Phương trình phản ứng của chúng ta là:

Na₂SO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O

Chúng ta sẽ thực hiện các yêu cầu sau:

a/ Xác định số oxi hóa các nguyên tố

Để xác định số oxi hóa (SOHO), chúng ta sẽ áp dụng các quy tắc đã học:

* Nguyên tố tự do có SOHO bằng 0.
* Oxi trong hầu hết các hợp chất có SOHO là -2 (trừ các trường hợp đặc biệt như peoxit, đioxit).
* Hiđro trong hầu hết các hợp chất có SOHO là +1 (trừ các trường hợp hiđrua kim loại).
* Trong một hợp chất trung hòa về điện, tổng số SOHO của các nguyên tố bằng 0.
* Trong một ion đa nguyên tử, tổng số SOHO của các nguyên tố bằng điện tích của ion đó.

Bây giờ, chúng ta lần lượt xác định SOHO cho từng nguyên tố trong các chất phản ứng và sản phẩm:

Trong Na₂SO₃:
* Na là kim loại kiềm, luôn có SOHO là +1.
* O có SOHO là -2.
Gọi SOHO của S là x. Ta có: 2 (+1) + x + 3 * (-2) = 0
=> 2 + x – 6 = 0
=> x = +4
Vậy, SOHO của Na là +1, S là +4, O là -2.

Trong KMnO₄:
* K là kim loại kiềm, luôn có SOHO là +1.
* O có SOHO là -2.
Gọi SOHO của Mn là y. Ta có: (+1) + y + 4 (-2) = 0
=> 1 + y – 8 = 0
=> y = +7
Vậy, SOHO của K là +1, Mn là +7, O là -2.

Trong H₂SO₄:
* H có SOHO là +1.
* O có SOHO là -2.
Gọi SOHO của S là z. Ta có: 2 (+1) + z + 4 * (-2) = 0
=> 2 + z – 8 = 0
=> z = +6
Vậy, SOHO của H là +1, S là +6, O là -2.

Trong Na₂SO₄:
* Na có SOHO là +1.
* O có SOHO là -2.
Gọi SOHO của S là a. Ta có: 2 (+1) + a + 4 * (-2) = 0
=> 2 + a – 8 = 0
=> a = +6
Vậy, SOHO của Na là +1, S là +6, O là -2. (Lưu ý: S trong SO₄²⁻ có SOHO là +6)

Trong K₂SO₄:
* K có SOHO là +1.
* O có SOHO là -2.
* SOHO của S trong SO₄²⁻ là +6 (như trên).
Vậy, SOHO của K là +1, S là +6, O là -2.

Trong MnSO₄:
* Đây là muối sunfat, nhóm SO₄²⁻ có SOHO của S là +6 và O là -2.
* Ta xét ion Mn²⁺. Vậy SOHO của Mn là +2.
Vậy, SOHO của Mn là +2, S là +6, O là -2.

Trong H₂O:
* H có SOHO là +1.
* O có SOHO là -2.

Tóm lại, các SOHO của các nguyên tố là:
* Na: +1 (ở cả hai vế)
* S: +4 (trong Na₂SO₃) và +6 (trong H₂SO₄, Na₂SO₄, K₂SO₄, MnSO₄)
* O: -2 (ở hầu hết các hợp chất)
* K: +1 (ở cả hai vế)
* Mn: +7 (trong KMnO₄) và +2 (trong MnSO₄)
* H: +1 (ở cả hai vế)

Chúng ta thấy có sự thay đổi SOHO của Mn và S.

b/ Xác định chất oxi hóa, chất khử

Dựa vào sự thay đổi số oxi hóa:

* Chất khử là chất nhường electron, làm cho số oxi hóa của nguyên tố trong nó tăng lên.
Trong phản ứng này, nguyên tố S trong Na₂SO₃ có SOHO từ +4 lên +6. Vậy, Na₂SO₃ là chất khử.

* Chất oxi hóa là chất nhận electron, làm cho số oxi hóa của nguyên tố trong nó giảm xuống.
Trong phản ứng này, nguyên tố Mn trong KMnO₄ có SOHO từ +7 xuống +2. Vậy, KMnO₄ là chất oxi hóa.

(Lưu ý: H₂SO₄ đóng vai trò là môi trường axit, cung cấp ion H⁺, chứ không trực tiếp tham gia vào quá trình nhường hay nhận electron của các nguyên tố thay đổi số oxi hóa).

c/ Biểu diễn quá trình oxi hóa, quá trình khử

* Quá trình oxi hóa (quá trình nhường electron): Nguyên tố có số oxi hóa tăng.
Nguyên tố S trong Na₂SO₃ có số oxi hóa tăng từ +4 lên +6.
Ta có quá trình: S⁴⁺ → S⁶⁺ + 2e⁻
(Thường thì ta viết cho nguyên tử S, nhưng ở đây S nằm trong ion SO₃²⁻ và SO₄²⁻, nên để đơn giản theo sách giáo khoa lớp 10, chúng ta có thể coi sự thay đổi SOHO của nguyên tử S).
Nếu viết đầy đủ hơn cho nguyên tố S trong phân tử:
SO₃²⁻ → SO₄²⁻ + 2e⁻ (trong môi trường axit H₂SO₄)

* Quá trình khử (quá trình nhận electron): Nguyên tố có số oxi hóa giảm.
Nguyên tố Mn trong KMnO₄ có số oxi hóa giảm từ +7 xuống +2.
Ta có quá trình: Mn⁷⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺

d/ Cân bằng phương trình phản ứng hóa học trên theo phương pháp thăng bằng electron

Chúng ta sẽ thực hiện theo các bước của phương pháp thăng bằng electron:

Bước 1: Xác định các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa và viết các quá trình oxi hóa, quá trình khử.
Chúng ta đã làm ở các phần trên:
* Quá trình oxi hóa: S⁴⁺ → S⁶⁺ + 2e⁻
* Quá trình khử: Mn⁷⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺

Bước 2: Tìm hệ số thích hợp để số electron nhường bằng số electron nhận.
* Số electron nhường là 2 (cho nguyên tố S).
* Số electron nhận là 5 (cho nguyên tố Mn).
Để số electron bằng nhau, ta tìm Bội chung nhỏ nhất (BCNN) của 2 và 5, là 10.
* Nhân quá trình oxi hóa với 5 (để có 10e⁻ nhường):
5 * (S⁴⁺ → S⁶⁺ + 2e⁻) => 5S⁴⁺ → 5S⁶⁺ + 10e⁻
* Nhân quá trình khử với 2 (để có 10e⁻ nhận):
2 * (Mn⁷⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺) => 2Mn⁷⁺ + 10e⁻ → 2Mn²⁺

Các hệ số “trước mắt” cho các nguyên tố có sự thay đổi SOHO là:
* Hệ số cho S (trong Na₂SO₃ và các sản phẩm chứa S sau phản ứng) là 5.
* Hệ số cho Mn (trong KMnO₄ và MnSO₄) là 2.

Bước 3: Đặt các hệ số này vào phương trình phản ứng.
Ta có:
5 Na₂SO₃ + 2 KMnO₄ + H₂SO₄ → 5 Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 2 MnSO₄ + H₂O

Bước 4: Cân bằng các nguyên tố còn lại, bắt đầu từ kim loại, phi kim, rồi đến hiđro và oxi.
Kim loại K: Vế trái có 2 1 = 2 nguyên tử K (trong 2 KMnO₄). Vế phải mới có 0. Chúng ta cần thêm hệ số cho K₂SO₄. Vậy, ta đặt hệ số 1 cho K₂SO₄ (vì K₂SO₄ có 2 nguyên tử K, hợp với hệ số 2 của K ở vế trái).
5 Na₂SO₃ + 2 KMnO₄ + H₂SO₄ → 5 Na₂SO₄ + 1 K₂SO₄ + 2 MnSO₄ + H₂O

Kim loại Na: Vế trái có 5 2 = 10 nguyên tử Na (trong 5 Na₂SO₃). Vế phải có 5 * 2 = 10 nguyên tử Na (trong 5 Na₂SO₄). Na đã cân bằng.

* Phi kim Mn: Vế trái có 2 nguyên tử Mn (trong 2 KMnO₄). Vế phải có 2 nguyên tử Mn (trong 2 MnSO₄). Mn đã cân bằng.

* Nguyên tố S:
Vế trái có: 5 nguyên tử S (trong 5 Na₂SO₃) + số S trong H₂SO₄.
Vế phải có: 5 nguyên tử S (trong 5 Na₂SO₄) + 1 nguyên tử S (trong 1 K₂SO₄) + 2 nguyên tử S (trong 2 MnSO₄) = 5 + 1 + 2 = 8 nguyên tử S.
Vậy, vế trái cần có tổng cộng 8 nguyên tử S. Ta có 5 nguyên tử S từ 5 Na₂SO₃. Vậy, ta cần 8 – 5 = 3 nguyên tử S từ H₂SO₄.
Ta đặt hệ số 3 cho H₂SO₄:
5 Na₂SO₃ + 2 KMnO₄ + 3 H₂SO₄ → 5 Na₂SO₄ + 1 K₂SO₄ + 2 MnSO₄ + H₂O

* Nguyên tố H:
Vế trái có: 3 * 2 = 6 nguyên tử H (trong 3 H₂SO₄).
Vế phải có: 2 nguyên tử H (trong H₂O).
Để có 6 nguyên tử H ở vế phải, ta đặt hệ số 3 cho H₂O:
5 Na₂SO₃ + 2 KMnO₄ + 3 H₂SO₄ → 5 Na₂SO₄ + 1 K₂SO₄ + 2 MnSO₄ + 3 H₂O

* Nguyên tố O: Cuối cùng, chúng ta kiểm tra oxi để đảm bảo phương trình đã cân bằng.
Vế trái có: 5 3 (trong Na₂SO₃) + 2 4 (trong KMnO₄) + 3 * 4 (trong H₂SO₄) = 15 + 8 + 12 = 35 nguyên tử O.
Vế phải có: 5 4 (trong Na₂SO₄) + 1 4 (trong K₂SO₄) + 2 4 (trong MnSO₄) + 3 1 (trong H₂O) = 20 + 4 + 8 + 3 = 35 nguyên tử O.
Oxi đã cân bằng.

Vậy, phương trình hóa học đã cân bằng là:

5 Na₂SO₃ + 2 KMnO₄ + 3 H₂SO₄ → 5 Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 2 MnSO₄ + 3 H₂O

Các em thấy đó, với phương pháp thăng bằng electron, chúng ta có thể giải quyết một cách có hệ thống và chính xác các bài tập cân bằng phản ứng oxi hóa – khử phức tạp. Hãy luyện tập thêm với các bài tập khác để thành thạo hơn nhé!