Phản ứng oxi hoá khử là gì?
Phản ứng oxi hoá khử là phản ứng hoá học có sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố. Trong phản ứng này, có chất nhường electron và có chất nhận electron. Quá trình nhường electron gọi là oxi hoá, còn quá trình nhận electron gọi là khử.
Phản ứng oxi hoá khử là một trong những dạng phản ứng quan trọng nhất trong hoá học. Nó xuất hiện trong sự cháy, hô hấp, ăn mòn kim loại, pin điện hoá, luyện kim, xử lý nước, tẩy trắng, khử trùng và nhiều quá trình sinh học. Khi học bảng tuần hoàn hóa học, phản ứng oxi hoá khử giúp kết nối kiến thức về kim loại, phi kim, electron hoá trị, số oxi hoá và độ hoạt động hoá học.
Ví dụ, trong phản ứng giữa Kẽm và acid hydrochloric:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Kẽm từ số oxi hoá 0 tăng lên +2, nên Kẽm bị oxi hoá. Hidro trong HCl từ số oxi hoá +1 giảm xuống 0 trong H2, nên Hidro bị khử. Vì có sự tăng và giảm số oxi hoá, đây là phản ứng oxi hoá khử.
Oxi hoá là gì?
Oxi hoá là quá trình một chất nhường electron, làm số oxi hoá của nguyên tố tăng lên. Trong cách học hiện đại, oxi hoá không nhất thiết phải có Oxi tham gia. Chỉ cần có sự nhường electron hoặc tăng số oxi hoá, quá trình đó được xem là oxi hoá.
Ví dụ:
Zn → Zn2+ + 2e–
Kẽm nhường 2 electron để tạo ion Zn2+. Số oxi hoá của Kẽm tăng từ 0 lên +2, nên Kẽm bị oxi hoá.
Một ví dụ quen thuộc khác là Sắt bị gỉ. Trong quá trình này, Sắt bị oxi hoá bởi Oxi và nước trong không khí, tạo các hợp chất oxide hoặc hydroxide của Sắt.
Khử là gì?
Khử là quá trình một chất nhận electron, làm số oxi hoá của nguyên tố giảm xuống. Nếu một nguyên tố nhận electron hoặc số oxi hoá giảm, nguyên tố đó bị khử.
Ví dụ:
Cu2+ + 2e– → Cu
Ion Cu2+ nhận 2 electron để tạo Đồng kim loại. Số oxi hoá của Đồng giảm từ +2 xuống 0, nên Đồng bị khử.
Trong phản ứng oxi hoá khử, oxi hoá và khử luôn xảy ra đồng thời. Nếu có chất nhường electron thì phải có chất nhận electron.
Chất oxi hoá và chất khử là gì?
Chất oxi hoá là chất nhận electron và làm chất khác bị oxi hoá. Trong quá trình phản ứng, bản thân chất oxi hoá bị khử.
Chất khử là chất nhường electron và làm chất khác bị khử. Trong quá trình phản ứng, bản thân chất khử bị oxi hoá.
| Khái niệm | Vai trò electron | Sự thay đổi số oxi hoá của chính nó | Ví dụ |
|---|---|---|---|
| Chất oxi hoá | Nhận electron | Giảm | Cu2+, O2, Cl2 |
| Chất khử | Nhường electron | Tăng | Zn, Fe, H2, CO |
Cách nhớ ngắn gọn: chất khử nhường electron và bị oxi hoá; chất oxi hoá nhận electron và bị khử.
Số oxi hoá trong phản ứng oxi hoá khử
Số oxi hoá là công cụ quan trọng để nhận biết phản ứng oxi hoá khử. Nếu trong phương trình có nguyên tố thay đổi số oxi hoá, đó thường là phản ứng oxi hoá khử.
Ví dụ:
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Fe ở vế trái là đơn chất nên có số oxi hoá 0. Trong FeSO4, Fe có số oxi hoá +2. Số oxi hoá của Fe tăng từ 0 lên +2, nên Fe bị oxi hoá.
Cu trong CuSO4 có số oxi hoá +2. Cu kim loại ở vế phải có số oxi hoá 0. Số oxi hoá của Cu giảm từ +2 xuống 0, nên Cu2+ bị khử.
Cách nhận biết phản ứng oxi hoá khử
Để nhận biết phản ứng oxi hoá khử, hãy xác định số oxi hoá của các nguyên tố trước và sau phản ứng. Nếu có nguyên tố tăng số oxi hoá và có nguyên tố giảm số oxi hoá, phản ứng đó là phản ứng oxi hoá khử.
| Bước | Cách làm | Ý nghĩa |
|---|---|---|
| Bước 1 | Viết phương trình hoặc sơ đồ phản ứng | Xác định chất tham gia và sản phẩm |
| Bước 2 | Xác định số oxi hoá của nguyên tố cần xét | Tìm sự thay đổi số oxi hoá |
| Bước 3 | So sánh trước và sau phản ứng | Tăng là oxi hoá, giảm là khử |
| Bước 4 | Kết luận chất oxi hoá, chất khử | Hiểu vai trò của từng chất |
Không phải mọi phản ứng hoá học đều là phản ứng oxi hoá khử. Ví dụ, nhiều phản ứng trao đổi ion trong dung dịch không có sự thay đổi số oxi hoá.
Ví dụ phản ứng oxi hoá khử thường gặp
Ví dụ 1: Magie cháy trong Oxi.
2Mg + O2 → 2MgO
Magie từ số oxi hoá 0 chuyển thành +2, nên bị oxi hoá. Oxi từ 0 chuyển thành -2, nên bị khử. Magie là chất khử, Oxi là chất oxi hoá.
Ví dụ 2: Kẽm phản ứng với acid hydrochloric.
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Kẽm từ 0 lên +2, bị oxi hoá. Hidro từ +1 xuống 0, bị khử. Kẽm là chất khử, H+ là chất oxi hoá.
Ví dụ 3: Clo phản ứng với Natri.
2Na + Cl2 → 2NaCl
Natri từ 0 lên +1, bị oxi hoá. Clo từ 0 xuống -1, bị khử. Natri là chất khử, Clo là chất oxi hoá.
Phản ứng oxi hoá khử và kim loại
Nhiều phản ứng của Kim loại là phản ứng oxi hoá khử vì kim loại thường nhường electron để tạo ion dương. Đây là biểu hiện của tính kim loại.
Ví dụ, khi Sắt phản ứng với ion Đồng(II), Sắt nhường electron và bị oxi hoá, còn ion Đồng(II) nhận electron và bị khử. Phản ứng này liên quan đến dãy hoạt động hoá học của kim loại.
Các kim loại hoạt động mạnh như Natri, Kali, Canxi, Magie thường dễ bị oxi hoá hơn các kim loại kém hoạt động như Đồng, Bạc, Vàng. Điều này có thể liên hệ với năng lượng ion hoá và vị trí của kim loại trong bảng tuần hoàn.
Phản ứng oxi hoá khử và phi kim
Nhiều Phi kim có xu hướng nhận electron hoặc hút electron mạnh trong liên kết, nên có thể đóng vai trò chất oxi hoá. Oxi và Clo là hai ví dụ rất thường gặp.
Oxi tham gia nhiều phản ứng cháy và phản ứng oxi hoá. Trong nhiều phản ứng, Oxi từ số oxi hoá 0 trong O2 chuyển thành -2 trong oxide, nên Oxi bị khử và đóng vai trò chất oxi hoá.
Clo thuộc nhóm halogen, có khả năng nhận electron để tạo Cl–. Vì vậy, Clo là chất oxi hoá mạnh trong nhiều phản ứng, đặc biệt trong phản ứng với kim loại hoặc một số ion có tính khử.
Phản ứng oxi hoá khử trong đời sống
Phản ứng oxi hoá khử xuất hiện rất nhiều trong đời sống. Sự cháy của nhiên liệu là quá trình oxi hoá khử, trong đó nhiên liệu bị oxi hoá và Oxi bị khử. Hô hấp tế bào cũng là chuỗi phản ứng oxi hoá khử giúp cơ thể giải phóng năng lượng từ chất dinh dưỡng.
Gỉ sắt là quá trình oxi hoá khử xảy ra chậm trong môi trường có Oxi và nước. Pin điện hoá hoạt động nhờ phản ứng oxi hoá khử: một điện cực xảy ra oxi hoá, điện cực kia xảy ra khử, tạo dòng electron chạy qua mạch ngoài.
Các chất tẩy trắng, chất khử trùng và nhiều quy trình xử lý nước cũng dựa trên phản ứng oxi hoá khử. Vì vậy, đây không chỉ là kiến thức trong bài tập mà còn là nền tảng của nhiều ứng dụng thực tế.
Phân biệt phản ứng oxi hoá khử và phản ứng trao đổi
Phản ứng trao đổi thông thường trong dung dịch có thể không phải phản ứng oxi hoá khử nếu số oxi hoá của các nguyên tố không thay đổi.
Ví dụ:
AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3
Trong phản ứng này, các ion trao đổi vị trí để tạo kết tủa AgCl, nhưng số oxi hoá của Ag, Na, Cl, N, O không thay đổi. Vì vậy, đây là phản ứng trao đổi, không phải phản ứng oxi hoá khử.
Ngược lại, phản ứng Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2 có sự thay đổi số oxi hoá, nên là phản ứng oxi hoá khử.
Những lỗi thường gặp khi học phản ứng oxi hoá khử
Lỗi đầu tiên là nghĩ phản ứng oxi hoá luôn phải có Oxi. Theo cách hiểu hiện đại, oxi hoá là quá trình nhường electron hoặc tăng số oxi hoá, không nhất thiết có Oxi tham gia.
Lỗi thứ hai là nhầm chất oxi hoá với chất bị oxi hoá. Chất oxi hoá nhận electron và bị khử. Chất bị oxi hoá là chất nhường electron, tức chất khử.
Lỗi thứ ba là không xác định số oxi hoá trước khi kết luận. Muốn biết phản ứng có phải oxi hoá khử hay không, hãy kiểm tra sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố.
Kết luận
Phản ứng oxi hoá khử là phản ứng có sự thay đổi số oxi hoá, gắn liền với quá trình nhường và nhận electron. Oxi hoá là nhường electron hoặc tăng số oxi hoá; khử là nhận electron hoặc giảm số oxi hoá.
Hiểu phản ứng oxi hoá khử giúp người học giải thích sự cháy, ăn mòn kim loại, hoạt động của pin, phản ứng của kim loại với acid và nhiều quá trình sinh học. Khi học chủ đề này, hãy nắm chắc số oxi hoá, chất oxi hoá, chất khử và cách phân tích phương trình hoá học.
Tài liệu tham khảo
- IUPAC Gold Book – Oxidation-reduction reaction: https://goldbook.iupac.org/terms/view/O04362
- Royal Society of Chemistry Periodic Table: https://periodic-table.rsc.org/
- PubChem Periodic Table: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/periodic-table/
- Chemistry LibreTexts – Redox Reactions: https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry
