Chào các em, thầy rất vui khi được cùng các em giải một bài tập cân bằng phản ứng oxi hóa – khử khá thú vị bằng phương pháp thăng bằng electron. Đây là một dạng bài quan trọng trong chương trình Hóa học 10. Các em hãy chú ý theo dõi từng bước nhé!

Chúng ta sẽ tiến hành cân bằng phương trình hóa học này theo các bước sau:

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

Để làm được điều này, chúng ta cần xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong từng chất trước và sau phản ứng.
Trong hợp chất FeS: S có số oxi hóa là -2, vậy Fe có số oxi hóa là +2. Ta viết là \( \overset{+2}{Fe}\overset{-2}{S} \).
Trong axit HNO₃: H là +1, O là -2. Vậy N có số oxi hóa là +5. Ta viết là \( H\overset{+5}{N}O_3 \).
Trong muối Fe(NO₃)₃: Gốc NO₃ có hóa trị I nên số oxi hóa của Fe là +3. Ta viết là \( \overset{+3}{Fe}(NO_3)_3 \).
Trong axit H₂SO₄: H là +1, O là -2. Vậy S có số oxi hóa là +6. Ta viết là \( H_2\overset{+6}{S}O_4 \).
Trong khí N₂O: O là -2. Vậy N có số oxi hóa là +1. Ta viết là \( \overset{+1}{N}_2O \).
Nước (H₂O) không có sự thay đổi số oxi hóa.

Như vậy, các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa là:

• Sắt (Fe) từ +2 tăng lên +3.
• Lưu huỳnh (S) từ -2 tăng lên +6.
• Nitơ (N) từ +5 giảm xuống +1.

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

Quá trình oxi hóa (sự cho electron):
Trong bài này, cả Fe và S trong cùng một phân tử FeS đều nhường electron. Vì vậy, ta sẽ xét chung sự thay đổi số oxi hóa của cả phân tử FeS.
\[ \overset{+2}{Fe}\overset{-2}{S} \longrightarrow \overset{+3}{Fe} + \overset{+6}{S} + 9e \]
(Giải thích: Sắt từ +2 lên +3, nhường 1e. Lưu huỳnh từ -2 lên +6, nhường 8e. Tổng cộng phân tử FeS nhường \(1 + 8 = 9\) electron).

Quá trình khử (sự nhận electron):
Nitơ từ +5 trong HNO₃ nhận electron để tạo thành N⁺¹ trong N₂O.
\[ 2\overset{+5}{N} + 8e \longrightarrow \overset{+1}{N_2} \]
(Giải thích: Mỗi nguyên tử N⁺⁵ nhận 4e để thành N⁺¹. Vì sản phẩm là N₂, ta cần 2 nguyên tử N⁺⁵, do đó tổng số electron nhận là \(2 \times 4 = 8\) electron).

Từ đây, ta xác định được:

• Chất khử: FeS (vì số oxi hóa của Fe và S tăng, là chất nhường electron).
• Chất oxi hóa: HNO₃ (vì số oxi hóa của N giảm, là chất nhận electron).

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp để thăng bằng electron.

Ta cần tìm bội số chung nhỏ nhất của số electron cho và nhận.
\[ BCNN(9, 8) = 72 \]
Sau đó, ta nhân chéo các hệ số:
\[
\begin{array}{c|l}
8 \times & \overset{+2}{Fe}\overset{-2}{S} \longrightarrow \overset{+3}{Fe} + \overset{+6}{S} + 9e \\
9 \times & 2\overset{+5}{N} + 8e \longrightarrow \overset{+1}{N_2} \\
\end{array}
\]

Bước 4: Đặt các hệ số vào phương trình hóa học.

Dựa vào các hệ số vừa tìm được, ta điền vào phương trình:

• Nhân hệ số 8 vào FeS, Fe(NO₃)₃ và H₂SO₄.
• Nhân hệ số 9 vào N₂O.

Ta có phương trình sơ bộ:
\[ 8FeS + HNO_3 \longrightarrow 8Fe(NO_3)_3 + 8H_2SO_4 + 9N_2O + H_2O \]

Bước 5: Cân bằng các nguyên tố còn lại.

Bây giờ, chúng ta sẽ cân bằng các nguyên tố không thay đổi số oxi hóa, thường là kim loại, phi kim, rồi đến Hiđro và cuối cùng là Oxi.

Cân bằng nguyên tố Nitơ (N):
Ở vế phải (sản phẩm), tổng số nguyên tử N là:
Trong 8Fe(NO₃)₃ có: \(8 \times 3 = 24\) nguyên tử N.
Trong 9N₂O có: \(9 \times 2 = 18\) nguyên tử N.
Tổng cộng vế phải có: \(24 + 18 = 42\) nguyên tử N.
Vậy, hệ số của HNO₃ ở vế trái phải là 42.
\[ 8FeS + 42HNO_3 \longrightarrow 8Fe(NO_3)_3 + 8H_2SO_4 + 9N_2O + H_2O \]

Cân bằng nguyên tố Hiđro (H):
Ở vế trái, có 42 nguyên tử H trong 42HNO₃.
Ở vế phải, H có trong H₂SO₄ và H₂O.
Số nguyên tử H trong 8H₂SO₄ là: \(8 \times 2 = 16\) nguyên tử.
Số nguyên tử H còn lại để tạo H₂O là: \(42 – 16 = 26\) nguyên tử.
Vậy số phân tử H₂O là: \(26 \div 2 = 13\).
\[ 8FeS + 42HNO_3 \longrightarrow 8Fe(NO_3)_3 + 8H_2SO_4 + 9N_2O + 13H_2O \]

Bước 6: Kiểm tra lại số nguyên tử Oxi ở hai vế.

Đây là bước cuối cùng để chắc chắn rằng chúng ta đã cân bằng đúng.
Vế trái: Trong 42HNO₃ có \(42 \times 3 = 126\) nguyên tử O.
Vế phải:

• Trong 8Fe(NO₃)₃ có: \(8 \times 3 \times 3 = 72\) nguyên tử O.
• Trong 8H₂SO₄ có: \(8 \times 4 = 32\) nguyên tử O.
• Trong 9N₂O có: \(9 \times 1 = 9\) nguyên tử O.
• Trong 13H₂O có: \(13 \times 1 = 13\) nguyên tử O.

Tổng số nguyên tử O ở vế phải là: \(72 + 32 + 9 + 13 = 126\) nguyên tử O.

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

Phương trình hóa học hoàn chỉnh:
\[ 8FeS + 42HNO_3 \longrightarrow 8Fe(NO_3)_3 + 8H_2SO_4 + 9N_2O + 13H_2O \]

Như vậy là chúng ta đã hoàn thành bài tập. Các em thấy không, chỉ cần làm cẩn thận từng bước, chúng ta có thể cân bằng được cả những phương trình phức tạp nhất. Hãy luyện tập thêm nhiều bài nữa để thành thạo phương pháp này nhé. Chúc các em học tốt