Chào các em, cô là giáo viên Hóa học của các em đây. Hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục bài tập cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa – khử này nhé.

Phương trình phản ứng của chúng ta là:
Cu + HNO3 ➡ ️ Cu(NO3)2 + NO + NO2 + H2O

Đây là một phản ứng oxi hóa – khử phức tạp vì có nhiều sản phẩm khử của Nitơ. Chúng ta sẽ sử dụng phương pháp thăng bằng electron để cân bằng phương trình này.

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng.
Chúng ta sẽ xét các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa.
Trong Cu: số oxi hóa là 0.
Trong HNO3: H là +1, O là -2, vậy N có số oxi hóa là +5.
Trong Cu(NO3)2: Cu là +2, nhóm NO3 có điện tích -1.
Trong NO: O là -2, vậy N có số oxi hóa là +2.
Trong NO2: O là -2, vậy N có số oxi hóa là +4.
Trong H2O: H là +1, O là -2.

Bước 2: Xác định các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa và viết các bán phản ứng oxi hóa – khử.
Nguyên tố Cu có sự thay đổi số oxi hóa từ 0 lên +2. Đây là quá trình oxi hóa.
Bán phản ứng oxi hóa:
Cu⁰ ➡ Cu⁺² + 2e

Nguyên tố N có sự thay đổi số oxi hóa từ +5 trong HNO3. Tuy nhiên, sản phẩm cho thấy N có thể có hai trạng thái oxi hóa khác nhau là +2 (trong NO) và +4 (trong NO2). Điều này có nghĩa là một phần HNO3 bị khử thành NO và một phần bị khử thành NO2.
Ta sẽ xét hai quá trình khử riêng biệt:
Quá trình 1: N⁺⁵ nhận electron tạo thành NO (N⁺²).
N⁺⁵ + 3e ➡ N⁺²

Quá trình 2: N⁺⁵ nhận electron tạo thành NO2 (N⁺⁴).
N⁺⁵ + 1e ➡ N⁺⁴

Bước 3: Quy đổi về cùng một số electron nhận được hoặc nhường đi.
Chúng ta có electron nhường là 2e của Cu.
Chúng ta có electron nhận là 3e cho NO và 1e cho NO2.

Để quy đổi, chúng ta cần tìm bội chung nhỏ nhất (BCNN) của các hệ số electron. Tuy nhiên, do có hai sản phẩm khử của Nitơ, chúng ta cần đặt hệ số cho NO và NO2 trước khi tìm BCNN.

Ở đây, chúng ta sẽ sử dụng “phương pháp chéo” để tìm tỉ lệ giữa các hệ số của NO và NO2.
Tỉ lệ số oxi hóa giảm của Nitơ:
N⁺⁵ ➡ N⁺² (giảm 3 đơn vị)
N⁺⁵ ➡ N⁺⁴ (giảm 1 đơn vị)

Tỉ lệ này cho chúng ta thấy nếu chỉ có NO thì tỉ lệ electron nhường và nhận là 2:3. Nếu chỉ có NO2 thì tỉ lệ là 2:1. Do cả hai đều tồn tại, ta sẽ lấy tỉ lệ nghịch đảo của số electron nhận:
Tỉ lệ giữa NO và NO2 sẽ là 1:3 (lấy tỉ lệ nghịch của 3 và 1).
Nghĩa là, cứ 1 phân tử NO tạo thành thì có 3 phân tử NO2 tạo thành.
Hoặc nói cách khác, tỉ lệ hệ số của NO và NO2 là 1:3.

Bước 4: Cân bằng electron dựa trên tỉ lệ xác định.
Giả sử hệ số của NO là 1a và hệ số của NO2 là 3a.
Tổng số electron nhận từ cả hai quá trình sẽ là: 1a 3e + 3a 1e = 3a + 3a = 6a electron.

Số electron nhường bởi Cu là 2e.
Để số electron nhường bằng số electron nhận, ta có:
2 * (hệ số của Cu) = 6a
Vậy, hệ số của Cu sẽ là 3a.

Để đơn giản, ta chọn giá trị nhỏ nhất cho a, ví dụ a = 1.
Khi đó:
Hệ số của NO là 1.
Hệ số của NO2 là 3.
Hệ số của Cu là 3.

Bước 5: Điền các hệ số tìm được vào phương trình và cân bằng các nguyên tố còn lại.
Ta có phương trình ban đầu với các hệ số vừa tìm được:
3 Cu + HNO3 ➡ 3 Cu(NO3)2 + 1 NO + 3 NO2 + H2O

Bây giờ, chúng ta sẽ cân bằng nguyên tố Nitơ.
Bên trái có N trong HNO3. Bên phải có N trong Cu(NO3)2, NO và NO2.
Số nguyên tử N ở vế phải:
Trong 3 Cu(NO3)2: 3 * 2 = 6 nguyên tử N
Trong 1 NO: 1 nguyên tử N
Trong 3 NO2: 3 nguyên tử N
Tổng số nguyên tử N ở vế phải là: 6 + 1 + 3 = 10 nguyên tử N.

Do đó, số phân tử HNO3 ở vế trái phải là 10.
Ta có phương trình:
3 Cu + 10 HNO3 ➡ 3 Cu(NO3)2 + 1 NO + 3 NO2 + H2O

Cuối cùng, cân bằng nguyên tố Oxi (hoặc Hydro).
Cân bằng Oxi:
Vế trái: 10 phân tử HNO3 có 10 * 3 = 30 nguyên tử Oxi.
Vế phải:
Trong 3 Cu(NO3)2: 3 2 3 = 18 nguyên tử Oxi.
Trong 1 NO: 1 nguyên tử Oxi.
Trong 3 NO2: 3 * 2 = 6 nguyên tử Oxi.
Tổng số nguyên tử Oxi ở vế phải (trừ trong H2O) là: 18 + 1 + 6 = 25 nguyên tử Oxi.
Số nguyên tử Oxi còn lại trong H2O là: 30 – 25 = 5 nguyên tử Oxi.
Để có 5 nguyên tử Oxi, ta cần 5 phân tử H2O.
Tuy nhiên, phương trình của chúng ta đã có 10 HNO3 và ta đã cân bằng Hydro ở bước tiếp theo. Hãy kiểm tra lại bước cân bằng Nitơ.

Kiểm tra lại bước cân bằng Nitơ:
Vế phải có 10 nguyên tử N (từ 3 Cu(NO3)2, 1 NO, 3 NO2).
Vậy vế trái cần có 10 HNO3.
Phương trình lúc này là: 3 Cu + 10 HNO3 ➡ 3 Cu(NO3)2 + 1 NO + 3 NO2 + H2O

Bây giờ ta cân bằng nguyên tố Hydro (H):
Vế trái có 10 nguyên tử H (trong 10 HNO3).
Vế phải có H trong H2O. Để có 10 nguyên tử H, ta cần 5 phân tử H2O.
Phương trình trở thành:
3 Cu + 10 HNO3 ➡ 3 Cu(NO3)2 + 1 NO + 3 NO2 + 5 H2O

Bước 6: Kiểm tra lại sự cân bằng của tất cả các nguyên tố.
Vế trái:
Cu: 3
H: 10
N: 10
O: 10 * 3 = 30

Vế phải:
Cu: 3
N: (3 * 2) + 1 + 3 = 6 + 1 + 3 = 10
O: (3 2 3) + 1 + (3 2) + (5 1) = 18 + 1 + 6 + 5 = 30
H: 5 * 2 = 10

Tất cả các nguyên tố đều đã cân bằng.

Vậy phương trình hóa học đã cân bằng là:
3 Cu + 10 HNO3 ➡ 3 Cu(NO3)2 + NO + 3 NO2 + 5 H2O

Chúc mừng các em đã hoàn thành bài tập! Phương pháp thăng bằng electron là một công cụ rất mạnh mẽ để giải quyết các bài toán cân bằng phương trình oxi hóa – khử phức tạp. Các em hãy luyện tập thêm nhiều bài tập tương tự để thành thạo hơn nhé!