Chào các em học sinh yêu quý của thầy! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục bài tập cân bằng phương trình hóa học bằng phương pháp thăng bằng electron. Đây là một phương pháp rất quan trọng, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng. Chúng ta sẽ cùng nhau đi từng bước một, đảm bảo không bỏ sót bất kỳ chi tiết nào nhé!

Bài tập của chúng ta là:

K2Cr2O7 + HCl -> KCl + CrCl3 + Cl2 + H2O

Trước hết, chúng ta cần xác định số oxi hóa của tất cả các nguyên tử trong các chất tham gia và sản phẩm của phản ứng.

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tử.

Trong K2Cr2O7:
– Kali (K) thuộc nhóm IA, luôn có số oxi hóa là +1.
– Oxi (O) thường có số oxi hóa là -2 (trừ một số trường hợp đặc biệt).
– Để phân tử trung hòa về điện, ta có: 2 (+1) + 2 (số oxi hóa của Cr) + 7 * (-2) = 0
=> 2 + 2 * (số oxi hóa của Cr) – 14 = 0
=> 2 * (số oxi hóa của Cr) = 12
=> Số oxi hóa của Cr là +6.

Trong HCl:
– Hiđro (H) thường có số oxi hóa là +1.
– Clo (Cl) trong hợp chất với hiđro có số oxi hóa là -1.

Trong KCl:
– Kali (K) có số oxi hóa là +1.
– Clo (Cl) có số oxi hóa là -1.

Trong CrCl3:
– Clo (Cl) có số oxi hóa là -1.
– Để phân tử trung hòa về điện, ta có: (số oxi hóa của Cr) + 3 * (-1) = 0
=> Số oxi hóa của Cr là +3.

Trong Cl2:
– Đây là đơn chất, nên số oxi hóa của Cl là 0.

Trong H2O:
– Hiđro (H) có số oxi hóa là +1.
– Oxi (O) có số oxi hóa là -2.

Vậy, ta có sơ đồ biến đổi số oxi hóa như sau:

K2Cr2O7: K(+1), Cr(+6), O(-2)
HCl: H(+1), Cl(-1)
KCl: K(+1), Cl(-1)
CrCl3: Cr(+3), Cl(-1)
Cl2: Cl(0)
H2O: H(+1), O(-2)

Bước 2: Xác định chất oxi hóa và chất khử.

Chúng ta tìm những nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa:
– Crom (Cr) từ +6 trong K2Cr2O7 xuống +3 trong CrCl3. Số oxi hóa giảm, Cr nhận electron, vậy Cr là nguyên tố trong chất oxi hóa.
– Clo (Cl) từ -1 trong HCl lên 0 trong Cl2. Số oxi hóa tăng, Cl nhường electron, vậy Cl là nguyên tố trong chất khử.

Chất oxi hóa: K2Cr2O7 (vì chứa nguyên tố Cr có số oxi hóa giảm).
Chất khử: HCl (vì chứa nguyên tố Cl có số oxi hóa tăng).

Bước 3: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.

Quá trình khử (chất oxi hóa nhận electron):
Cr(+6) -> Cr(+3)
Số electron nhận vào là: +6 – (+3) = 3 electron.
Để cân bằng số nguyên tử Cr, ta thêm hệ số 2 vào Cr(+6) và Cr(+3) (vì trong K2Cr2O7 có 2 nguyên tử Cr, và trong CrCl3 có 1 nguyên tử Cr, nhưng chúng ta sẽ cân bằng tổng thể sau). Tuy nhiên, ở đây chúng ta xem xét sự thay đổi số oxi hóa của từng nguyên tử.
Cr(+6) + 3e -> Cr(+3)
Vì có 2 nguyên tử Cr trong K2Cr2O7, nên ta có thể viết quá trình cho nguyên tử Cr:
2 Cr(+6) + 6e -> 2 Cr(+3)

Quá trình oxi hóa (chất khử nhường electron):
Cl(-1) -> Cl(0)
Số electron nhường đi là: 0 – (-1) = 1 electron.
Để cân bằng số nguyên tử Cl, ta thêm hệ số 2 vào Cl(0) (vì Cl2 là phân tử gồm 2 nguyên tử Cl):
2 * Cl(-1) -> Cl2(0) + 2e
Hoặc xem xét từng nguyên tử:
Cl(-1) -> Cl(0) + 1e

Bước 4: Cân bằng số electron nhường và nhận.

Ta có:
Quá trình khử: Cr(+6) nhận 3e (hoặc 2Cr(+6) nhận 6e)
Quá trình oxi hóa: Cl(-1) nhường 1e (hoặc 2Cl(-1) nhường 2e)

Để số electron nhường bằng số electron nhận, ta nhân quá trình khử với 2 và quá trình oxi hóa với 3 (nếu xét 2 nguyên tử Cr và 2 nguyên tử Cl).
Hoặc để đơn giản hơn, ta tìm bội chung nhỏ nhất của 3 và 1 (cho số electron của mỗi nguyên tử thay đổi) là 3.
Nhân quá trình khử với 1 (chỉ xét 1 nguyên tử Cr): 1 * (Cr(+6) + 3e -> Cr(+3))
Nhân quá trình oxi hóa với 3 (xét 3 nguyên tử Cl): 3 * (Cl(-1) -> Cl(0) + 1e) => 3Cl(-1) -> 3Cl(0) + 3e

Tuy nhiên, trong phương trình gốc K2Cr2O7 có 2 nguyên tử Cr và HCl có Cl(-1). Cl2 là đơn chất có 2 nguyên tử Cl.
Ta cần cân bằng cả số nguyên tử tham gia vào quá trình oxi hóa – khử.
Số electron mà 1 nguyên tử Cr(+6) nhận là 3e.
Số electron mà 1 nguyên tử Cl(-1) nhường là 1e.
Bội chung nhỏ nhất của 3 và 1 là 3.
Để số electron nhường = số electron nhận = 3:
– Quá trình khử: Cần 3e. Nếu 1 nguyên tử Cr(+6) nhận 3e.
– Quá trình oxi hóa: Cần nhường 3e. Vậy ta cần 3 nguyên tử Cl(-1) nhường 3e (mỗi nguyên tử nhường 1e).

Bây giờ ta quay lại phương trình gốc: K2Cr2O7 + HCl -> KCl + CrCl3 + Cl2 + H2O
Trong K2Cr2O7 có 2 nguyên tử Cr.
Vậy quá trình khử sẽ liên quan đến 2 nguyên tử Cr.
2 Cr(+6) + 6e -> 2 Cr(+3)

Trong quá trình oxi hóa, Cl(-1) nhường 1e để thành Cl(0). Tuy nhiên, sản phẩm là Cl2, tức là 2 nguyên tử Cl.
Nếu ta cần 6 electron nhường đi (để khớp với 6 electron nhận từ 2Cr), thì cần 6 nguyên tử Cl(-1) nhường đi 6 electron.
6 Cl(-1) -> 3 Cl2(0) + 6e

Vậy, ta có hệ số ban đầu cho các nguyên tố thay đổi số oxi hóa:
– Số oxi hóa của Cr thay đổi từ +6 xuống +3. Trong K2Cr2O7 có 2 nguyên tử Cr.
– Số oxi hóa của Cl thay đổi từ -1 lên 0.

Quá trình khử: 2Cr(+6) + 6e -> 2Cr(+3)
Quá trình oxi hóa: 2Cl(-1) -> Cl2(0) + 2e

Bội chung nhỏ nhất của 6 (tổng e nhận) và 2 (tổng e nhường cho 1 phân tử Cl2) là 6.
Để có 6 electron nhận, ta có 2 nguyên tử Cr.
Để có 6 electron nhường, ta cần 3 phân tử Cl2.
Vậy, ta có tỉ lệ hệ số là:
K2Cr2O7 : Cl2 = 1 : 3
CrCl3 : Cl2 = 1 : 3 (tức là 2Cr trong K2Cr2O7 sẽ tạo thành 2Cr trong CrCl3, và Cl2 là sản phẩm phụ)

Bước 5: Điền hệ số vào phương trình.

Ta có hệ số tạm thời:
1 K2Cr2O7 + … HCl -> … KCl + 1 CrCl3 + 3 Cl2 + … H2O

Bây giờ ta cân bằng các nguyên tố còn lại:

Cân bằng Crom (Cr):
Vế trái: 2 nguyên tử Cr (trong 1 K2Cr2O7)
Vế phải: 1 nguyên tử Cr (trong 1 CrCl3)
Để cân bằng Cr, ta thêm hệ số 2 vào CrCl3.

1 K2Cr2O7 + … HCl -> … KCl + 2 CrCl3 + 3 Cl2 + … H2O

Cân bằng Kali (K):
Vế trái: 2 nguyên tử K (trong 1 K2Cr2O7)
Vế phải: Hiện tại chưa có K.
K trong sản phẩm sẽ tạo thành KCl. Do đó, ta cần 2 nguyên tử K ở vế phải.
Thêm hệ số 2 vào KCl.

1 K2Cr2O7 + … HCl -> 2 KCl + 2 CrCl3 + 3 Cl2 + … H2O

Cân bằng Clo (Cl):
Clo có mặt ở nhiều chất. Ta xem xét tổng số nguyên tử Clo ở cả hai vế.
Vế trái: Có Cl trong HCl. Đặt hệ số cho HCl là x. Vậy có x nguyên tử Cl.
Vế phải:
– Trong 2 KCl: 2 * 1 = 2 nguyên tử Cl.
– Trong 2 CrCl3: 2 * 3 = 6 nguyên tử Cl.
– Trong 3 Cl2: 3 * 2 = 6 nguyên tử Cl.
Tổng số nguyên tử Cl ở vế phải = 2 + 6 + 6 = 14 nguyên tử Cl.

Vậy, ở vế trái, ta cần có 14 nguyên tử Cl từ HCl. Do đó, hệ số của HCl là 14.

1 K2Cr2O7 + 14 HCl -> 2 KCl + 2 CrCl3 + 3 Cl2 + … H2O

Cân bằng Hiđro (H):
Vế trái: 14 nguyên tử H (trong 14 HCl).
Vế phải: Có H trong H2O. Đặt hệ số cho H2O là y. Vậy có 2y nguyên tử H.
Ta có: 2y = 14 => y = 7.
Thêm hệ số 7 vào H2O.

1 K2Cr2O7 + 14 HCl -> 2 KCl + 2 CrCl3 + 3 Cl2 + 7 H2O

Cân bằng Oxi (O):
Kiểm tra lại xem số nguyên tử O đã cân bằng chưa.
Vế trái: 7 nguyên tử O (trong 1 K2Cr2O7).
Vế phải: 7 nguyên tử O (trong 7 H2O).
Oxi đã cân bằng.

Phương trình hóa học đã cân bằng là:
K2Cr2O7 + 14 HCl -> 2 KCl + 2 CrCl3 + 3 Cl2 + 7 H2O

Bước 6: Chỉ rõ chất oxi hóa, chất khử.

Dựa vào bước 2:
Chất oxi hóa: K2Cr2O7 (vì chứa Cr có số oxi hóa giảm từ +6 xuống +3).
Chất khử: HCl (vì chứa Cl có số oxi hóa tăng từ -1 lên 0).

Chúng ta có thể viết rõ các quá trình oxi hóa – khử với hệ số đã cân bằng:
Quá trình khử:
Cr(+6) + 3e -> Cr(+3) (Đây là sự thay đổi của từng nguyên tử, ta cần nhân với hệ số phù hợp để có tổng số mol nguyên tử)
Trong phương trình có 2 nguyên tử Cr trong K2Cr2O7 bị khử thành 2 nguyên tử Cr(+3) trong CrCl3.
2Cr(+6) + 6e -> 2Cr(+3)

Quá trình oxi hóa:
2Cl(-1) -> Cl2(0) + 2e
Trong phương trình, có 14 nguyên tử Cl(-1) từ 14 HCl, trong đó 6 nguyên tử Cl(-1) (từ đâu?) bị oxi hóa thành 3 phân tử Cl2.
Tuy nhiên, cần nhìn vào tổng thể: có 3 phân tử Cl2 được tạo ra, tức là 6 nguyên tử Cl(0).
Nguồn gốc của 6 nguyên tử Cl(0) này là từ 6 nguyên tử Cl(-1) trong HCl.
6Cl(-1) -> 3Cl2(0) + 6e

Vậy, ta có:
Chất oxi hóa: K2Cr2O7 (chứa Cr(+6))
Chất khử: HCl (chứa Cl(-1))

Các em thấy không, phương pháp thăng bằng electron tuy hơi phức tạp lúc đầu nhưng khi đã quen thì rất logic và giúp chúng ta hiểu sâu sắc bản chất của phản ứng oxi hóa – khử. Hãy luyện tập nhiều hơn với các bài tập khác nhé! Nếu có bất kỳ câu hỏi nào, đừng ngần ngại hỏi thầy. Chúc các em học tốt!