Sáng kiến kinh nghiệm Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử

Mẫu 02
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM 
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
BẢN MÔ TẢ SÁNG KIẾN
Kính gửi: Hội đồng sáng kiến ngành Giáo dục TP. Cần Thơ.
1. Tên sáng kiến : Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử.
2. Quyết định
 Sáng kiến được công nhận tại quyết định số 28/QĐ-THPTTA ngày 02/04/2018 của Hiệu trưởng trường THPT Trung An
3. Tác giả sáng kiến:
Số
TT
Họ và tên
Ngày tháng
năm sinh
Chức vụ,
đơn vị công tác
Trình độ chuyên môn
 1
 Nguyễn Viết Duy Thanh
 01/04/1982
 Giáo viên Trường THPT Trung An
ĐHSP hóa học
4. Thời điểm sáng kiến được áp dụng: Từ năm học 2016 – 2017 đến nay
5. Nội dung sáng kiến:
Từ thực tế giảng dạy nhiều năm qua, cũng như tham khảo ý kiến đồng nghiệp ở những lớp khác nhau, tôi nhận thấy rằng việc cân bằng các phương trình hóa học đối với học sinh là thật sự khó khăn. Vì cân bằng phản ứng không đúng thì dẫn đến làm các bài tập không chính xác. Chính vì lẻ đó bản thân định hướng là phải hướng dẫn học sinh bằng mọi cách phải cân bằng tốt các phương trình hóa học. Vì vậy tôi lấy “ Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử ” ( ở chương IV hóa học 10 ) giảng dạy thật kỹ cho các em để giúp các em thuận lợi hơn trong việc cân bằng các phản ứng hóa học.
 Nội dung trọng tâm.
 * Định nghĩa phản ứng oxi hóa khử
 	+ Phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng hóa học trong đó nguyên tử hoặc ion này nhường electron cho nguyên tử hoặc ion kia.
 	+ Phản ứng oxi hóa-khử là phản ứng trong đó có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tố.
 	+ Phản ứng oxi hóa-khử là phản ứng xảy ra đồng thời hai quá trình: quá trình oxi hóa và quá trình khử.
 	+ Chất oxi hóa là chất nhận electron.
 	+ Chất khử là chất nhường electron.
 	+ Quá trình khử ( sự khử ) là quá trình nhận electron.
 	+ Quá trình oxi hóa ( sự oxi hóa ) là quá trình nhường electron.
* Dấu hiệu nhận biết phản ứng oxi hóa khử: Dựa vào số oxi hóa
+ Phản ứng oxi hóa-khử là đó có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tố.
+ Chất khử là chất có số oxi hóa tăng trong quá trình phản ứng
+ Chất oxi hóa là chất có số oxi hóa giảm trong quá trình phản ứng
+ Quá trình khử (sự khử ) là quá trình của chất oxi hóa.
+ Quá trình oxi hóa (sự oxi hóa ) là quá trình của chất khử.
* Cách tính số oxi hóa
 Để cân bằng một phản ứng oxi hóa khử, học sinh cần tính nhanh và chính xác số oxi hóa của các nguyên tố.
- Số oxi hóa của nguyên tố trong các đơn chất bằng không.
- Tổng số oxi hóa của các nguyên tố nhân với số nguyên tử của từng nguyên tố bằng điện tích của ion.
- Trong hợp chất 
	 + Số oxi hóa của H là +1 (trừ hidrua kim loại như: NaH, CaH2,..Số oxi hóa của H là +1.	 	 +2	 -1
	 + Số oxi hóa của O là -2.(trừ OF2, peoxit như: Na2O2, 
 - Trong hợp chất, tổng số oxi hóa của các nguyên tố nhân với số nguyên tử của từng nguyên tố bằng không.
 + Trong hợp chất ion: số oxi hóa của kim loại, ion dương = + hóa trị 
 	 số oxi hóa của phi kim, ion âm = - hóa trị 
 + Trong hợp chất CHT: 	số oxi hóa của phi kim yếu = + hóa trị 
 	số oxi hóa của phi kim mạnh = - hóa trị 
* Cân bằng phản ứng oxi hóa - khử
Cân bằng phản ứng oxi hóa - khử phải tuân theo qui tắc: số nguyên tử của mỗi nguyên tố phải được bảo toàn. 
- Nguyên tắc khi cân bằng: Tổng số electron mà chất khử nhường bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận hay số oxi hóa tăng của chất khử phải bằng số oxi hóa giảm của chất oxi hóa.
* Các phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa - khử thường gặp
 + Phương pháp chẵn lẻ.
	 + Phương pháp thăng bằng electron.
- Dạng đơn giản: 2 nguyên tố thay đổi số oxy hóa.
- Dạng phức tạp: nhiều nguyên tố thay đổi số oxy hóa.
- Dạng ẩn số: số oxy hóa là ẩn số.
- Dạng phân số: số oxy hóa là phân số.
- Phản ứng có nguyên tố tăng hay giảm số oxi hóa ở nhiều mức.
- Phản ứng tự oxy hóa khử.
- Phản ứng nội phân tử.
- Phản ứng giữa các hợp chất hữu cơ.
	 * Giải pháp thực hiện.
	* Từ cơ sở lý luận trên thì tôi đưa ra các bước tiến hành cân bằng phản ứng oxi hóa - khử như sau.
 - Phương pháp “chẵn – lẻ”: 
 Một phản ứng sau khi đã cân bằng thì số nguyên tử của một nguyên tố ở vế trái bằng số nguyên tử nguyên tố đó ở vế phải. 
Vì vậy nếu số nguyên tử của một nguyên tố ở một vế là số chẵn thì số nguyên tử nguyên tố đó ở vế kia cũng phải chẵn. 
 - Phương pháp thăng bằng electron.
Tổng số electron do chất khử nhường phải đúng bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận.
Dạng đơn giản: 2 nguyên tố thay đổi số oxi hóa.
Ví dụ +7 -1 +2 0
 KMnO4 + HCl MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O 
 Chất oxi hóa: KMnO4 ; Chất khử: HCl
	 +7 +2 
2 x 	Mn + 5e Mn 	(quá trình khử) 
 	 -1 0
5 x 	2Cl Cl2 +1e.2 	(quá trình oxi hóa)
2KMnO4 + 16HCl 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O 
Dạng phức tạp: nhiều nguyên tố thay đổi số oxi hóa.
Ví dụ 
 +2 -1 0 +3 -2 +4 -2
FeS2 + O2 Fe2O3 + SO2
 Chất khử Chất oxi hóa
 	+2 +3
2x	2Fe 2Fe + 2e 
 -1 +4
2x	4S 4S + 20e 
 +2 -1 	 +3 +4
Hay:	2x	2FeS 2 2Fe + 4S + 22e	(quá trình oxi hóa)
 0 -2
11x	O2 + 4e 2O (quá trình khử)
4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2
 	Dạng ẩn số: số oxi hóa là ẩn số.
Ví dụ 
 +2y/x +5 +3 +2
FexOy + HNO3 Fe(NO3)3 + NO + H2O
 Chất khử 	 Chất oxi hóa
+2y/x +3
3x 	xFe xFe + (3x-2y)e	(quá trình oxi hóa)
+5 +2
 	 (3x-2y)x 	N + 3e N 	(quá trình khử)
3FexOy + (12x-2y)HNO3 3xFe(NO3)3 + (3x-2y)NO + (6x-y)H2O
 Dạng phân số: số oxi hóa là phân số.
Ví dụ: 
+8/3 +5 +3 +2
Fe3O4 + HNO3 Fe(NO3)3 + NO + H2O
 Chất khử Chất oxi hóa
+8/3 +3
3 	3Fe 3Fe + 1e 	(quá trình oxi hóa)
+5 +2
1	N + 3e N 	(quá trình khử)
3Fe3O4 + 28HNO3 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O
 Phản ứng có nguyên tố tăng hay giảm số oxi hóa ở nhiều mức.
Ví dụ 
 0 +5 +3 +2 +1
Al + HNO3 Al(NO3)3 + xNO + yN2O + H2O
Chất khử Chất oxi hóa
 0 +3
(3x+8y)x 	Al Al + 3e 	(quá trình oxi hóa)
 +5 +2
3	 xN + 3xe xN 	(quá trình khử)
 +5 +1
3	2yN + 8ye 2yN 	(quá trình khử)
(3x +8y)Al +(12x+30y)HNO3 (3x+8y)Al(NO3)3 + 3xNO + 3yN2O + (6x+15y)H2O
Phản ứng tự oxi hóa khử.
Ví dụ 0 +5 -1 
 Cl2 + KOH KClO3 + KCl + H2O
 Chất oxi hóa, Chất khử : Cl2
 	 0 +5 	
1x 	Cl Cl + 5e 	(quá trình oxi hóa)
 0 -1 
5x 	Cl + 1e Cl	(quá trình khử)
 	 	 0 +5 -1 
3Cl2 + 6KOH KClO3 + 5KCl + 3H2O (3 Cl2 Cl +5Cl)
 Phản ứng nội phân tử.
Ví dụ 
 -3 +1 +3 -2 0 +1 -2 
NH4NO2 N2 + H2O 
-3 	 0
1x	N N + 3e	(quá trình oxi hóa)
 +3 	 0
1x	N + 3e N 	(quá trình khử)
NH4NO2 N2 + 2H2O 
 	Phản ứng của các hợp chất hữu cơ.
Ví dụ 
C2H6O + KMnO4+ H2SO4 CH3COOH + MnSO4 + K2SO4 + H2O 
 Tính số oxi hóa trung bình cho 1 nguyên tử C 
 -2 +7 0 +2
 C2H6O + KMnO4 + H2SO4 C2H4O2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
 	 	 +7 +2 
4x	Mn + 5e Mn	(quá trình khử)
 	 -2 0 
5x	2C 2C + 4e 	(quá trình oxi hóa)
5C2H6O + 4KMnO4 + 6H2SO4 5C2H4O2 + 4MnSO4 + 2K2SO4 + 11H2O
 	- Phương pháp cân bằng theo “nguyên tố tiêu biểu”
Chọn nguyên tố tiêu biểu là nguyên tố có đặc điểm sau:
+ Có mặt ít nhất trong các chất ở phản ứng đó.
+ Liên quan gián tiếp nhất đến nhiều chất trong phản ứng.
+ Chưa thăng bằng về nguyên tử ở hai vế.
 Ví dụ:
KMnO4 + HCl KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O
 + Chọn nguyên tố tiêu biểu: O
 + Cân bằng nguyên tố tiêu biểu: KMnO4 4H2O
 + Cân bằng các nguyên tố khác:
 	- Cân bằng H: 4H2O 8HCl
- Cân bằng Cl: 8HCl KCl + MnCl2 + 5/2Cl2
Ta được:	KMnO4 + 8HCl KCl + MnCl2 + 5/2Cl2 + 4H2O
Sau cùng nhân tất cả hệ số với mẫu số chung ta có:
2 KMnO4 + 16HCl 2KCl + 2 MnCl2 + 5 Cl2 + 8 H2O
- Phương pháp cân bằng đại số
Một phản ứng sau khi đã cân bằng thì số nguyên tử của một nguyên tố ở vế trái bằng số nguyên tử nguyên tố đó ở vế phải. 
* Ví dụ:
Cl2 + KOH KCl + KClO3 + H2O
aCl2 + bKOH cKCl + dKClO3 + eH2O
Cl : 2a = c + d 	(1)	=> c = 5/3 => a = 1
K: b =c+d 	(2)	=> d = 1/3 
O: b = 3d + e 	(3)	=> b = 2 
H: b = 2e 	(4)	=> e = 1
(Có hệ 4 phương trình, 5 ẩn số )
Nhân các nghiệm số tìm được với 3 => a = 3, b = 6, c = 5,d = 1, e = 3
Ta được: 3Cl2 + 6KOH 5KCl + KClO3 + 3H2O
- Phương pháp tăng giảm số oxi hóa
Tổng số oxi hóa tăng phải bằng tổng số oxi hóa giảm.
 Ví dụ:
 +7 -1 +2 0
 KMnO4 + HCl MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O 
	Số oxi hóa của Mn giảm:	5	x 2
Số oxi hóa của Cl tăng: 	2.1 	x 5 	
2KMnO4 + 16HCl 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O 
- Sau khi áp dụng sáng kiến này vào giảng dạy ở những lớp được phân công thì thu được kết quả như sau:
Năm học
Lớp
Số học sinh hiểu bài và cân bằng tốt phản ứng
Chưa cân bằng được
Cân bằng được 1 số phản ứng
Cân bằng tốt phản ứng
2015-2016
(Khi chưa
áp dụng sáng kiến)
10
70 %
22 %
8%
2016-2017
( khi đã áp dụng sáng kiến )
10
48 %
32 %
20 %
 6. Tính hiệu quả:
- Khi áp dụng tốt các phương pháp trên sẽ giúp học sinh dễ dàng thực hiện cân bằng nhanh các phản ứng, ít tốn thời gian và giải những bài toán lien quan đến phương trình hóa học sẽ nhanh và chính xác hơn.
- Khi thực hiện tốt các cân bằng hóa học thì học sinh sẽ yêu thích môn học hơn và không còn sợ khi nhìn vào các phương trình phản ứng khó.
- Quá trình hoạt động dạy và học ở bộ môn hóa học sẽ dể dàng hơn và hiệu quả hơn giữa thầy và trò.
7. Phạm vi ảnh hưởng:
Sáng kiến được áp dụng cho học sinh lớp 10 ở trường Trung học phổ thông Trung An và có áp dụng rộng rãi cho học sinh lớp 11, 12 của trường để tăng cường kiến thức cho học sinh. Ngoài ra còn có thể áp dụng để giải thích các hiện tượng liên quan đến quá trình oxi hóa – khử trong tự nhiên.
THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ
Trung An, ngày 25 tháng 03 năm 2018
Người mô tả sáng kiến
(Ký và ghi rõ họ tên)
 Nguyễn Viết Duy Thanh