Chào các em học sinh yêu quý! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng phân tích một phản ứng hóa học thú vị để củng cố kiến thức về phản ứng oxi hóa – khử nhé.

Đề bài cho chúng ta các chất sau: NH3, O2, NO, H2O. Với kiến thức đã học ở lớp 10, đây là các chất tham gia và sản phẩm của phản ứng oxi hóa amoniac (khí NH3) bằng oxi, tạo ra khí nitơ monoxit (NO) và hơi nước (H2O). Đây là một phản ứng rất quan trọng trong công nghiệp, đặc biệt là trong quá trình sản xuất axit nitric.

Chúng ta sẽ xét phản ứng có dạng:

NH3 + O2 → NO + H2O

Bây giờ, chúng ta sẽ đi vào các bước giải quyết yêu cầu của đề bài một cách chi tiết và rõ ràng nhé.

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong từng chất.

Để biết một phản ứng có phải là phản ứng oxi hóa – khử hay không, việc đầu tiên chúng ta cần làm là xác định số oxi hóa của các nguyên tố tham gia vào phản ứng.

• Trong NH3 (amoniac):

Ở đây, Hidro (H) có số oxi hóa là \( +1 \). Vì phân tử NH3 là trung hòa về điện, tổng số oxi hóa của các nguyên tố phải bằng 0.

Ta có: số oxi hóa của N + \( 3 \times \) (số oxi hóa của H) = \( 0 \)

Số oxi hóa của N + \( 3 \times (+1) = 0 \)

Vậy, số oxi hóa của N trong NH3 là \( -3 \).


• Trong O2 (khí oxi):

Oxi (O) ở dạng đơn chất, nên số oxi hóa của nó là \( 0 \).


• Trong NO (khí nitơ monoxit):

Oxi (O) thường có số oxi hóa là \( -2 \) (trừ peroxit và florua). Vì phân tử NO là trung hòa về điện.

Ta có: số oxi hóa của N + (số oxi hóa của O) = \( 0 \)

Số oxi hóa của N + \( (-2) = 0 \)

Vậy, số oxi hóa của N trong NO là \( +2 \).


• Trong H2O (nước):

Hidro (H) có số oxi hóa là \( +1 \), Oxi (O) có số oxi hóa là \( -2 \). (Kiểm tra lại: \( 2 \times (+1) + (-2) = 0 \)).

Tổng hợp lại, ta có các số oxi hóa:

\( \text{N}^{-3}\text{H}^{+1}_3 + \text{O}^0_2 \rightarrow \text{N}^{+2}\text{O}^{-2} + \text{H}^{+1}_2\text{O}^{-2} \)


Bước 2: Phản ứng trên có phải là phản ứng oxi hóa – khử không? Vì sao?

Dựa vào các số oxi hóa đã xác định ở Bước 1, chúng ta thấy có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố:

• Số oxi hóa của nguyên tố Nitơ (N) thay đổi từ \( -3 \) (trong NH3) lên \( +2 \) (trong NO). Số oxi hóa tăng.
• Số oxi hóa của nguyên tố Oxi (O) thay đổi từ \( 0 \) (trong O2) xuống \( -2 \) (trong NO và H2O). Số oxi hóa giảm.

Vì có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng (có nguyên tố tăng số oxi hóa và có nguyên tố giảm số oxi hóa), nên đây LÀ phản ứng oxi hóa – khử.

Bước 3: Xác định chất oxi hóa và chất khử.

Trong phản ứng oxi hóa – khử:

• Chất khử là chất có nguyên tố tăng số oxi hóa (nhường electron). Ở đây, nguyên tố N trong NH3 có số oxi hóa tăng từ \( -3 \) lên \( +2 \). Vậy, NH3 là chất khử.
• Chất oxi hóa là chất có nguyên tố giảm số oxi hóa (nhận electron). Ở đây, nguyên tố O trong O2 có số oxi hóa giảm từ \( 0 \) xuống \( -2 \). Vậy, O2 là chất oxi hóa.

Bước 4: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử.

Chúng ta sẽ viết các nửa phản ứng biểu diễn sự thay đổi số oxi hóa và trao đổi electron.

• Quá trình oxi hóa (sự oxi hóa): Là quá trình chất khử nhường electron, số oxi hóa tăng.
  
  Nitơ từ \( -3 \) lên \( +2 \):
  
  \[ \text{N}^{-3} \rightarrow \text{N}^{+2} + 5e^{-} \]
  
  (Mỗi nguyên tử N nhường đi \( 5 \) electron)
  
• Quá trình khử (sự khử): Là quá trình chất oxi hóa nhận electron, số oxi hóa giảm.
  
  Oxi từ \( 0 \) xuống \( -2 \):
  
  \[ \text{O}_2^0 + 4e^{-} \rightarrow 2\text{O}^{-2} \]
  
  (Trong \( \text{O}_2 \), có 2 nguyên tử O. Mỗi nguyên tử O nhận \( 2 \) electron để từ \( 0 \) xuống \( -2 \). Vậy, \( \text{O}_2 \) nhận tổng cộng \( 2 \times 2 = 4 \) electron)

Bước 5: Cân bằng phương trình phản ứng bằng phương pháp thăng bằng electron.

Chúng ta sẽ làm cho số electron nhường bằng số electron nhận.

• Quá trình oxi hóa: \( \text{N}^{-3} \rightarrow \text{N}^{+2} + 5e^{-} \)
• Quá trình khử: \( \text{O}_2^0 + 4e^{-} \rightarrow 2\text{O}^{-2} \)

Bội số chung nhỏ nhất của \( 5 \) và \( 4 \) là \( 20 \).

Chúng ta nhân quá trình oxi hóa với \( 4 \) và quá trình khử với \( 5 \):

\[ 4 \times (\text{N}^{-3} \rightarrow \text{N}^{+2} + 5e^{-}) \Rightarrow 4\text{N}^{-3} \rightarrow 4\text{N}^{+2} + 20e^{-} \]
\[ 5 \times (\text{O}_2^0 + 4e^{-} \rightarrow 2\text{O}^{-2}) \Rightarrow 5\text{O}_2^0 + 20e^{-} \rightarrow 10\text{O}^{-2} \]

Áp dụng các hệ số này vào phương trình ban đầu:

\( 4\text{NH}_3 + 5\text{O}_2 \rightarrow 4\text{NO} + \text{H}_2\text{O} \)


Tiếp theo, chúng ta cân bằng các nguyên tố còn lại (H và O) theo thứ tự thông thường (thường là H trước, O sau).

• Cân bằng N: Đã cân bằng (4N ở hai vế).
• Cân bằng H: Vế trái có \( 4 \times 3 = 12 \) nguyên tử H. Vế phải hiện có H trong H2O. Để có \( 12 \) nguyên tử H, cần có \( 6 \) phân tử H2O.
  
  \( 4\text{NH}_3 + 5\text{O}_2 \rightarrow 4\text{NO} + 6\text{H}_2\text{O} \)
  
• Cân bằng O:
  Vế trái có \( 5 \times 2 = 10 \) nguyên tử O.
  Vế phải có \( 4 \) nguyên tử O (trong \( 4\text{NO} \)) + \( 6 \) nguyên tử O (trong \( 6\text{H}_2\text{O} \)) = \( 10 \) nguyên tử O.
  Số nguyên tử O đã cân bằng ở cả hai vế.

Vậy, phương trình phản ứng đã cân bằng hoàn chỉnh là:

\[ 4\text{NH}_3 + 5\text{O}_2 \xrightarrow{t^o, Pt} 4\text{NO} + 6\text{H}_2\text{O} \]


(Trong thực tế, phản ứng này cần xúc tác platin (Pt) và nhiệt độ cao (t°)).

Tóm tắt lại:

Phản ứng giữa NH3 và O2 tạo ra NO và H2O là phản ứng oxi hóa – khử.

• Chất oxi hóa: O2
• Chất khử: NH3
• Quá trình oxi hóa: \( \text{N}^{-3} \rightarrow \text{N}^{+2} + 5e^{-} \)
• Quá trình khử: \( \text{O}_2^0 + 4e^{-} \rightarrow 2\text{O}^{-2} \)

Hi vọng bài giải này giúp các em hiểu rõ hơn về cách nhận biết và cân bằng phản ứng oxi hóa – khử nhé! Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi thầy/cô.