Hóa học Lớp 10. Cân bằng hệ số dựa trên bảo toàn electron.
Kiến thức cần nhớ
**1. Cơ sở của phương pháp electron**
Trong phản ứng oxi hóa–khử:
$\text{tổng số electron chất khử nhường}=\text{tổng số electron chất oxi hóa nhận}$
Đây là điều kiện để xác định tỉ lệ hệ số của các chất chứa nguyên tố thay đổi số oxi hóa. Sau khi bảo toàn electron, vẫn phải cân bằng các nguyên tố còn lại và kiểm tra toàn phương trình.
**2. Quy trình cân bằng theo số oxi hóa**
1. Viết đúng công thức các chất và xác định số oxi hóa thay đổi.
2. Viết quá trình tăng và giảm số oxi hóa hoặc các bán phản ứng electron.
3. Tính số electron nhường/nhận, chú ý số nguyên tử của nguyên tố biến đổi.
4. Tìm bội chung nhỏ nhất để tổng electron nhường bằng tổng electron nhận.
5. Đặt hệ số vào các chất chứa nguyên tố thay đổi số oxi hóa.
6. Cân bằng các nguyên tố còn lại; thường để H và O về sau.
7. Rút gọn hệ số về bộ số nguyên tối giản và kiểm tra nguyên tử, điện tích.
**3. Ví dụ một cặp nguyên tố thay đổi**
Cân bằng:
$Al+Cl_2\rightarrow AlCl_3$
Các quá trình:
$Al\rightarrow Al^{3+}+3e^-$
$Cl_2+2e^-\rightarrow2Cl^-$
Bội chung nhỏ nhất là 6 nên nhân quá trình Al với 2 và $Cl_2$ với 3:
$2Al+3Cl_2\rightarrow2AlCl_3$
Kiểm tra: hai vế đều có 2 Al và 6 Cl.
**4. Phải tính cả số nguyên tử thay đổi**
Cân bằng:
$Fe+O_2\rightarrow Fe_2O_3$
Fe tăng $0\rightarrow+3$, mỗi Fe nhường 3 electron. Trong $O_2$, hai O cùng giảm $0\rightarrow-2$, nên một $O_2$ nhận tổng 4 electron. Bội chung là 12:
$4Fe+3O_2\rightarrow2Fe_2O_3$
Nếu chỉ ghi O nhận 2 electron mà bỏ hệ số hai nguyên tử trong $O_2$, tỉ lệ hệ số sẽ sai.
**5. Phản ứng có nhiều chất và sản phẩm**
Cân bằng $NH_3+O_2\rightarrow NO+H_2O$:
- N tăng từ $-3$ lên $+2$, nhường 5 electron mỗi N.
- Mỗi $O_2$ nhận tổng 4 electron khi O giảm từ 0 xuống $-2$.
- Bội chung 20 cho tỉ lệ ban đầu $4NH_3:5O_2$.
Sau đó cân bằng N và H:
$4NH_3+5O_2\rightarrow4NO+6H_2O$
Electron cho tỉ lệ chất redox; H, O và các nhóm nguyên tử còn lại vẫn cần được cân bằng tiếp.
**6. Cân bằng bán phản ứng trong môi trường acid**
Với phương pháp ion–electron trong môi trường acid:
1. Cân bằng nguyên tố trung tâm.
2. Cân bằng O bằng cách thêm $H_2O$ vào phía thiếu O.
3. Cân bằng H bằng cách thêm $H^+$ vào phía thiếu H.
4. Cân bằng điện tích bằng electron.
Ví dụ:
$MnO_4^-\rightarrow Mn^{2+}$
Cân bằng được:
$MnO_4^-+8H^++5e^-\rightarrow Mn^{2+}+4H_2O$
Kiểm tra: hai vế có 1 Mn, 4 O, 8 H và tổng điện tích đều bằng $+2$.
**7. Ghép hai bán phản ứng ion–electron**
Ví dụ ghép quá trình permanganate với iron(II):
$MnO_4^-+8H^++5e^-\rightarrow Mn^{2+}+4H_2O$
$Fe^{2+}\rightarrow Fe^{3+}+e^-$
Nhân bán phản ứng Fe với 5 rồi cộng, triệt tiêu electron:
$MnO_4^-+5Fe^{2+}+8H^+\rightarrow Mn^{2+}+5Fe^{3+}+4H_2O$
Do đó tỉ lệ $Fe^{2+}:MnO_4^-=5:1$. Electron không xuất hiện trong phương trình tổng vì đã được triệt tiêu, nhưng vẫn phải bảo toàn.
**8. Ghi chú về môi trường base**
Trong môi trường base, có thể cân bằng trước như môi trường acid rồi thêm cùng số mol $OH^-$ vào hai vế để trung hòa toàn bộ $H^+$ thành $H_2O$, sau đó rút gọn nước. Cũng có thể dùng quy trình trực tiếp với $H_2O$ và $OH^-$ nếu đã thành thạo.
Không trộn tùy ý $H^+$ và $OH^-$ mà không xử lí chúng. Nếu bài chỉ yêu cầu môi trường acid, dùng đúng quy trình $H_2O$, $H^+$ rồi electron.
ezonthi