Hôm nay, cô sẽ hướng dẫn các em giải chi tiết hai bài tập cân bằng phản ứng oxi hóa – khử bằng phương pháp thăng bằng electron. Đây là một dạng bài tập rất quan trọng trong chương trình Hóa học lớp 10. Các em hãy chú ý theo dõi từng bước nhé!

PHẢN ỨNG 1: CuO + NH3 -> Cu + N2 + H2O

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa.
Để xác định số oxi hóa, chúng ta áp dụng các quy tắc đã học.
– Trong hợp chất CuO: O có số oxi hóa là -2, vậy Cu có số oxi hóa là +2. Ta viết là \( \text{Cu}^{+2}\text{O}^{-2} \).
– Trong phân tử NH3: H có số oxi hóa là +1, vậy N có số oxi hóa là -3. Ta viết là \( \text{N}^{-3}\text{H}^{+1}_3 \).
– Cu ở dạng đơn chất nên có số oxi hóa là 0. Ta viết là \( \text{Cu}^{0} \).
– N2 ở dạng đơn chất nên có số oxi hóa là 0. Ta viết là \( \text{N}_2^{0} \).
– Trong H2O, H là +1 và O là -2, không thay đổi.

Như vậy, các nguyên tố thay đổi số oxi hóa là Cu (từ +2 xuống 0) và N (từ -3 lên 0).

Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.
– Quá trình nguyên tử N nhường electron (số oxi hóa tăng) là quá trình oxi hóa.
Lưu ý: Phân tử sản phẩm là N2, nên ta phải cân bằng 2 nguyên tử N ngay từ đầu.
\[ 2\text{N}^{-3} \rightarrow \text{N}_2^{0} + 6e \]
– Quá trình ion Cu⁺² nhận electron (số oxi hóa giảm) là quá trình khử.
\[ \text{Cu}^{+2} + 2e \rightarrow \text{Cu}^{0} \]

Bước 3: Tìm bội số chung nhỏ nhất của số electron nhường và nhận, sau đó nhân hệ số.
– Số electron nhường là 6.
– Số electron nhận là 2.
Bội số chung nhỏ nhất của 6 và 2 là 6.
– Ta lấy \( 6 \div 6 = 1 \). Nhân 1 vào quá trình oxi hóa.
– Ta lấy \( 6 \div 2 = 3 \). Nhân 3 vào quá trình khử.

Ta có:
\[
\begin{array}{l|l}
1 \times & 2\text{N}^{-3} \rightarrow \text{N}_2^{0} + 6e \\
3 \times & \text{Cu}^{+2} + 2e \rightarrow \text{Cu}^{0} \\
\end{array}
\]

Bước 4: Đặt các hệ số vào phương trình phản ứng và cân bằng.
– Đặt hệ số 3 vào Cu và CuO: \( 3\text{CuO} + \text{NH}_3 \rightarrow 3\text{Cu} + \text{N}_2 + \text{H}_2\text{O} \)
– Đặt hệ số cho N: Ta có \( 2\text{N}^{-3} \) nên đặt 2 vào NH3, và \( 1\text{N}_2^{0} \) nên đặt 1 vào N2 (không cần ghi).
\( 3\text{CuO} + 2\text{NH}_3 \rightarrow 3\text{Cu} + \text{N}_2 + \text{H}_2\text{O} \)
– Cuối cùng, ta đếm số nguyên tử H ở vế trái để cân bằng H2O ở vế phải. Vế trái có \( 2 \times 3 = 6 \) nguyên tử H. Vậy ta đặt hệ số 3 vào H2O.
\( 3\text{CuO} + 2\text{NH}_3 \rightarrow 3\text{Cu} + \text{N}_2 + 3\text{H}_2\text{O} \)
– Kiểm tra lại số nguyên tử O hai vế: vế trái có 3 O, vế phải có 3 O. Phương trình đã cân bằng.

Bước 5: Xác định chất khử và chất oxi hóa.
– Chất khử là chất nhường electron, có số oxi hóa tăng. Trong phản ứng này, N có số oxi hóa tăng từ -3 lên 0. Vậy chất khử là NH3. (Quá trình của chất khử là quá trình oxi hóa).
– Chất oxi hóa là chất nhận electron, có số oxi hóa giảm. Trong phản ứng này, Cu có số oxi hóa giảm từ +2 xuống 0. Vậy chất oxi hóa là CuO. (Quá trình của chất oxi hóa là quá trình khử).

Phương trình hoàn chỉnh: 3CuO + 2NH3 -> 3Cu + N2 + 3H2O

PHẢN ỨNG 2: Cu + HNO3 -> Cu(NO3)2 + NO + H2O

Bước 1: Xác định số oxi hóa.
– Cu đơn chất có số oxi hóa là 0 (\( \text{Cu}^0 \)).
– Trong HNO3: H là +1, O là -2, vậy N là +5 (\( \text{H}^{+1}\text{N}^{+5}\text{O}^{-2}_3 \)).
– Trong Cu(NO3)2: Cu có số oxi hóa +2 (\( \text{Cu}^{+2} \)). N trong gốc NO3 vẫn là +5.
– Trong NO: O là -2, vậy N là +2 (\( \text{N}^{+2}\text{O}^{-2} \)).
– H2O không đổi.

Các nguyên tố thay đổi số oxi hóa là Cu (từ 0 lên +2) và N (từ +5 xuống +2).

Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.
– Quá trình oxi hóa (Cu nhường electron):
\[ \text{Cu}^{0} \rightarrow \text{Cu}^{+2} + 2e \]
– Quá trình khử (N⁺⁵ nhận electron):
\[ \text{N}^{+5} + 3e \rightarrow \text{N}^{+2} \]

Bước 3: Tìm bội số chung nhỏ nhất và nhân hệ số.
– Số electron nhường là 2.
– Số electron nhận là 3.
Bội số chung nhỏ nhất của 2 và 3 là 6.
– Ta lấy \( 6 \div 2 = 3 \). Nhân 3 vào quá trình oxi hóa.
– Ta lấy \( 6 \div 3 = 2 \). Nhân 2 vào quá trình khử.

Ta có:
\[
\begin{array}{l|l}
3 \times & \text{Cu}^{0} \rightarrow \text{Cu}^{+2} + 2e \\
2 \times & \text{N}^{+5} + 3e \rightarrow \text{N}^{+2} \\
\end{array}
\]

Bước 4: Đặt các hệ số vào phương trình và cân bằng.
– Từ các hệ số vừa nhân, ta đặt 3 vào Cu, 3 vào Cu(NO3)2 và 2 vào NO.
\( 3\text{Cu} + \text{HNO}_3 \rightarrow 3\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO} + \text{H}_2\text{O} \)
– Bây giờ, ta cân bằng nguyên tố N. Ta đếm tổng số nguyên tử N ở vế phải.
Số N trong \( 3\text{Cu(NO}_3)_2 \) là \( 3 \times 2 = 6 \) N.
Số N trong \( 2\text{NO} \) là 2 N.
Tổng số nguyên tử N ở vế phải là \( 6 + 2 = 8 \) N.
Vậy, ta đặt hệ số 8 vào HNO3 ở vế trái.
\( 3\text{Cu} + 8\text{HNO}_3 \rightarrow 3\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO} + \text{H}_2\text{O} \)
– Cuối cùng, cân bằng nguyên tử H. Vế trái có 8 H trong \( 8\text{HNO}_3 \). Vậy ta đặt hệ số 4 vào H2O ở vế phải.
\( 3\text{Cu} + 8\text{HNO}_3 \rightarrow 3\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO} + 4\text{H}_2\text{O} \)
– Kiểm tra lại O: Vế trái có \( 8 \times 3 = 24 \) O. Vế phải có \( 3 \times (2 \times 3) + 2 + 4 = 18 + 2 + 4 = 24 \) O. Phương trình đã cân bằng.

Bước 5: Xác định chất khử và chất oxi hóa.
– Chất khử là Cu, vì có số oxi hóa tăng từ 0 lên +2.
– Chất oxi hóa là HNO3, vì chứa N⁺⁵ có số oxi hóa giảm xuống +2.
Trong phản ứng này, HNO3 vừa đóng vai trò là chất oxi hóa, vừa đóng vai trò là môi trường tạo muối Cu(NO3)2.

Phương trình hoàn chỉnh: 3Cu + 8HNO3 -> 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Cô hy vọng qua hai ví dụ chi tiết này, các em đã nắm vững hơn phương pháp thăng bằng electron. Hãy luyện tập thêm các bài tập tương tự trong sách giáo khoa và sách bài tập nhé. Chúc các em học tốt