Chào các em, cô là giáo viên Hóa học của các em đây. Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau giải quyết bài tập cân bằng phản ứng oxi hóa – khử bằng phương pháp thăng bằng electron. Đây là một dạng bài rất quan trọng trong chương trình lớp 10.

Chúng ta sẽ thực hiện tuần tự theo các bước đã học để đảm bảo sự chính xác và dễ hiểu nhất nhé.

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa.

Trước hết, chúng ta cần xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong từng chất của phương trình.
\[ \overset{+\frac{8}{3}}{\text{Fe}}_3\overset{-2}{\text{O}}_4 + \text{H}_2\overset{+6}{\text{S}}\overset{-2}{\text{O}}_4 \rightarrow \overset{+3}{\text{Fe}}_2(\overset{+6}{\text{S}}\overset{-2}{\text{O}}_4)_3 + \text{H}_2\overset{-2}{\text{S}} + \text{H}_2\overset{-2}{\text{O}} \]
Lưu ý: Trong hợp chất \( \text{Fe}_3\text{O}_4 \) (sắt từ oxit), sắt có số oxi hóa trung bình là \( +\frac{8}{3} \). Đây là oxit hỗn hợp của FeO và Fe2O3, nhưng để cân bằng, chúng ta dùng số oxi hóa trung bình sẽ thuận tiện hơn.

Như vậy, các nguyên tố thay đổi số oxi hóa là:
– Sắt (Fe) tăng số oxi hóa từ \( +\frac{8}{3} \) lên \( +3 \).
– Lưu huỳnh (S) giảm số oxi hóa từ \( +6 \) xuống \( -2 \).

Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.

Từ sự thay đổi số oxi hóa đã xác định, chúng ta viết hai quá trình:

– Quá trình oxi hóa (sự cho electron):
Ở đây, Fe trong \( \text{Fe}_3\text{O}_4 \) đóng vai trò là chất khử. Ta xét cả phân tử \( \text{Fe}_3\text{O}_4 \) để cân bằng nguyên tử Fe.
\[ 3\text{Fe}^{+\frac{8}{3}} \rightarrow 3\text{Fe}^{+3} + 1e \]Chúng ta có thể viết gọn là \( \text{Fe}_3 \rightarrow 3\text{Fe}^{+3} + 1e \)

– Quá trình khử (sự nhận electron):
Ở đây, S trong \( \text{H}_2\text{SO}_4 \) đóng vai trò là chất oxi hóa.
\[ \text{S}^{+6} + 8e \rightarrow \text{S}^{-2} \]

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số electron cho bằng tổng số electron nhận.

Ta có:
\[ \begin{array}{c|c} 8 \times & 3\text{Fe}^{+\frac{8}{3}} \rightarrow 3\text{Fe}^{+3} + 1e \\ 1 \times & \text{S}^{+6} + 8e \rightarrow \text{S}^{-2} \end{array} \]
Để tổng số electron cho bằng tổng số electron nhận, ta tìm bội số chung nhỏ nhất của 1 và 8 là 8. Do đó, ta nhân quá trình oxi hóa với 8 và nhân quá trình khử với 1.

Bước 4: Đặt các hệ số vào phương trình hóa học và cân bằng các nguyên tố còn lại.

Từ bước 3, ta có:
– Hệ số của \( \text{Fe}_3\text{O}_4 \) là 8.
– Hệ số của \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \) sẽ được suy ra từ Fe. Bên trái có \( 8 \times 3 = 24 \) nguyên tử Fe, nên hệ số của \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \) là \( \frac{24}{2} = 12 \).
– Hệ số của \( \text{H}_2\text{S} \) là 1.

Ta điền các hệ số này vào phương trình:
\[ 8\text{Fe}_3\text{O}_4 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow 12\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + 1\text{H}_2\text{S} + \text{H}_2\text{O} \]
Bây giờ chúng ta tiến hành cân bằng các nguyên tố còn lại.

1. Cân bằng nguyên tố S (Lưu huỳnh):
Ở vế phải, tổng số nguyên tử S là: \( 12 \times 3 \) (trong \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \)) + \( 1 \) (trong \( \text{H}_2\text{S} \)) = \( 36 + 1 = 37 \).
Do đó, hệ số của \( \text{H}_2\text{SO}_4 \) ở vế trái là 37.
\[ 8\text{Fe}_3\text{O}_4 + 37\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow 12\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{H}_2\text{S} + \text{H}_2\text{O} \]
2. Cân bằng nguyên tố H (Hidro):
Ở vế trái, số nguyên tử H là: \( 37 \times 2 = 74 \).
Ở vế phải, số nguyên tử H có trong \( \text{H}_2\text{S} \) và \( \text{H}_2\text{O} \). Ta có: \( 2 \) (trong \( \text{H}_2\text{S} \)) + \( 2 \times \text{hệ số của } \text{H}_2\text{O} \) = 74.
Suy ra: \( 2 \times \text{hệ số của } \text{H}_2\text{O} = 74 – 2 = 72 \).
Vậy, hệ số của \( \text{H}_2\text{O} \) là \( \frac{72}{2} = 36 \).

Bước 5: Kiểm tra lại và viết phương trình hoàn chỉnh.

Phương trình sau khi cân bằng là:
\[ 8\text{Fe}_3\text{O}_4 + 37\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow 12\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{H}_2\text{S} + 36\text{H}_2\text{O} \]
Chúng ta kiểm tra lại số nguyên tử Oxi ở hai vế:
– Vế trái: \( (8 \times 4) + (37 \times 4) = 32 + 148 = 180 \) nguyên tử O.
– Vế phải: \( (12 \times 4 \times 3) + (36 \times 1) = 144 + 36 = 180 \) nguyên tử O.

Số nguyên tử Oxi ở hai vế đã bằng nhau. Vậy phương trình đã được cân bằng chính xác.

Kết luận:
Phương trình cân bằng cuối cùng là:
\[ 8\text{Fe}_3\text{O}_4 + 37\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow 12\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{H}_2\text{S} + 36\text{H}_2\text{O} \]
Trong đó:
– \( \text{Fe}_3\text{O}_4 \) là chất khử.
– \( \text{H}_2\text{SO}_4 \) là chất oxi hóa (đồng thời cũng là môi trường).

Vậy là chúng ta đã hoàn thành bài tập. Các em hãy xem lại từng bước, nếu có chỗ nào chưa hiểu, đừng ngần ngại hỏi lại nhé. Chúc các em học tốt