Phản ứng: Phương trình Redox | Tóm tắt tích cực

Mục tiêu

1. Xác định các phản ứng redox và hiểu sự thay đổi các số oxy hoá (nox) của các chất liên quan.

2. Phân biệt rõ ràng các tác nhân oxi hóa và khử trong một phản ứng hóa học.

Bối cảnh hóa

Bạn có biết rằng các phản ứng redox có mặt ở khắp nơi, từ quá trình hô hấp tế bào diễn ra trong cơ thể chúng ta cho đến sự ăn mòn của các kim loại mà chúng ta thấy hàng ngày? Những phản ứng này không chỉ quan trọng để hiểu cách năng lượng được chuyển giao trong các hệ thống sinh học, mà còn rất quan trọng trong các công nghệ như pin và ắc quy. Bằng cách hiểu các phản ứng redox, bạn không chỉ có được sự hiểu biết sâu sắc hơn về hóa học, mà còn thấy cách nó gắn liền với thế giới xung quanh bạn!

Các chủ đề quan trọng

Sự thay đổi của số oxy hoá (NOX)

Số oxy hoá (NOX) là một khái niệm chính trong các phản ứng redox cho biết điện tích thực hoặc tưởng tượng mà một nguyên tử sẽ có nếu các electron trong một liên kết được chuyển hoàn toàn cho nguyên tử có tính điện âm mạnh hơn. Số này rất quan trọng để xác định các nguyên tử nào đang bị oxy hóa hoặc khử trong một phản ứng, vì bất kỳ sự tăng nào trong NOX cho thấy sự oxy hóa và bất kỳ sự giảm nào cho thấy sự khử.

• NOX của một nguyên tố trong trạng thái tự do là bằng không, trong khi trong một hợp chất NOX là bằng với điện tích của ion.

• Trong các hợp chất, tổng số NOX của tất cả các nguyên tố phải bằng không đối với các hợp chất trung tính và bằng với điện tích của ion trong các hợp chất ion.

• Sự thay đổi của NOX cho phép xác định các phản ứng redox, nơi tổng số NOX của các nguyên tố thay đổi từ một bên của phương trình sang bên kia, cho thấy sự chuyển giao electron.

Các tác nhân oxy hóa và khử

Các tác nhân oxy hóa là các chất nhận electron từ các chất khác, trong khi các tác nhân khử là các chất cho electron. Trong một phản ứng redox, tác nhân khử bị oxy hóa và tác nhân oxy hóa bị khử. Việc xác định các tác nhân này rất quan trọng vì chúng là cần thiết để xác định hướng của phản ứng và các chất nào đang bị oxy hóa hoặc khử.

• Tác nhân khử mất electron, do đó, giảm một chất khác và chính nó bị oxy hóa.

• Tác nhân oxy hóa nhận electron, do đó, oxy hóa một chất khác và chính nó bị khử.

• Khả năng của một tác nhân để oxy hóa hoặc khử các chất khác được đo bằng tiềm năng khử chuẩn (Eº), với các giá trị dương hơn chỉ ra các tác nhân oxy hóa mạnh hơn và các giá trị âm hơn chỉ ra các tác nhân khử mạnh hơn.

Phương trình Redox

Một phương trình redox là một phương trình hóa học cho thấy sự chuyển giao electron giữa các phản ứng dẫn đến sự thay đổi trong các số oxy hoá và sự hình thành sản phẩm. Cân bằng các phương trình redox là rất quan trọng để đảm bảo rằng định luật bảo toàn khối lượng và điện tích được tôn trọng. Các phương pháp như phương pháp ion-electron và phương pháp số oxy hoá được sử dụng để cân bằng những phương trình này.

• Phương pháp ion-electron hữu ích cho các phản ứng trong dung dịch axit, trong khi phương pháp số oxy hoá phù hợp hơn cho các phản ứng trong dung dịch bazơ.

• Cân bằng một phương trình redox liên quan đến việc đầu tiên chia phản ứng thành các phản ứng oxy hóa và khử, cân bằng số nguyên tử ngoại trừ oxy và hydro, và sau đó cân bằng oxy bằng cách sử dụng nước và hydro bằng cách sử dụng ion hydro.

• Cuối cùng, các electron được cân bằng bằng cách thêm electron cho các phản ứng nhận và trừ đi từ các phản ứng mất, và phương trình tổng thể được viết kết hợp các phản ứng oxy hóa và khử.

Thuật ngữ chính

• Phản ứng Redox: Các phản ứng hóa học liên quan đến sự chuyển giao electron giữa hai tác nhân, trong đó một tác nhân bị oxy hóa và tác nhân khác bị khử.

• Số oxy hoá (NOX): Là điện tích thực hoặc tưởng tượng của một nguyên tử trong một phân tử hoặc ion, chỉ ra số lượng electron mà nguyên tử đó chia sẻ hoặc mượn trong một liên kết.

• Tác nhân oxy hóa: Các chất có khả năng nhận electron, oxy hóa các chất khác.

• Tác nhân khử: Các chất có khả năng cho electron, khử các chất khác.

Suy ngẫm

• Các phản ứng redox quan trọng như thế nào trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, ngoài những ví dụ cổ điển như sự ăn mòn của các kim loại và pin?

• Cách mà việc hiểu rõ các phản ứng redox có thể ảnh hưởng đến các lĩnh vực kiến thức khác, như sinh học và kỹ thuật?

• Hãy nghĩ đến một ví dụ về phản ứng redox mà bạn có thể quan sát ở nhà hoặc ở trường. Mô tả các phản ứng, sản phẩm và cách bạn xác định các tác nhân oxy hóa và khử.

Kết luận quan trọng

• Các phản ứng redox là rất cần thiết để hiểu cách mà sự chuyển giao electron giữa các chất diễn ra, là nền tảng trong các quá trình sinh học, công nghiệp và hàng ngày.

• Sự thay đổi của số oxy hoá (NOX) là rất quan trọng để xác định các nguyên tử nào đang bị oxy hóa hoặc khử trong một phản ứng, giúp phân biệt các tác nhân oxy hóa và khử.

• Cân bằng các phương trình redox không chỉ là một bài tập học thuật, mà còn là một kỹ năng thực tiễn đảm bảo rằng định luật bảo toàn khối lượng và điện tích được tôn trọng trong bất kỳ phản ứng nào.

Vận dụng kiến thức

1. Chọn một vật thể ở nhà có thể bị oxy hóa và xác định quá trình xảy ra với nó. 2. Cố gắng cân bằng phương trình redox cho phản ứng khử đồng (II) với kẽm kim loại, sử dụng phương pháp số oxy hoá. 3. Khám phá cách mà các phản ứng redox được tham gia trong việc sản xuất điện trong một ắc quy xe hơi, nghiên cứu vai trò của axit sulfuric và các vật liệu của các điện cực.

Thử thách

Tạo một dự án nhỏ nơi bạn mô phỏng việc xây dựng một ắc quy tự chế sử dụng các vật liệu đơn giản như chanh, đinh và dây đồng. Tài liệu quá trình, bao gồm các phản ứng hóa học xảy ra và cách chúng phù hợp với khái niệm về các phản ứng redox.

Mẹo học tập

• Sử dụng các ứng dụng hóa học cho phép bạn nhìn và thực hành việc cân bằng các phương trình redox một cách tương tác.

• Hãy tạo một nhóm học tập với các bạn cùng lớp để thảo luận và giải quyết các vấn đề về các phản ứng redox, chia sẻ các phương pháp giải quyết khác nhau.

• Xem các video diễn giải về các phản ứng redox để thấy cách chúng xảy ra thực tế và hiểu rõ hơn các khái niệm đã thảo luận.