Chào các em, hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau đi phân tích một bài toán về chuỗi phản ứng hóa học, đặc biệt là xác định phản ứng oxi hóa – khử. Đây là một dạng bài tập rất quan trọng trong chương trình Hóa học lớp 11, giúp chúng ta hiểu sâu hơn về sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng.

Chúng ta sẽ lần lượt đi qua từng bước để giải quyết bài tập này.

Bước 1: Phân tích từng phản ứng trong sơ đồ.

Sơ đồ cho chúng ta chuỗi phản ứng sau:
CH4 → C2H2 → C2H4 → C2H4(OH)2 → C2H4(ONa)2

Chúng ta sẽ xem xét từng mũi tên một, viết phương trình hóa học tương ứng và xác định chất tham gia, chất tạo thành.

Phản ứng 1: CH4 → C2H2

Để chuyển từ metan (CH4) thành axetilen (C2H2), chúng ta cần phản ứng nhiệt phân metan ở nhiệt độ cao.
Phương trình phản ứng là:
2CH4 \(\xrightarrow{t^0 cao, xúc tác}\) C2H2 + 3H2

Phản ứng 2: C2H2 → C2H4

Để chuyển từ axetilen (C2H2) thành etilen (C2H4), chúng ta thực hiện phản ứng cộng hiđro.
Phương trình phản ứng là:
C2H2 + H2 \(\xrightarrow{xúc tác}\) C2H4

Phản ứng 3: C2H4 → C2H4(OH)2

Để chuyển từ etilen (C2H4) thành etilen glicol (C2H4(OH)2), chúng ta thực hiện phản ứng cộng nước có xúc tác hoặc phản ứng với dung dịch KMnO4 loãng, lạnh. Tuy nhiên, dựa vào công thức sản phẩm C2H4(OH)2, ta hiểu đây là phản ứng cộng nước hoặc tương tự. Với chương trình lớp 11, phản ứng với nước trong điều kiện thích hợp hoặc phản ứng với dung dịch KMnO4 đều có thể tạo ra sản phẩm này. Giả sử đây là phản ứng cộng nước với xúc tác.
Phương trình phản ứng là:
C2H4 + H2O \(\xrightarrow{axit}\) C2H4(OH)2

Hoặc nếu phản ứng với dung dịch thuốc tím:
3C2H4 + 2KMnO4 + 4H2O \(\rightarrow\) 3C2H4(OH)2 + 2MnO2 + 2KOH

Để đơn giản và phù hợp với việc xác định phản ứng oxi hóa – khử, chúng ta sẽ xem xét phản ứng cộng nước đơn giản hơn, hoặc xét phản ứng với dung dịch brom để thấy rõ sự thay đổi nếu có. Tuy nhiên, theo đề bài, sản phẩm là C2H4(OH)2. Nếu sử dụng dung dịch brom thì sản phẩm sẽ là C2H4Br2. Do đó, chúng ta xem xét phản ứng cộng nước.

Phản ứng 4: C2H4(OH)2 → C2H4(ONa)2

Để chuyển từ etilen glicol (C2H4(OH)2) thành natri etilen glicolat (C2H4(ONa)2), chúng ta thực hiện phản ứng với kim loại kiềm mạnh như Natri (Na).
Phương trình phản ứng là:
C2H4(OH)2 + 2Na \(\rightarrow\) C2H4(ONa)2 + H2

Bước 2: Xác định phản ứng oxi hóa – khử trong từng phản ứng.

Để xác định một phản ứng có phải là phản ứng oxi hóa – khử hay không, chúng ta cần xem xét sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố tham gia phản ứng. Nếu có ít nhất một nguyên tố thay đổi số oxi hóa, đó là phản ứng oxi hóa – khử.

Xét Phản ứng 1: 2CH4 → C2H2 + 3H2
Trong CH4, số oxi hóa của C là -4, H là +1.
Trong C2H2, số oxi hóa của C là -1, H là +1.
Trong H2, số oxi hóa của H là 0.
Số oxi hóa của C thay đổi từ -4 (trong CH4) lên -1 (trong C2H2).
Số oxi hóa của H thay đổi từ +1 (trong CH4) xuống 0 (trong H2).
Vì có sự thay đổi số oxi hóa, đây là phản ứng oxi hóa – khử.

Xét Phản ứng 2: C2H2 + H2 → C2H4
Trong C2H2, số oxi hóa của C là -1, H là +1.
Trong H2, số oxi hóa của H là 0.
Trong C2H4, số oxi hóa của C là -2, H là +1.
Số oxi hóa của C thay đổi từ -1 (trong C2H2) xuống -2 (trong C2H4).
Số oxi hóa của H thay đổi từ 0 (trong H2) lên +1 (trong C2H4).
Vì có sự thay đổi số oxi hóa, đây là phản ứng oxi hóa – khử.

Xét Phản ứng 3: C2H4 + H2O → C2H4(OH)2
Trong C2H4, số oxi hóa của C là -2, H là +1.
Trong H2O, số oxi hóa của H là +1, O là -2.
Trong C2H4(OH)2:
Nhóm -OH: số oxi hóa của O là -2, H là +1.
Phần C2H4: số oxi hóa của C là -2, H là +1.
Số oxi hóa của các nguyên tố C, H, O đều không thay đổi.
Đây không phải là phản ứng oxi hóa – khử.

*Lưu ý: Nếu chúng ta xét phản ứng của C2H4 với dung dịch KMnO4 loãng, lạnh: 3C2H4 + 2KMnO4 + 4H2O \(\rightarrow\) 3C2H4(OH)2 + 2MnO2 + 2KOH.
Trong KMnO4, Mn có số oxi hóa +7. Trong MnO2, Mn có số oxi hóa +4. Số oxi hóa của Mn thay đổi. Do đó, phản ứng này là phản ứng oxi hóa – khử. Tuy nhiên, dựa vào sản phẩm C2H4(OH)2 và sơ đồ chung, phản ứng cộng nước là hợp lý hơn và sản phẩm vẫn là C2H4(OH)2. Để tránh nhầm lẫn, chúng ta sẽ bám sát vào phản ứng cộng nước và kết luận.

Xét Phản ứng 4: C2H4(OH)2 + 2Na → C2H4(ONa)2 + H2
Trong C2H4(OH)2: số oxi hóa của C là -2, H trong nhóm -OH là +1, O là -2, H trong nhóm -OH là +1.
Trong Na, số oxi hóa là 0.
Trong C2H4(ONa)2: số oxi hóa của C là -2, Na là +1, O là -2.
Trong H2, số oxi hóa của H là 0.
Số oxi hóa của Na thay đổi từ 0 (trong Na) lên +1 (trong C2H4(ONa)2).
Số oxi hóa của H trong nhóm -OH thay đổi từ +1 (trong C2H4(OH)2) xuống 0 (trong H2).
Vì có sự thay đổi số oxi hóa, đây là phản ứng oxi hóa – khử.

Bước 3: Đếm số phản ứng oxi hóa – khử.

Qua phân tích ở Bước 2, chúng ta xác định được các phản ứng là oxi hóa – khử là:
– Phản ứng 1: CH4 → C2H2
– Phản ứng 2: C2H2 → C2H4
– Phản ứng 4: C2H4(OH)2 → C2H4(ONa)2

Như vậy, có 3 phản ứng trong sơ đồ trên là phản ứng oxi hóa – khử.

Kết luận:

Có 3 phản ứng trong sơ đồ trên là phản ứng oxi hóa – khử.

Các em nhớ rằng, để xác định một phản ứng có phải là oxi hóa – khử hay không, việc quan trọng nhất là chúng ta phải viết đúng phương trình phản ứng và xác định chính xác số oxi hóa của tất cả các nguyên tố tham gia và tạo thành.

Chúc các em học tốt!