Chào các em học sinh yêu quý! Thật vui được cùng các em giải bài tập Hóa học thú vị này. Đây là một phản ứng oxi hóa – khử điển hình và chúng ta sẽ sử dụng phương pháp thăng bằng electron để cân bằng nó một cách chuẩn xác nhất. Các em hãy theo dõi từng bước thầy hướng dẫn nhé!

Phương pháp thăng bằng electron là phương pháp dựa trên nguyên tắc tổng số electron mà chất khử nhường bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận trong một phản ứng hóa học.

Chúng ta cùng đi vào các bước cụ thể để cân bằng phản ứng:

Phản ứng cần cân bằng: NH3 + Cl2 → N2 + HCl

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

Đây là bước đầu tiên và quan trọng nhất để nhận diện chất khử và chất oxi hóa.

• Trong \( \text{NH}_3 \): H có số oxi hóa là \( +1 \). Do đó, N có số oxi hóa là \( -3 \) (vì tổng số oxi hóa của một phân tử trung hòa bằng 0: \( \text{x} + 3 \times (+1) = 0 \Rightarrow \text{x} = -3 \)).
• Trong \( \text{Cl}_2 \): Đây là đơn chất, nên Cl có số oxi hóa là \( 0 \).
• Trong \( \text{N}_2 \): Đây là đơn chất, nên N có số oxi hóa là \( 0 \).
• Trong \( \text{HCl} \): H có số oxi hóa là \( +1 \). Do đó, Cl có số oxi hóa là \( -1 \) (vì tổng số oxi hóa của một phân tử trung hòa bằng 0: \( +1 + \text{y} = 0 \Rightarrow \text{y} = -1 \)).

Từ đây, chúng ta thấy:

• Số oxi hóa của N tăng từ \( -3 \) lên \( 0 \). Vậy \( \text{NH}_3 \) là chất khử.
• Số oxi hóa của Cl giảm từ \( 0 \) xuống \( -1 \). Vậy \( \text{Cl}_2 \) là chất oxi hóa.

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

Ở bước này, chúng ta biểu diễn sự cho và nhận electron của các nguyên tố thay đổi số oxi hóa.

Quá trình oxi hóa (N nhường electron):

• Nitơ từ \( \text{N}^{-3} \) trong \( \text{NH}_3 \) chuyển thành \( \text{N}^{0} \) trong \( \text{N}_2 \).
• Lưu ý: Sản phẩm là \( \text{N}_2 \) (phân tử chứa 2 nguyên tử N), nên ta cần cân bằng số nguyên tử N trước khi cân bằng electron.
• \( 2\text{N}^{-3} \rightarrow \text{N}_2^{0} \)
• Mỗi nguyên tử \( \text{N}^{-3} \) nhường \( (0 – (-3)) = 3 \) electron. Hai nguyên tử \( \text{N}^{-3} \) sẽ nhường \( 2 \times 3 = 6 \) electron.

• Phương trình quá trình oxi hóa:

  \[ 2\text{N}^{-3} \rightarrow \text{N}_2^{0} + 6\text{e} \]

Quá trình khử (Cl nhận electron):

• Clo từ \( \text{Cl}_2^{0} \) chuyển thành \( \text{Cl}^{-1} \) trong \( \text{HCl} \).
• Lưu ý: Chất phản ứng là \( \text{Cl}_2 \) (phân tử chứa 2 nguyên tử Cl), nên ta cần cân bằng số nguyên tử Cl trước khi cân bằng electron.
• \( \text{Cl}_2^{0} \rightarrow 2\text{Cl}^{-1} \)
• Mỗi nguyên tử \( \text{Cl}^{0} \) nhận \( (0 – (-1)) = 1 \) electron. Hai nguyên tử \( \text{Cl}^{0} \) (trong phân tử \( \text{Cl}_2 \)) sẽ nhận \( 2 \times 1 = 2 \) electron.

• Phương trình quá trình khử:

  \[ \text{Cl}_2^{0} + 2\text{e} \rightarrow 2\text{Cl}^{-1} \]

Bước 3: Tìm bội số chung nhỏ nhất (BSCNN) của số electron cho và nhận, sau đó nhân các hệ số thích hợp vào từng quá trình.

Nguyên tắc thăng bằng electron là tổng số electron nhường phải bằng tổng số electron nhận.

• Số electron nhường là \( 6\text{e} \).
• Số electron nhận là \( 2\text{e} \).
• BSCNN của \( 6 \) và \( 2 \) là \( 6 \).
• Để tổng số electron cho và nhận bằng 6:
  • Quá trình oxi hóa \( (2\text{N}^{-3} \rightarrow \text{N}_2^{0} + 6\text{e}) \) nhân với \( 1 \).
  • Quá trình khử \( (\text{Cl}_2^{0} + 2\text{e} \rightarrow 2\text{Cl}^{-1}) \) nhân với \( 3 \) (vì \( 6/2 = 3 \)).

Khi nhân hệ số, ta có:

\[ 1 \times (2\text{N}^{-3} \rightarrow \text{N}_2^{0} + 6\text{e}) \]
\[ 3 \times (\text{Cl}_2^{0} + 2\text{e} \rightarrow 2\text{Cl}^{-1}) \]

Bước 4: Đặt các hệ số vừa tìm được vào phương trình phản ứng ban đầu.

• Từ quá trình oxi hóa, hệ số của \( \text{N}_2 \) là \( 1 \).
• Từ quá trình khử, hệ số của \( \text{Cl}_2 \) là \( 3 \).
• Hệ số của \( \text{Cl}^{-1} \) (trong \( \text{HCl} \)) là \( 3 \times 2 = 6 \).

Tạm thời, phương trình sẽ có dạng:

\[ \text{NH}_3 + 3\text{Cl}_2 \rightarrow 1\text{N}_2 + 6\text{HCl} \]

Bước 5: Cân bằng các nguyên tố còn lại (không thay đổi số oxi hóa) bằng phương pháp thử chọn.

Chúng ta sẽ cân bằng lần lượt N, sau đó là H.

• Cân bằng nguyên tố N:
  • Vế phải có \( 1\text{N}_2 \), tức là \( 2 \) nguyên tử N.
  • Vế trái có \( \text{NH}_3 \). Để có \( 2 \) nguyên tử N, ta đặt hệ số \( 2 \) trước \( \text{NH}_3 \).
  • Phương trình trở thành: \( 2\text{NH}_3 + 3\text{Cl}_2 \rightarrow \text{N}_2 + 6\text{HCl} \)
• Kiểm tra nguyên tố Cl:
  • Vế trái có \( 3\text{Cl}_2 \), tức là \( 6 \) nguyên tử Cl.
  • Vế phải có \( 6\text{HCl} \), tức là \( 6 \) nguyên tử Cl.
  • Số nguyên tử Cl đã cân bằng.
• Kiểm tra nguyên tố H:
  • Vế trái có \( 2\text{NH}_3 \), tức là \( 2 \times 3 = 6 \) nguyên tử H.
  • Vế phải có \( 6\text{HCl} \), tức là \( 6 \) nguyên tử H.
  • Số nguyên tử H đã cân bằng.

Như vậy, tất cả các nguyên tố đã được cân bằng.

Phương trình phản ứng cuối cùng đã được cân bằng là:

\[ 2\text{NH}_3 + 3\text{Cl}_2 \rightarrow \text{N}_2 + 6\text{HCl} \]

Thầy hy vọng qua từng bước giải thích chi tiết, các em đã nắm vững cách cân bằng phản ứng oxi hóa – khử bằng phương pháp thăng bằng electron. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi lại thầy nhé!