Chất khử là gì?
Chất khử là chất nhường electron trong phản ứng oxi hoá – khử, đồng thời làm cho chất khác bị khử. Khi nhường electron, bản thân chất khử bị oxi hoá, nghĩa là số oxi hoá của một nguyên tố trong chất đó tăng lên.
Khái niệm chất khử rất quan trọng khi học phản ứng oxi hoá – khử, tính chất của kim loại, phản ứng của kim loại với acid, luyện kim và hoạt động của pin. Khi quan sát bảng tuần hoàn hóa học, các nguyên tố kim loại ở bên trái và giữa bảng thường có xu hướng nhường electron, nên nhiều kim loại có thể đóng vai trò chất khử trong phản ứng.
Ví dụ, Kẽm trong phản ứng với acid hydrochloric là chất khử:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Kẽm nhường electron, số oxi hoá tăng từ 0 lên +2, nên Kẽm bị oxi hoá và là chất khử.
Chất khử nhận hay nhường electron?
Chất khử là chất nhường electron. Đây là điểm cần phân biệt với chất oxi hoá. Chất oxi hoá nhận electron, còn chất khử nhường electron.
| Khái niệm | Vai trò electron | Số oxi hoá của chính nó | Bản thân chất đó |
|---|---|---|---|
| Chất khử | Nhường electron | Tăng | Bị oxi hoá |
| Chất oxi hoá | Nhận electron | Giảm | Bị khử |
Cách nhớ: chất khử làm chất khác bị khử, còn chính nó bị oxi hoá. Vì vậy, khi xác định chất khử, hãy tìm chất có số oxi hoá tăng sau phản ứng.
Cách nhận biết chất khử
Cách nhận biết chất khử là xác định số oxi hoá của các nguyên tố trước và sau phản ứng. Nếu số oxi hoá của một nguyên tố trong chất tăng lên, chất chứa nguyên tố đó là chất khử.
Ví dụ:
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Sắt trong Fe có số oxi hoá 0. Trong FeSO4, Sắt có số oxi hoá +2. Số oxi hoá của Sắt tăng từ 0 lên +2, nên Fe là chất khử. Ion Cu2+ nhận electron và bị khử thành Cu, nên Cu2+ là chất oxi hoá.
Một số chất khử thường gặp
Các chất khử thường gặp là kim loại hoạt động, Hidro, carbon monoxide, Cacbon và một số ion hoặc hợp chất có nguyên tố ở số oxi hoá thấp.
| Chất khử | Đặc điểm | Ví dụ vai trò |
|---|---|---|
| Kim loại hoạt động | Dễ nhường electron | Zn, Fe, Mg, Al |
| H2 | Có thể khử một số oxide kim loại | CuO + H2 → Cu + H2O |
| CO | Chất khử quan trọng trong luyện kim | Khử oxide sắt trong lò cao |
| C | Có thể khử một số oxide kim loại ở nhiệt độ cao | C + O2 → CO2 |
Các kim loại thuộc Kim loại, đặc biệt là kim loại hoạt động, thường đóng vai trò chất khử vì chúng có xu hướng nhường electron.
Chất khử và tính kim loại
Tính khử có liên hệ chặt chẽ với tính kim loại. Kim loại có tính kim loại mạnh thường dễ nhường electron, nên có tính khử mạnh hơn.
Các nguyên tố thuộc Kim loại kiềm như Natri, Kali có tính khử mạnh vì dễ nhường 1 electron lớp ngoài cùng. Các kim loại như Magie, Nhôm, Kẽm, Sắt cũng có thể đóng vai trò chất khử trong nhiều phản ứng.
Ngược lại, các phi kim mạnh như Oxi, Clo thường có xu hướng nhận electron nên hay đóng vai trò chất oxi hoá hơn là chất khử trong nhiều phản ứng phổ thông.
Chất khử trong phản ứng với acid
Nhiều kim loại đứng trước Hidro trong dãy hoạt động hoá học có thể phản ứng với acid loãng để giải phóng khí Hidro. Trong các phản ứng này, kim loại thường là chất khử.
Ví dụ:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Zn nhường electron, số oxi hoá tăng từ 0 lên +2. H+ nhận electron, số oxi hoá giảm từ +1 xuống 0 trong H2. Vậy Zn là chất khử, H+ là chất oxi hoá.
Chất khử trong luyện kim
Trong luyện kim, chất khử được dùng để tách kim loại khỏi oxide hoặc hợp chất của chúng. Carbon monoxide là chất khử quan trọng trong quá trình luyện gang từ quặng sắt.
Ví dụ đơn giản:
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
Trong phản ứng này, CO khử oxide sắt thành Sắt kim loại, còn bản thân CO bị oxi hoá thành CO2. Vì vậy, CO là chất khử.
Phản ứng khử oxide kim loại là một ứng dụng quan trọng của phản ứng oxi hoá – khử trong công nghiệp.
Chất khử và số oxi hoá
Số oxi hoá là công cụ quan trọng nhất để xác định chất khử. Chất khử là chất có nguyên tố tăng số oxi hoá sau phản ứng.
Ví dụ trong phản ứng:
2Na + Cl2 → 2NaCl
Natri từ số oxi hoá 0 tăng lên +1, nên Natri bị oxi hoá và là chất khử. Clo từ 0 giảm xuống -1, nên Clo bị khử và là chất oxi hoá.
Nhờ số oxi hoá, ta có thể xác định vai trò chất khử ngay cả khi phản ứng không viết rõ electron.
Chất khử trong đời sống
Chất khử xuất hiện trong nhiều quá trình thực tế. Trong pin, chất khử nhường electron ở một điện cực, tạo dòng electron chạy qua mạch ngoài. Trong cơ thể sống, các phản ứng chuyển hoá cũng có nhiều chất đóng vai trò nhường electron trong chuỗi phản ứng sinh học.
Trong công nghiệp, chất khử được dùng để sản xuất kim loại, xử lý hoá chất và tổng hợp vật liệu. Trong phòng thí nghiệm, một số chất khử được dùng để biến đổi chất có số oxi hoá cao về số oxi hoá thấp hơn.
Những lỗi thường gặp khi học chất khử
Lỗi đầu tiên là nghĩ chất khử là chất bị khử. Thực tế, chất khử làm chất khác bị khử, còn chính nó bị oxi hoá.
Lỗi thứ hai là chỉ nhìn tên chất mà không xét số oxi hoá. Muốn xác định chính xác chất khử, cần xem số oxi hoá của nguyên tố trong chất đó có tăng hay không.
Lỗi thứ ba là nhầm lẫn giữa tính khử và tính oxi hoá. Chất có tính khử mạnh dễ nhường electron. Chất có tính oxi hoá mạnh dễ nhận electron.
Kết luận
Chất khử là chất nhường electron trong phản ứng oxi hoá – khử và làm chất khác bị khử. Bản thân chất khử bị oxi hoá, nên số oxi hoá của nguyên tố trong chất đó tăng lên.
Để học tốt khái niệm này, hãy liên hệ với chất oxi hoá, số oxi hoá, tính kim loại, phản ứng của kim loại với acid và phản ứng oxi hoá – khử. Đây là kiến thức nền tảng để hiểu nhiều phản ứng trong học tập, đời sống và công nghiệp.
Tài liệu tham khảo
- IUPAC Gold Book – Reducing agent: https://goldbook.iupac.org/terms/view/R05222
- 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
