Chào các em học sinh yêu quý! Hôm nay, thầy/cô trò chúng ta sẽ cùng nhau giải quyết một bài tập rất hay về cân bằng phản ứng oxi hóa – khử bằng phương pháp thăng bằng electron, một phương pháp rất quan trọng trong hóa học. Các em hãy chú ý theo dõi từng bước thầy/cô hướng dẫn nhé!

Để cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa – khử bằng phương pháp thăng bằng electron, chúng ta sẽ thực hiện theo các bước sau:

Phương trình cần cân bằng:
C₂H₅OH + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ \(\rightarrow\) CH₃CHO + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

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

Bước này giúp chúng ta nhận diện chất khử (nguyên tố có SOXH tăng) và chất oxi hóa (nguyên tố có SOXH giảm). Đây là nền tảng để viết các quá trình nhường và nhận electron.

• Trong C₂H₅OH: Ta tính SOXH trung bình của Carbon.
  Giả sử SOXH của C là \(x\), H là \(+1\), O là \(-2\).
  Công thức: \(2x + 5 \cdot (+1) + (-2) + (+1) = 0 \Rightarrow 2x + 4 = 0 \Rightarrow 2x = -4 \Rightarrow x = -2\).
  Vậy C trong C₂H₅OH có SOXH là \(-2\).
• Trong CH₃CHO: Ta tính SOXH trung bình của Carbon.
  Giả sử SOXH của C là \(y\), H là \(+1\), O là \(-2\).
  Công thức: \(2y + 3 \cdot (+1) + (-2) + (+1) = 0 \Rightarrow 2y + 2 = 0 \Rightarrow 2y = -2 \Rightarrow y = -1\).
  Vậy C trong CH₃CHO có SOXH là \(-1\).
  Như vậy, SOXH của C tăng từ \(-2\) lên \(-1\). C₂H₅OH là chất khử.
• Trong K₂Cr₂O₇: Ta tính SOXH của Crom.
  Giả sử SOXH của Cr là \(z\), K là \(+1\), O là \(-2\).
  Công thức: \(2 \cdot (+1) + 2z + 7 \cdot (-2) = 0 \Rightarrow 2 + 2z – 14 = 0 \Rightarrow 2z = 12 \Rightarrow z = +6\).
  Vậy Cr trong K₂Cr₂O₇ có SOXH là \(+6\).
• Trong Cr₂(SO₄)₃: Ta tính SOXH của Crom.
  Gốc sunfat (SO₄) có điện tích \(-2\).
  Giả sử SOXH của Cr là \(t\).
  Công thức: \(2t + 3 \cdot (-2) = 0 \Rightarrow 2t – 6 = 0 \Rightarrow 2t = 6 \Rightarrow t = +3\).
  Vậy Cr trong Cr₂(SO₄)₃ có SOXH là \(+3\).
  Như vậy, SOXH của Cr giảm từ \(+6\) xuống \(+3\). K₂Cr₂O₇ là chất oxi hóa.

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

Từ SOXH đã xác định, chúng ta sẽ viết các quá trình nhường (quá trình oxi hóa) và nhận (quá trình khử) electron. Đầu tiên, chúng ta chỉ tập trung vào các nguyên tố thay đổi SOXH, sau đó mới cân bằng các nguyên tố khác.

• Quá trình oxi hóa (C₂H₅OH \(\rightarrow\) CH₃CHO):
  \[C_2^{-2} \rightarrow C_2^{-1}\]
• Quá trình khử (K₂Cr₂O₇ \(\rightarrow\) Cr₂(SO₄)₃):
  \[Cr_2^{+6} \rightarrow Cr_2^{+3}\]

Bước 3: Cân bằng số nguyên tử của nguyên tố thay đổi SOXH trong mỗi quá trình.

Đảm bảo số nguyên tử của nguyên tố thay đổi SOXH ở hai vế là bằng nhau. Nếu không, ta thêm hệ số thích hợp.

• Quá trình oxi hóa:
  Số nguyên tử C ở hai vế đều là 2. Đã cân bằng.
• Quá trình khử:
  Số nguyên tử Cr ở hai vế đều là 2. Đã cân bằng.

Bước 4: Cân bằng số nguyên tử O bằng H₂O và số nguyên tử H bằng H⁺.

Vì phản ứng xảy ra trong môi trường axit (có H₂SO₄), chúng ta sẽ thêm phân tử H₂O vào vế thiếu Oxi và ion H⁺ vào vế thiếu Hydro. (Lưu ý: Đối với phương trình hữu cơ, việc cân bằng O và H có thể phức tạp hơn. Với phản ứng này, chúng ta sẽ viết cả phân tử chất hữu cơ).

• Quá trình oxi hóa (C₂H₅OH \(\rightarrow\) CH₃CHO):
  \[C_2H_5OH \rightarrow CH_3CHO\]
  – Cân bằng O: Cả hai chất đều có 1 O. Đã cân bằng O.
  – Cân bằng H: Vế trái có \(5+1 = 6\) H. Vế phải có 4 H. Vậy ta thêm \(6-4 = 2H^+\) vào vế phải.
  \[C_2H_5OH \rightarrow CH_3CHO + 2H^+\]
• Quá trình khử (Cr₂O₇^2- \(\rightarrow\) Cr³⁺):
  (Chúng ta sẽ dùng ion Cr₂O₇^2- để dễ cân bằng)
  \[Cr_2O_7^{2-} \rightarrow 2Cr^{3+}\]
  – Cân bằng O: Vế trái có 7 O. Vế phải không có O. Vậy ta thêm \(7H_2O\) vào vế phải.
  \[Cr_2O_7^{2-} \rightarrow 2Cr^{3+} + 7H_2O\]
  – Cân bằng H: Vế trái không có H. Vế phải có \(7 \cdot 2 = 14\) H. Vậy ta thêm \(14H^+\) vào vế trái.
  \[Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ \rightarrow 2Cr^{3+} + 7H_2O\]

Bước 5: Cân bằng điện tích bằng cách thêm electron (e^–).

Số electron nhường hoặc nhận phải tương ứng với sự thay đổi SOXH. Electron mang điện tích âm, được thêm vào vế có điện tích dương lớn hơn (hoặc điện tích âm nhỏ hơn) để cân bằng điện tích.

• Quá trình oxi hóa:
  \[C_2H_5OH \rightarrow CH_3CHO + 2H^+\]
  – Tổng điện tích vế trái: \(0\).
  – Tổng điện tích vế phải: \(+2\) (từ \(2H^+\)).
  – Để cân bằng điện tích, ta thêm \(2e^-\) vào vế phải (từ \(-2\) lên \(-1\) là tăng 1 SOXH cho mỗi C, có 2 C nên tổng tăng \(1 \cdot 2 = 2\)).
  \[C_2H_5OH \rightarrow CH_3CHO + 2H^+ + 2e^- \text{ (nhường 2e)}\]
• Quá trình khử:
  \[Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ \rightarrow 2Cr^{3+} + 7H_2O\]
  – Tổng điện tích vế trái: \((-2) + (+14) = +12\).
  – Tổng điện tích vế phải: \(2 \cdot (+3) = +6\).
  – Để cân bằng điện tích, ta thêm \(6e^-\) vào vế trái (từ \(+6\) xuống \(+3\) là giảm 3 SOXH cho mỗi Cr, có 2 Cr nên tổng giảm \(3 \cdot 2 = 6\)).
  \[Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ + 6e^- \rightarrow 2Cr^{3+} + 7H_2O \text{ (nhận 6e)}\]

Bước 6: Tìm bội số chung nhỏ nhất (BSCNN) của số electron nhường và nhận, rồi nhân hệ số thích hợp cho mỗi quá trình.

Số electron nhường và nhận phải bằng nhau. Ta tìm BSCNN của số electron hai quá trình và nhân chéo các hệ số thích hợp.

• Số electron nhường: 2e^–
• Số electron nhận: 6e^–
• BSCNN(2, 6) = 6.
• Vậy, ta nhân quá trình oxi hóa với \(\frac{6}{2} = 3\).
• Và nhân quá trình khử với \(\frac{6}{6} = 1\).

Ta có:

\[ 3 \times \left( C_2H_5OH \rightarrow CH_3CHO + 2H^+ + 2e^- \right) \]
\[ 1 \times \left( Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ + 6e^- \rightarrow 2Cr^{3+} + 7H_2O \right) \]

Kết quả:

\[ 3C_2H_5OH \rightarrow 3CH_3CHO + 6H^+ + 6e^- \]
\[ Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ + 6e^- \rightarrow 2Cr^{3+} + 7H_2O \]

Bước 7: Cộng hai quá trình và rút gọn các đại lượng giống nhau ở hai vế.

Bước này giúp chúng ta có được phương trình ion rút gọn. Ta cộng tất cả các chất ở vế trái của hai quá trình và tất cả các chất ở vế phải của hai quá trình, sau đó rút gọn các đại lượng trùng lặp (ví dụ: electron, H⁺, H₂O).

Cộng hai quá trình:

\[ 3C_2H_5OH + Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ + 6e^- \rightarrow 3CH_3CHO + 6H^+ + 6e^- + 2Cr^{3+} + 7H_2O \]

Rút gọn \(6e^-\) ở cả hai vế. Rút gọn \(H^+\) (còn \(14H^+ – 6H^+ = 8H^+\) ở vế trái):

\[ 3C_2H_5OH + Cr_2O_7^{2-} + 8H^+ \rightarrow 3CH_3CHO + 2Cr^{3+} + 7H_2O \]

Bước 8: Hoàn thành phương trình hóa học đầy đủ bằng cách thêm các ion hoặc phân tử còn lại.

Từ phương trình ion rút gọn, ta đưa các ion về dạng phân tử ban đầu và bổ sung các ion không tham gia phản ứng oxi hóa – khử nhưng có mặt trong dung dịch (ví dụ: K⁺, SO₄^2-).

• Từ \(Cr_2O_7^{2-}\) ta có 1 phân tử K₂Cr₂O₇.
• Từ \(8H^+\), vì \(H_2SO_4\) cung cấp \(2H^+\) cho mỗi phân tử, nên ta cần \(\frac{8}{2} = 4\) phân tử H₂SO₄.
• Từ \(2Cr^{3+}\), ta có 1 phân tử Cr₂(SO₄)₃.
• Ion K⁺ (từ K₂Cr₂O₇) và SO₄^2- (từ H₂SO₄) sẽ tạo thành K₂SO₄.
  • Ta có 2 K⁺ từ 1 K₂Cr₂O₇, vậy sẽ tạo thành 1 K₂SO₄.
  • Kiểm tra ion SO₄^2-:
    • Vế trái: 4 phân tử H₂SO₄ cung cấp 4 SO₄^2-.
    • Vế phải: 1 phân tử Cr₂(SO₄)₃ có 3 SO₄^2- và 1 phân tử K₂SO₄ có 1 SO₄^2-. Tổng cộng là \(3+1 = 4\) SO₄^2-.

    Số ion SO₄^2- đã cân bằng.

Vậy phương trình đầy đủ là:

\[ 3C_2H_5OH + K_2Cr_2O_7 + 4H_2SO_4 \rightarrow 3CH_3CHO + Cr_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + 7H_2O \]

Bước 9: Kiểm tra lại cân bằng về số nguyên tử của từng nguyên tố và điện tích (nếu có ion).

Đây là bước cuối cùng và cực kỳ quan trọng để đảm bảo rằng phương trình đã được cân bằng chính xác.

• Vế trái:
  • C: \(3 \cdot 2 = 6\)
  • H: \(3 \cdot (5+1) + 4 \cdot 2 = 18 + 8 = 26\)
  • O: \(3 \cdot 1 + 7 + 4 \cdot 4 = 3 + 7 + 16 = 26\)
  • K: \(2\)
  • Cr: \(2\)
  • S: \(4\)
• Vế phải:
  • C: \(3 \cdot 2 = 6\)
  • H: \(3 \cdot 4 + 7 \cdot 2 = 12 + 14 = 26\)
  • O: \(3 \cdot 1 + 3 \cdot 4 + 4 + 7 \cdot 1 = 3 + 12 + 4 + 7 = 26\)
  • K: \(2\)
  • Cr: \(2\)
  • S: \(3 + 1 = 4\)

Tất cả các nguyên tố đều đã được cân bằng về số lượng. Phương trình đã chính xác!

Vậy là chúng ta đã hoàn thành việc cân bằng phương trình này rồi đó các em! Phương trình cuối cùng là:

\[3C_2H_5OH + K_2Cr_2O_7 + 4H_2SO_4 \rightarrow 3CH_3CHO + Cr_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + 7H_2O\]

Các em nhớ rằng, việc luyện tập thường xuyên sẽ giúp các em thành thạo phương pháp này hơn. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi thầy/cô nhé!