Bài học

Quy tắc xác định số oxi hóa

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em xác định được số oxi hóa của một nguyên tố trong đơn chất, hợp chất và ion đơn giản bằng bốn quy tắc đã học, và viết đúng kí hiệu số oxi hóa (dấu trước, trị số sau) phía trên kí hiệu nguyên tố.

Kiến thức nền cần nhớ

Cách gán này áp dụng được cho MỌI liên kết, kể cả liên kết cộng hóa trị phân cực như trong H₂O — không cần biết chính xác electron lệch bao nhiêu phần trăm, chỉ cần biết nó lệch về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn. Nhờ vậy số oxi hóa trở thành một công cụ kế toán electron thống nhất, dùng được cho mọi phản ứng hóa học từ đây đến hết chương trình phổ thông.

Ở Course 4 (Liên kết hóa học) em đã biết nguyên tử có xu hướng nhường, nhận hoặc góp chung electron để đạt cấu hình bền của khí hiếm, và độ âm điện quyết định cặp electron dùng chung lệch về phía nguyên tử nào. Số oxi hóa dùng đúng hai ý đó để gán cho mỗi nguyên tử trong phân tử một điện tích hình thức — con số cho biết electron liên kết "thuộc về" nguyên tử nào nếu coi mọi liên kết là liên kết ion.

Khởi động

Trong phản ứng đốt cháy magnesium 2Mg + O₂ → 2MgO, có thể nói Mg nhường electron cho O — dễ hình dung vì đó là liên kết ion. Nhưng với liên kết cộng hóa trị như trong H₂O, electron chỉ bị lệch về phía oxygen chứ không chuyển hẳn. Làm sao dùng chung một con số để mô tả cả hai trường hợp?

Kiến thức trọng tâm

Số oxi hóa của một nguyên tố trong phân tử là điện tích hình thức của nguyên tử nguyên tố đó nếu giả định mọi liên kết trong phân tử đều là liên kết ion. Số oxi hóa ghi dấu trước, trị số sau (+2, không viết 2+ như điện tích ion), đặt ở phía trên kí hiệu hóa học, ví dụ $\overset{+2}{Mg}\overset{-2}{O}$ .

Bốn quy tắc dùng để gán số oxi hóa:

Quy tắc 1. Số oxi hóa của nguyên tố trong đơn chất bằng 0. Trong Fe, Cu, H₂, O₂, Cl₂, N₂, mọi nguyên tử đều có số oxi hóa 0, vì liên kết giữa hai nguyên tử cùng loại có độ âm điện bằng nhau nên electron dùng chung không lệch về phía nào.

Quy tắc 2. Trong hầu hết hợp chất, hydrogen có số oxi hóa +1 — trừ hydride kim loại như NaH, CaH₂, ở đó H có số oxi hóa −1 vì kim loại có độ âm điện nhỏ hơn hydrogen. Oxygen có số oxi hóa −2 — trừ hai trường hợp: trong peroxide (H₂O₂, Na₂O₂), O có số oxi hóa −1; trong OF₂, vì fluorine có độ âm điện lớn hơn oxygen, oxygen mang số oxi hóa +2.

Quy tắc 3. Trong một phân tử trung hòa, tổng số oxi hóa của tất cả nguyên tử bằng 0. Trong một ion đơn nguyên tử, số oxi hóa bằng đúng điện tích của ion đó — Na⁺ có số oxi hóa +1, Cl⁻ có số oxi hóa −1, Fe³⁺ có số oxi hóa +3. Trong một ion đa nguyên tử, tổng số oxi hóa của các nguyên tử bằng điện tích của ion đó (bài sau sẽ luyện kĩ trường hợp này).

Quy tắc 4. Kim loại điển hình trong hợp chất mang số oxi hóa cố định theo nhóm: nhóm IA (Na, K…) luôn +1; nhóm IIA (Mg, Ca…) luôn +2; nhôm (Al) luôn +3.

Khi một nguyên tố chưa rõ số oxi hóa, ta gán trước các số oxi hóa đã biết chắc chắn theo quy tắc 2 và 4, đặt ẩn $x$ cho nguyên tố còn lại, rồi lập phương trình tổng bằng 0 (phân tử trung hòa) hoặc bằng điện tích ion, từ đó giải ra $x$ .

**Số oxi hóa** của một nguyên tố trong phân tử là điện tích hình thức của nguyên tử nguyên tố đó nếu giả định mọi liên kết trong phân tử đều là liên kết ion. Số oxi hóa ghi dấu trước, trị số sau (+2, không viết 2+ như điện tích ion), đặt ở phía trên kí hiệu hóa học, ví dụ $\overset{+2}{Mg}\overset{-2}{O}$. Bốn quy tắc dùng để gán số oxi hóa: **Quy tắc 1.** Số oxi hóa của nguyên tố trong đơn chất bằng 0. Trong Fe, Cu, H₂, O₂, Cl₂, N₂, mọi nguyên tử đều có số oxi hóa 0, vì liên kết giữa hai nguyên tử cùng loại có độ âm điện bằng nhau nên electron dùng chung không lệch về phía nào. **Quy tắc 2.** Trong hầu hết hợp chất, hydrogen có số oxi hóa +1 — trừ hydride kim loại như NaH, CaH₂, ở đó H có số oxi hóa −1 vì kim loại có độ âm điện nhỏ hơn hydrogen. Oxygen có số oxi hóa −2 — trừ hai trường hợp: trong peroxide (H₂O₂, Na₂O₂), O có số oxi hóa −1; trong OF₂, vì fluorine có độ âm điện lớn hơn oxygen, oxygen mang số oxi hóa +2. **Quy tắc 3.** Trong một phân tử trung hòa, tổng số oxi hóa của tất cả nguyên tử bằng 0. Trong một ion đơn nguyên tử, số oxi hóa bằng đúng điện tích của ion đó — Na⁺ có số oxi hóa +1, Cl⁻ có số oxi hóa −1, Fe³⁺ có số oxi hóa +3. Trong một ion đa nguyên tử, tổng số oxi hóa của các nguyên tử bằng điện tích của ion đó (bài sau sẽ luyện kĩ trường hợp này). **Quy tắc 4.** Kim loại điển hình trong hợp chất mang số oxi hóa cố định theo nhóm: nhóm IA (Na, K…) luôn +1; nhóm IIA (Mg, Ca…) luôn +2; nhôm (Al) luôn +3. Khi một nguyên tố chưa rõ số oxi hóa, ta gán trước các số oxi hóa đã biết chắc chắn theo quy tắc 2 và 4, đặt ẩn $x$ cho nguyên tố còn lại, rồi lập phương trình tổng bằng 0 (phân tử trung hòa) hoặc bằng điện tích ion, từ đó giải ra $x$.

Ví dụ

Xác định số oxi hóa trong H₂O, HCl, MgCl₂

1
Xác định số oxi hóa của mỗi nguyên tố trong các phân tử: $H_2O$ , $HCl$ , $MgCl_2$ .
Xác định số oxi hóa của mỗi nguyên tố trong các phân tử: $H_2O$, $HCl$, $MgCl_2$.
2
Theo quy tắc 2, số oxi hóa của H là +1 nên hai nguyên tử H đóng góp tổng +2. Vì phân tử trung hòa nên tổng số oxi hóa bằng 0, suy ra số oxi hóa của O là −2 — đúng với quy tắc chung của oxygen nên không có gì bất thường.
3
Số oxi hóa của H là +1 (quy tắc 2). Do phân tử trung hòa, tổng bằng 0 nên số oxi hóa của Cl là −1.
4
Mg thuộc nhóm IIA nên theo quy tắc 4, số oxi hóa của Mg cố định là +2. Gọi số oxi hóa của Cl là $x$ ; phân tử có 1 Mg và 2 Cl nên $+2 + 2x = 0$ , suy ra $x = -1$ .
Mg thuộc nhóm IIA nên theo quy tắc 4, số oxi hóa của Mg cố định là +2. Gọi số oxi hóa của Cl là $x$; phân tử có 1 Mg và 2 Cl nên $+2 + 2x = 0$, suy ra $x = -1$.
5
Vậy số oxi hóa lần lượt là $\overset{+1}{H}_2\overset{-2}{O}$ , $\overset{+1}{H}\overset{-1}{Cl}$ , $\overset{+2}{Mg}\overset{-1}{Cl}_2$ .
Vậy số oxi hóa lần lượt là $\overset{+1}{H}_2\overset{-2}{O}$, $\overset{+1}{H}\overset{-1}{Cl}$, $\overset{+2}{Mg}\overset{-1}{Cl}_2$.

Ví dụ

Xác định số oxi hóa của S trong H₂SO₄ và N trong HNO₃

1
H₂SO₄ và HNO₃ là hai hợp chất hay xuất hiện trong đề kiểm tra vì có nhiều nguyên tử oxygen. Xác định số oxi hóa của S trong $H_2SO_4$ và của N trong $HNO_3$ .
H₂SO₄ và HNO₃ là hai hợp chất hay xuất hiện trong đề kiểm tra vì có nhiều nguyên tử oxygen. Xác định số oxi hóa của S trong $H_2SO_4$ và của N trong $HNO_3$.
2
Gọi số oxi hóa của S là $x$ . Theo quy tắc 2: H là +1, O là −2. Phân tử gồm 2 H, 1 S, 4 O nên $2(+1) + x + 4(-2) = 0$ , suy ra $x = +6$ .
Gọi số oxi hóa của S là $x$. Theo quy tắc 2: H là +1, O là −2. Phân tử gồm 2 H, 1 S, 4 O nên $2(+1) + x + 4(-2) = 0$, suy ra $x = +6$.
3
Gọi số oxi hóa của N là $y$ . Phân tử gồm 1 H, 1 N, 3 O nên $(+1) + y + 3(-2) = 0$ , suy ra $y = +5$ .
Gọi số oxi hóa của N là $y$. Phân tử gồm 1 H, 1 N, 3 O nên $(+1) + y + 3(-2) = 0$, suy ra $y = +5$.
4
S thuộc nhóm VIA, mức oxi hóa cao nhất bằng đúng số electron lớp ngoài cùng là +6, khớp với kết quả vừa tính. N thuộc nhóm VA, mức cao nhất +5, cũng khớp — một phép kiểm tra nhanh nên tập thành thói quen khi làm bài.
5
Vậy $\overset{+6}{S}$ trong $H_2\overset{+6}{S}O_4$ , và $\overset{+5}{N}$ trong $H\overset{+5}{N}O_3$ .
Vậy $\overset{+6}{S}$ trong $H_2\overset{+6}{S}O_4$, và $\overset{+5}{N}$ trong $H\overset{+5}{N}O_3$.

Sai lầm thường gặp

Nhiều học sinh viết số oxi hóa theo kiểu điện tích ion, ghi "2+" thay vì "+2", hoặc quên rằng kim loại nhóm IA/IIA/Al có số oxi hóa CỐ ĐỊNH trong hợp chất nên lại đặt ẩn cho cả Na, Ca, Al — khiến phương trình thiếu dữ kiện, không giải được. Luôn gán số oxi hóa cố định trước, chỉ đặt ẩn cho nguyên tố còn chưa biết.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Bốn quy tắc: đơn chất SOH = 0; H thường +1 (trừ hydride −1), O thường −2 (trừ peroxide −1, OF₂ +2); tổng SOH của phân tử trung hòa = 0, của ion = điện tích ion; kim loại IA/IIA/Al có SOH cố định. Viết dấu trước, trị số sau.

Bài tiếp theo áp dụng đúng bốn quy tắc này cho những hợp chất và ion phức tạp hơn — nơi một nguyên tố có thể mang số oxi hóa trung bình không nguyên, và các ion đa nguyên tử có tổng số oxi hóa khác 0.