phương pháp thăng bằng ephản ứng oxi hoá khửFeO + C -> Fe + CoFe3O4 + Co -> Fe +…
phương pháp thăng bằng e
phản ứng oxi hoá khử
FeO + C -> Fe + Co
Fe3O4 + Co -> Fe + Co2
giúp em với ạ
Chúng ta sẽ đi qua từng bước một cách chi tiết, dựa trên kiến thức các em đã học trong Sách giáo khoa Hóa học lớp 10 nhé.
—
Bài tập 1: FeO + C -> Fe + CO
Trước hết, chúng ta cần xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng.
* Trong FeO: Fe có số oxi hóa là +2, O có số oxi hóa là -2.
* Trong C: C có số oxi hóa là 0 (vì là đơn chất).
* Trong Fe: Fe có số oxi hóa là 0 (vì là đơn chất).
* Trong CO: C có số oxi hóa là +2, O có số oxi hóa là -2.
Bây giờ, chúng ta sẽ xác định các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa:
* Sắt (Fe) từ +2 xuống 0.
* Cacbon (C) từ 0 lên +2.
Bước tiếp theo là viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử:
* Quá trình oxi hóa (sự nhường electron): C(0) -> C(+2) + 2e
* Quá trình khử (sự nhận electron): Fe(+2) + 2e -> Fe(0)
Để cân bằng số electron cho nhường và nhận, ta thấy số electron nhường là 2 và số electron nhận cũng là 2. Do đó, hệ số tỉ lệ là 1:1.
Ta sẽ áp dụng các hệ số này vào phương trình hóa học ban đầu:
FeO + C -> Fe + CO
Từ quá trình khử Fe, ta có hệ số cho FeO là 1 và hệ số cho Fe là 1.
Từ quá trình oxi hóa C, ta có hệ số cho C là 1 và hệ số cho CO là 1.
Vậy, phương trình hóa học đã cân bằng là:
FeO + C -> Fe + CO
Các em thấy đó, rất đơn giản đúng không nào?
—
Bài tập 2: Fe3O4 + CO -> Fe + CO2
Tương tự như bài tập trước, chúng ta sẽ đi từng bước.
Xác định số oxi hóa của các nguyên tố:
* Trong Fe3O4: Oxy (O) luôn có số oxi hóa là -2. Vậy 3 nguyên tử Fe có tổng số oxi hóa là +8. Do đó, mỗi nguyên tử Fe có số oxi hóa là +8/3.
* Trong CO: C có số oxi hóa là +2, O có số oxi hóa là -2.
* Trong Fe: Fe có số oxi hóa là 0 (vì là đơn chất).
* Trong CO2: C có số oxi hóa là +4, O có số oxi hóa là -2.
Xác định các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa:
* Sắt (Fe) từ +8/3 xuống 0.
* Cacbon (C) từ +2 lên +4.
Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử:
* Quá trình oxi hóa (sự nhường electron): C(+2) -> C(+4) + 2e
* Quá trình khử (sự nhận electron): Fe(+8/3) + (8/3)e -> Fe(0)
Bây giờ, chúng ta cần cân bằng số electron. Số electron nhường là 2, số electron nhận là 8/3. Để cho hai số này bằng nhau, ta tìm bội số chung nhỏ nhất. Tuy nhiên, ở đây có số thập phân, nên cách làm thông minh hơn là nhân chéo:
* Nhân quá trình oxi hóa với 8/3 (hoặc 4 nếu quy đồng mẫu số).
* Nhân quá trình khử với 2.
Tuy nhiên, chúng ta thường thích làm việc với số nguyên. Cô sẽ làm như sau:
Để đơn giản hóa, ta quy đồng mẫu số của số oxi hóa Fe: +8/3.
Ta có thể coi Fe3O4 như là sự kết hợp của FeO và Fe2O3. Trong FeO, Fe có số oxi hóa +2. Trong Fe2O3, Fe có số oxi hóa +3.
Vì vậy, trong Fe3O4, ta có 1 nguyên tử Fe với số oxi hóa +2 và 2 nguyên tử Fe với số oxi hóa +3.
Tổng số oxi hóa của Fe là (1 +2) + (2 +3) = +8.
Tổng số oxi hóa của O là 4 * -2 = -8.
Tổng cộng là 0.
Như vậy, trong Fe3O4, có cả Fe(+2) và Fe(+3) cùng tồn tại. Nhưng trong phản ứng này, tất cả các nguyên tử Fe trong Fe3O4 đều có số oxi hóa trung bình là +8/3 và đều nhận electron để về 0.
Chúng ta quay lại với cách làm số oxi hóa trung bình.
Số electron nhường trong quá trình oxi hóa C là 2e.
Số electron nhận cho mỗi nguyên tử Fe là 8/3 e.
Để cân bằng số electron, ta cần tỉ lệ:
(Số electron nhường) / (Số electron nhận) = (8/3) / 2 = 8/6 = 4/3.
Điều này có nghĩa là:
Cứ 3 nguyên tử C nhường electron thì sẽ có 4 đơn vị Fe3O4 nhận electron.
Hoặc:
Cứ 3 nguyên tử C nhường: 3 * 2e = 6e.
Cứ 4 đơn vị Fe3O4 nhận: 4 * (8/3)e = 32/3 e.
Cách làm này hơi phức tạp với số oxi hóa phân số. Cô sẽ hướng dẫn em một cách khác dễ hiểu hơn, dựa trên quy tắc cân bằng chung.
Chúng ta có:
C(+2) -> C(+4) + 2e
Fe(+8/3) + (8/3)e -> Fe(0)
Để cân bằng electron, ta sẽ nhân quá trình oxi hóa với 8/3 và quá trình khử với 2. Nhưng cô thích làm với số nguyên.
Nhân quá trình oxi hóa với 4: 4C(+2) -> 4C(+4) + 8e
Nhân quá trình khử với 3: 3Fe(+8/3) + 8e -> 3Fe(0)
Ở đây, số electron nhường là 8, số electron nhận cũng là 8.
Áp dụng các hệ số này vào phương trình:
Ta có 4 nguyên tử C bị oxi hóa lên +4, vậy hệ số cho CO là 4.
Ta có 3 đơn vị Fe3O4 bị khử, vậy hệ số cho Fe3O4 là 3.
Số nguyên tử Fe tạo thành là 3 * 3 = 9 nguyên tử Fe. Vậy hệ số cho Fe là 9.
Phương trình ban đầu:
Fe3O4 + CO -> Fe + CO2
Áp dụng hệ số:
3 Fe3O4 + 4 CO -> 9 Fe + 4 CO2
Bây giờ, chúng ta kiểm tra lại số nguyên tử các nguyên tố.
Vế trái: Fe: 3 3 = 9. O: 3 4 + 4 * 1 = 16. C: 4.
Vế phải: Fe: 9. O: 4 * 2 = 8. C: 4.
Số nguyên tử O chưa cân bằng. Chúng ta cần điều chỉnh hệ số cho CO và CO2.
Số nguyên tử C ở hai vế đã bằng nhau (4).
Số nguyên tử Fe ở hai vế đã bằng nhau (9).
Ta cần cân bằng nguyên tử O.
Vế trái có 3*4 = 12 nguyên tử O trong Fe3O4.
Vế trái có 4 nguyên tử O trong 4 CO. Tổng cộng 12 + 4 = 16 nguyên tử O.
Vế phải có 4 nguyên tử O trong 4 CO2.
Ta cần số nguyên tử O ở vế phải bằng 16. Vậy hệ số cho CO2 phải là 8.
Sửa lại:
3 Fe3O4 + 4 CO -> 9 Fe + 8 CO2
Kiểm tra lại:
Vế trái: Fe: 9. O: 12 + 4 = 16. C: 4.
Vế phải: Fe: 9. O: 8 * 2 = 16. C: 8.
Số nguyên tử C bây giờ lại chưa cân bằng.
Cô xin lỗi các em, có lẽ cách làm với số oxi hóa phân số khi áp dụng trực tiếp vào phương trình ban đầu hơi dễ gây nhầm lẫn.
Chúng ta sẽ quay lại với việc cân bằng electron một cách cẩn thận hơn.
Quá trình khử: Fe(+8/3) nhận electron để về Fe(0).
Để đơn giản, ta xét 3 nguyên tử Fe trong Fe3O4. Tổng số oxi hóa là +8.
Vậy 3 Fe(+8/3) + 8e -> 3 Fe(0)
Quá trình oxi hóa: C(+2) nhường electron để về C(+4).
C(+2) -> C(+4) + 2e
Để cân bằng electron, ta cần số electron nhường bằng số electron nhận.
Ta nhân quá trình khử với 1 (vẫn là 8e nhận).
Ta nhân quá trình oxi hóa với 4 (để được 8e nhường).
Vậy tỉ lệ là:
3 Fe3O4 (nhận 8e)
4 CO (nhường 8e)
Áp dụng vào phương trình:
3 Fe3O4 + 4 CO -> Fe + CO2
Hệ số cho Fe3O4 là 3.
Hệ số cho CO là 4.
Số nguyên tử Fe tạo thành là 3 * 3 = 9. Vậy hệ số cho Fe là 9.
Số nguyên tử C bị oxi hóa là 4. Vậy hệ số cho CO2 là 4.
Phương trình tạm thời:
3 Fe3O4 + 4 CO -> 9 Fe + 4 CO2
Bây giờ kiểm tra lại nguyên tử các nguyên tố:
Vế trái: Fe: 3 3 = 9. O: 3 4 + 4 * 1 = 16. C: 4.
Vế phải: Fe: 9. O: 4 * 2 = 8. C: 4.
Số nguyên tử O chưa cân bằng. Ta cần tăng số nguyên tử O ở vế phải lên.
Ta thấy C đã cân bằng. Fe đã cân bằng.
Chỉ còn O là chưa.
Vế trái có 16 nguyên tử O. Vế phải có 8 nguyên tử O.
Ta cần thêm 8 nguyên tử O nữa ở vế phải.
Trong CO2 có 2 nguyên tử O. Vậy ta cần thêm 4 phân tử CO2.
Tuy nhiên, nếu thêm 4 phân tử CO2, thì số nguyên tử C sẽ là 4 (từ CO) + 4 (từ CO2) = 8. Mà vế trái chỉ có 4 nguyên tử C. Điều này không ổn.
Cô xin lỗi, có lẽ cách trình bày của cô làm các em khó theo dõi. Chúng ta sẽ làm lại thật chậm rãi và logic.
Phương pháp thăng bằng electron cho Fe3O4 + CO -> Fe + CO2
Bước 1: Xác định số oxi hóa
Fe(+8/3) trong Fe3O4, C(+2) trong CO, Fe(0) trong Fe, C(+4) trong CO2.
Bước 2: Viết các bán phản ứng oxi hóa và khử
* Quá trình khử: Fe(+8/3) nhận electron để về Fe(0).
Vì trong Fe3O4 có 3 nguyên tử Fe, ta viết cho cả 3 nguyên tử:
3 Fe(+8/3) + 8e -> 3 Fe(0) (Nhận 8 electron)
* Quá trình oxi hóa: C(+2) nhường electron để về C(+4).
C(+2) -> C(+4) + 2e (Nhường 2 electron)
Bước 3: Cân bằng số electron
Số electron nhận là 8. Số electron nhường là 2.
Để hai số này bằng nhau, ta nhân quá trình khử với 1 và quá trình oxi hóa với 4.
3 Fe(+8/3) + 8e -> 3 Fe(0)
4 [C(+2) -> C(+4) + 2e] => 4 C(+2) -> 4 C(+4) + 8e
Bây giờ, số electron nhường và nhận đều là 8.
Bước 4: Áp dụng các hệ số vào phương trình hóa học
* Hệ số của Fe3O4 trong bán phản ứng khử là 3. Vậy hệ số của Fe3O4 trong phương trình chính là 3.
* Hệ số của Fe trong bán phản ứng khử là 3. Vậy hệ số của Fe trong phương trình chính là 3.
* Hệ số của C trong bán phản ứng oxi hóa là 4. Vậy hệ số của CO (chất ban đầu chứa C) là 4.
* Hệ số của C trong bán phản ứng oxi hóa là 4. Vậy hệ số của CO2 (sản phẩm chứa C) là 4.
Phương trình tạm thời là:
3 Fe3O4 + 4 CO -> 3 Fe + 4 CO2
Bước 5: Kiểm tra lại sự cân bằng của các nguyên tố
Vế trái:
Fe: 3 * 3 = 9 nguyên tử.
O: 3 4 + 4 1 = 12 + 4 = 16 nguyên tử.
C: 4 nguyên tử.
Vế phải:
Fe: 3 nguyên tử.
O: 4 * 2 = 8 nguyên tử.
C: 4 nguyên tử.
Ta thấy số nguyên tử Fe ở hai vế chưa bằng nhau. Số nguyên tử O cũng chưa bằng nhau.
Cô xin lỗi, có một sai sót trong cách cô áp dụng hệ số từ bán phản ứng.
Trong bán phản ứng khử: 3 Fe(+8/3) + 8e -> 3 Fe(0)
Điều này có nghĩa là 3 đơn vị Fe3O4 tạo ra 3 nguyên tử Fe.
Nhưng Fe3O4 thực tế có 3 nguyên tử Fe.
Số nguyên tử Fe trong Fe3O4 là 3. Vậy hệ số cho Fe là 3.
Cô xin phép quay lại từ bước 4.
Bước 4 (sửa lại): Áp dụng các hệ số vào phương trình hóa học
* Từ quá trình khử: 3 Fe(+8/3) nhận 8e để tạo thành Fe(0). Tuy nhiên, hệ số 3 đứng trước Fe(+8/3) là để cân bằng electron cho cả 3 nguyên tử Fe trong Fe3O4. Vậy ta sẽ có 3 Fe. Hệ số cho Fe3O4 sẽ là 1, và hệ số cho Fe tạo thành sẽ là 3.
=> Fe3O4 … -> 3 Fe …
* Từ quá trình oxi hóa: C(+2) nhường 2e để tạo thành C(+4). Hệ số là 4.
=> 4 CO … -> 4 CO2 …
Đặt các hệ số này vào phương trình ban đầu:
Fe3O4 + 4 CO -> 3 Fe + 4 CO2
Bước 5: Kiểm tra lại sự cân bằng của các nguyên tố
Vế trái:
Fe: 3 nguyên tử.
O: 4 + 4 * 1 = 8 nguyên tử.
C: 4 nguyên tử.
Vế phải:
Fe: 3 nguyên tử.
O: 4 * 2 = 8 nguyên tử.
C: 4 nguyên tử.
Ồ, thật kỳ diệu! Lần này tất cả các nguyên tử đã được cân bằng!
Vậy phương trình hóa học đã cân bằng là:
Fe3O4 + 4 CO -> 3 Fe + 4 CO2
Các em thấy không, phương pháp thăng bằng electron rất hiệu quả. Điều quan trọng là chúng ta cần bình tĩnh, làm từng bước thật chính xác và kiểm tra lại cẩn thận.
Chúc các em học tốt môn Hóa học! Nếu có bất kỳ câu hỏi nào, đừng ngần ngại hỏi cô nhé.
\(FeO+C→Fe+CO\)
\(1x |\mathop{Fe}\limits^{+2}+2e→\mathop{ Fe}\limits^{0}\)
\(1x | \mathop{C}\limits^{0}→\mathop{C}\limits^{+2}+2e\)
\(Fe_3O_4+4CO→3Fe+4CO_2\)
\(1x | 3\mathop{Fe}\limits^{+8/3}+8e→3\mathop{Fe}\limits^{0}\)
\(4x | \mathop{C}\limits^{+2}→\mathop{C}\limits^{+4}+2e\)
\(a)\)\(\mathop{Fe}\limits^{+2}\)\(O+\)\(\mathop{C}\limits^{0}\)\(→\)\(\mathop{Fe}\limits^{0}\)\(+\)\(\mathop{C}\limits^{+2}\)\(O\)
Chất khử: \(C\)
Chất oxi hóa: \(FeO\)
Qúa trính oxi hóa: \(\mathop{Fe}\limits^{+2}\)\(+2e→\)\(\mathop{Fe}\limits^{0}\) | \(×1\)
Qúa trình khử: \(\mathop{C}\limits^{0}\)\(→\)\(\mathop{C}\limits^{+2}\)\(+2e\) | \(×1\)
Phương trình cân bằng: \(FeO+C→Fe+CO\)
\(b)\)\(\mathop{Fe_{3}}\limits^{+\frac{8}{3}}\)\(O_{4}+\)\(\mathop{C}\limits^{+2}\)\(O→\)\(\mathop{Fe}\limits^{0}\)\(+\)\(\mathop{C}\limits^{+4}\)\(O_{2}\)
Chất khử: \(CO\)
Chất oxi hóa: \(Fe_{3}O_{4}\)
Qúa trình oxi hóa: \(3\mathop{Fe}\limits^{+\frac{8}{3}}\)\(+\frac{8}{3}e.3→\)\(3\mathop{Fe}\limits^{0}\) | \(×1\)
Qúa trình khử: \(\mathop{C}\limits^{+2}\)\(→\)\(\mathop{C}\limits^{+4}\)\(+2e\) | \(×4\)
Phương trình cân bằng:
\(Fe_{3}O_{4}+4CO→3Fe+4CO_{2}\)