Phản ứng Oxi hóa khử là gì? Cách giải phương trình này

Phản ứng oxi hóa khử là một trong những phản ứng thường gặp trong kiến thức THPT. Đây được xem là kiến thức cơ bản mà học sinh cần phải nắm vững khi học môn hóa học. Vậy phản ứng oxi hóa – khử là gì và phản ứng này có cách cân bằng như thế nào? Nếu bạn quan tâm đến loại phản ứng này thì đừng bỏ lỡ bài viết sau đây nhé.

Phản ứng oxi hóa khử là gì

Để hiểu được định nghĩa phản ứng oxi hóa khử thì chúng ta cần nắm vững định nghĩa về phản ứng hóa học. Hiểu đơn giản thì phản ứng hóa học chính là quá trình biến đổi chất này thành chất khác. 

Trong phản ứng, nguyên liệu sẽ bị thay đổi nhờ cơ chế xúc tác hoặc sự tương tác giữa các phân tử. Chất sử dụng ban đầu sẽ được gọi là nguyên liệu và chất được tạo thành được gọi là chất mới hoặc sản phẩm. Trong quá trình phản ứng, lượng chất phản ứng sẽ tăng lên, và lượng sản phẩm sẽ giảm.

Phản ứng oxi hóa khử là phản ứng hóa học, trong đó có sự dịch chuyển electron giữa các chất tham gia quá trình phản ứng. Về bản chất, phản ứng này sẽ làm cho số oxi hóa của các chất thay đổi.

VD: Quá trình oxy hóa cacbon thành carbon dioxide (CO2) hoặc sự khử cacbon bằng hydro thành metan (CH4). Ngoài ra, còn có những phản ứng oxi hóa  – khử phức tạp như quá trình oxy hóa glucose (C6H12O6). Trong cơ thể chúng ta cũng xảy ra loại phản ứng này và các tế bào sẽ thực hiện quá trình phản ứng.

Các thuật ngữ liên quan đến quá trình oxi hóa khử

Để hiểu rõ hơn về loại phản ứng này thì chúng ta cần phải hiểu các thuật ngữ liên quan. Đối với phản ứng này, bạn cần phải nắm được định nghĩa của các thuật ngữ sau:

Chất khử

Chất khử là một nguyên tố hóa học hoặc một hợp chất trong phản ứng oxi hóa khử. Đây là chất có khả năng cho electron trong chuỗi phản ứng OXH khử. Trong phản ứng, chất khử sẽ bị oxy hóa nên được gọi là chất bị oxy hóa. 

Tính khử của một nguyên tố/hợp chất sẽ ngược lại với tính oxi hóa. Nếu hợp chất có tính khử càng mạnh thì tính oxi hóa càng yếu. Nếu tính khử càng mạnh thì khả năng cho electron điện tử sẽ mạnh hơn. 

Thông thường, các chất khử mạnh là những chất có độ âm điện cao và có năng lượng ion hóa nhỏ. Một số chất khử mạnh và thường gặp trong các bài toán hóa học là Natri Borohydride, Acid Fomic và các kim loại mạnh.

Chất oxi hóa

Chất oxy hóa là chất có độ âm điện thấp nên sẽ nhận electron trong phản ứng hóa học. Ngược với chất khử, chất hóa sẽ bị khử nên được gọi là chất bị khử.

Tính oxi hóa của một nguyên tố/hợp chất sẽ ngược lại với tính oxi hóa. Nếu hợp chất có tính oxi hóa càng mạnh thì tính khử càng yếu. Nếu tính oxi hóa càng mạnh thì khả năng nhận electron điện tử sẽ mạnh hơn. 

So với chất khử thì chất oxi hóa sẽ có độ âm điện lớn hơn, năng lượng ion hóa cao hơn và bán kính nguyên tử thấp hơn. Những chất oxi hóa thường gặp trong phản ứng là các chất thuộc nhóm phi kim, kim loại chưa đạt độ âm điện tối đa, các halogen, hợp chất pemanganat,…

Sự khử

Sự khử hay còn được gọi là quá trình khử. Quá trình này sẽ làm cho chất oxi hóa nhận electron và chất khử giảm electron. Hiểu đơn giản thì sự khử là quá trình tách oxi ra khỏi chất.

Sự oxi hóa

Sự oxi hóa là quá trình ngược với quá trình khử. Trong quá trình này, chất bị oxi hóa (chất khử) sẽ cho electron điện tử. Trong khi đó, sự oxi hóa sẽ làm cho chất oxi hóa nhận thêm electron. Trong phản ứng oxi hóa – khử, hai quá trình trên sẽ diễn ra song song với nhau. Nếu thiếu 1 trong 2 quá trình thì phản ứng sẽ không xảy ra.

Các phản ứng oxi hóa – khử thường gặp

Phản ứng này được chia thành nhiều loại khác nhau. Dựa vào cách viết phương trình hoặc dựa vào các chất tham gia mà phản ứng này được phân thành các loại sau:

• Phản ứng oxi hóa khử thông thường: Phản ứng này xảy ra giữa chất khử và chất oxi hóa là 2 hợp chất/ phân tử khác nhau. VD Cu + 2H2SO4 đặc → CuSO4.
• Phản ứng oxi hóa nội phân tử: Phản ứng này xảy ra khi chất oxi hóa và chất khử cùng 1 nguyên tử nhưng ở hai hợp chất khác nhau. Thông thường, đây chính là phản ứng nhiệt phân. VD Cu(NO3)2 → CuO + NO2 + O2.
• Phản ứng tự oxi hóa khử: Đối với phản ứng tự oxi hóa khử, nguyên liệu tham gia phản ứng vừa là chất khử, vừa là chất oxi hóa. VD 4KClO3 → 3KClO4 + KCl.

Điều kiện để xảy ra phản ứng này là gì

Dựa vào định nghĩa của loại phản ứng này, chúng ta có thể dễ dàng hiểu được điều kiện để xảy ra phản ứng. Để phản ứng xảy ra thì các chất tham gia phản ứng phải có sự thay đổi số oxi hóa. Theo đó, quá trình khử và oxi hóa cũng cần được diễn ra. Nếu không xảy ra quá trình trên thì phản ứng sẽ không thể xảy ra.

VD: Trong phản ứng hóa học của sắt (III) oxit (Fe2O3) và hiđro để tạo ra sắt (Fe) và nước (H2O), số oxi hóa của H2 và Fe2O3 thay đổi (H2 là chất khử Fe2O3 là chất oxi hóa ).

Cách lập phương trình về phản ứng oxi hóa khử 

Để giải được các bài toán liên quan đến phản ứng này thì bạn cần phải hiểu và biết cách lập phương trình phản ứng. Đối với phản ứng oxi hóa – khử, chúng ta có cách lập phương trình sau:

• Bước 1: Xác định số oxi hóa của các chất.
• Bước 2: Xác định chất khử, chất oxi hóa trong phản ứng.
• Bước 3: Viết quá trình OXH – Khử của các chất và tiến hành cân bằng.
• Bước 1: Cân bằng phương trình tổng quát.

Cách cân bằng phương trình bằng phản ứng oxi hóa – khử

Nguyên tắc chung để cân bằng phản ứng này chính là sự cân bằng số electron cho và electron nhận. Sau đây là một số phương pháp cân bằng giúp bạn chinh phục phản ứng này nhanh chóng hơn.

Dùng phương pháp nguyên tử nguyên số

Phương pháp này được nhiều học sinh và giáo viên áp dụng bởi có cách thực hiện đơn giản. Với phương pháp nguyên tử nguyên số, ta sẽ viết các nguyên tố thành các đơn chất và lập luận.

Phương pháp hóa trị tác dụng

Hóa trị tác dụng chính là hóa trị của nguyên tử/ nguyên tố/ nhóm nguyên tố tham gia phản ứng hóa học. Xét phản ứng BaCl2 Fe2(SO4)3 = FeCl3 BaSO4, để sử dụng phương pháp cân bằng này, bạn cần thực hiện các bước sau:

• Xác định hóa trị hiệu dụng: Ba(II) – Cl(I) – Fe(III) – SO4(II).
• Tìm giá trị tác dụng có số bội chung nhỏ nhất: Phương trình trên có bội chung nhỏ nhất là 6. Ta lấy 6 chia lần lượt cho 2, 1, 3. Sau đó, lấy kết quả để điền vào hệ số trước chất tham gia và sản phẩm tương ứng, ta được kết quả sau cân bằng là 3BaCl2 + Fe2(SO4)3 → 2FeCl3 + 3BaSO4.

Phương pháp hệ số phân số

Phương pháp hệ số phân số có cách thực hiện khá đơn giản. Để cân bằng, bạn chỉ cần đưa các hệ số vào phương trình phản ứng sao cho số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vế bằng nhau. Cuối cùng, bạn tối giản các số với mẫu số chung.

Phương pháp chẵn lẻ

Trong một phương trình phản ứng, sau khi cân bằng thì số nguyên tử của các nguyên tố ở hai bên sẽ bằng nhau. Do đó, nếu số lượng nguyên tử ở chất tham gia là số chẵn thì số nguyên tử ở sản phẩm cũng là số chẵn và ngược lại.

Phương pháp cân bằng electron

Đây là cách cân bằng phương trình oxi hóa khử nhanh chóng và có cách thực hiện đơn giản. Nguyên tắc chung của phương pháp cân bằng này là tổng electron cho bằng tổng electron nhận. Phương pháp cân bằng này gồm các bước sau:

• Xác định sự thay đổi số oxi hóa của từng chất.
• Cân bằng hệ số.
• Đặt các hệ số sau cân bằng vào phương trình tổng quát.

Một số vai trò quan trọng của phản ứng oxi hóa – khử 

Trong tự nhiên, phản ứng này được thể hiện qua quá trình quang hợp của thực vật. Khi quang hợp, quá trình này sẽ diễn ra để giải phóng oxy và tổng hợp các chất cần thiết cho cây. Ngoài ra, các quá trình đốt cháy nhiên liệu trong động cơ, quá trình điện phân và phản ứng của pin điện hóa cũng là phản ứng oxi hóa, khử.

Trong số các loại phản ứng hóa học hiện nay thì phản ứng oxi hóa khử đóng vai trò khá quan trọng. Đây là phản ứng căn bản để giải thích bản chất của các hiện tượng lý hóa trong đời sống. Dựa vào phản ứng này, chúng ta có thể hiểu được các hiện tượng phân hủy, ăn mòn, quang hợp, lên men,…

Phản ứng này còn là tiền đề để giải thích bản chất của các quá trình phản ứng trong pha rắn, lỏng, khí. Ngoài ra, dựa vào quá trình diễn ra phản ứng, chúng ta có thể hiểu được tính chất cũng như khả năng tương tác giữa các nguyên tử trong nguyên tố.

Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng quan trọng được áp dụng vào công nghệ sản xuất hóa chất và công nghệ luyện kim. Khi điều chỉnh được chiều và tốc độ phản ứng, chúng ta có thể nâng cao chất lượng sản phẩm cũng như năng xuất của hệ thống.

Những ảnh hưởng của phản ứng oxi hóa khử

Ngoài những ứng dụng trong sản xuất, đời sống thì phản ứng này còn có nhiều mặt hạn chế. Trong thực tế, một số phản ứng oxi hóa, khử gây nên hiện tượng phá hủy kim loại, đặc biệt là hiện tượng ăn mòn.

Người ta đã tìm ra nhiều phương pháp để hạn chế các phản ứng oxi hoá, khử có hại. Để ngăn chặn ảnh hưởng của phản ứng này, chúng ta có thể sử dụng phương pháp bảo vệ bề mặt như phủ sơn, dầu lên bề mặt kim loại. Ngoài ra, có thể sử dụng vật hy sinh để bảo vệ lớp vật liệu bên trong hiệu quả.

Lời kết

Trên đây là những kiến thức cơ bản xoay quanh phản ứng oxi hóa khử cũng như những cách cân bằng phản ứng. Hy vọng với những thông tin trên, bạn đọc có thể hiểu hơn về phản ứng này để vận dụng vào đời sống. Cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết trên và hãy tiếp tục theo dõi chúng tôi để có thể cập nhật thêm nhiều kiến thức bổ ích nhé.