Chào các em! Cô rất vui được hướng dẫn các em giải bài tập cân bằng phản ứng oxi hóa – khử bằng phương pháp thăng bằng electron.
Phương pháp này giúp chúng ta xác định chính xác hệ số tỉ lượng trong các phản ứng oxi hóa – khử, vốn thường phức tạp và khó cân bằng bằng phương pháp thông thường.
Chúng ta sẽ cùng nhau đi chi tiết từng bước một nhé.

Bài tập 1: NO2 + NaOH –> NaNO2 + NaNO3 + H2O

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng.
Chúng ta cần xác định số oxi hóa của từng nguyên tố trong các chất tham gia và sản phẩm.

• Trong NO2: O có số oxi hóa -2. Ta có \(x + 2(-2) = 0\), suy ra \(x = +4\). Vậy N có số oxi hóa +4.
• Trong NaOH: Na là kim loại nhóm IA nên có số oxi hóa +1. O có số oxi hóa -2. H có số oxi hóa +1.
• Trong NaNO2: Na có số oxi hóa +1. O có số oxi hóa -2. Ta có \(+1 + y + 2(-2) = 0\), suy ra \(y = +3\). Vậy N có số oxi hóa +3.
• Trong NaNO3: Na có số oxi hóa +1. O có số oxi hóa -2. Ta có \(+1 + z + 3(-2) = 0\), suy ra \(z = +5\). Vậy N có số oxi hóa +5.
• Trong H2O: H có số oxi hóa +1. O có số oxi hóa -2.

Bước 2: Xác định nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa.
Quan sát số oxi hóa đã xác định ở Bước 1, ta thấy:

• Số oxi hóa của N thay đổi từ +4 (trong NO2) xuống +3 (trong NaNO2).
• Số oxi hóa của N thay đổi từ +4 (trong NO2) lên +5 (trong NaNO3).
• Các nguyên tố Na, H, O ở các chất khác không thay đổi số oxi hóa.

Bước 3: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.

• Quá trình khử: Nguyên tố nhận electron làm số oxi hóa giảm.

N(+4) + 1e –> N(+3)
Ta gọi đây là quá trình khử N(+4) xuống N(+3). Số electron nhường/nhận là 1.

• Quá trình oxi hóa: Nguyên tố nhường electron làm số oxi hóa tăng.

N(+4) –> N(+5) + 1e
Ta gọi đây là quá trình oxi hóa N(+4) lên N(+5). Số electron nhường/nhận là 1.

Bước 4: Cân bằng số electron nhường và nhận.
Trong trường hợp này, nguyên tố N trong NO2 vừa bị oxi hóa vừa bị khử. Do đó, chúng ta cần tìm bội chung nhỏ nhất (BCNN) của số electron tham gia vào quá trình oxi hóa và quá trình khử.
Số electron nhận trong quá trình khử là 1.
Số electron nhường trong quá trình oxi hóa là 1.
BCNN(1, 1) = 1.
Vì BCNN là 1, nên ta không cần nhân hệ số gì thêm cho các quá trình này để làm bằng số electron.

Tuy nhiên, ở đây ta thấy cùng một nguyên tử N trong NO2 nhưng lại vừa giảm số oxi hóa xuống +3, vừa tăng lên +5. Điều này có nghĩa là một phần NO2 bị khử, một phần NO2 bị oxi hóa. Chúng ta cần tìm tỉ lệ giữa hai quá trình này.

Để cân bằng số electron, ta có thể nhân quá trình nhận electron với một hệ số và quá trình nhường electron với một hệ số sao cho tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận.

Ở đây, ta có:

• Quá trình khử: N(+4) + 1e –> N(+3) (số e nhận là 1)
• Quá trình oxi hóa: N(+4) –> N(+5) + 1e (số e nhường là 1)

Để cân bằng, ta nhân quá trình nhận electron với 1 và quá trình nhường electron với 1.
N(+4) + 1e –> N(+3) (hệ số 1)
N(+4) –> N(+5) + 1e (hệ số 1)

Tổng số electron nhận là 1 x 1 = 1.
Tổng số electron nhường là 1 x 1 = 1.

Trong phản ứng này, nguyên tử N trong NO2 vừa thể hiện tính oxi hóa (bị khử) vừa thể hiện tính khử (bị oxi hóa). Đây là phản ứng tự oxi hóa – khử.

Số electron nhận là 1. Số electron nhường là 1. BCNN(1,1) = 1.
Ta nhân quá trình nhận với 1, quá trình nhường với 1.

Chúng ta có 1 nguyên tử N trong NO2 nhận 1 electron để về N(+3) trong NaNO2.
Chúng ta có 1 nguyên tử N trong NO2 nhường 1 electron để lên N(+5) trong NaNO3.

Số mol NO2 tham gia vào quá trình khử là 1 phần.
Số mol NO2 tham gia vào quá trình oxi hóa là 1 phần.

Do đó, tỉ lệ giữa NO2 tham gia quá trình khử và NO2 tham gia quá trình oxi hóa là 1:1.

Tổng số mol NO2 tham gia phản ứng sẽ là tổng số mol NO2 tham gia khử và NO2 tham gia oxi hóa. Tức là 1 mol NO2 tạo ra 1 mol NaNO2 (N từ +4 về +3) và 1 mol NO2 tạo ra 1 mol NaNO3 (N từ +4 lên +5).

Điều này có nghĩa là tỉ lệ mol của NO2 tham gia vào hai quá trình là 1:1. Ta cần 1 phân tử NO2 bị khử và 1 phân tử NO2 bị oxi hóa.

Do đó, hệ số cho NO2 sẽ là 1 + 1 = 2.

NO2 + NaOH –> NaNO2 + NaNO3 + H2O

Bước 5: Điền hệ số vào các chất tham gia và sản phẩm tương ứng.
Từ Bước 4, ta xác định được hệ số cho NO2 là 2.

• 2 NO2 + NaOH –> NaNO2 + NaNO3 + H2O

Bây giờ ta cân bằng các nguyên tố còn lại. Ưu tiên cân bằng kim loại, sau đó đến phi kim, cuối cùng là H và O.

• Cân bằng Na: Bên trái có 1 Na (trong NaOH), bên phải có 2 Na (trong NaNO2 và NaNO3). Ta cần hệ số 2 cho NaOH.

2 NO2 + 2 NaOH –> NaNO2 + NaNO3 + H2O

• Cân bằng N: Bên trái có 2 N (trong 2 NO2), bên phải có 1 N (trong NaNO2) + 1 N (trong NaNO3) = 2 N. N đã cân bằng.
• Cân bằng O: Bên trái có 2*2 (trong 2 NO2) + 2*1 (trong 2 NaOH) = 4 + 2 = 6 O.

Bên phải có 2*1 (trong NaNO2) + 3*1 (trong NaNO3) + 1*1 (trong H2O) = 2 + 3 + 1 = 6 O. O đã cân bằng.

• Cân bằng H: Bên trái có 2*1 (trong 2 NaOH) = 2 H.

Bên phải có 2*1 (trong H2O) = 2 H. H đã cân bằng.

Bước 6: Kiểm tra lại sự cân bằng.
Phương trình sau khi cân bằng là:
2 NO2 + 2 NaOH –> NaNO2 + NaNO3 + H2O

Kiểm tra lại:

• Na: 2 bên trái, 1+1=2 bên phải. (Cân bằng)
• N: 2 bên trái, 1+1=2 bên phải. (Cân bằng)
• O: 2*2 + 2*1 = 6 bên trái, 2 + 3 + 1 = 6 bên phải. (Cân bằng)
• H: 2*1 = 2 bên trái, 2*1 = 2 bên phải. (Cân bằng)

Vậy phương trình đã cân bằng đúng.

Bài tập 2: Cl2 + NaOH –> NaCl + NaClO3 + H2O

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng.

• Trong Cl2: Cl có số oxi hóa 0.
• Trong NaOH: Na có số oxi hóa +1, O có số oxi hóa -2, H có số oxi hóa +1.
• Trong NaCl: Na có số oxi hóa +1. Cl có số oxi hóa -1.
• Trong NaClO3: Na có số oxi hóa +1. O có số oxi hóa -2. Ta có \(+1 + y + 3(-2) = 0\), suy ra \(y = +5\). Vậy Cl có số oxi hóa +5.
• Trong H2O: H có số oxi hóa +1, O có số oxi hóa -2.

Bước 2: Xác định nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa.

• Số oxi hóa của Cl thay đổi từ 0 (trong Cl2) xuống -1 (trong NaCl).
• Số oxi hóa của Cl thay đổi từ 0 (trong Cl2) lên +5 (trong NaClO3).
• Các nguyên tố Na, H, O không thay đổi số oxi hóa.

Bước 3: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.

• Quá trình khử:

Cl2(0) + 2e –> 2 Cl(-1)
Mỗi nguyên tử Cl từ 0 xuống -1 nhận 1 electron. Vì Cl2 có 2 nguyên tử Cl, nên cần 2 electron để tạo thành 2 ion Cl-.

• Quá trình oxi hóa:

Cl2(0) –> 2 Cl(+5) + 10e
Mỗi nguyên tử Cl từ 0 lên +5 nhường 5 electron. Vì Cl2 có 2 nguyên tử Cl, nên cần nhường 10 electron để tạo thành 2 ion Cl(với số oxi hóa +5).

Bước 4: Cân bằng số electron nhường và nhận.
Số electron nhận trong quá trình khử là 2.
Số electron nhường trong quá trình oxi hóa là 10.
BCNN(2, 10) = 10.

Để cân bằng, ta nhân quá trình khử với 5 và quá trình oxi hóa với 1:

• Quá trình khử nhân 5: 5 Cl2(0) + 10e –> 10 Cl(-1)
• Quá trình oxi hóa nhân 1: Cl2(0) –> 2 Cl(+5) + 10e

Điều này có nghĩa là:

• 5 phân tử Cl2 tham gia vào quá trình nhận electron (bị khử).
• 1 phân tử Cl2 tham gia vào quá trình nhường electron (bị oxi hóa).

Tổng số phân tử Cl2 tham gia phản ứng là 5 + 1 = 6 phân tử.

Bước 5: Điền hệ số vào các chất tham gia và sản phẩm tương ứng.
Từ Bước 4, ta xác định được hệ số cho Cl2 là 6.

• 6 Cl2 + NaOH –> NaCl + NaClO3 + H2O

Bây giờ ta cân bằng các nguyên tố còn lại.

• Cân bằng Cl: Bên trái có 6*2 = 12 nguyên tử Cl. Bên phải có 1 nguyên tử Cl trong NaCl và 1 nguyên tử Cl trong NaClO3. Tuy nhiên, hệ số electron đã cho chúng ta tỉ lệ, nên ta cần cẩn thận.

Dựa vào quá trình khử và oxi hóa, ta có:
5 phân tử Cl2 tham gia vào quá trình khử, tạo ra 10 ion Cl-. Những ion này sẽ tạo thành 10 phân tử NaCl.
1 phân tử Cl2 tham gia vào quá trình oxi hóa, tạo ra 2 ion Cl(+5). Những ion này sẽ tạo thành 2 phân tử NaClO3.
Vậy, hệ số cho NaCl là 10 và hệ số cho NaClO3 là 2.
6 Cl2 + NaOH –> 10 NaCl + 2 NaClO3 + H2O

• Cân bằng Na: Bên phải có 10 Na (trong 10 NaCl) + 2 Na (trong 2 NaClO3) = 12 Na.

Ta cần hệ số 12 cho NaOH.
6 Cl2 + 12 NaOH –> 10 NaCl + 2 NaClO3 + H2O

• Cân bằng O: Bên trái có 12*1 = 12 O (trong 12 NaOH).

Bên phải có 2*3 (trong 2 NaClO3) + 1*1 (trong H2O) = 6 + 1 = 7 O.

Ta cần 12 nguyên tử O ở bên phải. Hiện tại mới có 6 nguyên tử O từ NaClO3. Chúng ta cần thêm 12 – 6 = 6 nguyên tử O nữa từ H2O.

Điều này có nghĩa là ta cần 6 phân tử H2O.
6 Cl2 + 12 NaOH –> 10 NaCl + 2 NaClO3 + 6 H2O

• Cân bằng H: Bên trái có 12*1 = 12 H (trong 12 NaOH).

Bên phải có 6*2 = 12 H (trong 6 H2O). H đã cân bằng.

Bước 6: Kiểm tra lại sự cân bằng.
Phương trình sau khi cân bằng là:
6 Cl2 + 12 NaOH –> 10 NaCl + 2 NaClO3 + 6 H2O

Kiểm tra lại:

• Cl: 6*2 = 12 bên trái, 10 + 2 = 12 bên phải. (Cân bằng)
• Na: 12 bên trái, 10 + 2 = 12 bên phải. (Cân bằng)
• O: 12*1 = 12 bên trái, 2*3 + 6*1 = 6 + 6 = 12 bên phải. (Cân bằng)
• H: 12*1 = 12 bên trái, 6*2 = 12 bên phải. (Cân bằng)

Vậy phương trình đã cân bằng đúng.

Hy vọng với cách trình bày chi tiết từng bước như vậy, các em có thể hiểu rõ hơn về phương pháp thăng bằng electron. Nếu có bất kỳ câu hỏi nào, đừng ngần ngại hỏi cô nhé!