H2O2 + KMnO4 + H2SO4 => O2 + MnSO2 + K2SO4 + H2O cân = theo thăng = e

Chào các em học sinh yêu quý! Hôm nay, thầy trò chúng ta sẽ cùng nhau “chinh phục” một bài tập cân bằng phản ứng hóa học bằng phương pháp thăng bằng electron – một trong những phương pháp rất quan trọng và thú vị trong Hóa học lớp 10 của chúng ta nhé!

Để giải quyết bài tập này, chúng ta sẽ đi theo các bước tuần tự sau đây. Các em hãy chú ý theo dõi thật kỹ để nắm vững phương pháp nhé!

Phương pháp cân bằng electron (hay còn gọi là phương pháp thăng bằng oxi hóa – khử) được áp dụng khi trong phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của một hoặc nhiều nguyên tố, tức là có sự nhường và nhận electron. Phương pháp này giúp chúng ta cân bằng chính xác số lượng nguyên tử của từng nguyên tố và tổng số điện tích hai vế của phương trình phản ứng, dựa trên nguyên tắc “tổng số electron cho bằng tổng số electron nhận”.

Lời giải chi tiết:

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố có sự thay đổi trong phản ứng.

Chúng ta cùng nhau xác định số oxi hóa của từng nguyên tố trong các chất tham gia và sản phẩm:

• Trong $H_2{O}_2$: Hydro có số oxi hóa $+1$, vậy Oxygen có số oxi hóa $-1$.
• Trong $KMn{O}_4$: Kali có số oxi hóa $+1$, Oxygen có số oxi hóa $-2$. Để tổng số oxi hóa bằng 0, Mangan phải có số oxi hóa $+7$ ($+1+x+4\cdot (-2)=0⟹x=+7$).
• Trong $H_{2}S{O}_4$: Hydro có số oxi hóa $+1$, Oxygen có số oxi hóa $-2$, Lưu huỳnh có số oxi hóa $+6$.
• Trong $O_2$ (đơn chất): Oxygen có số oxi hóa $0$.
• Trong $MnS{O}_4$: Gốc $S{O}_4$ có điện tích $-2$, vậy Mangan có số oxi hóa $+2$.
• Trong $K_{2}S{O}_4$: Kali có số oxi hóa $+1$, gốc $S{O}_4$ có điện tích $-2$, vậy Lưu huỳnh có số oxi hóa $+6$.
• Trong $H_{2}O$: Hydro có số oxi hóa $+1$, Oxygen có số oxi hóa $-2$.

Các nguyên tố thay đổi số oxi hóa là:

• Oxygen: từ $\stackrel{-1}{O}$ (trong $H_2{O}_2$) lên $\stackrel{0}{O}$ (trong $O_2$).
• Mangan: từ $\stackrel{+7}{Mn}$ (trong $KMn{O}_4$) xuống $\stackrel{+2}{Mn}$ (trong $MnS{O}_4$).

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

Dựa vào sự thay đổi số oxi hóa, chúng ta có:

• Quá trình oxi hóa (nhường electron): Oxygen trong $H_2{O}_2$ nhường electron.
  
  Mỗi nguyên tử O từ $-1$ lên $0$ nhường $1$ electron. Vì trong $H_2{O}_2$ và $O_2$ đều có $2$ nguyên tử O, nên chúng ta sẽ có:
  $$\stackrel{-1}{O}{H}_2{O}_2⟶\stackrel{0}{O}{O}_2+2e$$
  (Ở đây, 2 nguyên tử O từ $-1$ lên $0$ nên tổng cộng nhường $2\cdot 1=2$ electron). $H_2{O}_2$ là chất khử.
• Quá trình khử (nhận electron): Mangan trong $KMn{O}_4$ nhận electron.
  
  Mangan từ $+7$ xuống $+2$ nhận $5$ electron.
  $$\stackrel{+7}{Mn}+5e⟶\stackrel{+2}{Mn}$$
  $KMn{O}_4$ là chất oxi hóa.

Bước 3: Cân bằng tổng số electron cho và nhận.

Để số electron cho bằng số electron nhận, chúng ta cần tìm bội chung nhỏ nhất (BCNN) của số electron ở hai quá trình:

• Số electron nhường: $2e$
• Số electron nhận: $5e$
• BCNN(2, 5) = $10$.

Để đạt được $10$ electron:

• Nhân quá trình oxi hóa với $5$:
  $$5H_2{O}_2⟶5O_2+10e$$
• Nhân quá trình khử với $2$:
  $$2KMn{O}_4+10e⟶2MnS{O}_4$$
  (Lưu ý, $Mn$ từ $KMn{O}_4$ chuyển thành $Mn$ trong $MnS{O}_4$, nên hệ số của $KMn{O}_4$ và $MnS{O}_4$ sẽ là $2$).

Bước 4: Đặt hệ số vào phương trình phản ứng ban đầu và cân bằng các nguyên tố còn lại.

Chúng ta sẽ đặt các hệ số vừa tìm được vào phương trình phản ứng:

$$5H_2{O}_2+2KMn{O}_4+H_{2}S{O}_4⟶5O_2+2MnS{O}_4+K_{2}S{O}_4+H_{2}O$$

Bây giờ, chúng ta sẽ cân bằng các nguyên tố còn lại theo thứ tự:

1. Cân bằng Kali (K):
   Bên trái có $2K$ (trong $2KMn{O}_4$).
   Bên phải có $2K$ (trong $K_{2}S{O}_4$).
   
   → Kali đã cân bằng. Hệ số của $K_{2}S{O}_4$ là $1$.
2. Cân bằng Lưu huỳnh (S):
   Bên phải có $2S$ (trong $2MnS{O}_4$) $+1S$ (trong $K_{2}S{O}_4$) $=3S$.
   Bên trái có $1S$ (trong $H_{2}S{O}_4$).
   
   → Cần $3$ phân tử $H_{2}S{O}_4$.
   $$5H_2{O}_2+2KMn{O}_4+3H_{2}S{O}_4⟶5O_2+2MnS{O}_4+K_{2}S{O}_4+H_{2}O$$
3. Cân bằng Hydro (H):
   Bên trái có $5\cdot 2=10H$ (trong $5H_2{O}_2$) $+3\cdot 2=6H$ (trong $3H_{2}S{O}_4$) $=16H$.
   Bên phải, Hydro chỉ có trong $H_{2}O$.
   
   → Cần $16H$, vậy sẽ có $16\cdot \frac{1}{2}=8$ phân tử $H_{2}O$.
   $$5H_2{O}_2+2KMn{O}_4+3H_{2}S{O}_4⟶5O_2+2MnS{O}_4+K_{2}S{O}_4+8H_{2}O$$
4. Cân bằng Oxygen (O): (Đây là bước kiểm tra cuối cùng)
   Bên trái: $5\cdot 2$ (trong $H_2{O}_2$) $+2\cdot 4$ (trong $KMn{O}_4$) $+3\cdot 4$ (trong $H_{2}S{O}_4$) $=10+8+12=30O$.
   Bên phải: $5\cdot 2$ (trong $O_2$) $+2\cdot 4$ (trong $MnS{O}_4$) $+1\cdot 4$ (trong $K_{2}S{O}_4$) $+8\cdot 1$ (trong $H_{2}O$) $=10+8+4+8=30O$.
   
   → Oxygen đã cân bằng.

Bước 5: Viết phương trình hóa học đã được cân bằng hoàn chỉnh.

Vậy, phương trình hóa học đã được cân bằng là:

$$5H_2{O}_2+2KMn{O}_4+3H_{2}S{O}_4⟶5O_2+2MnS{O}_4+K_{2}S{O}_4+8H_{2}O$$

Qua các bước này, chúng ta đã cân bằng thành công phương trình phản ứng oxi hóa – khử phức tạp này rồi đó các em! Các em hãy ghi nhớ và thực hành nhiều hơn với phương pháp này nhé. Chúc các em học tốt!