_____________________________________________________________________
Chương 6
PHẢN ỨNG OXI HÓA KHỬ VÀ ÐIỆN HÓA

I. PHẢN ỨNG OXI HÓA KHỬ.
1. Số oxi hóa.
2.
Phản ứng oxi hóa khử.
3. Cân bằng phản ứng oxi hóa khử.
4.
Điện cực và thế điện cực.
5. Cách đo thế điện cực.
6. Dãy kim loại hoạt động.
7.
Cách tính sức điện động của pin.
8. Điện thế cực của một số điện cực khác.
9. Phương trình Nernst.
10. Liên hệ giữa biến đổi năng lượng tự do với sức điện động và hằng số cân
bằng. I. PHẢN ỨNG OXI HÓA KHỬ
1. Số oxi hóa
Số oxi hóa hay trạng thái oxi hóa của một nguyên tử trong hợp chất cộng hóa
trị là điện tích mà nguyên tử đó có được khi các đôi electron góp chung được chuyển
hết cho nguyên tử có độ âm điện lớn hơn. Ví dụ: Công thức Lewis của HCl là H-Cl,
độ âm điện của Cl là 2,8 lớn hơn độ âm điện của H là 2,2, do đó khi đôi elextron góp
chung chuyển hết cho Cl thì Cl có 8 electron hóa trị, dư 1 electron so với ban đầu nên
Cl có điện tích -1 và do đó có số oxi hóa -1. Ðối với H sẽ ít hơn 1 electron so với ban
đầu nên sẽ có số oxi hóa +1.
Ðối với hợp chất cộng hóa trị có công thức phức tạp ta có thể dễ dàng xác định

hợp chất cộng hóa trị. Trái lại
là các tính thể rắn, nhiệt độ nóng chảy cao, là hợp
chất ion.
2. Phản ứng oxi hóa khử
Dựa trên số oxi hóa người ta có thể chia phản ứng hóa học ra làm 2 loại: phản
ứng không xảy ra sự thay đổi số oxi hóa và phản ứng có xảy ra sự thay đổi số oxi hóa
của các nguyên tố.
Phản ứng oxi hóa khử là phản ứng có xảy ra sự thay đổi số oxi hóa của các
nguyên tố. Nguyên nhân là do có sự cho nhận electron giữa các nguyên tử của các
nguyên tố đó.
Ví dụ 6.3. Xét phản ứng xảy ra khi nhúng thanh kẽm vào dung dịch đồng
sunfat:
Zn + CuSO
4
-> ZnSO
4
+ Cu
Phương trình ion: Zn + Cu2+ -> Zn2+ + Cu
Ở đây xảy ra hai quá trình:
- Quá trình nhường electron của Zn để trở thành Zn2+: Quá trình này gọi là quá
trình oxi hóa. Zn là chất nhường electron được gọi là chất khử, Zn2+ gọi là chất oxi
hóa liên hợp của Zn. ( Zn - 2e -> Zn2+).
- Quá trình nhận electron của Cu2+ để trở thành Cu: Quá trình này được gọi là
quá trình khử . Cu2+ là chất nhận electron được gọi là chất oxi hóa, Cu gọi là chất khử
liên hợp của

- Một phản ứng oxi hóa khử nhất thiết phải có sự tham gia của chất khử và
chất oxi hóa hay nói cách khác phải bao gồm 2 quá trình: Quá trình khử và quá trình
oxi hóa.
Tổng quát một phản ứng oxi hóa khử có thể trình bày dưới dạng:

Zn
2+
(dd) +2e Zn
Khi đạt cân bằng thanh kẽm sẽ tích điện âm do có dư một số electron, dung dịch
sẽ tích điện dương do có dư một số ion Zn2+ so với ban đầu. Sự khác biệt về diện tích
giữa thanh kẽm và dung dịch phụ thuộc vào:
- Khả năng oxi hóa của kim loại
- Khả năng bị khử thành kim loại của ion kim loại
- Nồng độ của ion kim loại trong dung dịch.
Kim loại càng hoạt động càng dễ tạo thành ion và do đó điện tích âm tạo ra
càng lớn. Kẽm là kim loại hoạt động mạnh hơn đồng nên điện tích âm tạo ra trên thanh
kẽm khi nhúng trong dung dịch muối kẽm sẽ lớn hơn điện tích âm tạo ra trên thanh
đồng khi nhúng trong dung dịch muối đồng có cùng nồng độ.
Sự khác biệt về điện tích giữa thanh kim loại và dung dịch cũng sẽ thay đổi
theo nồng độ của ion kim loại trong dung dịch. Từ cân bằng trên ta thấy khi nồng độ
Zn2+ trong dung dịch tăng thì electron hóa trị tự do trong thanh kim loại sẽ giãm, do
đó điện tích chênh lệch sẽ giãm và ngược lại. Ðiện cực kẽm là chất rắn, nồng độ của
nó không đổi, nên độ lớn của điện cực không ảnh hưởng đến độ lớn của điện tích.
Khi một thanh kim loại được nhúng vào dung dịch chứa ion của nó với nồng
độ 1M thì electron sẽ tích tụ trên thanh kim loại một cách tự nhiên do có một số ion
kim loại tan vào dung dịch.Muốn kéo các electron này vào dung dịch cần phải tiêu tốn
một năng lượng. Năng lượng tiêu tốn này thay đổi theo độ khác biệt về điện tích giữa
kim loại và dung dịch. Ðộ khác biệt này gọi là thế điện cực của điện cực. Thế điện cực
càng lớn, năng lượng cần thiết để kéo electron từ kim loại vào dung dịch càng lớn.
Ðơn vị dùng để đo sự khác biệt thế điện là Volt. Ðể kéo được 1 coulomb từ
một nơi có thế thấp đến một nơi có thế cao hơn 1 volt thì năng lượng cần là 1 joule. ( 1
coulomb = điện tích của 1 /96485mol electron).
1J = 1C x 1V
Thế chênh lệch càng lớn công đòi hỏi để kéo electron càng lớn.
Không có một phương pháp nào cho phép đo được sự khác biệt về thế điện