Chào các em, thầy là giáo viên Hóa học của các em đây.
Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập cân bằng phản ứng oxi hóa – khử rất điển hình trong chương trình lớp 10 bằng phương pháp thăng bằng electron. Đây là một phương pháp rất hiệu quả và logic, giúp chúng ta giải quyết được cả những phương trình phức tạp.

Bản chất của phương pháp này dựa trên định luật bảo toàn electron: trong một phản ứng oxi hóa – khử, tổng số electron mà chất khử nhường đi phải bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận vào.

Chúng ta sẽ thực hiện tuần tự theo 4 bước nhé.

BÀI GIẢI CHI TIẾT

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa.
Trước hết, ta cần xác định số oxi hóa của từng nguyên tố trong phương trình để tìm ra chất khử và chất oxi hóa.

• Trong \(C_3H_8\), Hidro có số oxi hóa là \(+1\). Gọi số oxi hóa của Cacbon là x, ta có: \(3 \times x + 8 \times (+1) = 0 \Rightarrow x = -8/3\). Đây là số oxi hóa trung bình của Cacbon.
• Trong \(HNO_3\), H là \(+1\), O là \(-2\). Ta có: \(+1 + N + 3 \times (-2) = 0 \Rightarrow N = +5\).
• Trong \(CO_2\), O là \(-2\). Ta có: \(C + 2 \times (-2) = 0 \Rightarrow C = +4\).
• Trong \(NO\), O là \(-2\). Ta có: \(N + (-2) = 0 \Rightarrow N = +2\).

Phương trình với số oxi hóa được xác định:
\[ \overset{-8/3}{C}_3\overset{+1}{H}_8 + \overset{+1}{H}\overset{+5}{N}\overset{-2}{O}_3 \rightarrow \overset{+4}{C}\overset{-2}{O}_2 + \overset{+2}{N}\overset{-2}{O} + \overset{+1}{H}_2\overset{-2}{O} \]
Ta thấy:

• Số oxi hóa của C tăng từ \(-8/3\) lên \(+4\). Vậy \(C_3H_8\) là chất khử.
• Số oxi hóa của N giảm từ \(+5\) xuống \(+2\). Vậy \(HNO_3\) là chất oxi hóa.

Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử, cân bằng mỗi quá trình.

• Quá trình oxi hóa (sự nhường electron):
  Lưu ý rằng có 3 nguyên tử C trong \(C_3H_8\) thay đổi số oxi hóa, nên ta phải cân bằng nguyên tử C trước.
  \(3\overset{-8/3}{C} \rightarrow 3\overset{+4}{C} + 20e\)
  (Giải thích: Mỗi nguyên tử C nhường đi \(4 – (-8/3) = 20/3\) electron. Có 3 nguyên tử C nên tổng số electron nhường là \(3 \times 20/3 = 20\) electron).
• Quá trình khử (sự nhận electron):
  \(\overset{+5}{N} + 3e \rightarrow \overset{+2}{N}\)

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất khử và chất oxi hóa.
Ta cần tìm hệ số để tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận.
Bội chung nhỏ nhất của 20 và 3 là 60.

• Nhân quá trình oxi hóa với 3.
• Nhân quá trình khử với 20.

Ta có sơ đồ:

\(3\)	|	\(3\overset{-8/3}{C} \rightarrow 3\overset{+4}{C} + 20e\)
\(20\)	|	\(\overset{+5}{N} + 3e \rightarrow \overset{+2}{N}\)

Từ đây, ta có hệ số:

• Hệ số của \(C_3H_8\) là 3.
• Hệ số của \(CO_2\) là \(3 \times 3 = 9\).
• Hệ số của \(HNO_3\) là 20.
• Hệ số của \(NO\) là 20.

Bước 4: Đặt các hệ số vào phương trình, cân bằng các nguyên tố còn lại và kiểm tra.
Điền các hệ số vừa tìm được vào phương trình ban đầu:
\[ 3C_3H_8 + 20HNO_3 \rightarrow 9CO_2 + 20NO + H_2O \]
Bây giờ, ta cân bằng các nguyên tố còn lại (thường là H, sau đó kiểm tra lại O).

• Cân bằng nguyên tố Hidro (H):
  • Vế trái có: \(3 \times 8 + 20 \times 1 = 44\) nguyên tử H.
  • Vế phải cần có 44 nguyên tử H. Ta đặt hệ số cho \(H_2O\) là \(44/2 = 22\).

Phương trình lúc này là:
\[ 3C_3H_8 + 20HNO_3 \rightarrow 9CO_2 + 20NO + 22H_2O \]

• Kiểm tra lại nguyên tố Oxi (O) để xác nhận:
  • Vế trái có: \(20 \times 3 = 60\) nguyên tử O.
  • Vế phải có: \(9 \times 2 + 20 \times 1 + 22 \times 1 = 18 + 20 + 22 = 60\) nguyên tử O.

Số nguyên tử O ở hai vế đã bằng nhau. Vậy phương trình đã được cân bằng đúng.

Phương trình hóa học hoàn chỉnh:
\[ 3C_3H_8 + 20HNO_3 \rightarrow 9CO_2 + 20NO + 22H_2O \]

Hy vọng với lời giải chi tiết từng bước này, các em đã nắm vững cách cân bằng phản ứng bằng phương pháp thăng bằng electron. Đây là một kỹ năng quan trọng, các em hãy luyện tập thêm nhiều bài tập khác nhé.
Chúc các em học tốt