36
CHƯƠNG IV.
PHẢN ỨNG HÓA HỌC – PHẢN ỨNG OXI HÓA KHỬ –
ĐIỆN PHÂN – TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC

I. PHẢN ỨNG HÓA HỌC

Quá trình biến đổi các chất này thành các chất khác được gọi là phản ứng hoá học.
Trong phản ứng hoá học tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối
lượng các chất tạo thành sau phản ứng.

Các dạng phản ứng hoá học cơ bản:

a) Phản ứng phân tích là phản ứng trong đó một chất bị phân tích thành nhiều chất
mới.

Ví dụ: CaCO
3
= CaO + CO
2
↑

b) Phản ứng kết hợp là phản ứng trong đó hai hay nhiều chất kết hợp với nhau tạo
thành một chất mới.

Ví dụ. BaO + H
2
O = Ba(OH)
2
.

Để thuận tiện khi xem xét phản ứng oxi hoá - khử và tính chất của các nguyên tố,
người ta đưa ra khái niệm số oxi hoá (còn gọi là mức oxi hoá hay điện tích hoá trị).

Số oxi hoá là điện tích quy ước mà nguyên tử có được nếu giả thuyết rằng cặp e liên
kết (do 2 nguyên tử góp chung) chuyển hoàn toàn về phía nguyên tử có độ âm điện lớn
hơn.

Số oxi hoá được tính theo quy tắc sau :

− Tổng đại số số oxi hoá của các nguyên tử trong phân tử trung hoà điện bằng 0.

− Tổng đại số số oxi hoá của các nguyên tử trong một ion phức tạp bằng điện tích
của ion. Ví dụ trong ion , số oxi hoá của H là +1, của O là −2 của S là +6.

+ 1 + 6 + (−2. 4) = − 1.

− Trong đơn chất, số oxi hoá của các nguyên tử bằng 0.

Ví dụ: Trong Cl
2
, số oxi hoá của Cl bằng 0.

− Khi tham gia hợp chất, số oxi hoá của một số nguyên tố có trị số không đổi như
sau.

+ Kim loại kiềm luôn bằng +1.

+ Kim loại kiềm thổ luôn bằng +2.

+ Oxi (trừ trong peoxit bằng − 1) luôn bằng − 2.
3. Cân bằng phương trình phản ứng oxi hoá - khử.

−
−−
− Nguyên tắc khi cân bằng : Tổng số e mà chất khử cho phải bằng tổng số e mà chất
oxi hoá nhận và số nguyên tử của mỗi nguyên tố được bảo toàn.

−
−−
− Quá trình cân bằng tiến hành theo các bước:

1) Viết phương trình phản ứng, nếu chưa biết sản phẩm thì phải dựa vào điều kiện
cho ở đề bài để suy luận.

2) Xác định số oxi hoá của các nguyên tố có số oxi hoá thay đổi. Đối với những
nguyên tố có số oxi hoá không thay đổi thì không cần quan tâm.

3) Viết các phương trình e (cho - nhận e).

4) Cân bằng số e cho và nhận.

5) Đưa hệ số tìm được từ phương trình e vào phương trình phản ứng.

6) Cân bằng phần không tham gia quá trình oxi hoá - khử.

Ví dụ: Cho miếng Al vào dd axit HNO
3
loãng thấy bay ra chất khí không màu,


Phương trình cuối cùng:Dạng ion:38

Chú ý: Đối với những phản ứng tạo nhiều sản phẩm trong đó nguyên tố ở nhiều số
oxi hoá khác nhau, ta có thể viết gộp hoặc viết riêng từng phản ứng đối với từng sản
phẩm, sau đó nhân các phản ứng riêng với hệ số tỷ lệ theo điều kiện đầu bài. Cuối
cùng cộng gộp các phản ứng lại.

Ví dụ: Cân bằng phản ứng:
Giải

Các phản ứng riêng (đã cân bằng theo nguyên tắc trên):
Để có tỷ lệ mol trên, ta nhân phương trình (1) với 9 rồi cộng 2 phương trình lại:
4. Một số dạng phản ứng oxi hoá - khử đặc biệt


O. Ví dụ:− Ở môi trường kiềm thường có ion OH
−
tham gia tạo thành H
2
O. Ví dụ:
− Ở môi trường trung tính có thể có H
2
O tham gia. Ví dụ:39

III. SỰ ĐIỆN PHÂN
1. Định nghĩa.

Điện phân là sự thực hiện các quá trình oxi hoá - khử trên bề mặt điện cực nhờ
dòng điện một chiều bên ngoài

Quá trình điện phân được biểu diễn bằng sơ đồ điện phân. Ví dụ: Sơ đồ điện phân
NaCl nóng chảy.
Ở catôt: xảy ra quá trình khử.

) và điện cực (anôt) thường làm bằng than chì. Ví dụ: điện
phân Al
2
O
3
nóng chảy (có pha thêm criolit 3NaF.AlF
3
) ở 1000
o
C
Phương trình điện phân
Phản ứng phụ: 40

(Than chì làm anôt bị mất dần, nên sau một thời gian phải bổ sung vào điện cực).

Ứng dụng: Phương pháp điện phân hợp chất nóng chảy được dùng để điều chế các
kim loại hoạt động mạnh:

− Điều chế kim loại kiềm: Điện phân muối clorua hoặc hiđroxit nóng chảy.

− Điều chế kim loại kiềm thổ: Điện phân muối clorua nóng chảy.

), trong đó ion kim loại càng ở cưối dãy càng dễ bị khử.

− Tiếp đến là ion H
+
của dd

− Khó khử nhất là các ion kim loại mạnh, kể từ Al, về phía đầu dãy thế điện hoá.

(Al
3+
, Mg
2+
, Ca
2+
, Na
+
, …). Những ion này thực tế không bao giờ bị khử khi điện
phân trong dd.

c) Thứ tự oxi hoá ở canôt

Nói chung ion hoặc phân tử nào có tính khử mạnh thì càng dễ bị oxi hoá. Có thể áp
dụng kinh nghiệm sau:

− Dễ bị oxi hoá nhất là bản thân các kim loại dùng làm anôt. Trừ trường hợp anôt
trơ (không bị ăn mòn) làm bằng Pt, hay than chì (C).

− Sau đó đến các ion gốc axit không có oxi: I
−
, Br
Thực chất quá trình điện phân là sự vận chuyển Ni từ anôt sang catôt nhờ dòng
điện. Phương pháp được ứng dụng để tinh chế kim loại.

Ví dụ 3: Điện phân dd Na
2
SO
4
với điện cực Pt:
Phương trình điện phân:Ví dụ 4: Điện phân dd NaCl với anôt bằng than chì:
Phương trình điện phân:
Trong quá trình điện phân, dd ở khu vực xung quanh catôt, ion H
+
bị mất dần., H
2
O
tiếp tục điện li, do đó ở khu vực này giàu ion OH

tính kiềm tăng dần. ở anôt ion Cu
2+
tan vào dd.42
Trong dd xảy ra phản ứng.
Phương trình điện phân:
Bản thân KNO
3
không bị biến đổi nhưng nồng độ tăng dần.

Ứng dụng của điện phân dd:

− Điều chế kim loại đứng sau Al trong dãy thế điện hoá.

− Tinh chế kim loại.

− Mạ và đúc kim loại bằng điện.

− Điều chế một số hoá chất thông dụng: H
2
, Cl
2

trong 1 giờ 20 phút 25 giây.

Giải:

Áp dụng công thức Farađây:

A = 16, n = 2, t = 4825 giây, I = 5;
IV. HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG
a) Năng lượng liên kết. Năng lượng liên kết là năng lượng được giải phóng khi
hình thành liên kết hoá học từ các nguyên tố cô lập.

Năng lượng liên kết được tính bằng kJ.mol và ký hiệu là E
1k
. Ví dụ năng lượng liên
kết của một số mối liên kết như sau.

H - H Cl - Cl H - Cl

E
1k
= 436 242 432

b) Hiệu ứng nhiệt của phản ứng là nhiệt toả ra hay hấp thụ trong một phản ứng
hoá học. Hiệu ứng nhiệt được tính bằng kJ.mol và ký hiệu là Q.

Khi Q >0: phản ứng toả nhiệt.


1k
(H
2
) + E
1k
(Cl
2
)] = 2 . 432 - (436 + 242) = 186kJ.mol.

- Đối với phản ứng phức tạp, muốn tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng ta dựa vào
nhiệt tạo thành của các chất (từ đơn chất), do đó đơn chất trong phản ứng không tính
đến (ở phản ứng trên, nhiệt tạo thành HCl là 186.2 = 93 kJ.mol

Ví dụ: Tính khối lượng hỗn hợp gồm Al và Fe
3
O
4
cần phải lấy để khi phản ứng theo
phương trình.

toả ra 665,25kJ, biết nhiệt tạo thành của Fe
3
O
4
là 1117 kJ.mol, của Al
2
O
3
là 1670
kJ.mol.

là nồng độ đầu của chất tham gia phản ứng (mol/l).

C
2
là nồng độ của chất đó sau t giây phản ứng (mol/l).

b) Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng:

− Phụ thuộc bản chất của các chất phản ứng.

− Tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với nồng độ các chất tham gia phản ứng. Ví dụ, có
phản ứng. A + B = AB.

V
p.ư
= k . C
A
. C
B
.

Trong đó, k là hằng số tốc độ đặc trưng cho mỗi phản ứng.

− Nhiệt độ càng cao thì tốc độ phản ứng càng lớn.

− Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng nhưng bản thân nó không bị thay đổi về số
lượng và bản chất hoá học sau phản ứng.

c) Phản ứng thuận nghịch và trạng thái cân bằng hoá học.