóa của C là dương (+), còn nếu liên kết với nguyên tử có kim loại (Mg, Cu…) thì số oxi hóa của C sẽ là âm (- ). Cách xác ñịnh soh của C : có hai cách xác ñịnh. - Xác ñịnh theo công thức phân tử như trong hợp chất vô cơ, xác ñịnh ñược soh trung bình của C hoặc Σ số oxi hóa của C. - Xác ñịnh soh của từng nguyên tử C, dựa vào công thức cấu tạo. Thí dụ : Trường hợp trong hợp chất hữu cơ có nhiều nguyên tử C. [3] a) CH3- CH2 – OH - Xác ñịnh soh trung bình của C theo công thức phân tử như trong hợp chất vô cơ 1 2 62 x C H O + − 2x + (+1 x 6) + (-2) = 0 → x = - 2 - Xác ñịnh soh của C theo công thức cấu tạo : H -3 H-1 -2 H C C O H H H Soh của C(CH3-) = - 3 Soh của C(-CH2-OH) = - 1 Σ soh của C = - 4 Số oxi hóa của C − = - 2 ( C − là số oxi hóa trung bình của C) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 33 b) CH3COOH - Xác ñịnh soh trung bình của C theo công thức phân tử như trong hợp chất vô cơ: 1 2 42 2 x C H O + − 2x + (+1 x 4) + (-2 x 2) = 0 → x = 0 - Xác ñịnh soh của C theo công thức cấu tạo : H -3 +3 O H C C O H H Soh của C(CH3-) = - 3 Soh của C(- COOH) = + 3 Σ soh của C = 0 Soh của C − = 0 2.2.2.3. Các loại phản ứng oxi hóa - khử trong hóa học hữu cơ [12] - Phản ứng oxi hóa hoàn toàn ða số các hợp chất hữu cơ tham gia phản ứng oxi hóa hoàn toàn ñều tạo thành sản phẩm là khí cacbonic và hơi nước, ngoài ra tùy theo thành phần các nguyên tử cấu tạo thành hợp chất hữu cơ mà sản phẩm có thể có thêm khí nitơ hay amoniăc. CxHyOz Nt + (x + 4 y – 2 z ) O2 → xCO2 + 2 y H2O + 2 t N2 - Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn Trong chương trình hóa học lớp 11, học sinh ñã làm quen với các loại phản ứng oxi hóa - khử các hợp chất hữu cơ ở chương 6 – Hidrocacbon không no và chương 8 –Dẫn xuất Halogen, Ancol – Phenol. • Anken làm mất màu dung dịch thuốc tím : PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 34 3CH2 = CH2 +2KMnO4 + 4H2O →3HO-CH2 – CH2-OH +MnO2 + 2KOH Phản ứng này dùng ñể nhận biết sự có mặt của liên kết ñôi anken. • Ankin phản ứng với kali penmanganat theo phản ứng : 3C2H2 + 8KMnO4 → 3(COOK)2 +2KOH + 8MnO2 ↓ + 2H2O • Phản ứng oxi hóa biến ñổi ancol thành andehit rồi thành axit : Chất oxi hóa ancol bậc một thường dùng là KMnO4, CrO3 và Na2Cr2O7 với H2SO4. Oxi hóa ancol bậc một tạo thành andehit nhưng andehit dễ bị oxi hóa hơn ancol nên andehit sẽ bị oxi hóa tiếp tạo axit cacboxylic. RCH2OH → )(O RCHO → )(O RCOOH. Muốn dừng ở andehit, cần dùng các biện pháp sau ñây: - Chưng cất andehit ra khỏi hỗn hợp. - Kiểm tra nghiêm ngặt nhiệt ñộ và thời gian phản ứng. • Ancol bậc một bị oxi hóa thành andehit : Ancol bậc một bị oxi hóa nhẹ thành andehit. R – CH2 – OH + CuO →to R- CH=O +Cu +H2O (andehit) • Ancol bậc hai bị oxi hóa thành xeton : ancol bậc hai bị oxi hóa nhẹ thành xeton . R – CH – R’ + CuO → R – C – R’ + Cu +H2O • Ancol etylic lên men giấm thành axit axetic : ñây là phương pháp cổ ñiển ñiều chế axit axetic, tức là oxi hóa rượu etylic bằng oxi không khí, có mặt men giấm thành axit axetic : CH3 – CH2 – OH + O2  →Mengiâm CH3 – COOH + H2O • Andehit bị oxi hóa thành axit cacboxylic: Xeton khó bị oxi hóa nhưng andehit rất dễ bị oxi hóa, nó làm mất màu dung dịch nước brom, dung dịch kali Penmanganat và bị oxi hóa thành axit cacboxylic. Ví dụ : RCH=O + Br2 + H2O → RCOOH + 2HBr OH O (Xêton) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 35 Andehit khử ñược Ag+ ở phức chất [ Ag(NH3)2]OH thành Ag kim loại : AgNO3 + 3NH3 + H2O → [Ag(NH3)2]OH (Phức chất tan) + NH4NO3 R – CH =O + 2[ Ag(NH3)2]OH → R-COONH4 + 2Ag↓ + 3NH3↑ + H2O 2.2.2.4. Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử trong Hóa hữu cơ. 1) Phương pháp cân bằng phản ứng cháy của hợp chất hữu cơ : a) Phản ứng cháy của hidrocacbon : Cân bằng theo trình tự sau: - Cân bằng số nguyên tử hiñro. Lấy số nguyên tử H của hiñrocacbon chia cho 2, nếu kết quả là số lẻ thì nhân ñôi phân tử hiñrocacbon, nếu là số chẵn thì ñể nguyên. - Cân bằng số nguyên tử cacbon. - Cân bằng số nguyên tử oxi. Ví dụ: C2H6 + O2 → CO2 + H2O Lấy số nguyên tử H chia cho 2 ñược: 6/2 = 3 là số lẻ, nên cần nhân ñôi : 2C2H6 + 7O2 → 4CO2 + 6H2O b) Phản ứng cháy của hợp chất chứa oxi Cân bằng theo trình tự: - Cân bằng số nguyên tử C. - Cân bằng số nguyên tử H. - Cân bằng số nguyên tử O bằng cách tính số nguyên tử O ở vế phải rồi trừ ñi số nguyên tử oxi có trong hợp chất. Kết quả thu ñược ñem chia ñôi sẽ là hệ số của phân tử O2. Nếu hệ số ñó là phân số thì nhân ñôi cả 2 vế của phương trình ñể khử mẫu số. Ví dụ: 2C2H5COOH + 2. 7/2O2 → 2. 3CO2 + 2. 3H2O 2C2H5COOH + 7O2 → 6CO2 + 6H2O 2) ðối với các phản ứng oxi hoá khử ñơn giản như trên, thì chỉ cần cân bằng theo phương pháp bình thường nhưng với các phản ứng phức tạp hơn ta cần sử dụng phương pháp thăng bằng electron hoặc phương pháp thăng bằng ion – electron. [3] Ví dụ1: Cân bằng phản ứng hóa học sau bằng phương pháp cân bằng elctron. a) C2H2 + KMnO4 + H2O → Axit oxalic + MnO2 + KOH b) CH3-CH=CH2 + KMnO4 + H2O → CH3-CH(OH)-CH2(OH) +MnO2+KOH PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 36 Từ hai câu a), b) Rút công thức cân bằng chung cho anken ? c) CH3 - CH2 - OH + K2Cr2O7 + H2SO4 → CH3CHO + Cr2(SO4)3 + K2SO4+ H2O HD: a) Cách 1: 1 1 7 3 3 44 2 2 O O C H C H K MnO H O HO C C OH MnO KOH − − + + + + ≡ + + → − − − + +   1 3 7 4 2 2 (2.4 ) 3 C C e Mn e Mn − + + + → + + → 3C2H2 +8KMnO4 + 4H2O → 3H2C2O4+ 8MnO2 + 8KOH Cách 2: 1 7 3 4 2 22 4 2 2 4 2C H K MnO H O H C O MnO KOH − + + + + + → + + 1 3 7 4 2 2 (2.4 ) 3 C C e Mn e Mn − + + + → + + → 3C2H2 +8KMnO4 + 4H2O → 3H2C2O4+ 8MnO2 + 8KOH b) 1 2 7 0 1 43 2 4 2 3 2 2( ) ( )CH C H C H K MnO H O CH C H OH C H OH MnO KOH − − + − + − = + + → − − + + 1 0 2 1 1 1 C C e C C e − − − → + → + 1 2 0 1 7 4 2 3 C C C C e Mn e Mn − − − + + + → + + + → 3CH3-CH=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O→ 3CH3-CH(OH)-CH2(OH)+ 2MnO2 + 2KOH Công thức chung : 3CnH2n + 2KMnO4 + 4H2O→ 3CnH2n(OH)2 + 2MnO2 + 2KOH c) 1 6 1 +32 23 2 2 7 2 4 3 4 3 2 4 2HO+ Cr (SO )CH C H OH K Cr O H SO CH C K SO H O − + + − − + + → − + + Cách 1: 1 1 6 3 2 2 2.3 2 C C e Cr e Cr − + + + → + + → Cách 2: Tính số oxi hóa trung bình của C 2 6 1 3 2 2 2 26 2 7 2 4 4 4 3 2 4 2( )C H O K Cr O H SO C H O Cr SO K SO H O − + − + + + → + + + 1 1 6 3 2 2 2.3 2 C C e Cr e Cr − + + + → + + → 3x 1x 3x 8x 3x 8x 3x 1x -2e 3 x 3 x PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 37 Kết quả chung : 3CH3-CH2-OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → 3CH3CHO + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O Ví dụ 2: Cân bằng phản ứng hóa học theo phương pháp cân bằng ion - electron. KMnO4 + H2C2O4 + H2SO4 → CO2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O HD: 7 3 4 2 4 2 2 4 2 4 2 4 2 4 2K MnO H C O H SO C O Mn SO K SO H O + + + + + + → + + + 3 2 4 2 4 2 7 2 4 2 5 C O C O e MnO e Mn + − + + + − → + + → 7 2 4 2 3 4 2 2 4 2 5 8 4 2 2 MnO e H Mn H O C O C O e + + − + + + − + + → + → + 2 2 4 2 4 2 2 4 2 2 4 2 4 4 2 2 4 2 2 5 16 2 10 8 2 5 3 2 10 8 MnO C O H Mn CO H O KMnO H C O H SO MnSO CO K SO H O + − − ++ + → + + + + → + + + Nhận xét : Phản ứng oxi hóa - khử trong hóa vô cơ và hữu cơ ñều có những ñiểm giống và khác nhau : - Giống nhau: Phản ứng oxi hóa - khử trong hóa vô cơ và hữu cơ ñều có sự thay ñổi số oxi hóa giữa các chất tham gia phản ứng và sản phẩm tạo thành. Cách xác ñịnh số oxi hóa ñều theo cách tính số oxi hóa trung bình. Có thể cân bằng theo phương pháp electron hoặc ion - electron tùy từng dạng phương trình. - Khác nhau: Trong hợp chất hữu cơ còn có thêm cách xác ñịnh số oxi hóa theo gốc, nhóm chức. Phản ứng oxi hóa - khử trong hóa hữu cơ chiếm số lượng ít và không phổ biến chiếm vị trí không quan trọng và phổ biến như trong hóa vô cơ. 2.3. Vận dụng phản ứng oxi hóa - khử trong dạy hóa học phổ thông. 2.3.1. Sử dụng các khái niệm phản ứng oxi hóa - khử trong dạy tính chất hóa học của các chất. 2.3.1.1. Từ các khái niệm về hóa trị, số oxi hóa, cấu hình của nguyên tử, ñộ âm ñiện, ñặc ñiểm liên kết…ñể giải thích tính chất hóa học của chất ñó. [6] Chất khử: Chất oxi hóa: 2 x 5 x PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 38 Khi dạy chương 5 - Nhóm Halogen và chương 6 – Nhóm Oxi, lớp 10 - Nâng cao, ta có thể vận dụng các khái niệm hóa trị, số oxi hóa, cấu hình của nguyên tử, ñặc ñiểm liên kết…ñể giải thích cho tính chất hóa học của chất ñó. Ví dụ1: Khi dạy bài Clo có thể dùng khái niệm số oxi hóa và xét cấu hình electron ñể giải thích tại sao trong các hợp chất thì Flo có số oxi hóa -1 mà Clo, Brom, Iot ngoài số oxi hóa -1 còn có số oxi hóa +1, +3, +5, +7. Kết luận tính chất hóa học cơ bản của halogen và giải thích chiều biến ñổi tính chất ñó khi xét từ flo ñến iot. HD: Nguyên tử halogen có 7e ngoài cùng nên có khả năng nhận thêm 1e tạo số oxi hóa -1. Khả năng này là duy nhất ñối với Flo vì nó có ñộ âm ñiện lớn nhất và không có phân lớp d. Các nguyên tố còn lại do cấu hình có phân lớp d nên khi bị kích thích sẽ tạo ra 1, 3, 5, 7 electron và số oxi hóa tương ứng là +1, +3, +5, +7. - Tính chất hóa học cơ bản của halogen là tính oxi hóa và giảm từ F ñến I vì ñộ âm ñiện giảm dần, bán kính nguyên tử tăng dần. Nhận xét : Tác dụng của câu hỏi này là giải thích, củng cố và khắc sâu kiến thức tính chất hoá học của các nguyên tố nhóm halogen. Ví dụ 2: Khi dạy bài 41 - Oxi, GK10, Nâng cao. GV có thể ñặt câu hỏi: Từ cấu hình của oxi, xác ñịnh số oxi hóa của oxi trong hợp chất ? Giải thích vì sao oxi thể hiện tính oxi hóa mạnh. HD: Nguyên tử oxi có cấu hình electron là : 1s22s22p4 Nếu biểu diễn cấu hình electron lớp ngoài cùng bằng ô lượng tử : Ta thấy lớp ngoài cùng của oxi có 6 electron ñộc thân khuynh hướng dễ nhận thêm 2 electron nữa ñể ñạt cấu hình bền của khí hiếm. Và một yếu tố quan trọng nữa là ñộ âm ñiện của oxi lớn 3,44 lớn thứ hai sau Flo. Vì vậy, khi tham gia phản ứng hoá học, oxi dễ nhận thêm 2e và có số oxi hoá là -2 → Tính chất hoá học của oxi là tính oxi hoá mạnh. 2s2 2p4 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 39 • Tác dụng với nhiều kim loại trừ (Au, Pt..) • Tác dụng ñược với phi kim (trừ halogen) • Tác dụng ñược với nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ. Ví dụ 3: Khi dạy bài 45, Hợp chất có oxi của lưu huỳnh, SGK10, Nâng cao. GV có thể ñặt HS vào tính huống có vấn ñề sau: Trong hợp chất SO2 và CO2, lưu huỳnh và cacbon ñều có số oxi hoá là +4 nhưng tại sao SO2 vừa có tính khử vừa có tính oxi hoá trong khi ñó CO2 chỉ có tính oxi hoá ? HD: ðể giải quyết câu hỏi này ta phải xét ñến cấu hình electron của cacbon và lưu huỳnh ñể xem lưu huỳnh và cacbon có những số oxi hoá nào. - Cấu hình electron của cacbon ( Z= 6): 1s22s22p2 do ñó cacbon có 4 số oxi hoá là -4,-2, 0, +2, +4. Trong hợp chất CO2, cacbon có số oxi hoá +4 là số oxi hoá cao nhất nên khi tham gia phản ứng nó chỉ có thể giảm số oxi hoá xuống +2, hoặc 0 bằng cách nhận thêm 2, hoặc 4 electron → CO2 chỉ thể hiện tính oxi hoá. - Cấu hình electron của lưu huỳnh ( Z= 16 ): 1s22s22p63s23p4 , lưu huỳnh có 4 số oxi hoá là : -2, 0, +4, +6. Trong hợp chất SO2, số oxi hoá của lưu huỳnh là +4 là số oxi hoá trung gian, do ñó nó có thể tăng số oxi hoá lên +6 bằng cách nhường 2 electron và lúc này SO2 thể hiện tính khử, ngược lại nó cũng có thể giảm số oxi hoá xuống 0 hoặc -2 bằng cách nhận thêm 4 hoặc 6 elctron và lúc này SO2 thể hiện tính oxi hoá → SO2 vừa thể hiện tính oxi hoá vừa thể hiện tính khử. Kết luận: Dựa vào cấu hình elctron, số oxi hoá …Ta có thể giải thích tính chất hoá học của nhiều ñơn chất và hợp chất, thể hiện sự hợp lý và logic, giúp HS hiểu rõ, khắc sâu kiến thức bài học. 2.3.1.2. Sử dụng các khái niệm của phản ứng oxi hóa - khử dự ñoán tính chất của ñơn chất và hợp chất. Ví dụ 1: Khi dạy bài 40 - Khái quát về nhóm Oxi, SGK10, Nâng cao. GV có thể ñặt câu hỏi : Giải thích tại sao Oxi, lưu huỳnh, Selen và Telu ở cùng phân nhóm chính nhóm VI mà chỉ Oxi chỉ có hoá trị II, trong ñó Lưu huỳnh, Selen và Telu có hoá trị II, IV, VI ? Dự ñoán tính chất hóa học của chúng. [13] PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 40 HD: Cấu hình electron lớp ngoài cùng của O và S ở trạng thái cơ bản : • (Z = 8) Nếu biểu diễn cấu hình lớp e ngoài cùng bằng ô lượng tử : • S (Z = 16) Nếu biểu diễn cấu hình lớp e ngoài cùng bằng ô lượng tử : - Ở trạng thái này các nguyên tử O, S ñều có hai electron ñộc thân do ñó chúng có hoá trị II (Trong hợp chất oxi, lưu huỳnh có số oxi hóa -2) ⇒ Oxi, lưu huỳnh thể hiện tính oxi hóa mạnh. - Oxi lớp ngoài cùng không có phân lớp d, còn lưu huỳnh lớp ngoài cùng có phân lớp d trống, do mức năng lượng 3s, 3p, 3d là tương ñương nhau nên khi bị kích thích các eletron có thể nhảy sang obitan d trống ñể tạo 4 electron ñộc thân hoặc 6 electron ñộc thân, do ñó lưu huỳnh có hoá trị IV hoặc hoá trị VI (có thêm các số oxi hóa là +4,+6) ⇒ Lưu huỳnh còn thể hiện tính khử. S* : Còn Selen, Telu ở trạng thái cơ bản : Se : 4s24p4d0 ; Te : 5s25p4 5d0 Giải thích tương tự như lưu huỳnh. - Kiến thức cũ : cấu hình electron của nguyên tử, mức năng lượng của các electron trên các lớp, các phân lớp. - Kiến thức mới : nguyên nhân sự khác nhau về hoá trị của O với S, Se và Te trong các hợp chất dẫn ñến sự khác nhau về tính chất hóa học. Ví dụ 2: Khi dạy bài Lưu huỳnh ở chương 6 - Hóa học 10 ta có thể ñặt câu hỏi yêu cầu học sinh nhắc lại số oxi hóa có thể có của lưu huỳnh. Từ ñó dự ñoán về tính chất của ñơn chất lưu huỳnh. 2s2 2p4 3s2 3p4 3d0 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 41 HD: - Lưu huỳnh có số oxi hóa : -2, 0, +4, +6. Lưu huỳnh ñơn chất có số oxi hoá 0, S có thể tăng hoặc giảm số oxi hóa bằng cách nhường hoặc nhận electron. Khi tham gia phản ứng lưu huỳnh vừa thể hiện tính oxi hóa vừa thể hiện tính khử: • S thể hiện tính oxi hóa khi phản ứng với kim loại, hidro. • S thể hiện tính khử khi phản ứng với phi kim mạnh hơn Cl2, F2, O2 và các hợp chất có tính oxi hóa. Ví dụ 3: Khi dạy các hợp chất của lưu huỳnh, bài H2S, SO2 từ việc yêu cầu HS xác ñịnh số oxi hoá của lưu huỳnh trong các hợp chất ñó mà giúp HS rút ra ñược tính chất hoá học cơ bản của chúng. Trong hợp chất H2S, lưu huỳnh có số oxi hoá là -2, là số oxi hoá thấp nhất, do ñó nó chỉ có thể tăng số oxi hoá lên 0, +4, +6 bằng cách nhường ñi 2, 6, 8 electron và HS rút ra kết luận là hidro sunfua chỉ thể hiện tính khử . Số oxi hoá của lưu huỳnh trong hợp chất SO2 là +4, ñây là số oxi hoá trung gian, do vậy mà nó có thể tăng số oxi hoá lên +6 bằng cách nhường 2 electron và lúc này SO2 thể hiện tính khử. Tuy nhiên, nó cũng có thể giảm số oxi hoá xuống 0, -2 bằng cách nhận thêm 4, 6 electron nữa và lúc này SO2 thể hiện tính oxi hoá. HS rút ra kết luận, SO2 vừa là chất oxi hoá vừa là chất khử. Ví dụ 4: Khi dạy chương 2, Nhóm Nitơ, bài 10 Nitơ, SGK hoá học 11 - Nâng cao, GV có thể ñặt câu hỏi: Dựa vào cấu hình electron của nguyên tố Nitơ hãy cho biết N có thể có những số oxi hoá nào? Từ ñó dự ñoán tính chất hoá học của N. [6] HD: Cấu hình electron của nguyên tố Nitơ là : 1s22s22p3 , lớp ngoài cùng của N có 5 electron nó có thể nhận thêm 3 electron ñể ñạt cấu hình bền của khí hiếm, lúc này N có số oxi hoá -3 trong hợp chất NH3→ N thể hiện tính khử. Tuy nhiên, N cũng có thể nhường 1, 2, 3, 4, 5 electron ở lớp thứ hai và lúc này N có số oxi hoá +1 (Trong hợp chất N2O), Số oxi hoá +2 (trong hợp chất NO),+3 (trong hợp chất N2O3) Số oxi hoá +4 (trong hợp chất NO2), Số oxi hoá +5 (trong hợp chất N2O5) . Vậy N có 6 số oxi hoá là : -3, 0, +1, +2,+3, +4, +5. - Nitơ có công thức phân tử là N2, hai nguyên tử N liên kết với nhau bằng ba liên kết cộng hoá trị không có cực nên phân tử Nitơ rất bền. Ở nhiệt ñộ thường, nitơ khá trơ PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 42 về mặt hoá học nhưng ở nhiệt ñộ cao nitơ trở nên hoạt ñộng hơn và có thể tác dụng ñược với nhiều chất. ðơn chất N2 có số oxi hoá 0, khi tham gia phản ứng tuỳ thuộc vào chất phản ứng mà nitơ thể hiện tính oxi hoá hay tính khử, tuy nhiên tính oxi hoá vẫn trội hơn tính khử. + Nitơ thể hiện tính oxi hoá khi tác dụng với các chất khử mạnh như hidro, kim loại. + Nitơ thể hiện tính khử khi tác dụng với chất oxi hoá mạnh như oxi. Kết luận: Việc xác ñịnh số oxi hoá của một nguyên tố trong hợp chất khá ñơn giản và dựa vào số oxi hoá ta có thể dự ñoán tính chất hoá học của hợp chất chứa nguyên tố ñó trên cơ sở các số oxi hoá có thể có của nguyên tố ñó một cách chính xác, giúp cho HS dễ hiểu, dễ tiếp thu kiến thưc mới, cảm thấy hứng thú hơn khi học Hoá học. 2.3.2. Sử dụng các khái niệm phản ứng oxi hóa - khử ñể giải bài tập. 2.3.2.1. Bài tập mang tính lý thuyết 1) Xác ñịnh ñiện hóa trị, cộng hóa trị và số oxi hóa của các chất. Bài tập1. Xác ñịnh ñiện hóa trị của các nguyên tử và nhóm nguyên tử trong những hợp chất ion sau: BaO, K2O, CaCl2, AlF3, Ca(NO3)2 ( Bài 8 SGK Hoá học 10 – Nâng cao, trang 96) HD: ðiện hóa trị của các nguyên tố bằng ñiện tích của ion tương ứng. - ðiện hóa trị của Ba trong BaO là 2, của K trong K2O là 1, của Ca trong CaCl2 là 2, của Al trong AlF3 là 3, của Ca trong Ca(NO3)2 là 2. Bài tập 2. Xác ñịnh cộng hóa trị của nguyên tử những nguyên tố trong những hợp chất cộng hóa trị sau: NH3, HBr, AlBr3, PH3, CO2.(Bài 9 SGK Hoá học 10 – Nâng cao, trang 96) HD: Cộng hóa trị của nguyên tố bằng số liên kết của nguyên tử nguyên tố ñó ñược tạo với các nguyên tử khác trong phân tử. - Cộng hóa trị của nguyên tố N trong NH3 là 3, của H trong HBr là 1, của Al trong AlBr3 là 3, của P trong PH3 là 3, của C trong CO2 là 4. Bài tập 3. Xác ñịnh số oxi hóa của : ( Bài 5 SGK Hoá học10. Nâng cao, trang 103) a) Cacbon trong CH4, CO, CO2, CO32-, HCO3-. b) Lưu huỳnh trong SO2, H2SO3, S2-, S, SO32-, HSO4-, HS-. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 43 c) Clo trong ClO4-, ClO-, Cl2, ClO3-, Cl2O7. HD: a) Số oxi hóa (SOXH) của C trong CH4 là -4. SOXH của C trong CO là +2, CO2 là +4, trong CO32- là +4. b) SOXH của S trong SO2 là +4, trong H2SO3 là +4, trong S2- là -2, tr