Bài học

Ôn tập số oxi hóa và nhận biết phản ứng oxi hóa – khử

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em vận dụng tổng hợp bốn quy tắc xác định số oxi hóa và tiêu chí nhận biết phản ứng oxi hóa – khử để giải các câu hỏi tổng hợp theo đúng dạng đề kiểm tra học kì, kể cả trường hợp một nguyên tố mang hai số oxi hóa khác nhau trong cùng một hợp chất.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài ôn tập này ghép lại toàn bộ Chương 1 (số oxi hóa) và Chương 2 (khái niệm phản ứng oxi hóa – khử). Em không học kiến thức mới, mà luyện cách nhận diện nhanh và chính xác trong những tình huống đề bài thường gài để kiểm tra hiểu bản chất, không phải học thuộc.

Khởi động

Muối ammonium nitrate $NH_4NO_3$ — thành phần chính của nhiều loại phân đạm — chứa hai nhóm nitrogen hoàn toàn khác nhau: nhóm $NH_4^+$ và nhóm $NO_3^-$ . Liệu nitrogen trong hai nhóm đó có cùng một số oxi hóa hay không?

Muối ammonium nitrate $NH_4NO_3$ — thành phần chính của nhiều loại phân đạm — chứa hai nhóm nitrogen hoàn toàn khác nhau: nhóm $NH_4^+$ và nhóm $NO_3^-$. Liệu nitrogen trong hai nhóm đó có cùng một số oxi hóa hay không?

Kiến thức trọng tâm

Ôn nhanh tiêu chí nhận biết phản ứng oxi hóa – khử: chỉ có một tiêu chí — rà số oxi hóa từng nguyên tố ở hai vế, có ít nhất một nguyên tố thay đổi thì là phản ứng oxi hóa – khử. Phản ứng thế hầu như luôn thỏa tiêu chí này; phản ứng trao đổi hầu như không; phản ứng hóa hợp và phân hủy phải xét riêng từng trường hợp cụ thể.

Ôn nhanh bốn quy tắc: đơn chất có SOH 0; H thường +1 (trừ hydride kim loại, −1), O thường −2 (trừ peroxide, −1); tổng SOH của phân tử trung hòa bằng 0, của ion bằng điện tích ion; kim loại nhóm IA/IIA/Al có SOH cố định. Điểm hay bị bỏ sót nhất: khi một hợp chất chứa từ HAI ion đa nguyên tử trở lên (như muối $NH_4NO_3$ gồm cation $NH_4^+$ và anion $NO_3^-$), phải tính SOH riêng cho từng ion, không được gộp chung cả phân tử vào một phương trình tổng. Ôn nhanh tiêu chí nhận biết phản ứng oxi hóa – khử: chỉ có một tiêu chí — rà số oxi hóa từng nguyên tố ở hai vế, có ít nhất một nguyên tố thay đổi thì là phản ứng oxi hóa – khử. Phản ứng thế hầu như luôn thỏa tiêu chí này; phản ứng trao đổi hầu như không; phản ứng hóa hợp và phân hủy phải xét riêng từng trường hợp cụ thể.

Ví dụ

Số oxi hóa của N trong NH₄NO₃

1
Xác định số oxi hóa của nitrogen trong muối $NH_4NO_3$ .
Xác định số oxi hóa của nitrogen trong muối $NH_4NO_3$.
2
$NH_4NO_3$ gồm hai ion: cation $NH_4^+$ và anion $NO_3^-$ . Phải tính SOH của N riêng trong từng ion, không gộp chung.
$NH_4NO_3$ gồm hai ion: cation $NH_4^+$ và anion $NO_3^-$. Phải tính SOH của N riêng trong từng ion, không gộp chung.
3
H là +1×4=+4, ion điện tích +1: SOH của N là $y$ , $y + 4 = +1 \Rightarrow y = -3$ .
H là +1×4=+4, ion điện tích +1: SOH của N là $y$, $y + 4 = +1 \Rightarrow y = -3$.
4
O là −2×3=−6, ion điện tích −1: SOH của N là $z$ , $z - 6 = -1 \Rightarrow z = +5$ .
O là −2×3=−6, ion điện tích −1: SOH của N là $z$, $z - 6 = -1 \Rightarrow z = +5$.
5
Vậy trong cùng một muối $NH_4NO_3$ , N mang hai số oxi hóa khác nhau: −3 (trong $NH_4^+$ ) và +5 (trong $NO_3^-$ ) — đây là điểm đề thi hay khai thác để kiểm tra học sinh có thực sự hiểu quy tắc ion đa nguyên tử hay chỉ học thuộc máy móc.
Vậy trong cùng một muối $NH_4NO_3$, N mang hai số oxi hóa khác nhau: −3 (trong $NH_4^+$) và +5 (trong $NO_3^-$) — đây là điểm đề thi hay khai thác để kiểm tra học sinh có thực sự hiểu quy tắc ion đa nguyên tử hay chỉ học thuộc máy móc.

Ví dụ

Phân loại năm phản ứng tổng hợp

1
Trong các phản ứng sau, phản ứng nào là phản ứng oxi hóa – khử? (1) $2Na + 2H_2O \to 2NaOH + H_2$ ; (2) $Na_2CO_3 + 2HCl \to 2NaCl + H_2O + CO_2$ ; (3) $2KMnO_4 \xrightarrow{t^\circ} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2$ ; (4) $AgNO_3 + NaCl \to AgCl\downarrow + NaNO_3$ .
Trong các phản ứng sau, phản ứng nào là phản ứng oxi hóa – khử? (1) $2Na + 2H_2O \to 2NaOH + H_2$; (2) $Na_2CO_3 + 2HCl \to 2NaCl + H_2O + CO_2$; (3) $2KMnO_4 \xrightarrow{t^\circ} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2$; (4) $AgNO_3 + NaCl \to AgCl\downarrow + NaNO_3$.
2
Na: 0→+1 (tăng); H trong H₂O: +1→0 (trong H₂, giảm). Có thay đổi SOH — LÀ phản ứng oxi hóa – khử (đây là phản ứng thế của kim loại kiềm với nước).
3
Ở (2): Na, C, O, H, Cl đều giữ nguyên SOH — phản ứng trao đổi giữa muối và acid, sinh khí CO₂ nhưng KHÔNG đổi SOH. Ở (4): Ag, N, O, Na, Cl đều giữ nguyên — phản ứng trao đổi tạo kết tủa, cũng KHÔNG phải oxi hóa – khử.
4
K giữ +1. Mn trong KMnO₄ là +7; trong K₂MnO₄ là +6 (tính từ $2+x-8=0$ ); trong MnO₂ là +4 — Mn giảm SOH ở cả hai sản phẩm. O trong KMnO₄ là −2; trong O₂ là 0 — tăng SOH. Có thay đổi SOH — LÀ phản ứng oxi hóa – khử.
K giữ +1. Mn trong KMnO₄ là +7; trong K₂MnO₄ là +6 (tính từ $2+x-8=0$); trong MnO₂ là +4 — Mn giảm SOH ở cả hai sản phẩm. O trong KMnO₄ là −2; trong O₂ là 0 — tăng SOH. Có thay đổi SOH — LÀ phản ứng oxi hóa – khử.
5
Vậy (1) và (3) là phản ứng oxi hóa – khử; (2) và (4) là phản ứng trao đổi, không có sự chuyển electron dù đều sinh ra chất mới (khí hoặc kết tủa).

Ví dụ

Phân hủy H₂O₂ — ôn lại trường hợp đặc biệt của oxygen

1
Dung dịch oxy già (H₂O₂) để lâu ngoài ánh sáng sẽ tự phân hủy: $2H_2O_2 \to 2H_2O + O_2$ . Xác định số oxi hóa của O ở ba chất, và cho biết đây có phải phản ứng oxi hóa – khử không.
Dung dịch oxy già (H₂O₂) để lâu ngoài ánh sáng sẽ tự phân hủy: $2H_2O_2 \to 2H_2O + O_2$. Xác định số oxi hóa của O ở ba chất, và cho biết đây có phải phản ứng oxi hóa – khử không.
2
Trong H₂O₂ (peroxide), O có SOH đặc biệt −1 — đã học ở Chương 1. Trong H₂O, O có SOH thông thường −2. Trong O₂ (đơn chất), O có SOH 0.
3
O đi từ −1 (trong H₂O₂) tách thành hai hướng: một phần giảm xuống −2 (trong H₂O, bị khử), một phần tăng lên 0 (trong O₂, bị oxi hóa). Cùng một nguyên tố O trong H₂O₂ vừa là chất oxi hóa vừa là chất khử.
4
Vậy đây LÀ phản ứng oxi hóa – khử, cụ thể là phản ứng tự oxi hóa – tự khử giống hiện tượng đã gặp ở $KClO_3$ tại Chương 2 — một dấu hiệu cho thấy quy tắc đặc biệt của peroxide không chỉ để tính số oxi hóa suông, mà còn giải thích được đúng vì sao H₂O₂ không bền, dễ tự phân hủy khi bảo quản lâu.
Vậy đây LÀ phản ứng oxi hóa – khử, cụ thể là phản ứng tự oxi hóa – tự khử giống hiện tượng đã gặp ở $KClO_3$ tại Chương 2 — một dấu hiệu cho thấy quy tắc đặc biệt của peroxide không chỉ để tính số oxi hóa suông, mà còn giải thích được đúng vì sao H₂O₂ không bền, dễ tự phân hủy khi bảo quản lâu.

Sai lầm thường gặp

Hai sai lầm hay gặp nhất khi ôn tổng hợp: (1) thấy phản ứng sinh khí hoặc kết tủa liền vội kết luận là phản ứng oxi hóa – khử — sinh chất khí/kết tủa không liên quan gì đến việc có đổi SOH hay không; (2) khi hợp chất có nhiều ion đa nguyên tử, gộp chung cả phân tử vào một phương trình tổng bằng 0 thay vì tính riêng từng ion.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Một hợp chất có thể chứa nhiều ion đa nguyên tử, mỗi ion tính SOH riêng theo đúng điện tích của nó — như N trong NH₄NO₃ mang hai giá trị −3 và +5. Sinh khí hay kết tủa không phải dấu hiệu của phản ứng oxi hóa – khử; chỉ số oxi hóa thay đổi mới là dấu hiệu duy nhất.

Bài ôn tập cuối cùng ghép nốt hai kỹ năng còn lại — cân bằng electron và vận dụng thực tiễn — vào một đề kiểm tra tổng hợp toàn khóa.