Lý thuyết Xác định chất khử, chất oxi hóa, quá trình oxi hóa, quá trình khử

- Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học, trong đó có sự chuyển dịch electron giữa các chất phản ứng, hay phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tử trong phân tử.

Ví dụ:

\[\begin{array}{*{20}{l}}{2\mathop {Ag}\limits^0 {\rm{ }} + {\rm{ }}{{\mathop {Cl}\limits^0 }_2} \to {\rm{ }}2\mathop {Ag}\limits^{ + 1} \mathop {Cl}\limits^{ - 1} \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(1)}\\{2\mathop {Ag}\limits^{ + 1} \mathop N\limits^{ + 5} {{\mathop O\limits^{ - 2} }_3} + {\rm{ }}\mathop {Ba}\limits^{ + 1} {{\mathop {Cl}\limits^{ - 1} }_2} \to {\rm{ }}2\mathop {Ag}\limits^{ + 1} \mathop {Cl}\limits^{ - 1} {\rm{ }} + {\rm{ }}\mathop {Ba}\limits^{ + 2} {{\left( {\mathop N\limits^{ + 5} {{\mathop O\limits^{ - 2} }_3}} \right)}_2}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(2)}\\{{{\mathop {Cl}\limits^0 }_2} + {\rm{ }}2\mathop {Na}\limits^{ + 1} \mathop O\limits^{ - 2} \mathop H\limits^{ + 1} {\rm{ }} \to \mathop {{\rm{ }}Na}\limits^{ + 1} \mathop O\limits^{ - 2} \mathop {Cl}\limits^{ + 1} {\rm{ }} + {\rm{ }}\mathop {Na}\limits^{ + 1} \mathop {Cl}\limits^{ - 1} {\rm{ }} + {\rm{ }}{{\mathop H\limits^{ + 1} }_2}\mathop O\limits^{ - 2} \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(3)}\end{array}\]

Trong các phản ứng trên, phản ứng (1) là phản ứng oxi  hóa – khử vì có sự thay đổi số oxi hóa của Ag và Cl; Phản ứng (3) dù chỉ có sự thay đổi số oxi hóa ở chlorine nhưng vẫn là phản ứng oxi hóa – khử; Phản ứng (2) không phải là phản ứng oxi hóa – khử.

- Đối với phản ứng oxi hóa – khử có một số khái niệm sau thường sử dụng:

+ Chất khử (chất bị oxi hóa) là chất nhường electron hay là chất có số oxi hóa tăng lên sau phản ứng.

Ví dụ: Ag trong phản ứng (1) là chất khử.

+ Chất oxi hóa (chất bị khử) là chất nhận electron hay là chất có số oxi hóa giảm xuống sau phản ứng.

Ví dụ: Cl₂ trong phản ứng (1) là chất oxi hóa.

+ Quá trình oxi hóa (sự oxi hóa) là quá trình nhường electron.

Ví dụ: Quá trình Ag nhường electron trong phản ứng (1) là quá trình oxi hóa:$\stackrel{0}{Ag}\to \stackrel{+1}{Ag}+1e$

+ Quá trình khử (sự khử) là quá trình nhận electron.

Ví dụ: Quá trình Cl₂ nhận electron trong phản ứng (1) là quá trình khử:$\stackrel{0}{C{l}_2}+2e\to 2\stackrel{-1}{Cl}$

- Chú ý:

+ Chất oxi hóa mạnh thường là các hợp chất chứa nguyên tử của nguyên tố có số oxi hóa cao (như $\stackrel{+7}{Mn}{O}_4^{-};\stackrel{+6}{Cr}{O}_3;\underset{2}{\overset{+6}{Cr}}{O}_7^{2-}\mathrm{\dots }$) hoặc đơn chất của các nguyên tố có độ âm điện lớn (như F₂; O₂; Cl₂; Br₂ …)

+ Chất khử mạnh thường là các hợp chất chứa nguyên tử của nguyên tố có số oxi hóa thấp (như $H_2\stackrel{-2}{𝑆};K\stackrel{-1}{𝐼},Na\stackrel{-1}{𝐻}\mathrm{\dots }$) hoặc các đơn chất kim loại (như kim loại kiềm, kiềm thổ,…)

+ Chất chứa nguyên tử của nguyên tố có số oxi hóa trung gian (như $H_2\underset{2}{\overset{-1}{𝑂}};\stackrel{+4}{𝑆}{O}_2;\stackrel{+2}{𝑁}O\mathrm{\dots }$) thì tùy thuộc vào điều kiện phản ứng (tác nhân và môi trường) mà thể hiện tính khử, hoặc tính oxi hóa, hoặc cả hai (vừa tính oxi hóa, vừa tính khử hay tự oxi hóa – khử).

Ví dụ 1: Xác định chất oxi hóa, chất khử, quá trình oxi hóa, quá trình khử trong các phản ứng hóa học sau:

a) Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu

b) 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃                                                    

Hướng dẫn giải

a) Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu

Chất khử: Fe; chất oxi hóa: Cu²⁺

Quá trình oxi hóa: $\stackrel{0}{Fe}\to \stackrel{+2}{Fe}+2e$

Quá trình khử: $\stackrel{+2}{Cu}+2e\to \stackrel{0}{Cu}$

b) 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃                 

Chất khử: Fe; chất oxi hóa: Cl₂      

Quá trình oxi hóa: $\stackrel{0}{Fe}\to \stackrel{+3}{Fe}+3e$

Quá trình khử: $\stackrel{0}{C{l}_2}+2e\to 2\stackrel{-1}{Cl}$

Ví dụ 2: Hỗn hợp tecmit dùng hàn đường ray có thành phần chính là aluminium (Al) và iron (III) oxide (Fe₂O₃). Phản ứng xảy ra khi đun nóng hỗn hợp tecmit:

Xác định chất oxi hóa, chất khử, quá trình oxi hóa, quá trình khử trong phản ứng hóa học trên.

Hướng dẫn giải

Chất khử: Al; chất oxi hóa: Fe₂O₃

Quá trình oxi hóa: $\stackrel{0}{Al}\to \stackrel{+3}{Al}+3e$

Quá trình khử: \[\mathop {Fe}\limits^{ + 3} \, + 3e \to \mathop {Fe}\limits^0 \]