Chào các em học sinh yêu quý!
Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập cân bằng phản ứng oxi hóa – khử bằng phương pháp thăng bằng electron và xác định chất oxi hóa, chất khử. Đây là một dạng bài tập rất quan trọng trong chương trình Hóa học lớp 10.
Chúng ta sẽ lần lượt giải hai phản ứng đã cho nhé.

Phản ứng 1: CuO + NH3 -> Cu + N2 + H2O

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng.
Để xác định số oxi hóa, chúng ta áp dụng các quy tắc:
– Số oxi hóa của oxi trong hầu hết các hợp chất là -2.
– Số oxi hóa của hiđro trong hầu hết các hợp chất là +1.
– Số oxi hóa của nguyên tố trong đơn chất bằng 0.
– Tổng số oxi hóa của các nguyên tử trong một phân tử trung hòa bằng 0.

* Trong CuO:
Số oxi hóa của O là -2.
Gọi số oxi hóa của Cu là x.
Ta có: x + (-2) = 0 => x = +2.
Vậy, số oxi hóa của Cu trong CuO là +2.

* Trong NH3:
Số oxi hóa của H là +1.
Gọi số oxi hóa của N là y.
Ta có: y + 3*(+1) = 0 => y = -3.
Vậy, số oxi hóa của N trong NH3 là -3.

* Trong Cu (đơn chất):
Số oxi hóa của Cu là 0.

* Trong N2 (đơn chất):
Số oxi hóa của N là 0.

* Trong H2O:
Số oxi hóa của H là +1.
Số oxi hóa của O là -2.

Bước 2: Xác định các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa.
So sánh số oxi hóa ban đầu và cuối phản ứng:
– Cu: từ +2 (trong CuO) xuống 0 (trong Cu).
– N: từ -3 (trong NH3) lên 0 (trong N2).

Bước 3: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.
* Quá trình oxi hóa (chất khử nhường electron, số oxi hóa tăng):
Nguyên tố N tăng số oxi hóa từ -3 lên 0. Trong phản ứng, N có trong NH3 và tạo ra N2. Cần cân bằng nguyên tố N trước.
2 N^-3 -> N₂⁰ + 6e

* Quá trình khử (chất oxi hóa nhận electron, số oxi hóa giảm):
Nguyên tố Cu giảm số oxi hóa từ +2 xuống 0. Trong phản ứng, Cu có trong CuO và tạo ra Cu.
Cu⁺² + 2e -> Cu⁰

Bước 4: Cân bằng electron.
Để cân bằng electron, chúng ta tìm bội chung nhỏ nhất (BCNN) của số electron cho và nhận. BCNN của 6 và 2 là 6.
– Quá trình oxi hóa: nhân với 1.
– Quá trình khử: nhân với 3.

Bước 5: Đặt hệ số cho các chất có sự thay đổi số oxi hóa.
Từ hệ số trong quá trình cân bằng electron:
– Hệ số của NH3 (chứa N): 2 (do 2 N^-3)
– Hệ số của N2 (chứa N): 1 (do N₂⁰)
– Hệ số của CuO (chứa Cu): 3 (do 3 Cu⁺²)
– Hệ số của Cu (chứa Cu): 3 (do 3 Cu⁰)

Đặt các hệ số này vào phương trình:
3 CuO + 2 NH3 -> 3 Cu + N2 + H2O

Bước 6: Cân bằng các nguyên tố còn lại bằng phương pháp thông thường (cân bằng nguyên tử).
* Cân bằng O:
Vế trái có 3 nguyên tử O (trong 3 CuO).
Vế phải cần 3 nguyên tử O. Đặt hệ số 3 cho H2O.
3 CuO + 2 NH3 -> 3 Cu + N2 + 3 H2O

* Kiểm tra H:
Vế trái có 2 * 3 = 6 nguyên tử H (trong 2 NH3).
Vế phải có 3 * 2 = 6 nguyên tử H (trong 3 H2O).
H đã cân bằng.

* Kiểm tra Cu và N đã cân bằng ở bước 5.

Phương trình cân bằng cuối cùng:
3 CuO + 2 NH3 -> 3 Cu + N2 + 3 H2O

Xác định chất oxi hóa và chất khử:
* Chất khử là chất nhường electron, làm tăng số oxi hóa của nguyên tố. Trong phản ứng này, NH3 là chất khử (vì N trong NH3 có số oxi hóa -3 tăng lên 0).
* Chất oxi hóa là chất nhận electron, làm giảm số oxi hóa của nguyên tố. Trong phản ứng này, CuO là chất oxi hóa (vì Cu trong CuO có số oxi hóa +2 giảm xuống 0).

Phản ứng 2: Cu + HNO3 -> Cu(NO3)2 + NO + H2O

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng.
* Trong Cu (đơn chất): Số oxi hóa của Cu là 0.
* Trong HNO3:
Số oxi hóa của H là +1.
Số oxi hóa của O là -2.
Gọi số oxi hóa của N là z.
Ta có: (+1) + z + 3*(-2) = 0 => z = +5.
Vậy, số oxi hóa của N trong HNO3 là +5.

* Trong Cu(NO3)2:
Trong ion NO3-, số oxi hóa của O là -2, của N là +5.
Nhóm (NO3) mang điện tích -1.
Cu(NO3)2 có công thức là Cu²⁺ và 2(NO3)^–.
Vậy, số oxi hóa của Cu là +2.

* Trong NO:
Số oxi hóa của O là -2.
Gọi số oxi hóa của N là w.
Ta có: w + (-2) = 0 => w = +2.
Vậy, số oxi hóa của N trong NO là +2.

* Trong H2O:
Số oxi hóa của H là +1.
Số oxi hóa của O là -2.

Bước 2: Xác định các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa.
So sánh số oxi hóa ban đầu và cuối phản ứng:
– Cu: từ 0 (trong Cu) lên +2 (trong Cu(NO3)2).
– N: từ +5 (trong HNO3) xuống +2 (trong NO).

Bước 3: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.
* Quá trình oxi hóa:
Nguyên tố Cu tăng số oxi hóa từ 0 lên +2.
Cu⁰ -> Cu⁺² + 2e

* Quá trình khử:
Nguyên tố N giảm số oxi hóa từ +5 xuống +2.
N⁺⁵ + 3e -> N⁺²

Bước 4: Cân bằng electron.
BCNN của 2 và 3 là 6.
– Quá trình oxi hóa: nhân với 3.
– Quá trình khử: nhân với 2.

Bước 5: Đặt hệ số cho các chất có sự thay đổi số oxi hóa.
– Hệ số của Cu: 3.
– Hệ số của HNO3 (chứa N⁺⁵): 3 (nhân với hệ số 3 của quá trình oxi hóa).
– Hệ số của Cu(NO3)2 (chứa Cu⁺²): 3.
– Hệ số của HNO3 (chứa N⁺⁵): 2 (nhân với hệ số 2 của quá trình khử).
– Hệ số của NO (chứa N⁺²): 2.

Chú ý: HNO3 có cả nguyên tố N đã bị khử và nguyên tố N không bị khử (trong nhóm NO3- của Cu(NO3)2). Chúng ta sẽ xử lý phần này ở bước cân bằng nguyên tử.

Đặt các hệ số đã xác định vào phương trình:
3 Cu + (hệ số HNO3) HNO3 -> 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + H2O

Tổng hệ số của HNO3 sẽ là tổng của các nguyên tử N đã bị khử và không bị khử.

Bước 6: Cân bằng các nguyên tố còn lại bằng phương pháp thông thường.
* Cân bằng N:
Trong 3 Cu(NO3)2 có 3 * 2 = 6 nguyên tử N.
Trong 2 NO có 2 nguyên tử N.
Tổng số nguyên tử N ở vế phải là 6 + 2 = 8 nguyên tử N.
Vậy, hệ số của HNO3 ở vế trái là 8.

Phương trình tạm thời là:
3 Cu + 8 HNO3 -> 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + H2O

* Cân bằng H:
Vế trái có 8 nguyên tử H (trong 8 HNO3).
Vế phải cần 8 nguyên tử H. Đặt hệ số 4 cho H2O.
3 Cu + 8 HNO3 -> 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O

* Kiểm tra O:
Vế trái có 8 * 3 = 24 nguyên tử O (trong 8 HNO3).
Vế phải có: 3 (2 3) + 2 1 + 4 1 = 18 + 2 + 4 = 24 nguyên tử O.
O đã cân bằng.

* Kiểm tra Cu và N đã cân bằng ở các bước trước.

Phương trình cân bằng cuối cùng:
3 Cu + 8 HNO3 -> 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O

Xác định chất oxi hóa và chất khử:
* Chất khử: Cu (số oxi hóa tăng từ 0 lên +2).
* Chất oxi hóa: HNO3 (vì N trong HNO3 có số oxi hóa +5 giảm xuống +2 trong NO).

Hy vọng với cách giải chi tiết này, các em đã nắm vững phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa – khử bằng thăng bằng electron cũng như cách xác định chất oxi hóa, chất khử. Hãy luyện tập thêm nhiều bài tập để thành thạo hơn nhé! Chúc các em học tốt!