Chào các em, hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau giải bài tập cân bằng phản ứng oxi hóa – khử quen thuộc này bằng phương pháp thăng bằng electron. Các em hãy chú ý theo dõi từng bước nhé!

Phương pháp của chúng ta gồm 4 bước chính.

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa.
Để làm được bước này, chúng ta cần nhớ một vài quy tắc cơ bản: số oxi hóa của đơn chất bằng 0, của Oxi trong hầu hết hợp chất là -2, của Hiđro là +1.

Ta có phương trình:
\( \overset{0}{Fe} + H_2\overset{+6}{S}O_4 \text{ (đặc, nóng)} \rightarrow \overset{+3}{Fe}_2(SO_4)_3 + \overset{+4}{S}O_2 + H_2O \)

Giải thích:
– Fe là đơn chất nên có số oxi hóa là \(0\).
– Trong \(H_2SO_4\): H là \(+1\), O là \(-2\). Gọi số oxi hóa của S là x, ta có: \(2 \times (+1) + x + 4 \times (-2) = 0 \Rightarrow x = +6\).
– Trong \(Fe_2(SO_4)_3\): Gốc \(SO_4\) có hóa trị II, nên số oxi hóa của Fe là \(+3\).
– Trong \(SO_2\): O là \(-2\). Gọi số oxi hóa của S là y, ta có: \(y + 2 \times (-2) = 0 \Rightarrow y = +4\).

Như vậy, các nguyên tố thay đổi số oxi hóa là Sắt (Fe) và Lưu huỳnh (S).

Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.
Quá trình oxi hóa là quá trình một chất nhường electron, số oxi hóa tăng lên. Quá trình khử là quá trình một chất nhận electron, số oxi hóa giảm xuống.

– Quá trình oxi hóa (Fe là chất khử):
Fe từ số oxi hóa \(0\) lên \(+3\). Lưu ý, trong sản phẩm là \(Fe_2(SO_4)_3\), nên ta cân bằng 2 nguyên tử Fe ngay từ đầu.
\[ 2\overset{0}{Fe} \rightarrow \overset{+3}{Fe}_2 + 6e \]
(Mỗi nguyên tử Fe nhường 3e, vậy 2 nguyên tử Fe sẽ nhường \(2 \times 3 = 6e\))

– Quá trình khử (S trong \(H_2SO_4\) là chất oxi hóa):
S từ số oxi hóa \(+6\) xuống \(+4\).
\[ \overset{+6}{S} + 2e \rightarrow \overset{+4}{S} \]

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận.
– Số electron nhường = \(6\)
– Số electron nhận = \(2\)

Bội số chung nhỏ nhất của 6 và 2 là 6.
– Lấy Bội số chung nhỏ nhất chia cho số electron nhường: \(6 \div 6 = 1\).
– Lấy Bội số chung nhỏ nhất chia cho số electron nhận: \(6 \div 2 = 3\).

Ta nhân hệ số vào các quá trình:
\[ 1 \times | \quad 2\overset{0}{Fe} \rightarrow \overset{+3}{Fe}_2 + 6e \]
\[ 3 \times | \quad \overset{+6}{S} + 2e \rightarrow \overset{+4}{S} \]

Bước 4: Đặt các hệ số vào phương trình hóa học và cân bằng các nguyên tố còn lại.
Từ Bước 3, ta có các hệ số:
– Hệ số của Fe là 2.
– Hệ số của \(Fe_2(SO_4)_3\) là 1.
– Hệ số của S (tạo ra \(SO_2\)) là 3, vậy hệ số của \(SO_2\) là 3.

Đặt các hệ số này vào phương trình ban đầu:
\[ 2Fe + H_2SO_4 \rightarrow 1Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2 + H_2O \]
Bây giờ, chúng ta cân bằng các nguyên tố còn lại (S, H, O):

– Cân bằng nguyên tử S:
Ở vế phải, tổng số nguyên tử S là: (trong \(Fe_2(SO_4)_3\)) + (trong \(SO_2\)) = \(1 \times 3 + 3 = 6\) nguyên tử S.
Vậy, ta cần 6 phân tử \(H_2SO_4\) ở vế trái.
\[ 2Fe + 6H_2SO_4 \rightarrow 1Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2 + H_2O \]
– Cân bằng nguyên tử H:
Ở vế trái, có \(6 \times 2 = 12\) nguyên tử H.
Vậy, ta cần 6 phân tử \(H_2O\) ở vế phải để có \(6 \times 2 = 12\) nguyên tử H.
\[ 2Fe + 6H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2 + 6H_2O \]
(Lúc này, ta có thể bỏ hệ số 1 ở trước \(Fe_2(SO_4)_3\))

– Kiểm tra lại nguyên tử O:
Vế trái: \(6 \times 4 = 24\) nguyên tử O.
Vế phải: (trong \(Fe_2(SO_4)_3\)) + (trong \(SO_2\)) + (trong \(H_2O\)) = \(3 \times 4 + 3 \times 2 + 6 \times 1 = 12 + 6 + 6 = 24\) nguyên tử O.
Số nguyên tử O ở hai vế đã bằng nhau. Phương trình đã được cân bằng.

Phương trình cân bằng hoàn chỉnh là:
\[ 2Fe + 6H_2SO_4 \text{ (đặc, nóng)} \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2 + 6H_2O \]

Vậy là chúng ta đã hoàn thành bài tập. Các em thấy không, chỉ cần làm cẩn thận từng bước là có thể cân bằng được mọi phản ứng oxi hóa – khử. Chúc các em học tốt