Các em hãy cùng thầy theo dõi từng bước giải nhé!

a) Xác định chất khử, chất oxi hóa, viết các quá trình oxi hóa, khử và viết PTHH xảy ra khi cho hydrogen peroxide tác dụng với KMnO4 trong môi trường H2SO4.

Đầu tiên, để xác định chất khử, chất oxi hóa, chúng ta cần viết được phương trình phản ứng dưới dạng ion rút gọn. Tuy nhiên, với bài tập này, đề bài đã cho biết các sản phẩm sinh ra là O2, MnSO4, K2SO4 và H2O. Chúng ta có thể suy luận từ các chất ban đầu và các sản phẩm này.

Các chất tham gia phản ứng là: H2O2, KMnO4, H2SO4.

Các sản phẩm phản ứng là: O2, MnSO4, K2SO4, H2O.

Để viết được phương trình phản ứng, chúng ta cần xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong các chất.

Trong H2O2: Số oxi hóa của O là -1.
Trong KMnO4: Số oxi hóa của K là +1, của Mn là +7, của O là -2.
Trong H2SO4: Số oxi hóa của H là +1, của S là +6, của O là -2.
Trong O2: Số oxi hóa của O là 0.
Trong MnSO4: Số oxi hóa của Mn là +2, của SO4 là -2 (vậy Mn là +2).
Trong K2SO4: Số oxi hóa của K là +1, của SO4 là -2.
Trong H2O: Số oxi hóa của H là +1, của O là -2.

Quan sát sự thay đổi số oxi hóa:
– Nguyên tố O trong H2O2 từ -1 lên 0 (trong O2). Vậy H2O2 là chất khử.
– Nguyên tố Mn trong KMnO4 từ +7 xuống +2 (trong MnSO4). Vậy KMnO4 là chất oxi hóa.

Bây giờ, chúng ta sẽ viết các quá trình oxi hóa và khử:

Quá trình oxi hóa:
H2O2 (O có số oxi hóa -1) bị oxi hóa thành O2 (số oxi hóa 0).
Ta có: 2O(-1) -> O2(0)
Để cân bằng, ta viết: 2H2O2 -> O2 + 4H+ + 4e-

Quá trình khử:
KMnO4 (Mn có số oxi hóa +7) bị khử thành MnSO4 (Mn có số oxi hóa +2).
Ta có: Mn(+7) + 5e- -> Mn(+2)
Trong môi trường H2SO4, ion MnO4- sẽ nhận electron. Phương trình bán phản ứng là:
MnO4- + 8H+ + 5e- -> Mn2+ + 4H2O

Bây giờ, chúng ta cần cân bằng electron. Bội chung nhỏ nhất của 4 và 5 là 20.
Nhân quá trình oxi hóa với 5, quá trình khử với 4.

5 x (2H2O2 -> O2 + 4H+ + 4e-) => 10H2O2 -> 5O2 + 20H+ + 20e-
4 x (MnO4- + 8H+ + 5e- -> Mn2+ + 4H2O) => 4MnO4- + 32H+ + 20e- -> 4Mn2+ + 16H2O

Cộng hai quá trình lại và rút gọn các ion H+:
10H2O2 + 4MnO4- + 32H+ + 20e- -> 5O2 + 4Mn2+ + 16H2O + 20H+ + 20e-
Rút gọn 20e- ở hai vế:
10H2O2 + 4MnO4- + 12H+ -> 5O2 + 4Mn2+ + 16H2O

Bây giờ, chúng ta viết lại phương trình phân tử, dựa trên các ion và các chất ban đầu:
– 4MnO4- đến từ 4KMnO4.
– 4Mn2+ tạo thành MnSO4, vậy có 4MnSO4.
– 10H2O2 là hydrogen peroxide.
– 12H+ đến từ H2SO4. Ta cần 12H+, mỗi H2SO4 cho 2H+, vậy cần 6H2SO4.
– Sản phẩm O2 là khí oxi.
– Sản phẩm H2O, ta có 16 phân tử.
– Chúng ta còn K2SO4 là sản phẩm phụ. Từ 4KMnO4, ta có 4K+, khi kết hợp với gốc SO42- từ H2SO4, sẽ tạo ra 2K2SO4.

Kiểm tra số nguyên tử:
Vế trái: K: 4, Mn: 4, O: 4*4 + 10*2 = 16 + 20 = 36, H: 10*2 + 12 = 32, S: 6
Vế phải: O: 5*2 + 16 = 10 + 16 = 26, Mn: 4, S: 4 + 2 = 6, K: 4, H: 16*2 = 32

Có sự sai lệch về số nguyên tử O. Chúng ta xem lại quá trình cân bằng.
Ta đã có: 10H2O2 + 4MnO4- + 12H+ -> 5O2 + 4Mn2+ + 16H2O.
Nếu các chất tham gia là: 4KMnO4, 10H2O2, 6H2SO4.
Số nguyên tử H là: 10*2 + 6*2 = 20 + 12 = 32.
Số nguyên tử O là: 4*4 + 10*2 + 6*4 = 16 + 20 + 24 = 60.
Số nguyên tử Mn là: 4.
Số nguyên tử K là: 4.
Số nguyên tử S là: 6.

Sản phẩm: 5O2, 4MnSO4, 16H2O, 2K2SO4.
Số nguyên tử H là: 16*2 = 32.
Số nguyên tử O là: 5*2 + 4*4 + 16*1 + 2*4 = 10 + 16 + 16 + 8 = 50.
Số nguyên tử Mn là: 4.
Số nguyên tử K là: 2*2 = 4.
Số nguyên tử S là: 4 + 2 = 6.

Vẫn chưa cân bằng về O. Chúng ta cần xem lại tỉ lệ mol giữa H2O2 và KMnO4.
Trong quá trình oxi hóa, 2 phân tử H2O2 nhường 4 electron.
Trong quá trình khử, 1 ion MnO4- nhận 5 electron.
Tỉ lệ mol giữa H2O2 và KMnO4 là 5 : 2.
Vậy, nếu có 2 phân tử KMnO4, thì cần 5 phân tử H2O2.

Chúng ta sẽ cân bằng lại phương trình phản ứng với tỉ lệ 5 H2O2 : 2 KMnO4.
2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 -> 5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

Kiểm tra lại:
Vế trái: K: 2, Mn: 2, O: 2*4 + 5*2 + 3*4 = 8 + 10 + 12 = 30, H: 5*2 + 3*2 = 10 + 6 = 16, S: 3
Vế phải: O: 5*2 + 2*4 + 1*4 + 8*1 = 10 + 8 + 4 + 8 = 30, Mn: 2, S: 2 + 1 = 3, K: 2, H: 8*2 = 16

Phương trình đã cân bằng.

Chất khử: H2O2 (Hydrogen peroxide).
Chất oxi hóa: KMnO4 (Potassium permanganate).

Quá trình oxi hóa:
2H2O2 -> O2 + 4H+ + 4e-

Quá trình khử:
2MnO4- + 16H+ + 10e- -> 2Mn2+ + 8H2O
(Tương ứng với 2 phân tử KMnO4)

Phương trình hóa học:
2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 -> 5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

b) Biết rằng các sản phẩm sau phản ứng đều không màu hoặc có màu hồng nhạt còn dung dịch KMnO4 có màu tính. Cho biết hiện tượng thu được khi kết thúc chuẩn độ (Hydrogen peroxide phản ứng hết)

Dung dịch KMnO4 ban đầu có màu tím đặc trưng. Các sản phẩm sau phản ứng như O2, MnSO4, K2SO4, H2O đều không màu hoặc có màu hồng nhạt.
Khi chuẩn độ, chúng ta thêm từ từ dung dịch KMnO4 vào dung dịch H2O2. Phản ứng oxi hóa – khử xảy ra, làm mất màu tím của KMnO4.
Nếu H2O2 chưa phản ứng hết, màu tím của KMnO4 sẽ biến mất ngay khi thêm vào do phản ứng.
Tuy nhiên, khi H2O2 đã phản ứng hết, nghĩa là toàn bộ H2O2 đã chuyển hóa thành sản phẩm, thì việc thêm một giọt KMnO4 dư vào sẽ không còn chất khử để phản ứng. Khi đó, màu tím của giọt KMnO4 dư sẽ tồn tại trong dung dịch, làm cho toàn bộ dung dịch xuất hiện màu tím nhạt bền.

Vậy, hiện tượng thu được khi kết thúc chuẩn độ là:
Khi cho giọt KMnO4 cuối cùng vào, dung dịch chuyển sang màu tím hồng nhạt và màu này giữ được trong một thời gian nhất định (không mất màu trở lại).

c) Chuẩn độ 10ml dung dịch H2O2 bằng dung dịch KMnO4 0,1M trong môi trừng H2SO4 thì hết 5ml dung dịch trên. Tính nồng độ mol của dung dịch hydrogen peroxide trên

Chúng ta đã có phương trình phản ứng cân bằng:
2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 -> 5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

Từ phương trình này, chúng ta có tỉ lệ mol giữa KMnO4 và H2O2 là 2 : 5.
Điều này có nghĩa là: n(KMnO4) / 2 = n(H2O2) / 5

Chúng ta có các dữ kiện sau:
– Thể tích dung dịch H2O2: V(H2O2) = 10 ml = 0,01 L
– Nồng độ mol dung dịch KMnO4: C_M(KMnO4) = 0,1 M
– Thể tích dung dịch KMnO4 đã dùng: V(KMnO4) = 5 ml = 0,005 L

Bây giờ, chúng ta tính số mol KMnO4 đã dùng:
n(KMnO4) = C_M(KMnO4) * V(KMnO4)
n(KMnO4) = 0,1 mol/L * 0,005 L
n(KMnO4) = 0,0005 mol

Dựa vào tỉ lệ mol từ phương trình phản ứng, ta có thể tính số mol H2O2 đã phản ứng:
n(H2O2) = (5 / 2) * n(KMnO4)
n(H2O2) = (5 / 2) * 0,0005 mol
n(H2O2) = 2,5 * 0,0005 mol
n(H2O2) = 0,00125 mol

Cuối cùng, chúng ta tính nồng độ mol của dung dịch H2O2:
C_M(H2O2) = n(H2O2) / V(H2O2)
C_M(H2O2) = 0,00125 mol / 0,01 L
C_M(H2O2) = 0,125 M

Vậy, nồng độ mol của dung dịch hydrogen peroxide là 0,125 M.

Các em thấy không, bài tập này tuy có vẻ phức tạp nhưng nếu chúng ta nắm vững kiến thức về phản ứng oxi hóa – khử và phương pháp chuẩn độ thì hoàn toàn có thể giải quyết được. Quan trọng là phải xác định đúng chất oxi hóa, chất khử, cân bằng đúng phương trình phản ứng và áp dụng đúng công thức tính toán.

Có bạn nào có câu hỏi gì không? Nếu không, chúng ta sẽ dừng bài học tại đây. Chúc các em học tốt!