Chào các em, hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập hóa học thú vị về phản ứng oxi hóa – khử của Magie với axit sulfuric đặc, nóng. Đây là một dạng bài tập đòi hỏi chúng ta phải vận dụng linh hoạt phương pháp thăng bằng electron. Cô sẽ hướng dẫn các em từng bước một, đảm bảo các em hiểu rõ bản chất của phản ứng.

Chúng ta có phương trình phản ứng chưa cân bằng như sau:
Mg + H2SO4 (đặc, nóng) –> H2O + H2S + MgSO4

Đề bài cho biết tỉ lệ mol của các sản phẩm khử là SO2 và H2S là 2:3. Tuy nhiên, trong phương trình ban đầu của chúng ta chỉ có H2S là sản phẩm khử của S trong H2SO4. Cô đoán rằng đề bài có một chút nhầm lẫn và sản phẩm khử thực tế mà SO4^2- tạo ra cùng với H2S có thể bao gồm cả SO2. Với vai trò là giáo viên, cô sẽ giả định rằng sản phẩm khử của S trong H2SO4 có thể bao gồm cả SO2 và H2S, và tỉ lệ mol mà đề bài cho là tỉ lệ mol của SO2 và H2S.

Chúng ta sẽ tiến hành cân bằng phương trình này bằng phương pháp thăng bằng electron, dựa trên thông tin tỉ lệ mol của SO2 và H2S là 2:3.

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

Trong phản ứng này, chúng ta có:
– Magie (Mg) từ 0 lên +2 trong MgSO4.
– Lưu huỳnh (S) trong H2SO4 có số oxi hóa là +6, và nó bị khử xuống thành S trong H2S (số oxi hóa -2) và S trong SO2 (số oxi hóa +4).
– Oxy (O) trong H2SO4 là -2, và trong H2O cũng là -2, không thay đổi.
– Hydro (H) trong H2SO4 là +1, và trong H2O cũng là +1, không thay đổi.

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

* Quá trình oxi hóa: Mg bị oxi hóa.
Mg^0 –> Mg^(+2) + 2e

* Quá trình khử: S trong H2SO4 bị khử.
Vì đề bài cho biết có cả SO2 và H2S là sản phẩm khử với tỉ lệ mol 2:3, nên chúng ta sẽ xét cả hai quá trình khử này.

* Khử thành H2S:
S^(+6) + 8e –> S^(-2) (trong H2S)

* Khử thành SO2:
S^(+6) + 2e –> S^(+4) (trong SO2)

Bước 3: Xác định hệ số tỉ lệ mol dựa vào tỉ lệ sản phẩm khử cho trong đề bài.

Đề bài cho tỉ lệ mol của SO2 và H2S là 2:3.
Điều này có nghĩa là cứ có 2 mol SO2 được tạo thành thì sẽ có 3 mol H2S được tạo thành.

Nếu có 2 mol SO2, thì lượng electron nhận vào là: 2 mol SO2 2 electron/mol SO2 = 4 electron.
Nếu có 3 mol H2S, thì lượng electron nhận vào là: 3 mol H2S 8 electron/mol H2S = 24 electron.

Tổng số electron mà các phân tử SO4^2- nhận vào khi tạo ra 2 mol SO2 và 3 mol H2S là: 4 electron + 24 electron = 28 electron.

Bước 4: Cân bằng electron.

* Số electron nhường: Mg^0 –> Mg^(+2) + 2e
* Số electron nhận (tổng hợp từ hai sản phẩm khử):
(2 mol SO2 S^(+6) + 2e –> S^(+4)) + (3 mol H2S S^(+6) + 8e –> S^(-2))
Tổng cộng nhận 28 electron.

Để số electron nhường bằng số electron nhận, ta cần nhân quá trình oxi hóa với hệ số sao cho số electron là bội chung nhỏ nhất của 2 và 28. Bội chung nhỏ nhất là 28.
Vậy, ta nhân quá trình oxi hóa (Mg nhường electron) với 14.
14 * (Mg^0 –> Mg^(+2) + 2e) => 14Mg^0 –> 14Mg^(+2) + 28e

Bây giờ, số electron nhường là 28, và số electron nhận cũng là 28.

Bước 5: Điền hệ số vào phương trình phản ứng.

Dựa vào kết quả cân bằng electron:
– Hệ số của Mg là 14.
– Chúng ta có 2 mol SO2 và 3 mol H2S. Ta sẽ tạm thời ghi hệ số cho chúng.

Phương trình tạm thời có dạng:
14Mg + H2SO4 (đặc, nóng) –> H2O + 3H2S + 2SO2 + 14MgSO4

Bước 6: Cân bằng các nguyên tố còn lại.

Bây giờ, chúng ta sẽ cân bằng các nguyên tố còn lại, ưu tiên các nguyên tố kim loại, phi kim, sau đó đến H và O.

* Mg: Đã cân bằng với hệ số 14 ở cả hai vế.

* S:
– Bên trái: Số mol S trong H2SO4.
– Bên phải: Có 3 mol S trong H2S + 2 mol S trong SO2 + 14 mol S trong MgSO4 = 3 + 2 + 14 = 19 mol S.
Vậy, số mol S ở bên trái (trong H2SO4) cần là 19 mol. Hệ số của H2SO4 là 19.

Phương trình tạm thời:
14Mg + 19H2SO4 –> H2O + 3H2S + 2SO2 + 14MgSO4

* H:
– Bên trái: Có 19 * 2 = 38 nguyên tử H trong 19H2SO4.
– Bên phải: Có 3 * 2 = 6 nguyên tử H trong 3H2S.
Số nguyên tử H còn lại cần tạo ra trong H2O là: 38 – 6 = 32 nguyên tử H.
Vậy, số mol H2O cần là 32 / 2 = 16 mol. Hệ số của H2O là 16.

Phương trình tạm thời:
14Mg + 19H2SO4 –> 16H2O + 3H2S + 2SO2 + 14MgSO4

* O: Bây giờ chúng ta kiểm tra lại oxi để đảm bảo phương trình đã cân bằng hoàn toàn.
– Bên trái: Có 19 * 4 = 76 nguyên tử O trong 19H2SO4.
– Bên phải: Có 16 1 = 16 nguyên tử O trong 16H2O + 2 2 = 4 nguyên tử O trong 2SO2 + 14 * 4 = 56 nguyên tử O trong 14MgSO4.
Tổng số nguyên tử O ở bên phải là: 16 + 4 + 56 = 76 nguyên tử O.

Số nguyên tử O ở hai vế đã bằng nhau. Vậy phương trình đã được cân bằng.

Phương trình hóa học đã cân bằng là:

14Mg + 19H2SO4 (đặc, nóng) –> 16H2O + 3H2S + 2SO2 + 14MgSO4

Như vậy, bằng phương pháp thăng bằng electron kết hợp với việc phân tích tỉ lệ sản phẩm khử mà đề bài cho, chúng ta đã cân bằng được phương trình phản ứng phức tạp này.

Cô nhấn mạnh lại, trong bài tập này, điều quan trọng là các em phải xác định đúng sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố, viết đúng các quá trình oxi hóa và khử, và quan trọng nhất là sử dụng thông tin về tỉ lệ mol của sản phẩm khử để xác định tổng lượng electron tham gia vào quá trình khử.

Các em có câu hỏi nào không? Nếu không, chúng ta sẽ chuyển sang bài tập tiếp theo.