Cân bằng phản ứng oxi hóa khử theo phương pháp thăng bằng electron
C3H8 + HNO3 →…
C3H8 + HNO3 → CO2 + NO + H2O
Chúng ta sẽ cùng nhau giải bài tập sau:
C3H8 + HNO3 → CO2 + NO + H2O
Để giải bài toán này, chúng ta sẽ tuân theo các bước cơ bản của phương pháp thăng bằng electron.
Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng.
Chúng ta sẽ xét từng chất trong phương trình:
Trong C3H8:
Số oxi hóa của H là +1.
Vì tổng số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử bằng 0, ta có: 3 (số oxi hóa của C) + 8 (+1) = 0
=> 3 * (số oxi hóa của C) = -8
=> Số oxi hóa của C = -8/3. (Đây là số oxi hóa trung bình của các nguyên tử C trong phân tử C3H8)
Trong HNO3:
Số oxi hóa của H là +1.
Số oxi hóa của O là -2.
Ta có: (+1) + (số oxi hóa của N) + 3 * (-2) = 0
=> (+1) + (số oxi hóa của N) – 6 = 0
=> Số oxi hóa của N = +5.
Trong CO2:
Số oxi hóa của O là -2.
Ta có: (số oxi hóa của C) + 2 * (-2) = 0
=> Số oxi hóa của C = +4.
Trong NO:
Số oxi hóa của O là -2.
Ta có: (số oxi hóa của N) + (-2) = 0
=> Số oxi hóa của N = +2.
Trong H2O:
Số oxi hóa của H là +1.
Số oxi hóa của O là -2.
Bước 2: Xác định các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa.
Từ các số oxi hóa đã xác định ở Bước 1, ta thấy:
Nguyên tố C trong C3H8 có số oxi hóa từ -8/3 lên +4.
Nguyên tố N trong HNO3 có số oxi hóa từ +5 xuống +2.
Các nguyên tố H và O có số oxi hóa không đổi.
Bước 3: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.
Quá trình oxi hóa (chất bị oxi hóa, số oxi hóa tăng):
C3H8 → CO2
Số oxi hóa của C tăng từ -8/3 lên +4. Sự thay đổi số oxi hóa cho 1 nguyên tử C là +4 – (-8/3) = +4 + 8/3 = 12/3 + 8/3 = 20/3.
Vì trong phân tử C3H8 có 3 nguyên tử C, nên tổng sự tăng số oxi hóa là 3 * (20/3) = 20.
Để cân bằng nguyên tố C, ta thêm hệ số 3 vào CO2: C3H8 → 3CO2
Để cân bằng electron, ta viết:
C3H8 → 3CO2 + 20e
Quá trình khử (chất bị khử, số oxi hóa giảm):
HNO3 → NO
Số oxi hóa của N giảm từ +5 xuống +2. Sự thay đổi số oxi hóa cho 1 nguyên tử N là +5 – (+2) = 3.
Để cân bằng electron, ta viết:
N+5 + 3e → N+2
(Ở đây, ta chỉ xét nguyên tử N có sự thay đổi số oxi hóa, sau đó mới cân bằng các nguyên tố khác.
Nếu viết đầy đủ hơn:
HNO3 → NO
N(+5) + 3e → N(+2)
Bước 4: Tìm hệ số chung nhỏ nhất cho số electron nhường và electron nhận.
Số electron nhường là 20.
Số electron nhận là 3.
Bội chung nhỏ nhất của 20 và 3 là 60.
Bước 5: Nhân các quá trình với các hệ số thích hợp để số electron nhường bằng số electron nhận.
Để số electron nhường bằng 60, ta nhân quá trình oxi hóa với 60/20 = 3.
3 * (C3H8 → 3CO2 + 20e) => 3C3H8 → 9CO2 + 60e
Để số electron nhận bằng 60, ta nhân quá trình khử với 60/3 = 20.
20 * (N+5 + 3e → N+2) => 20N+5 + 60e → 20N+2
(Lưu ý: Ta sẽ áp dụng hệ số 20 cho N trong HNO3 và N trong NO sau khi cân bằng nguyên tố)
Bước 6: Điền hệ số vào phương trình phản ứng.
Từ quá trình oxi hóa đã nhân hệ số, ta có hệ số cho C3H8 là 3 và cho CO2 là 9.
3C3H8 + HNO3 → 9CO2 + NO + H2O
Từ quá trình khử đã nhân hệ số, ta có hệ số cho N trong HNO3 và N trong NO là 20.
3C3H8 + 20HNO3 → 9CO2 + 20NO + H2O
Bước 7: Cân bằng các nguyên tố còn lại.
Cân bằng nguyên tố H:
Vế trái: 3 8 = 24 nguyên tử H (trong C3H8) + 20 1 = 20 nguyên tử H (trong HNO3) = 44 nguyên tử H.
Vế phải: Cần có 44 nguyên tử H. Trong H2O có 2 nguyên tử H, vậy hệ số của H2O là 44 / 2 = 22.
3C3H8 + 20HNO3 → 9CO2 + 20NO + 22H2O
Cân bằng nguyên tố O:
Vế trái: 20 * 3 = 60 nguyên tử O (trong HNO3).
Vế phải: 9 2 (trong CO2) + 20 1 (trong NO) + 22 * 1 (trong H2O) = 18 + 20 + 22 = 60 nguyên tử O.
Số nguyên tử O hai vế đã bằng nhau.
Bước 8: Kiểm tra lại.
Cân bằng nguyên tố C:
Vế trái: 3 * 3 = 9.
Vế phải: 9 * 1 = 9.
Cân bằng.
Cân bằng nguyên tố H:
Vế trái: 3 8 + 20 1 = 24 + 20 = 44.
Vế phải: 22 * 2 = 44.
Cân bằng.
Cân bằng nguyên tố N:
Vế trái: 20 * 1 = 20.
Vế phải: 20 * 1 = 20.
Cân bằng.
Cân bằng nguyên tố O:
Vế trái: 20 * 3 = 60.
Vế phải: 9 2 + 20 1 + 22 * 1 = 18 + 20 + 22 = 60.
Cân bằng.
Vậy, phương trình phản ứng đã được cân bằng là:
3C3H8 + 20HNO3 → 9CO2 + 20NO + 22H2O
Chúc mừng các em đã hoàn thành bài tập! Hãy nhớ luyện tập thường xuyên để thành thạo phương pháp này nhé!
\(\text{3\)\mathop{C}\limits^{-8/3}\[_{3}\(H8 + 20H\)\mathop{N}\limits^{+5}\(O3 → 9\)\mathop{C}\limits^{+4}\(O2 + 20\)\mathop{N}\limits^{+2}\(O + 22H2O}\)
\(\text{x 3 |\)\mathop{C}\limits^{-8/3}\]_{3}\(→3\)\mathop{C}\limits^{+4}\(+20e}\)
\(\text{x 20|\)\mathop{N}\limits^{+5}\(+3e→\)\mathop{N}\limits^{+2}\(}\)
Giải thích các bước giải:
\(C_3H_8 + HNO_3 -> CO_2 + NO + H_2O\)
\(\mathop{C_3H_8}\limits^{-8/3}\) \(->\) \(\mathop{3C}\limits^{+4}\) \( + 20e\) \(| × 3\)
\(\mathop{N}\limits^{+5}\) \(+ 3e ->\) \(\mathop{N}\limits^{+2}\) \(| × 20\)
Phương trình hóa học :
\(3C_3H_8 + 20HNO_3 -> 9CO_2 + 22H_2O + 20NO\)