NaBr + H2SO4 → NaHSO4 + Br2 + H2O + SO2 Cân bằng theo phương pháp thăng bằng e

Chào các em học sinh thân mến!

Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập quan trọng trong chương trình Hóa học lớp 10, đó là cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa-khử bằng phương pháp thăng bằng electron. Phương pháp này rất hữu ích khi chúng ta gặp những phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố, giúp chúng ta xác định đúng tỉ lệ các chất tham gia và sản phẩm.

Giải thích ngắn gọn lý do áp dụng phương pháp:
Chúng ta sử dụng phương pháp thăng bằng electron (còn gọi là phương pháp oxi hóa-khử) để cân bằng các phản ứng hóa học có sự thay đổi số oxi hóa của một hoặc nhiều nguyên tố. Bản chất của các phản ứng này là có sự trao đổi electron giữa các chất. Phương pháp này giúp chúng ta đảm bảo tổng số electron mà chất khử nhường bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận, từ đó xác định được hệ số đúng cho các chất trong phương trình.

Bây giờ, chúng ta cùng đi vào bài tập cụ thể:

Cân bằng phương trình hóa học sau theo phương pháp thăng bằng electron:

NaBr + H₂SO₄ → NaHSO₄ + Br₂ + H₂O + SO₂

Lời giải chi tiết:

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

• Trong NaBr: Na mang số oxi hóa +1, Br mang số oxi hóa -1.
• Trong H₂SO₄: H mang số oxi hóa +1, O mang số oxi hóa -2. Do đó, S mang số oxi hóa +6.
• Trong NaHSO₄: Na mang số oxi hóa +1, H mang số oxi hóa +1, O mang số oxi hóa -2. Do đó, S mang số oxi hóa +6. (Lưu ý: Lưu huỳnh trong NaHSO₄ không thay đổi số oxi hóa so với H₂SO₄).
• Trong Br₂: Br mang số oxi hóa 0.
• Trong H₂O: H mang số oxi hóa +1, O mang số oxi hóa -2.
• Trong SO₂: O mang số oxi hóa -2. Do đó, S mang số oxi hóa +4.

Như vậy, các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa là Br (từ -1 lên 0) và S (từ +6 xuống +4).

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

• Quá trình oxi hóa (chất khử nhường electron):
  
  Br^{$–\text{1}$} → Br^$\text{0}$
  
  (Br từ -1 lên 0, nhường 1 electron)
• Quá trình khử (chất oxi hóa nhận electron):
  
  S^$+\text{6}$ → S^$+\text{4}$
  
  (S từ +6 xuống +4, nhận 2 electron)

Bước 3: Cân bằng số nguyên tử của mỗi nguyên tố và số electron cho mỗi quá trình.

• Quá trình oxi hóa: Để cân bằng số nguyên tử Br (vì Br₂ có 2 Br), ta cần 2 nguyên tử Br^{$–\text{1}$} ở vế trái.
  
  $${\text{2Br}}^{–\text{1}}\to {\text{Br}}_{\text{2}}{}^{\text{0}}+\text{2e}$$
  
  (Hai nguyên tử Br^{$–\text{1}$} nhường tổng cộng 2 electron để tạo thành Br₂.)
• Quá trình khử: Số nguyên tử S đã cân bằng (1S ở hai vế).
  
  $${\text{S}}^{+\text{6}}+\text{2e}\to {\text{S}}^{+\text{4}}$$
  
  (Lưu huỳnh nhận 2 electron.)

Bước 4: Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận.

• Số electron nhường = $\text{2}$e
• Số electron nhận = $\text{2}$e

Vì số electron nhường và nhận đã bằng nhau (đều là 2e), nên hệ số cho mỗi quá trình là 1. Chúng ta nhân quá trình oxi hóa với 1 và quá trình khử với 1.

Bước 5: Đặt các hệ số vừa tìm được vào phương trình và cân bằng các nguyên tố còn lại (kim loại, phi kim khác, H, O).

Từ quá trình oxi hóa ${\text{2Br}}^{–\text{1}}\to {\text{Br}}_{\text{2}}{}^{\text{0}}$, ta đặt hệ số 2 trước NaBr và 1 trước Br₂:

$$\text{2NaBr}+{\text{H}}_{\text{2}}{\text{SO}}_{\text{4}}\to {\text{NaHSO}}_{\text{4}}+\text{1}{\text{Br}}_{\text{2}}+{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}+{\text{SO}}_{\text{2}}$$

Từ quá trình khử ${\text{S}}^{+\text{6}}\to {\text{S}}^{+\text{4}}$, ta đặt hệ số 1 trước SO₂:

$$\text{2NaBr}+{\text{H}}_{\text{2}}{\text{SO}}_{\text{4}}\to {\text{NaHSO}}_{\text{4}}+{\text{Br}}_{\text{2}}+{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}+\text{1}{\text{SO}}_{\text{2}}$$

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

1. Nguyên tố Na:
   • Vế trái có 2 Na (trong 2NaBr).
   • Vế phải có 1 Na (trong NaHSO₄).
   • Để cân bằng, ta đặt hệ số 2 trước NaHSO₄.

   $$\text{2NaBr}+{\text{H}}_{\text{2}}{\text{SO}}_{\text{4}}\to \text{2NaHSO}{\text{\_4}}_{}+{\text{Br}}_{\text{2}}+{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}+{\text{SO}}_{\text{2}}$$

2. Nguyên tố S:
   • Vế phải có 2 S (trong 2NaHSO₄) + 1 S (trong SO₂) = 3 S.
   • Vế trái có ? S (trong H₂SO₄).
   • Để cân bằng, ta đặt hệ số 3 trước H₂SO₄.

   $$\text{2NaBr}+\text{3H}{\text{\_2}}_{}{\text{SO}}_{\text{4}}\to \text{2NaHSO}{\text{\_4}}_{}+{\text{Br}}_{\text{2}}+{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}+{\text{SO}}_{\text{2}}$$

3. Nguyên tố H:
   • Vế trái có 3 × 2 = 6 H (trong 3H₂SO₄).
   • Vế phải có 2 H (trong 2NaHSO₄) + ? H (trong H₂O).
   • Để cân bằng, ta cần 6 – 2 = 4 H trong H₂O. Vậy, ta đặt hệ số 2 trước H₂O.

   $$\text{2NaBr}+\text{3H}{\text{\_2}}_{}{\text{SO}}_{\text{4}}\to \text{2NaHSO}{\text{\_4}}_{}+{\text{Br}}_{\text{2}}+\text{2H}{\text{\_2}}_{}\text{O}+{\text{SO}}_{\text{2}}$$

4. Kiểm tra nguyên tố O:
   • Vế trái có 3 × 4 = 12 O (trong 3H₂SO₄).
   • Vế phải có 2 × 4 = 8 O (trong 2NaHSO₄) + 2 O (trong 2H₂O) + 2 O (trong SO₂) = 8 + 2 + 2 = 12 O.
   • Số nguyên tử O đã cân bằng ở cả hai vế.

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

$$\text{2NaBr}+\text{3H}{\text{\_2}}_{}{\text{SO}}_{\text{4}}\to \text{2NaHSO}{\text{\_4}}_{}+{\text{Br}}_{\text{2}}+\text{2H}{\text{\_2}}_{}\text{O}+{\text{SO}}_{\text{2}}$$

Chúc các em học tốt!