Chào các em học sinh lớp 11,
Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa – khử này. Đây là một dạng bài tập quan trọng trong chương trình Hóa học.
Phương trình đã cho là:
NH4NO3 + Ca(OH)2 -> Ca(NO3)2 + NH3 + H2O

Chúng ta sẽ áp dụng phương pháp thăng bằng electron để cân bằng phản ứng này.

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng.
Để xác định số oxi hóa, chúng ta dựa vào các quy tắc sau:

• Số oxi hóa của các nguyên tố trong đơn chất bằng 0.
• Số oxi hóa của oxi trong hầu hết các hợp chất là -2.
• Số oxi hóa của hidro trong hầu hết các hợp chất là +1.
• Tổng số oxi hóa của các nguyên tử trong một phân tử trung hòa bằng 0.
• Tổng số oxi hóa của các nguyên tử trong một ion bằng điện tích của ion đó.

Áp dụng vào phương trình:
Trong NH4NO3:

• Hidro (H) có số oxi hóa +1.
• Nitơ (N) trong nhóm NH4+: Đặt số oxi hóa của N là x. Ta có: x + 4*(+1) = +1 => x = -3.
• Oxi (O) có số oxi hóa -2.
• Nitơ (N) trong nhóm NO3-: Đặt số oxi hóa của N là y. Ta có: y + 3*(-2) = -1 => y = +5.

Trong Ca(OH)2:

• Canxi (Ca) thuộc nhóm IIA nên có số oxi hóa +2.
• Oxi (O) có số oxi hóa -2.
• Hidro (H) có số oxi hóa +1.

Trong Ca(NO3)2:

• Canxi (Ca) có số oxi hóa +2.
• Trong nhóm NO3-, Nitơ (N) có số oxi hóa +5.
• Oxi (O) có số oxi hóa -2.

Trong NH3:

• Hidro (H) có số oxi hóa +1.
• Nitơ (N) có số oxi hóa -3.

Trong H2O:

• Hidro (H) có số oxi hóa +1.
• Oxi (O) có số oxi hóa -2.

Vậy, các số oxi hóa là:
NH4NO3: N(-3), N(+5), H(+1), O(-2)
Ca(OH)2: Ca(+2), O(-2), H(+1)
Ca(NO3)2: Ca(+2), N(+5), O(-2)
NH3: N(-3), H(+1)
H2O: H(+1), O(-2)

Bước 2: Xác định chất oxi hóa và chất khử, sự thay đổi số oxi hóa.

• Chất khử là chất nhường electron, có số oxi hóa tăng.
• Chất oxi hóa là chất nhận electron, có số oxi hóa giảm.

Trong phản ứng này, không có nguyên tố nào thay đổi số oxi hóa.
Nitơ ở dạng NH4+ có số oxi hóa -3, và ở dạng NH3 cũng có số oxi hóa -3.
Nitơ ở dạng NO3- có số oxi hóa +5, và ở dạng NO3- trong sản phẩm cũng có số oxi hóa +5.
Các nguyên tố Ca, O, H cũng không thay đổi số oxi hóa.
Đây là một phản ứng trao đổi ion, không phải phản ứng oxi hóa – khử.

Bước 3: Cân bằng phương trình dựa trên nguyên tắc bảo toàn nguyên tố và khối lượng.
Vì đây là phản ứng trao đổi ion, chúng ta sẽ cân bằng dựa trên số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vế.
Phương trình ban đầu: NH4NO3 + Ca(OH)2 -> Ca(NO3)2 + NH3 + H2O

Cân bằng nguyên tố Ca:
Vế trái có 1 Ca, vế phải có 1 Ca. Đã cân bằng.

Cân bằng nhóm NO3-:
Vế trái có 1 nhóm NO3-, vế phải có 2 nhóm NO3-. Chúng ta cần thêm hệ số 2 cho NH4NO3.
2NH4NO3 + Ca(OH)2 -> Ca(NO3)2 + NH3 + H2O

Cân bằng nguyên tố N:
Vế trái có 2 nguyên tử N (từ 2NH4NO3), vế phải có 1 nguyên tử N (trong NH3). Chúng ta cần thêm hệ số 2 cho NH3.
2NH4NO3 + Ca(OH)2 -> Ca(NO3)2 + 2NH3 + H2O

Cân bằng nguyên tố H:
Vế trái có 2 * 4 = 8 nguyên tử H từ 2NH4NO3 và 2 nguyên tử H từ Ca(OH)2, tổng cộng 8 + 2 = 10 nguyên tử H.
Vế phải có 2 * 3 = 6 nguyên tử H từ 2NH3. Chúng ta còn thiếu 10 – 6 = 4 nguyên tử H.
Để có 4 nguyên tử H ở vế phải, chúng ta cần thêm hệ số 2 cho H2O (2 * 2 = 4 nguyên tử H).
2NH4NO3 + Ca(OH)2 -> Ca(NO3)2 + 2NH3 + 2H2O

Cân bằng nguyên tố O:
Vế trái có 2 * 3 = 6 nguyên tử O từ 2NH4NO3 và 2 nguyên tử O từ Ca(OH)2, tổng cộng 6 + 2 = 8 nguyên tử O.
Vế phải có 2 * 3 = 6 nguyên tử O từ Ca(NO3)2 và 2 nguyên tử O từ 2H2O, tổng cộng 6 + 2 = 8 nguyên tử O.
Oxi đã cân bằng.

Bước 4: Kiểm tra lại.
Vế trái:

• Ca: 1
• N: 2
• H: 2*4 + 2 = 10
• O: 2*3 + 2 = 8

Vế phải:

• Ca: 1
• N: 2
• H: 2*3 + 2*2 = 6 + 4 = 10
• O: 2*3 + 2 = 6 + 2 = 8

Các nguyên tố đã cân bằng ở cả hai vế.

Kết quả cuối cùng:
2NH4NO3 + Ca(OH)2 -> Ca(NO3)2 + 2NH3 + 2H2O

Lưu ý: Mặc dù phương trình có sự xuất hiện của các ion amoni (NH4+) và nitrat (NO3-), nhưng trong phản ứng này, không có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố, do đó, nó được phân loại là phản ứng trao đổi ion và được cân bằng theo nguyên tắc bảo toàn nguyên tố thông thường.