Xin chào các em! Hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau cân bằng một phản ứng hóa học khá thú vị, đó là phản ứng giữa đồng (Cu) và axit sunfuric đặc (H₂SO₄). Phản ứng này sẽ tạo ra đồng sunfat (CuSO₄), khí lưu huỳnh đioxit (SO₂) và nước (H₂O).

Phương trình phản ứng chưa cân bằng của chúng ta là:
Cu + H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + H₂O

Chúng ta sẽ sử dụng phương pháp thăng bằng electron để cân bằng phản ứng này. Đây là một phương pháp rất hiệu quả, đặc biệt với các phản ứng oxi hóa – khử.

Các bước thực hiện như sau:

Bước 1: Xác định các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa.
Chúng ta sẽ viết số oxi hóa của từng nguyên tử trong các chất tham gia và sản phẩm.

– Trong Cu (kim loại tự do): Số oxi hóa của Cu là 0.
– Trong H₂SO₄:
– Số oxi hóa của H là +1.
– Số oxi hóa của O là -2.
– Gọi số oxi hóa của S là x. Ta có: 2*(+1) + x + 4*(-2) = 0 => 2 + x – 8 = 0 => x = +6. Vậy số oxi hóa của S là +6.
– Trong CuSO₄:
– Số oxi hóa của Cu là +2 (vì SO₄²⁻ có điện tích -2).
– Số oxi hóa của S là +6 (như trên).
– Số oxi hóa của O là -2.
– Trong SO₂:
– Số oxi hóa của O là -2.
– Gọi số oxi hóa của S là y. Ta có: y + 2*(-2) = 0 => y – 4 = 0 => y = +4. Vậy số oxi hóa của S là +4.
– Trong H₂O:
– Số oxi hóa của H là +1.
– Số oxi hóa của O là -2.

Quan sát các số oxi hóa, ta thấy:
– Số oxi hóa của Cu tăng từ 0 lên +2.
– Số oxi hóa của S giảm từ +6 xuống +4.

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

– Quá trình oxi hóa (nguyên tố nhường electron):
Nguyên tố Cu đã tăng số oxi hóa từ 0 lên +2, tức là nó đã nhường 2 electron.
Cu⁰ → Cu²⁺ + 2e

– Quá trình khử (nguyên tố nhận electron):
Nguyên tố S trong H₂SO₄ có số oxi hóa +6 đã giảm xuống +4 trong SO₂, tức là nó đã nhận electron. Để từ +6 xuống +4, S nhận 2 electron.
S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴

Bước 3: Nhân các hệ số electron để hai quá trình oxi hóa và khử bằng nhau.
Số electron nhường (2e) bằng số electron nhận (2e) đã bằng nhau. Vậy hệ số của quá trình oxi hóa và quá trình khử đều là 1.

Bước 4: Đặt hệ số vào phương trình hóa học.
Dựa vào các hệ số tìm được ở Bước 3, chúng ta sẽ đặt vào phương trình hóa học ban đầu.

– Quá trình oxi hóa: Cu → Cu²⁺. Hệ số là 1. Điều này có nghĩa là 1 nguyên tử Cu phản ứng. Trong phương trình, Cu tạo ra CuSO₄ (trong đó Cu có số oxi hóa +2), nên hệ số của CuSO₄ là 1.
– Quá trình khử: S⁺⁶ → S⁺⁴. Hệ số là 1. Điều này có nghĩa là 1 nguyên tử S trong H₂SO₄ chuyển thành S trong SO₂. Vậy hệ số của SO₂ là 1.

Phương trình bây giờ có dạng:
Cu + H₂SO₄ → 1 CuSO₄ + 1 SO₂ + H₂O

Bước 5: Kiểm tra và cân bằng các nguyên tố còn lại.
Bây giờ chúng ta sẽ đếm số nguyên tử của các nguyên tố ở hai vế để cân bằng nốt.

– Vế trái:
– Cu: 1
– H: 2 (trong H₂SO₄)
– S: 1 (trong H₂SO₄)
– O: 4 (trong H₂SO₄)
– Vế phải:
– Cu: 1 (trong CuSO₄)
– S: 1 (trong SO₂)
– O: 4 (trong CuSO₄) + 2 (trong SO₂) = 6
– H: Chưa biết (trong H₂O)

Ta thấy nguyên tố O ở vế phải đang nhiều hơn ở vế trái. Vấn đề nằm ở hệ số của H₂O.
Nguyên tố H ở vế trái là 2. Để cân bằng H ở vế phải, ta cần 2 nguyên tử H. Trong H₂O, mỗi phân tử có 2 nguyên tử H. Vậy ta cần 1 phân tử H₂O.
Cu + H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + 1 H₂O

Bây giờ chúng ta kiểm tra lại lần cuối:
– Vế trái:
– Cu: 1
– H: 2
– S: 1
– O: 4
– Vế phải:
– Cu: 1
– S: 1 (trong SO₂) + 1 (trong CuSO₄) = 2. À, chỗ này sai rồi. Hệ số của S trong CuSO₄ là 1. Vậy ta đang nhầm lẫn. Quay lại bước 4.

Quay lại Bước 4:
– Quá trình oxi hóa: Cu⁰ → Cu²⁺. Số oxi hóa tăng 2. Hệ số electron nhường là 2.
– Quá trình khử: S⁺⁶ → S⁺⁴. Số oxi hóa giảm 2. Hệ số electron nhận là 2.
Hai hệ số electron đã bằng nhau (2 và 2).

Hệ số của Cu (chất bị oxi hóa) là 1. Hệ số của S trong SO₂ (sản phẩm của sự khử) là 1.
Ta có: Cu + H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + H₂O
Đặt hệ số 1 cho Cu và 1 cho SO₂.

Bây giờ cân bằng nguyên tố S.
Vế trái: 1 S trong H₂SO₄.
Vế phải: 1 S trong CuSO₄ và 1 S trong SO₂. Tổng cộng là 2 S.
Điều này có nghĩa là chúng ta cần 2 phân tử H₂SO₄ ở vế trái để cung cấp đủ S cho cả CuSO₄ và SO₂.

Phương trình tạm thời:
Cu + 2 H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + H₂O

Bây giờ cân bằng các nguyên tố còn lại:
– Cu: Vế trái 1, vế phải 1 (trong CuSO₄). Đã cân bằng.
– S: Vế trái 2 (trong 2 H₂SO₄), vế phải 1 (trong CuSO₄) + 1 (trong SO₂) = 2. Đã cân bằng.
– H: Vế trái 2 * 2 = 4 (trong 2 H₂SO₄). Vế phải cần 4 nguyên tử H. Để có 4 nguyên tử H, ta cần 2 phân tử H₂O (vì mỗi phân tử H₂O có 2 nguyên tử H).
Cu + 2 H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + 2 H₂O

– O: Vế trái 2 4 = 8 (trong 2 H₂SO₄). Vế phải 4 (trong CuSO₄) + 2 (trong SO₂) + 2 1 (trong 2 H₂O) = 4 + 2 + 2 = 8. Đã cân bằng.

Vậy phương trình hóa học đã được cân bằng là:
Cu + 2 H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + 2 H₂O

Các em thấy không, phương pháp thăng bằng electron giúp chúng ta xác định đúng các chất tham gia và sản phẩm có sự thay đổi số oxi hóa, từ đó đặt hệ số một cách logic.

Chúc các em học tốt môn Hóa học!