Chào các em học sinh yêu quý! Hôm nay, thầy sẽ cùng các em ôn tập và thực hành phương pháp thăng bằng electron để cân bằng một phản ứng oxi hóa – khử quen thuộc. Đây là một phương pháp rất quan trọng trong hóa học vô cơ, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sự chuyển dịch electron trong phản ứng.

Chúng ta cùng giải bài tập sau nhé:

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

H₂S + SO₂ ——> S + H₂O

Thầy sẽ trình bày từng bước một thật chi tiết để các em nắm vững bài học.

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

Đây là bước đầu tiên và quan trọng nhất để nhận diện chất khử và chất oxi hóa. Chúng ta sẽ dựa vào các quy tắc xác định số oxi hóa đã học.

• Trong H₂S: Hydro (H) có số oxi hóa là \(+1\). Vì phân tử trung hòa điện, tổng số oxi hóa của các nguyên tử phải bằng 0. Do đó, Lưu huỳnh (S) có số oxi hóa là \(2 \times (+1) + x = 0 \Rightarrow x = -2\).
• Trong SO₂: Oxi (O) có số oxi hóa là \(-2\). Tương tự, Lưu huỳnh (S) có số oxi hóa là \(y + 2 \times (-2) = 0 \Rightarrow y = +4\).
• Trong S (lưu huỳnh đơn chất): Số oxi hóa của nguyên tố tự do luôn là \(0\).
• Trong H₂O: Hydro (H) là \(+1\) và Oxi (O) là \(-2\). Các nguyên tố này không thay đổi số oxi hóa.

Vậy, các nguyên tố thay đổi số oxi hóa là:

\[\overset{-2}{\text{H}_2\text{S}} + \overset{+4}{\text{S}}\text{O}_2 \longrightarrow \overset{0}{\text{S}} + \text{H}_2\text{O}\]

Bước 2: Xác định chất khử và chất oxi hóa.

Sau khi xác định số oxi hóa, chúng ta sẽ xem nguyên tố nào tăng số oxi hóa (là chất khử) và nguyên tố nào giảm số oxi hóa (là chất oxi hóa).

• Từ \(\overset{-2}{\text{S}}\) trong H₂S chuyển thành \(\overset{0}{\text{S}}\) (tăng từ \(-2\) lên \(0\)).
  
  Nguyên tử Lưu huỳnh này đã nhường electron, số oxi hóa tăng, nên H₂S là chất khử (chất bị oxi hóa).
• Từ \(\overset{+4}{\text{S}}\) trong SO₂ chuyển thành \(\overset{0}{\text{S}}\) (giảm từ \(+4\) xuống \(0\)).
  
  Nguyên tử Lưu huỳnh này đã nhận electron, số oxi hóa giảm, nên SO₂ là chất oxi hóa (chất bị khử).

Bước 3: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.

Chúng ta sẽ viết riêng các quá trình nhường và nhận electron. Mỗi quá trình thể hiện sự thay đổi số oxi hóa của một nguyên tố.

• Quá trình oxi hóa:
  
  \[\overset{-2}{\text{S}} \longrightarrow \overset{0}{\text{S}}\]

  Để số oxi hóa tăng từ \(-2\) lên \(0\), nguyên tử S phải nhường đi \(0 – (-2) = 2\) electron.
  
  \[\overset{-2}{\text{S}} \longrightarrow \overset{0}{\text{S}} + 2\text{e}\]

• Quá trình khử:
  
  \[\overset{+4}{\text{S}} \longrightarrow \overset{0}{\text{S}}\]

  Để số oxi hóa giảm từ \(+4\) xuống \(0\), nguyên tử S phải nhận về \(+4 – 0 = 4\) electron.
  
  \[\overset{+4}{\text{S}} + 4\text{e} \longrightarrow \overset{0}{\text{S}}\]

Bước 4: Cân bằng số electron nhường và nhận.

Theo định luật bảo toàn electron, tổng số electron do chất khử nhường ra phải bằng tổng số electron do chất oxi hóa nhận vào. Để làm được điều này, chúng ta sẽ tìm bội chung nhỏ nhất (BCNN) của số electron trong hai quá trình, sau đó nhân các quá trình với hệ số thích hợp.

• Số electron nhường là \(2\).
• Số electron nhận là \(4\).
• BCNN của \(2\) và \(4\) là \(4\).
• Để tổng số electron nhường và nhận bằng \(4\):
  • Quá trình oxi hóa (\(2\text{e}\)): nhân với \(\frac{4}{2} = 2\).
  • Quá trình khử (\(4\text{e}\)): nhân với \(\frac{4}{4} = 1\).

Viết lại các quá trình với hệ số đã nhân:

\[2 \times \left( \overset{-2}{\text{S}} \longrightarrow \overset{0}{\text{S}} + 2\text{e} \right) \quad \Rightarrow \quad 2\overset{-2}{\text{S}} \longrightarrow 2\overset{0}{\text{S}} + 4\text{e}\]

\[1 \times \left( \overset{+4}{\text{S}} + 4\text{e} \longrightarrow \overset{0}{\text{S}} \right) \quad \Rightarrow \quad \overset{+4}{\text{S}} + 4\text{e} \longrightarrow \overset{0}{\text{S}}\]

Tổng quát lại quá trình chuyển electron:

\[2\overset{-2}{\text{S}} + \overset{+4}{\text{S}} \longrightarrow 3\overset{0}{\text{S}}\]

Hệ số của S trong H₂S là \(2\), hệ số của S trong SO₂ là \(1\), và tổng S đơn chất tạo thành là \(2+1=3\).

Bước 5: Đặt các hệ số vào phương trình phản ứng ban đầu.

Dựa vào các hệ số vừa tìm được từ quá trình cân bằng electron, chúng ta sẽ đặt chúng vào phương trình ban đầu:

• Hệ số của H₂S là \(2\).
• Hệ số của SO₂ là \(1\).
• Hệ số của S (sản phẩm) là \(3\).

Phương trình tạm thời sẽ là:

\[2\text{H}_2\text{S} + 1\text{SO}_2 \longrightarrow 3\text{S} + \text{H}_2\text{O}\]

Bước 6: Cân bằng các nguyên tố còn lại bằng phương pháp thông thường (thường là H và O).

Sau khi cân bằng các nguyên tố có số oxi hóa thay đổi, chúng ta cân bằng các nguyên tố còn lại, thường là Hydro (H) và Oxi (O).

• Cân bằng H:
  
  Ở vế trái: có \(2 \times 2 = 4\) nguyên tử H (trong 2H₂S).
  
  Ở vế phải: có \(2\) nguyên tử H (trong H₂O).
  
  Để cân bằng H, chúng ta cần nhân H₂O ở vế phải với \(2\).
  
  \[2\text{H}_2\text{S} + \text{SO}_2 \longrightarrow 3\text{S} + 2\text{H}_2\text{O}\]
• Cân bằng O:
  
  Ở vế trái: có \(2\) nguyên tử O (trong SO₂).
  
  Ở vế phải: có \(2 \times 1 = 2\) nguyên tử O (trong 2H₂O).
  
  Số nguyên tử O ở hai vế đã bằng nhau. (Nếu chưa bằng, có thể có lỗi ở các bước trước hoặc cần xem xét lại phương trình).

Bước 7: Kiểm tra lại toàn bộ phương trình.

Kiểm tra lại số nguyên tử của từng nguyên tố ở cả hai vế của phương trình để đảm bảo đã cân bằng chính xác.

• H: Vế trái: \(2 \times 2 = 4\). Vế phải: \(2 \times 2 = 4\). (Cân bằng)
• S: Vế trái: \(2\) (từ H₂S) \(+ 1\) (từ SO₂) \(= 3\). Vế phải: \(3\) (từ S). (Cân bằng)
• O: Vế trái: \(2\) (từ SO₂). Vế phải: \(2\) (từ H₂O). (Cân bằng)

Tất cả các nguyên tố đều đã cân bằng. Phương trình cuối cùng là:

\[2\text{H}_2\text{S} + \text{SO}_2 \longrightarrow 3\text{S} + 2\text{H}_2\text{O}\]

Thầy hy vọng qua bài giải chi tiết này, các em đã hiểu rõ hơn về phương pháp thăng bằng electron. Hãy nhớ luyện tập thường xuyên để thành thạo nhé!