Lý thuyết Bài tập xác định số oxi hóa của các nguyên tố hóa học

1. Khái niệm số oxi hóa

Số oxi hóa của một nguyên tử một nguyên tố trong hợp chất là điện tích của nguyên tử nguyên tố đó với giả định đây là hợp chất ion.

2. Cách xác định số oxi hóa

Cách 1: Dựa theo số oxi hóa của một số nguyên tử đã biết và điện tích của phân tử hoặc ion. Cách này gồm các quy tắc sau:

    - Quy tắc 1: Số oxi hóa của nguyên tử nguyên tố trong đơn chất bằng không. Thí dụ: Số oxi hóa của Cu, Zn, oxygen, chlorine trong Cu, Zn, O₂, Cl₂…đều bằng không.

     - Quy tắc 2: Trong phân tử, tổng số số oxi hóa của các nguyên tử bằng không.

Ví dụ: Tổng số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử NH₃ là:

(-3) + 3 × (+1) = 0.

     - Quy tắc 3: Trong các ion, số oxi hóa của nguyên tử (đối với ion đơn nguyên tử) hay tổng số oxi hóa các nguyên tử (đối với ion đa nguyên tử) bằng điện tích của ion đó.

Ví dụ: Số oxi hóa của Na, Cl trong Na⁺, Cl^- lần lượt bằng +1; -1; số oxi hóa của nguyên tử C và O trong CO₃^2- lần lượt bằng +4 và -2.

     - Quy tắc 4: Trong hầu hết các hợp chất, số oxi hóa của hydrogen bằng +1, trừ hidride kim loại $(\text{⁢NaH-1}$), $\text{⁢CaH2-1},)$. Số oxi hóa của oxygen bằng -2, trừ trường hợp $\stackrel{+2}{𝑂}{F}_2$ và peroxide, superoxide (như $\text{⁢H2O2-1},...)$;

 Lưu ý:

+ Các nguyên tố nhóm IA, IIA luôn có số oxi hóa +1, +2.

+ Ngoài ra, 4 quy tắc trên có thể được viết gộp thành 2 quy tắc (theo SGK Hóa học 10 – Cánh diều).

Cách 2: Dựa vào công thức cấu tạo

Đây là cách tính điện tích các nguyên tử trong hợp chất với giả định đó là hợp chất ion dựa vào công thức cấu tạo.

Ví dụ: Xác định số oxi hóa của C và O trong CO₂.

Carbon dioxide (CO₂) có công thức cấu tạo là: O = C = O.

Trong mỗi liên kết đôi C = O, C góp chung 2 electron, khi giả định CO₂ là hợp chất ion thì hai electron này chuyển sang O. Vì có 2 liên kết C = O nên CO₂ có công thức ion giả định là O^2-C⁴⁺O^2-. Từ đó xác định được số oxi hóa của O là -2 và của C là +4.

Ví dụ 1: Xác định số oxi hóa của mỗi nguyên tử trong các hợp chất: Fe₂O₃, Na₂CO₃.

Hướng dẫn giải:

Fe₂O₃

Số oxi hóa của O là -2. Gọi số oxi hóa của Fe là x ta có:

2.x + 3.(-2) = 0 → x = +3

Vậy trong hợp chất Fe₂O₃ số oxi hóa của Fe là +3, O là -2.

Na₂CO₃

Số oxi hóa của O là -2, Na là +1. Gọi số oxi hóa của C là x ta có:

2.(+1) + 1.x + 3.(-2) = 0 → x = +4

Vậy trong hợp chất Na₂CO₃ số oxi hóa của Na là +1, C là +4, O là +2.

Ví dụ 2: Dựa vào công thức cấu tạo, xác định số oxi hóa của mỗi nguyên tử trong hợp chất CH₄.

Hướng dẫn giải:

CH₄ gồm 1 nguyên tử C liên kết đơn với 4 nguyên tử H

Giả định CH₄ là hợp chất ion, cặp electron lệch hoàn toàn về phía nguyên tử C (có độ âm điện cao hơn), trong mỗi liên kết đơn C-H có một electron của H bị chuyển sang C nên hợp chất ion giả định là

Vậy số oxi hóa của H là +1, C là -4.

Ví dụ 3: Xác định số oxi hóa của mỗi nguyên tử trong các ion NO₃^-, NH₄⁺.

Hướng dẫn giải:

NO₃^-

Số oxi hóa của O là -2. Gọi số oxi hóa của N là x ta có:

1.x + 3.(-2) = -1 → x = +5

Vậy trong ion NO₃^- số oxi hóa của N là +5, O là -2.

NH₄⁺

Số oxi hóa của H là +1. Gọi số oxi hóa của N là x ta có:

1.x + 4.(+1) = +1 → x = -3

Vậy trong ion NH₄⁺ số oxi hóa của N là -3, H là +1.