Chào các em học sinh yêu quý! Hôm nay, cô trò mình sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập hóa học rất thú vị, liên quan đến khái niệm chất khử và chất oxi hóa. Dựa trên kiến thức đã học trong sách giáo khoa Hóa học lớp 10, chúng ta sẽ phân tích và giải quyết bài toán này một cách chi tiết, từng bước nhé!

Bài tập của chúng ta là:
Fe(OH)2 + HNO3 -> Fe(NO3)3 +NO+H2O

Đầu tiên, để xác định chất khử và chất oxi hóa, chúng ta cần đi qua các bước sau:

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong các chất phản ứng và sản phẩm.

Cô sẽ lập một bảng để các em dễ theo dõi:

| Chất | Nguyên tố | Số oxi hóa |
|————|———–|————|
| Fe(OH)2 | Fe | +2 |
| | O | -2 |
| | H | +1 |
| HNO3 | H | +1 |
| | N | +5 |
| | O | -2 |
| Fe(NO3)3 | Fe | +3 |
| | N | +5 |
| | O | -2 |
| NO | N | +2 |
| | O | -2 |
| H2O | H | +1 |
| | O | -2 |

Để xác định số oxi hóa, các em nhớ lại các quy tắc đã học trong sách giáo khoa nhé:
– Số oxi hóa của nguyên tử trong đơn chất bằng 0.
– Số oxi hóa của H trong hầu hết các hợp chất là +1, trừ hidrua kim loại.
– Số oxi hóa của O trong hầu hết các hợp chất là -2, trừ oxit florua và peoxit.
– Số oxi hóa của các ion đơn nguyên tử bằng điện tích của ion đó.
– Trong một hợp chất trung hòa về điện, tổng số oxi hóa của các nguyên tử bằng 0.

Ví dụ:
– Trong Fe(OH)2: Ta có Fe + 2*(O + H) = 0. Biết O là -2, H là +1, nên Fe + 2*(-2 + 1) = 0 => Fe + 2*(-1) = 0 => Fe = +2.
– Trong HNO3: Ta có H + N + 3*O = 0. Biết H là +1, O là -2, nên +1 + N + 3*(-2) = 0 => +1 + N – 6 = 0 => N = +5.
– Trong Fe(NO3)3: Nhóm NO3 có số oxi hóa là -1 (vì có 1 nguyên tử N và 3 nguyên tử O, N+3*O = N+3*(-2) = N-6. Muốn cân bằng với Fe để tạo thành hợp chất trung hòa, ta xét ion NO3-, số oxi hóa của N trong ion này là +5. Do đó, tổng số oxi hóa trong Fe(NO3)3 là: Fe + 3*(+5 + 3*(-2)) = 0 => Fe + 3*(+5 – 6) = 0 => Fe + 3*(-1) = 0 => Fe = +3. Hoặc đơn giản hơn, ion NO3- có tổng số oxi hóa là -1, vậy Fe phải có số oxi hóa +3 để cân bằng.
– Trong NO: Ta có N + O = 0. Biết O là -2, nên N + (-2) = 0 => N = +2.

Bước 2: Nhận diện sự thay đổi số oxi hóa.

Quan sát bảng trên, ta thấy có sự thay đổi số oxi hóa của:
– Nguyên tố Sắt (Fe): Từ +2 trong Fe(OH)2 lên +3 trong Fe(NO3)3.
– Nguyên tố Nitơ (N): Từ +5 trong HNO3 xuống +2 trong NO.

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

Dựa vào định nghĩa trong sách giáo khoa:
– Chất khử là chất nhường electron, làm tăng số oxi hóa của nguyên tố trong chất đó.
– Chất oxi hóa là chất nhận electron, làm giảm số oxi hóa của nguyên tố trong chất đó.

Do đó:
– Nguyên tố Sắt (Fe) tăng số oxi hóa từ +2 lên +3, nên Fe trong Fe(OH)2 là chất khử.
– Nguyên tố Nitơ (N) giảm số oxi hóa từ +5 xuống +2, nên N trong HNO3 là chất oxi hóa.

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

– Quá trình oxi hóa (chất khử nhường electron):
Fe(+2) -> Fe(+3) + 1e

– Quá trình khử (chất oxi hóa nhận electron):
N(+5) + 3e -> N(+2)

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

Để phương trình cân bằng, số electron nhường phải bằng số electron nhận.
Ta có:
Số electron nhường là 1e.
Số electron nhận là 3e.

Bội chung nhỏ nhất của 1 và 3 là 3.
– Nhân quá trình oxi hóa với 3: 3 * (Fe(+2) -> Fe(+3) + 1e) => 3Fe(+2) -> 3Fe(+3) + 3e
– Nhân quá trình khử với 1: 1 * (N(+5) + 3e -> N(+2)) => N(+5) + 3e -> N(+2)

Vậy, hệ số của Fe(OH)2 là 3, hệ số của HNO3 (ở phần tạo ra NO) là 1.

Bây giờ, ta sẽ điền các hệ số này vào phương trình ban đầu và cân bằng các nguyên tố còn lại:

3Fe(OH)2 + HNO3 -> Fe(NO3)3 + NO + H2O

– Cân bằng nguyên tử Fe: Đã có 3 nguyên tử Fe ở vế trái, ta cần có 3 nguyên tử Fe ở vế phải.
3Fe(OH)2 + HNO3 -> 3Fe(NO3)3 + NO + H2O

– Cân bằng nguyên tử N: Bên vế phải đã có 3 * 3 = 9 nguyên tử N trong Fe(NO3)3 và 1 nguyên tử N trong NO, tổng cộng là 10 nguyên tử N. Vậy ở vế trái, ta cần 10 nguyên tử N từ HNO3.
3Fe(OH)2 + 10HNO3 -> 3Fe(NO3)3 + NO + H2O

– Cân bằng nguyên tử O và H: Bây giờ ta cân bằng nguyên tử O và H.
Vế trái:
Số nguyên tử H: 3 2 (trong Fe(OH)2) + 10 1 (trong HNO3) = 6 + 10 = 16 H
Số nguyên tử O: 3 2 (trong Fe(OH)2) + 10 3 (trong HNO3) = 6 + 30 = 36 O

Vế phải:
Số nguyên tử Fe: 3
Số nguyên tử N: 3 * 3 (trong Fe(NO3)3) + 1 (trong NO) = 9 + 1 = 10 N
Số nguyên tử O: 3 3 3 (trong Fe(NO3)3) + 1 (trong NO) = 27 + 1 = 28 O

Ta thấy số nguyên tử O và H ở hai vế chưa bằng nhau. Ta sẽ điều chỉnh hệ số của H2O để cân bằng.
Ta có 16 nguyên tử H ở vế trái. Bên vế phải, ta có 10 nguyên tử H trong 10HNO3 đã được dùng. Vậy số H còn lại cần được cân bằng bằng H2O.
Chúng ta hãy cân bằng nguyên tố H trước. Vế trái có 16 H. Vế phải, ta có 10 nguyên tử H từ HNO3. Vậy ta cần thêm H từ H2O. Tuy nhiên, cách làm thông thường là sau khi điền các hệ số cho các chất có sự thay đổi số oxi hóa, ta sẽ cân bằng H và O.

Ta có: 3Fe(OH)2 + 10HNO3 -> 3Fe(NO3)3 + NO + H2O
Cân bằng nguyên tố O:
Vế trái: (3 2) + (10 3) = 6 + 30 = 36 O
Vế phải: (3 3 3) + 1 + (hệ số của H2O * 1) = 27 + 1 + x = 28 + x

Vậy 36 = 28 + x => x = 8.
Ta điền hệ số 8 cho H2O:
3Fe(OH)2 + 10HNO3 -> 3Fe(NO3)3 + NO + 8H2O

Bây giờ, ta kiểm tra lại số nguyên tử H:
Vế trái: 6 (trong Fe(OH)2) + 10 (trong HNO3) = 16 H
Vế phải: 8 * 2 (trong H2O) = 16 H
Số nguyên tử H đã cân bằng.

Vậy phương trình hóa học đã cân bằng là:
3Fe(OH)2 + 10HNO3 -> 3Fe(NO3)3 + NO + 8H2O

Kết luận:

– Chất khử: Fe(OH)2 (vì Fe có số oxi hóa +2 nhường electron lên +3)
– Chất oxi hóa: HNO3 (vì N có số oxi hóa +5 nhận electron xuống +2)
– Phương trình hóa học đã cân bằng: 3Fe(OH)2 + 10HNO3 -> 3Fe(NO3)3 + NO + 8H2O

Các em thấy đó, chỉ cần nắm vững các bước và áp dụng đúng các quy tắc, chúng ta hoàn toàn có thể giải quyết bài tập này một cách dễ dàng. Hãy luyện tập thêm nhiều bài tập tương tự để ghi nhớ kiến thức nhé! Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi cô. Chúc các em học tốt!