Chào các em học sinh yêu quý! Hôm nay, thầy sẽ hướng dẫn các em cân bằng một phương trình hóa học bằng phương pháp thăng bằng electron, một phương pháp rất quan trọng để cân bằng các phản ứng oxi hóa – khử. Chúng ta sẽ cùng nhau thực hiện từng bước thật chi tiết nhé!

Đề bài của chúng ta là cân bằng phản ứng:
fexoy + h2so4 -> fe2(so4)3 + s + h2o

Đây là một phản ứng oxi hóa – khử vì có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố.

BƯỚC 1: XÁC ĐỊNH SỐ OXI HÓA CỦA CÁC NGUYÊN TỐ CÓ SỐ OXI HÓA THAY ĐỔI

Chúng ta hãy cùng xác định số oxi hóa của từng nguyên tố có khả năng thay đổi trong phản ứng này:

• Trong hợp chất \(\text{Fe}_\text{x}\text{O}_\text{y}\): Oxi có số oxi hóa là \(-2\). Vì hợp chất trung hòa điện, nên tổng số oxi hóa của các nguyên tố bằng 0.
  \( \text{x} \times \text{SO(Fe)} + \text{y} \times (-2) = 0 \)
  \( \Rightarrow \text{x} \times \text{SO(Fe)} = +2\text{y} \)
  \( \Rightarrow \text{SO(Fe)} = +\frac{2\text{y}}{\text{x}} \)
  Như vậy, số oxi hóa của Fe trong \(\text{Fe}_\text{x}\text{O}_\text{y}\) là \(+\frac{2\text{y}}{\text{x}}\).
• Trong \(\text{H}_2\text{SO}_4\): Hidro có số oxi hóa là \(+1\), Oxi có số oxi hóa là \(-2\).
  \( 2 \times (+1) + \text{SO(S)} + 4 \times (-2) = 0 \)
  \( 2 + \text{SO(S)} – 8 = 0 \)
  \( \Rightarrow \text{SO(S)} = +6 \)
  Như vậy, số oxi hóa của S trong \(\text{H}_2\text{SO}_4\) là \(+6\).
• Trong \(\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3\): Gốc sunfat \(\text{(SO}_4)^{2-}\) có hóa trị II, nghĩa là số oxi hóa tổng cộng của nó là \(-2\).
  \( 2 \times \text{SO(Fe)} + 3 \times (-2) = 0 \)
  \( 2 \times \text{SO(Fe)} – 6 = 0 \)
  \( \Rightarrow 2 \times \text{SO(Fe)} = +6 \)
  \( \Rightarrow \text{SO(Fe)} = +3 \)
  Như vậy, số oxi hóa của Fe trong \(\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3\) là \(+3\).
• Trong \(\text{S}\) (lưu huỳnh đơn chất): Số oxi hóa của S là \(0\).

Các nguyên tố có số oxi hóa thay đổi là:

• Sắt (Fe): từ \(+\frac{2\text{y}}{\text{x}}\) (trong \(\text{Fe}_\text{x}\text{O}_\text{y}\)) lên \(+3\) (trong \(\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3\)). Fe bị oxi hóa.
• Lưu huỳnh (S): từ \(+6\) (trong \(\text{H}_2\text{SO}_4\)) xuống \(0\) (trong \(\text{S}\)). S bị khử.

BƯỚC 2: VIẾT QUÁ TRÌNH OXI HÓA VÀ QUÁ TRÌNH KHỬ

Chúng ta sẽ viết các quá trình nhường và nhận electron.

Quá trình oxi hóa (Fe nhường electron):

Với mỗi phân tử \(\text{Fe}_\text{x}\text{O}_\text{y}\), có \(\text{x}\) nguyên tử Fe. Mỗi nguyên tử Fe tăng số oxi hóa từ \(+\frac{2\text{y}}{\text{x}}\) lên \(+3\).

Số electron nhường bởi một nguyên tử Fe là: \( 3 – \frac{2\text{y}}{\text{x}} \)

Tổng số electron nhường bởi \(\text{x}\) nguyên tử Fe trong \(\text{Fe}_\text{x}\text{O}_\text{y}\) là: \( \text{x} \times \left(3 – \frac{2\text{y}}{\text{x}}\right) = 3\text{x} – 2\text{y} \)
\[ \text{Fe}_\text{x}\text{O}_\text{y} \longrightarrow \text{x}\text{Fe}^{+3} + (3\text{x} – 2\text{y})\text{e}^- \]

Quá trình khử (S nhận electron):

Nguyên tử S giảm số oxi hóa từ \(+6\) xuống \(0\). Mỗi nguyên tử S nhận \(6\) electron.
\[ \text{S}^{+6} + 6\text{e}^- \longrightarrow \text{S}^{0} \]

BƯỚC 3: CÂN BẰNG SỐ ELECTRON NHƯỜNG VÀ NHẬN

Để số electron nhường bằng số electron nhận, ta tìm bội chung nhỏ nhất (BCNN) của \((3\text{x} – 2\text{y})\) và \(6\).

Ta nhân hệ số chéo:

• Nhân quá trình oxi hóa với \(6\).
• Nhân quá trình khử với \((3\text{x} – 2\text{y})\).

Ta có:
\[ 6 \times (\text{Fe}_\text{x}\text{O}_\text{y} \longrightarrow \text{x}\text{Fe}^{+3} + (3\text{x} – 2\text{y})\text{e}^-) \]
\[ (3\text{x} – 2\text{y}) \times (\text{S}^{+6} + 6\text{e}^- \longrightarrow \text{S}^{0}) \]

Viết lại thành:
\[ 6\text{Fe}_\text{x}\text{O}_\text{y} \longrightarrow 6\text{x}\text{Fe}^{+3} + 6(3\text{x} – 2\text{y})\text{e}^- \]
\[ (3\text{x} – 2\text{y})\text{S}^{+6} + 6(3\text{x} – 2\text{y})\text{e}^- \longrightarrow (3\text{x} – 2\text{y})\text{S}^{0} \]

BƯỚC 4: ĐẶT CÁC HỆ SỐ VÀO PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG

Dựa vào các hệ số vừa tìm được, ta đặt vào phương trình ban đầu:

• Trước \(\text{Fe}_\text{x}\text{O}_\text{y}\) là \(6\).
• Trước \(\text{S}\) (sản phẩm) là \((3\text{x} – 2\text{y})\).

Phương trình tạm thời:
\[ 6\text{Fe}_\text{x}\text{O}_\text{y} + \text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + (3\text{x} – 2\text{y})\text{S} + \text{H}_2\text{O} \]

Bây giờ, chúng ta cần cân bằng số nguyên tử Fe ở hai vế.

Vế trái có \(6\text{x}\) nguyên tử Fe (từ \(6\text{Fe}_\text{x}\text{O}_\text{y}\)).

Vế phải có \(\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3\). Để có \(6\text{x}\) nguyên tử Fe, ta cần \( \frac{6\text{x}}{2} = 3\text{x} \) phân tử \(\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3\).

Phương trình trở thành:
\[ 6\text{Fe}_\text{x}\text{O}_\text{y} + \text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow 3\text{x}\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + (3\text{x} – 2\text{y})\text{S} + \text{H}_2\text{O} \]

BƯỚC 5: CÂN BẰNG CÁC NGUYÊN TỐ CÒN LẠI (S, H, O) BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐẠI SỐ

Cân bằng nguyên tố S (Lưu huỳnh):

Vế phải:

• S trong \(\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3\): Có \(3\text{x} \times 3 = 9\text{x}\) nguyên tử S (từ gốc \(\text{SO}_4\)).
• S trong \(\text{S}\) đơn chất: Có \((3\text{x} – 2\text{y})\) nguyên tử S.

Tổng số nguyên tử S ở vế phải là \(9\text{x} + (3\text{x} – 2\text{y}) = 12\text{x} – 2\text{y}\).

Số nguyên tử S này phải đến từ \(\text{H}_2\text{SO}_4\). Vậy, hệ số của \(\text{H}_2\text{SO}_4\) là \((12\text{x} – 2\text{y})\).

Phương trình trở thành:
\[ 6\text{Fe}_\text{x}\text{O}_\text{y} + (12\text{x} – 2\text{y})\text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow 3\text{x}\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + (3\text{x} – 2\text{y})\text{S} + \text{H}_2\text{O} \]

Cân bằng nguyên tố H (Hidro):

Vế trái có \((12\text{x} – 2\text{y}) \times 2 = (24\text{x} – 4\text{y})\) nguyên tử H.

Vế phải, H chỉ có trong \(\text{H}_2\text{O}\). Để có \((24\text{x} – 4\text{y})\) nguyên tử H, ta cần \(\frac{24\text{x} – 4\text{y}}{2} = (12\text{x} – 2\text{y})\) phân tử \(\text{H}_2\text{O}\).

Phương trình trở thành:
\[ 6\text{Fe}_\text{x}\text{O}_\text{y} + (12\text{x} – 2\text{y})\text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow 3\text{x}\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + (3\text{x} – 2\text{y})\text{S} + (12\text{x} – 2\text{y})\text{H}_2\text{O} \]

Kiểm tra lại nguyên tố O (Oxi):

Vế trái:

• Trong \(\text{Fe}_\text{x}\text{O}_\text{y}\): \(6\text{y}\) nguyên tử O.
• Trong \(\text{H}_2\text{SO}_4\): \((12\text{x} – 2\text{y}) \times 4 = (48\text{x} – 8\text{y})\) nguyên tử O.

Tổng O vế trái: \(6\text{y} + 48\text{x} – 8\text{y} = 48\text{x} – 2\text{y}\).

Vế phải:

• Trong \(\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3\): \(3\text{x} \times 3 \times 4 = 36\text{x}\) nguyên tử O.
• Trong \(\text{H}_2\text{O}\): \((12\text{x} – 2\text{y}) \times 1 = (12\text{x} – 2\text{y})\) nguyên tử O.

Tổng O vế phải: \(36\text{x} + 12\text{x} – 2\text{y} = 48\text{x} – 2\text{y}\).

Số nguyên tử Oxi ở hai vế đã bằng nhau. Vậy phương trình đã được cân bằng chính xác.

PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG HOÀN CHỈNH:
\[ 6\text{Fe}_\text{x}\text{O}_\text{y} + (12\text{x} – 2\text{y})\text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow 3\text{x}\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + (3\text{x} – 2\text{y})\text{S} + (12\text{x} – 2\text{y})\text{H}_2\text{O} \]

Hi vọng qua bài hướng dẫn chi tiết này, các em đã nắm vững cách cân bằng phương trình hóa học bằng phương pháp thăng bằng electron nhé! Chúc các em học tốt!