Phản ứng oxi hóa khử: Định nghĩa, phân loại và các dấu hiệu nhận biết

Phản ứng oxi hóa khử là gì? Thế nào là chất khử, chất oxi hóa? Làm cách nào để nhận biết phản ứng oxi hóa khử và lập phương trình phản ứng hóa học của chúng? Bài viết tổng hợp dưới đây của Wikihoc sẽ giúp các bạn giải đáp toàn bộ thắc mắc trên.

Định nghĩa phản ứng oxi hóa khử là gì?

Sách giáo khoa Hóa học 8 (Nhà Xuất Bản Giáo dục Việt Nam) đã định nghĩa chi tiết phản ứng oxi hóa – khử là gì. Theo đó, “Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học trong đó xảy ra đồng thời cả sự oxi hóa và sự khử”.

Để hiểu rõ hơn về khái niệm phản ứng oxi hóa khử phía trên, chúng ta cần làm rõ thêm định nghĩa về sự khử – sự oxi hóa và chất khử – chất oxi hóa cũng như phân tích mối liên hệ giữa chúng.

Sự khử – sự oxi hóa

• Sự khử

Trong phản ứng hóa học của sắt (III) oxit (Fe2O3) và khí hidro (H2) ở nhiệt độ cao thì khí hidro sẽ chiếm nguyên tố oxi trong sắt (III) oxit. Ta có phương trình phản ứng như sau:

${\mathrm{Fe}}_2{\mathrm{O}}_3 + 3{\mathrm{H}}_2 –> 2\mathrm{Fe} + 3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Nhìn vào phản ứng trên ta thấy có quá trình tách nguyên tử oxi khỏi hợp chất Fe2O3 và ta nói rằng đã có sự khử Fe2O3 tạo ra Fe.

Trong một số phản ứng khác với điều kiện nhiệt độ cao khác nhau, khí hidro cũng có thể chiếm được nguyên tố oxi của một số kim loại khác ví dụ như đồng (II) oxit (CuO), thủy ngân (II) oxit (MgO), chì (II) oxit (PbO)…

Kết luận:Sự khử là sự tách oxi khỏi hợp chất.

• Sự oxi hóa

Sự oxi hóa là sự tác dụng của oxi với một chất. Ví dụ như với phản ứng Fe2O3 + 3H2 -> 2Fe + 3H2O đã xảy ra quá trình kết hợp của nguyên tử oxi trong Fe2O3 với H2. Kết luận rằng, sự oxi hóa H2 tạo thành H2O. 

Chất khử – chất oxi hóa

Trong phản ứng sắt (III) oxit (Fe2O3) và khí hidro (H2) phía trên, chúng ta dễ dàng nhận thấy H2 là chất chiếm oxi vì vậy nó được coi là chất khử còn ngược lại Fe2O3 là chất nhường oxi nên nó được coi là chất oxi hóa.

Kết luận: Trong phản ứng oxi hóa khử chất khử là chất chiếm oxi của chất khác. Trong khi đó, chất oxi hóa là chất nhường oxi cho chất khác.

Từ những ví dụ minh họa và định nghĩa này ta có thể rút ra kết luận rằng: “Sự khử và sự oxi hóa là hai quá trình ngược nhau nhưng xảy ra đồng thời trong cùng một phản ứng hóa học. Phản ứng hóa học này gọi là phản ứng oxi hóa – khử” (Sách giáo khoa Hóa học 8, NXB Giáo dục Việt Nam).

Một định nghĩa mở rộng về phản ứng oxi hóa khử còn liên quan đến sự dịch chuyển electron. Theo đó: “Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học trong đó có sự chuyển dịch electron giữa các chất phản ứng hay phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học trong đó có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tố” (Sách giáo khoa Hóa học 10, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam).

Cách nhận biết phản ứng oxi hóa khử

Dựa vào định nghĩa phản ứng oxi hóa khử là gì phía trên ta có thể dễ dàng nhận thấy dấu hiệu nhận biết phản ứng oxi hóa khử là gì. Theo đó, dấu hiệu nhận biết ở đây là có sự thay đổi số oxi hóa của một nguyên tố.   

Ví dụ như trong phản ứng hóa học của sắt (III) oxit (Fe2O3) và hidro tạo ra sắt (Fe) và nước (H2O) có sự thay đổi số oxi hóa của H2 và Fe2O3 (H2 là chất chiếm oxi; Fe2O3 là chất nhường oxi).

Các loại phản ứng oxi hóa khử

Phản ứng oxi hóa khử có nhiều dạng khác nhau như dạng đơn giản, phản ứng nội phân tử, tự oxi hóa khử hay phản ứng oxi hóa khử phức tạp.

• Phản ứng oxi hóa khử dạng đơn giản: Đây là phản ứng oxi hóa khử mà trong phản ứng có một chất oxi hóa và một chất khử rõ ràng. Ví dụ: Al + 6HNO3 → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

• Phản ứng nội phân tử: Là phản ứng chỉ xảy ra trong một phân tử. Ví dụ: 2KClO3 →2KCl + 3O2

• Phản ứng tự oxi hóa khử: Là phản ứng hóa học trong đó sự tăng giảm số oxi hóa xảy ra chỉ trên 1 nguyên tố. Ví dụ: 2Cl2 + 4NaOH → 2NaCl + 2NaClO+ 2H2O

• Phản ứng oxi hóa khử phức tạp: Bao gồm những phản ứng hóa học có chữ và phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của hơn 2 nguyên tử. Ví dụ: Cu2S + HNO3 → Cu(NO3)2 + CuSO4 + NO + H2O

4 bước lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa khử

Để lập phản ứng oxi hóa khử, chúng ta dựa vào định nghĩa mở rộng của phản ứng này. Giả sử, trong phản ứng oxi hóa – khử, chất khử nhường hẳn electron cho chất oxi hóa, ta có thể cân bằng phương trình hóa học của phản ứng theo phương pháp thăng bằng electron. Đây là phương pháp dựa trên nguyên tắc: Tổng số electron do chất khử nhường phải bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận.

Làm sao để lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa khử, chúng ta hãy xem xét ngay 4 bước sau đây:

• Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng để tìm chất oxi hóa và chất khử.

• Bước 2: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử sau đó tiến hành cân bằng mỗi quá trình.

• Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất oxi hóa và chất khử sao cho tổng số electron do chất khử nhường bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận.

• Bước 4: Đặt các hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào sơ đồ phản ứng, từ đó chúng ta sẽ tính được hệ số của các chất khác có mặt trong phương trình hóa học. Tiếp đó, tiến hành kiểm tra cân bằng số nguyên tử của các nguyên tố để hoàn thành bước lập phương trình hóa học.  

Ví dụ thực hành: Lập phương trình phản ứng oxi hóa khử sắt (III) oxit (Fe2O3) và Hidro (H2) tạo ra sắt (Fe) và nước (H2O).

• Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trước phản ứng của Fe là +3, H là 0; sau phản ứng Fe là 0 và H là +1.

• Bước 2: Viết phương trình quá trình khử và quá trình oxi hóa

Quá trình khử:

Fe2O3 + 2.3e -> 2Fe

Quá trình oxi hóa:

H2 -> H2O + 2.1e

• Bước 3: Tìm hệ số thích hợp

1 Fe2O3 + 2.3e -> 2Fe

3 H2 -> H2O + 2.1e

• Bước 4: Hoàn thiện phương trình:

${\mathrm{Fe}}_2{\mathrm{O}}_3 + 3{\mathrm{H}}_2 \to 2\mathrm{Fe} + 3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Tầm quan trọng – ý nghĩa của phản ứng oxi hóa khử trong đời sống

Phản ứng oxi hóa khử là phản ứng hóa học quan trọng và phổ biến trong tự nhiên, ảnh hưởng đến nhiều hoạt động trong sản xuất và đời sống. Người ta sử dụng hợp lý các phản ứng oxi hóa khử để tăng hiệu suất sản phẩm cũng như nâng cao chất lượng của chúng.

Một số ứng dụng phổ biến nhất của phản ứng oxi hóa khử là:

• Trong công nghiệp: Áp dụng phản ứng oxi hóa khử để xây dựng nhiều khâu trong dây chuyền công nghệ. Ví dụ như luyện nhôm, gang thép, sản xuất thuốc bảo vệ thực vật, phân bón, dược phẩm, axit clohidric…

• Trong đời sống hàng ngày: Phần lớn năng lượng con người đang sử dụng là năng lượng của phản ứng oxi hóa khử. Ví dụ như sự cháy của than củi, xăng dầu trong các động cơ đốt trong, các phản ứng xảy ra trong pin, ắc quy…

Thực tế, nhiều phản ứng oxi hóa – khử diễn ra trong quá trình kim loại bị phá hủy trong tự nhiên. Tuy nhiên các nhà nghiên cứu cũng đã tìm được nhiều biện pháp hạn chế các phản ứng oxi hóa khử không có lợi.

Phản ứng oxi hóa khử và bài tập áp dụng

Áp dụng những kiến thức phản ứng oxi hóa khử vừa học để thực hành giải bài tập sẽ giúp bạn nắm vững và nhớ kiến thức lâu hơn. Dưới đây là một số bài tập Wikihoc sưu tầm từ sách giáo khoa Hóa học lớp 8 và lớp 10 để bạn đọc tham khảo.

Bài tập 1: Chọn những câu có phát biểu đúng (Sách giáo khoa Hóa học 8, NXB Giáo dục Việt Nam)

Hãy chép vào vở bài tập những câu đúng trong các câu sau đây:

A. Chất nhường oxi cho chất khác là chất khử.

B. Chất nhường oxi cho chất khác là chất oxi hóa.

C. Chất chiếm oxi của chất khác là chất khử.

D. Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học trong đó có xảy ra sự oxi hóa.

E. Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học trong đó có xảy ra đồng thời sự oxi hóa và sự khử.

Gợi ý đáp án

Câu phát biểu đúng là đáp án: B, C, E.

Câu phát biểu sai: A và D vì câu A hiểu sai bản chất của chất khử và câu D hiểu sai về oxi hóa – khử (phản ứng hóa học trong đó xảy ra đồng thời sự oxi hóa và sự khử chứ không chỉ có sự oxi hóa).

Bài tập 2: Tìm phản ứng oxi hóa khử và nêu lợi ích/ tác hại của mỗi phản ứng

Hãy cho biết trong những phản ứng hóa học xảy ra quanh ta sau đây, phản ứng nào là phản ứng oxi hóa – khử? Lợi ích và tác hại của mỗi phản ứng? (Sách giáo khoa Hóa học 8, NXB Giáo dục Việt Nam).

A. Đốt than trong lò: C + O2 → CO2.

B. Dùng cacbon oxit khử sắt (III) oxit trong luyện kim.

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2.

C. Nung vôi: CaCO3 → CaO + CO2.

D. Sắt bị gỉ trong không khí: 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3.

Gợi ý đáp án:

Những phản ứng oxi hóa – khử là A, B và D

Phân tích lợi và hại của từng phản ứng.

• Phản ứng A: Tác hại là sinh ra khí CO2 gây ô nhiễm môi trường. Lợi ích của phản ứng là sinh ra nhiệt năng để sản xuất phục vụ đời sống.

• Phản ứng B: Lợi ích của phản ứng là điều chế được sắt. Tác hại của phản ứng này là sinh ra khí CO2 gây ô nhiễm môi trường.

• Phản ứng D: Phản ứng này chỉ có mặt hại đó là làm sắt bị gỉ, ảnh hưởng đến nhiều công trình xây dựng cũng như các dụng cụ được làm từ sắt.

Bài tập 3: Bài tập số 5 trong SGK hóa học 8, NXB Giáo dục

Trong phòng thí nghiệm người ta dùng khí hiđro để khử sắt (II) oxit và thu được 11,2 g Fe.

1/ Viết phương trình hóa học của phản ứng đã xảy ra.

2/ Tính khối lượng sắt (III) oxit đã phản ứng.

3/ Tính thể tích khí hiđro đã tiêu thụ (đktc).

Gợi ý đáp án:

1/ Viết phương trình hóa học của phản ứng: Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O

2/ Tính khối lượng sắt (III) oxit đã phản ứng:

Khử 1 mol Fe2O3 cho 2 mol Fe.

x = 0.2/2 = 0.1 mol.

m = 0.1 x 160 = 16g.

3/ Khử 1 mol Fe2O3 cần 3 mol H2.

Vậy khử 0,1 mol Fe2O3 cần 0,3 mol H2.

Thể tích khí hidro: V= 0.3 x 22.4 = 6.72 lít.

Bài tập 4: Tìm phản ứng oxi hóa khử (Bài tập 1, SGK Hóa học 10, NXB Giáo dục)

A. 2HgO -> 2Hg + O2.

B. CaCO3 ->  CaO + CO2.

C. 2Al(OH)3 -> Al2O3 + 3H2O.

D. 2NaHCO3 -> Na2CO3 + CO2 + H2O.

Phản ứng nào là phản ứng oxi hóa – khử.

 Gợi ý đáp án: 

Phản ứng oxi hóa khử là đáp án A

Một số bài tập về phản ứng oxi hóa để học sinh luyện tập

Ngoài bài tập trong sách giáo khoa hóa học, dưới đây là một số bài tập thực hành để các em tự luyện:

Câu 1: Cho phản ứng: Na₂SO₃ + KMnO₄ + H₂O → Na₂SO₄ + MnO₂ + KOH

Tỉ lệ hệ số của chất khử và chất oxi hóa sau khi cân bằng là:

A. 4:3        B. 3:2        C. 3:4        D. 2:3

Câu 2. Cho phản ứng: FeSO₄ + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₂ + H₂O. Hệ số cân bằng của FeSO₄ và K₂Cr₂O₇ lần lượt là:

A. 6 ; 2        B. 5; 2        C. 6; 1        D. 8; 3

Câu 3. Cân bằng phản ứng sau: Fe₃O₄ + HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO + H₂O

Câu 4. Cân bằng phản ứng: As₂S₃ + HNO₃ + H₂O → H₃AsO₄ + NO + H₂SO₄

Câu 5. Tính tổng hệ số cân bằng trong phản ứng sau:

A. 15        B. 14        C. 18        D. 21

Câu 6. Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử sau:

CH₃CH₂OH + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ → CH₃COOH + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

Câu 7. Xác định hệ số cân bằng của KMnO₄ trong phản ứng sau:

SO₂ + KMnO₄ + H₂O → K₂SO₄ + …

A. 2        B. 5        C. 7        D. 10

Câu 8. Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử sau bằng phương pháp thăng bằng e:

a) Fe₂O₃ + Al → Al₂O₃ + Fe_nO_m

b) Fe_nO_m + HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO + H₂O

Câu 9: Hoà tan 7,8g hỗn hợp bột Al và Mg trong dung dịch HCl dư. Sau phản ứng khối lượng dung dịch axit tăng thêm 7,0g. Khối lượng nhôm và magie trong hỗn hợp đầu là:

A. 2,7g và 1,2g     B. 5,4g và 2,4g     C. 5,8g và 3,6g     D. 1,2g và 2,4g

Câu 10: Cho 15,8 gam KmnO4 tác dụng với dung dịch HCl đậm đặc. Thể tích khí clo thu được ở điều kiện tiêu chuẩn là:

A. 5,6 lít.     B. 0,56 lít.     C. 0,28 lít.     D. 2,8 lít.

Trên đây là những thông tin tổng hợp của Wikihoc về phản ứng oxi hóa khử theo chương trình Hóa học 8 và 10. Các bạn đừng quên ghé đọc website Wikihoc mỗi ngày để tìm kiếm thêm nhiều kiến thức cơ bản thú vị xoay quanh các môn học nhé!