Các dạng bài tập cân bằng phương trình oxi hóa khử hay gặp

1. Các dạng bài tập cân bằng phương trình oxi hóa khử hay gặp:

•  Dạng 1 – Phản ứng oxi hóa khử thông thường (có thể có axit, kiềm hay nước tham gia phản ứng là chất môi trường).
• Dạng 2 – Phản ứng oxi hóa khử nội phân.
• Dạng 3 – Phản ứng tự oxi hóa khử.
• Dạng 4 – Phản ứng oxi hóa khử có số oxi hóa là phân số.
• Dạng 5 – Phản ứng oxi hóa khử có nhiều chất khử.
• Dạng 6 – Phản ứng oxi hóa khử có số oxi hóa tăng giảm ở nhiều mức.
• Dạng 7 – Phản ứng oxi hóa khử có hệ số bằng chữ.
• Dạng 8 – Phản ứng oxi hóa – khử có chất hữu cơ.

2. Tìm hiểu về các dạng bài tập cân bằng phương trình oxi hóa khử hay gặp:

2.1. Dạng 1 – Phản ứng oxi hóa khử thông thường (có thể có axit, kiềm hay nước tham gia phản ứng là chất môi trường):

2.1.1. Các bước chung để cân bằng phương trình oxi hóa khử thông thường:

+ Bước 1: Xác định các chất thay đổi số oxi hóa ⇒ từ đó xác định chất oxi hóa, chất khử.

+ Bước 2: Viết quá trình oxi hóa và khử, xác định số electron trao đổi.

+ Bước 3: Cân bằng số electron trao đổi.

+ Bước 4: Cân bằng nguyên tử các nguyên tố còn lại.

+ Bước 5: Cân bằng H, O theo môi trường phản ứng:

• Môi trường axit: Thêm H₂O để cân bằng O, thêm H⁺ để cân bằng H.

• Môi trường kiềm: Thêm H₂O để cân bằng O, thêm OH⁻ để cân bằng H.

• Môi trường trung tính: Cân bằng như môi trường axit hoặc tùy vào phản ứng cụ thể.

+ Bước 6: Kiểm tra lại tổng thể và ghi phương trình đầy đủ.

2.1.2. Các ví dụ minh họa:

1) Môi trường axit:

Ví dụ: Cân bằng phương trình: FeS₂ + HNO₃ → Fe₂(SO₄)₃ + NO + H₂O

Hướng dẫn giải:

+ Bước 1: Xác định các chất thay đổi số oxi hóa

S trong FeS₂: 0 → +6 (trong SO₄²⁻) ⇒ bị oxi hóa

N trong HNO₃: +5 → +2 (trong NO) ⇒ bị khử

+ Bước 2: Viết 2 quá trình oxi hóa và khử

S⁰ → S⁺⁶ + 6e  

N⁺⁵ + 3e → N⁺²

+ Bước 3: Cân bằng electron 

LCM(3,6) = 6 ⇒ nhân e cho phù hợp.

→ 2N⁺⁵ + 6e → 2N⁺²  

→ 1S⁰ → 1S⁺⁶ + 6e  

(Do có 2 S trong FeS₂, nhân 2 lên quá trình oxi hóa)

+ Bước 4, 5 và 6: Cân bằng theo thứ tự nguyên tố – thêm H₂O, H⁺ nếu cần

Kết quả cân bằng: 3FeS₂ + 28HNO₃ → 3Fe(NO₃)₃ + 6H₂SO₄ + 4NO + 10H₂O

2) Môi trường kiềm:

Ví dụ: Cân bằng phương trình: MnO₄⁻ + I⁻ → MnO₂ + IO₃⁻ (môi trường kiềm)

Hướng dẫn giải:

+ Xác định các chất thay đổi số oxi hóa:

Mn: +7 → +4  

I: -1 → +5

+ Quá trình trao đổi e: 

Mn⁷⁺ + 3e → Mn⁴⁺  

I⁻ → I⁵⁺ + 6e

⇒ Nhân 2 quá trình cho phù hợp:  

2MnO₄⁻ + 6e → 2MnO₂  

1I⁻ → IO₃⁻ + 6e

+ Cân bằng O bằng thêm H₂O, cân bằng H bằng thêm OH⁻ (vì môi trường kiềm).

Kết quả cân bằng: 2MnO₄⁻ + I⁻ + 2H₂O → 2MnO₂ + IO₃⁻ + 4OH⁻

3) Môi trường trung tính: 

Ví dụ: Cân bằng phương trình: Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu

Hướng dẫn giải:

Đây là phản ứng oxi hóa – khử đơn giản, không cần thêm H⁺, OH⁻ hay H₂O.

Ta có: 

Fe⁰ → Fe²⁺ + 2e (oxi hóa)  

Cu²⁺ + 2e → Cu⁰ (khử)

Phương trình cân bằng: Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu

* Lưu ý:

• Môi trường phản ứng quyết định cách thêm H⁺, OH⁻ hay H₂O.

• Nếu đề bài không nói rõ môi trường, cần suy luận từ các chất tham gia.

• Luôn kiểm tra lại các chất thay đổi số oxi hóa và nguyên tử sau cân bằng.

2.2. Dạng 2 – Phản ứng oxi hóa khử nội phân:

Dạng bài cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa – khử nội phân tử là một dạng đặc biệt trong phản ứng oxi hóa – khử. Phản ứng có một chất vừa là chất khử, vừa là chất oxi hóa, tức là một nguyên tố trong phân tử tự thay đổi số oxi hóa (còn gọi là phản ứng tự oxi hóa – tự khử).

2.2.1. Đặc điểm của phản ứng oxi hóa khử nội phân:

+ Chỉ một chất tham gia phản ứng chứa nguyên tố có số oxi hóa thay đổi theo hai chiều:

• Một phần bị oxi hóa (số oxi hóa tăng).

• Một phần bị khử (số oxi hóa giảm).

• Ví dụ: HNO₂ → NO + NO₂ + H₂O (Nitơ trong HNO₂ vừa tăng số oxi hóa lên +5 trong NO₂, vừa giảm xuống +2 trong NO)

2.2.2. Các bước cân bằng phương trình oxi hóa khử nội phân:

+ Bước 1: Xác định số oxi hóa của nguyên tố thay đổi.

+ Bước 2: Viết quá trình oxi hóa và khử của cùng nguyên tố đó.

+ Bước 3: Cân bằng e trao đổi, tìm tỉ lệ giữa các phần bị oxi hóa và khử.

+ Bước 4: Cân bằng các nguyên tử còn lại, rồi thêm H₂O, H⁺ hoặc OH⁻ tùy theo môi trường.

+ Bước 5: Kiểm tra tổng thể phương trình cuối cùng.

2.2.3. Các ví dụ minh họa:

1) Môi trường axit:

Ví dụ: Cân bằng phương trình: HNO₂ → NO + NO₂ + H₂O

Hướng dẫn giải:

+ Bước 1: Xác định số oxi hóa của N trong các chất 

HNO₂: N⁺³  

NO: N⁺² → bị khử 

NO₂: N⁺⁵ → bị oxi hóa

+ Bước 2: Viết quá trình thay đổi e

Oxi hóa: N⁺³ → N⁺⁵ + 2e

Khử: N⁺³ + 1e → N⁺²

+ Bước 3: Cân bằng e

Nhân 2 vào quá trình khử:  

2(N⁺³ + 1e → N⁺²)  

1(N⁺³ → N⁺⁵ + 2e)

Tổng số mol HNO₂ cần là 3 (2 mol tạo NO, 1 mol tạo NO₂)

+ Bước 4: Viết phương trình sơ bộ: 3HNO₂ → 2NO + NO₂ + H₂O

+ Bước 5: Cân bằng H và O

Vế trái: 3H, 6O  

Vế phải: NO (2×1 O), NO₂ (1×2 O), H₂O (1×1 O) → tổng 5O  

→ Thiếu 1 O, thêm 1 H₂O → tổng 6O

Cân bằng H: 3H → 2H (trong H₂O), cần thêm H⁺ nếu phản ứng ở môi trường axit  

⇒ Không cần thiết, vì tổng H cũng là 3.

Kết quả cân bằng: 3HNO₂ → 2NO + NO₂ + H₂O

2) Môi trường kiềm:

Ví dụ: Cân bằng phương trình: Cl₂ + OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O

Hướng dẫn giải:

+ Số oxi hóa của Cl:  

Cl₂: 0  

Cl⁻: -1 → khử  

ClO⁻: +1 → oxi hóa

+ Viết quá trình thay đổi e:

Cl⁰ → Cl⁻ + 1e  

Cl⁰ → Cl⁺¹ + 1e

+ Cân bằng: tỉ lệ 1:1 ⇒ 2Cl₂ tạo 1Cl⁻ và 1ClO⁻

+ Viết sơ đồ phản ứng: Cl₂ + OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O

+ Cân bằng theo nguyên tố:  

Cl: 2 → 1Cl⁻ + 1ClO⁻ → đúng  

O và H: thêm H₂O cho phù hợp

Kết quả cân bằng: Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O

2.2.4. Một số phản ứng oxi hóa khử nội phân tử thường gặp:

2.3. Dạng 3 – Phản ứng tự oxi hóa khử:

Dạng bài cân bằng phản ứng tự oxi hóa – khử (hay còn gọi là phản ứng phân hủy có sự tự oxi hóa – tự khử) là một nhánh đặc biệt của phản ứng oxi hóa – khử, trong đó một nguyên tố trong cùng một chất vừa bị oxi hóa, vừa bị khử.

2.3.1. Đặc điểm của phản ứng tự oxi hóa khử:

+ Chỉ có một chất chứa nguyên tố thay đổi số oxi hóa.

+ Sản phẩm tạo ra gồm ít nhất hai chất chứa cùng nguyên tố nhưng ở số oxi hóa khác nhau.

+ Thường xảy ra khi phân hủy một số hợp chất không bền hoặc bị nhiệt phân, quang phân,…

2.3.2. Các bước cân bằng phương trình tự oxi hóa khử:

+ Bước 1: Xác định nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa trong cùng một chất.

+ Bước 2: Viết quá trình oxi hóa – khử của nguyên tố đó.

+ Bước 3: Cân bằng số electron trao đổi, từ đó xác định tỉ lệ số mol giữa các sản phẩm.

+ Bước 4: Cân bằng các nguyên tố còn lại, sau đó cân bằng H₂O, H⁺ hoặc OH⁻ tùy môi trường.

+ Bước 5: Viết phương trình đầy đủ và kiểm tra lại.

2.3.3. Các ví dụ minh họa:

1) Môi trường axit:

Ví dụ: Cân bằng phương trình: HNO₂ → NO + NO₂ + H₂O

Hướng dẫn giải: 

+ Bước 1: Xác định số oxi hóa của N trong các chất:

HNO₂: +3  

NO: +2 (giảm ⇒ khử)  

NO₂: +5 (tăng ⇒ oxi hóa)

+ Bước 2: Viết quá trình: 

Oxi hóa: N⁺³ → N⁺⁵ + 2e  

Khử: N⁺³ + 1e → N⁺²

+ Bước 3: Cân bằng e: 

Nhân quá trình khử ×2:  

  → 2N⁺³ + 2e → 2N⁺²  

  → 1N⁺³ → N⁺⁵ + 2e

⇒ Tổng cộng: 3HNO₂ → 2NO + NO₂

+ Bước 4: Cân bằng H và O: 

Vế trái: 3HNO₂  

Vế phải: 2NO + NO₂ + H₂O

Tổng số O hai vế = 6 ⇒ đúng  

H: 3H ⇒ 1H₂O ⇒ đúng

Kết quả cân bằng: 3HNO₂ → 2NO + NO₂ + H₂O

2) Môi trường kiềm:

Ví dụ: Cân bằng phương trình: Cl₂ + OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O

Hướng dẫn giải:

+ Bước 1: Xác định số oxi hóa của Cl: 

Cl₂: 0  

Cl⁻: -1 (khử)  

ClO⁻: +1 (oxi hóa)

+ Bước 2: Viết quá trình:  

Cl⁰ → Cl⁻ + 1e  

Cl⁰ → Cl⁺¹ + 1e

→ Tỉ lệ: 1:1

+ Bước 3: Cân bằng sơ đồ: Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O

Kết quả cân bằng: Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O

3) Phản ứng phân hủy (không cần môi trường):

Ví dụ: Cân bằng phương trình: 3H₂O₂ → 2H₂O + O₂

Hướng dẫn giải:

+ Xác định số oxi hóa của O trong H₂O₂ là -1 

H₂O: O -2 ⇒ bị khử  

O₂: O 0 ⇒ bị oxi hóa

+ Viết quá trình:  

O⁻¹ → O⁰ + 1e  

O⁻¹ + 1e → O⁻²

Tỉ lệ mol: 1:1 ⇒ tổng: 2 H₂O₂ tạo ra 1 H₂O và 1 O₂

Kết quả cân bằng: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂

(Nhưng thực tế là 3H₂O₂ → 2H₂O + O₂ do theo tỉ lệ phân tử của phản ứng hoàn toàn, nên chúng ta viết: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂)

2.3.4. Một số phản ứng tự oxi hóa khử thường gặp:

2.4. Dạng 4 – Phản ứng oxi hóa khử có số oxi hóa là phân số:

2.4.1. Đặc điểm của phản ứng oxi hóa khử có số oxi hóa là phân số:

+ Xảy ra khi một nguyên tố có mặt ở nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau trong cùng một hợp chất.

+ Số oxi hóa trung bình của nguyên tố đó là phân số (do tính trung bình giữa nhiều mức oxi hóa).

+ Phản ứng này thường xảy ra trong:

• Các oxit hỗn hợp của kim loại Fe₃O₄, Pb₃O₄, Mn₃O₄,…

• Các hợp chất chứa kim loại có nhiều mức oxi hóa khác nhau.

+ Có thể diễn ra trong môi trường axit, bazơ (kiềm) hoặc trung tính.

+ Trong những chất đó, số oxi hóa không phải là một giá trị cụ thể cho từng nguyên tử mà là giá trị trung bình.

* Ví dụ về số oxi hóa trung bình:

Trong Fe₃O₄: 3Fe + 4(-2) = 0 → 3x – 8 = 0 → x = 8/3 → S

(Thực tế: gồm 1 Fe²⁺ và 2 Fe³⁺).

2.4.2. Các bước cân bằng phản ứng oxi hóa khử có số oxi hóa là phân số:

+ Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố thay đổi. Đối với chất có số oxi hóa trung bình, tách ra theo công thức hỗn hợp nếu cần.

+ Bước 2: Viết các nửa phản ứng oxi hóa và khử riêng biệt.

+ Bước 3: Cân bằng số electron trao đổi. Nhân hệ số để tổng số electron cho bằng electron nhận.

+ Bước 4: Viết lại phương trình tổng và cân bằng nguyên tử.

+ Bước 5: Cân bằng H, O theo môi trường phản ứng.

• Trong môi trường axit: dùng H⁺, H₂O.

• Trong môi trường bazơ: dùng OH⁻, H₂O.

2.4.3. Các ví dụ minh họa:

1) Môi trường axit:

Ví dụ: Cân bằng phương trình: Fe₃O₄ + HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO + H₂O

Hướng dẫn giải:

+ Bước 1: Xác định số oxi hóa

Fe trong Fe₃O₄: số oxi hóa trung bình = +8/3 → gồm 1 Fe²⁺ và 2 Fe³⁺

N: từ +5 trong HNO₃ → +2 trong NO

+ Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa – khử

Fe²⁺ → Fe³⁺ + 1e (oxi hóa)

N⁺⁵ + 3e → N⁺2 (khử)

+ Bước 3: Cân bằng electron

3 Fe²⁺ → 3e  

1 N⁺⁵ → 3e  

→ Electron trao đổi đã cân bằng.

+ Bước 4: Viết phương trình phản ứng và cân bằng: 

Fe₃O₄ + 10HNO₃ → 3Fe(NO₃)₃ + NO + 5H₂O

2) Môi trường kiềm:

Ví dụ: Cân bằng phương trình: Fe²⁺ + Fe³⁺ + OH⁻ → Fe₃O₄ + H₂O

Hướng dẫn giải:

+ Bước 1: Trong Fe₃O₄ gồm 1Fe²⁺ và 2Fe³⁺ → số oxi hóa trung bình +8/3

+ Bước 2: 2Fe²⁺ → 2Fe³⁺ (oxi hóa: nhường 2e)

+ Bước 3: Viết phản ứng cân bằng: 3Fe²⁺ + Fe³⁺ + 8OH⁻ → Fe₃O₄ + 4H₂O

3) Môi trường trung tính:

Ví dụ: Cân bằng phương trình: PbO² + Pb²⁺ → Pb₃O₄

Hướng dẫn giải:

+ Bước 1: Xác định số oxi hóa

PbO₂: Pb +4  

Pb²⁺: +2  

Pb₃O₄ gồm: 2Pb⁴⁺ và 1Pb²⁺ → trung bình: +10/3

+ Bước 2: Phản ứng:

2PbO² + Pb²⁺ → Pb₃O₄

* Lưu ý: Không cần thêm ion H⁺ hay OH⁻, vì là môi trường trung tính.

2.4.4. Một số phản ứng oxi hóa khử có số oxi hóa là phân số thường gặp:

2.5. Dạng 5 – Phản ứng oxi hóa khử có nhiều chất khử:

2.5.1. Đặc điểm của phản ứng oxi hóa khử có nhiều chất khử:

+ Có từ 2 chất khử trở lên (nhường electron).

+ Các chất khử có thể:

• Chứa cùng nguyên tố (VD: Fe²⁺, Fe)

• Hoặc chứa các nguyên tố khác nhau (VD: Fe, Cu, Al)

+ Chỉ có 1 chất oxi hóa (nhận electron) → nhận electron từ nhiều nguồn.

+ Số mol e tổng cộng các chất khử nhường = số mol e chất oxi hóa nhận.

2.5.2. Các bước cân bằng phương trình oxi hóa khử có nhiều chất khử:

+ Bước 1: Xác định số oxi hóa

• Ghi số oxi hóa của các nguyên tố thay đổi.

• Xác định chất oxi hóa và các chất khử.

+ Bước 2: Viết quá trình nhường – nhận e

• Viết riêng từng quá trình oxi hóa (nhường e) cho từng chất khử.

• Viết quá trình khử (nhận e) của chất oxi hóa.

+ Bước 3: Thăng bằng e cho từng quá trình

Tính số e mỗi chất nhường/nhận →  nhân hệ số sao cho tổng e nhường = e nhận.

+ Bước 4: Viết phản ứng tổng và cân bằng nguyên tố còn lại

Tùy môi trường → thêm H⁺, OH⁻, H₂O nếu cần (môi trường axit/kiềm).

2.5.3. Các ví dụ minh họa:

1) Nhiều chất khử cùng nguyên tố:

Ví dụ: Cân bằng phương trình: Fe²⁺ + Fe → Fe³⁺

Hướng dẫn giải:

+ Chất khử: Fe²⁺, Fe 

+ Chất oxi hóa: Không ghi rõ, có thể là O₂ hoặc phản ứng nội bộ.  

→ Nếu xét phản ứng oxi hóa nội bộ: 2Fe³⁺  + Fe → 3Fe²⁺(ngược lại)

Nếu như đề cho thiếu chất oxi hóa → không thể cân bằng đầy đủ được. Tuy nhiên, đây là dạng nội bộ có thể gặp trong Fe²⁺ + Fe³⁺ → Fe₃O₄.

2) Nhiều chất khử khác nguyên tố:

Ví dụ: Cân bằng phương trình: Fe + Cu + HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

Hướng dẫn giải:

+ Bước 1: Xác định số oxi hóa  

Fe: 0 → +3 (nhường 3e)  

Cu: 0 → +2 (nhường 2e)  

N trong HNO₃: +5 → +2 (nhận 3e)

+ Bước 2: Viết quá trình nhường e  

Fe: nhường 3e  

Cu: nhường 2e  

→ Tổng: 5e nhường

 

N: nhận 3e  

→ Phải nhân chéo:  

• Fe × 3  

• Cu × 3  

• N (NO₃⁻) × 5

+ Bước 3: Cân bằng phương trình:

3Fe + 2Cu + 10HNO₃ → 3Fe(NO₃)₃ + 2Cu(NO₃)₂ + NO + 5H₂O

3) Môi trường axit: 

Ví dụ: Cân bằng phương trình: Fe²⁺ + C₂O₄²⁻ + MnO₄⁻ + H⁺ → Fe³⁺ + CO₂ + Mn²⁺ + H₂O

Hướng dẫn giải:

+ Chất khử: 

• Fe²⁺: +2 → +3 → nhường 1e  

• C: +3 → +4 (trong CO₂ → nhường 1e

+ Chất oxi hóa: MnO₄⁻ : Mn +7 → +2 → nhận 5e

→ Tổng e nhường = x.1 + y.2 = 5  

→ Ta được x = 1, y = 2 hoặc ngược lại tùy bài → rồi cân bằng nguyên tố và H₂O, H⁺.

2.5.4. Một số phản ứng oxi hóa khử có nhiều chất khử thường gặp:

2.6. Dạng 6 – Phản ứng oxi hóa khử có số oxi hóa tăng giảm ở nhiều mức: 

2.6.1. Đặc điểm của phản ứng oxi hóa khử có số oxi hóa tăng giảm ở nhiều mức: 

+ Một nguyên tố có thể tăng hoặc giảm số oxi hóa theo nhiều mức khác nhau trong cùng một phản ứng.

+ Phản ứng thường thuộc loại tự oxi hóa – tự khử hoặc phản ứng kết hợp với chất khác dẫn đến nhiều sản phẩm oxi hóa/khử.

+ Các phản ứng thường phức tạp, có nhiều quá trình oxi hóa và khử song song.

2.6.2. Các bước cân bằng phương trình oxi hóa khử có số oxi hóa tăng giảm ở nhiều mức: 

+ Bước 1: Xác định số oxi hóa

• Ghi số oxi hóa của tất cả các nguyên tố trước và sau phản ứng.

• Xác định rõ các mức oxi hóa thay đổi (có thể một nguyên tố vừa tăng, vừa giảm).

+ Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa – khử riêng lẻ

Viết từng quá trình biến đổi số oxi hóa → thể hiện rõ từng mức tăng – giảm.

+ Bước 3: Thăng bằng e

• Mỗi mức thay đổi sẽ tương ứng với một quá trình nhường/nhận e riêng.

• Cộng tổng số e nhường và e nhận → cân bằng bằng phương pháp electron.

+ Bước 4: Viết phương trình tổng và cân bằng nguyên tố còn lại

 Dựa vào môi trường phản ứng (axit, kiềm, trung tính) → thêm H⁺, OH⁻, H₂O cho phù hợp.

2.6.3. Các ví dụ minh họa:

1) Phản ứng tự oxi hóa – tự khử (có nhiều mức thay đổi):

Ví dụ: Cân bằng phương trình: Cl₂ + H₂O → HCl + HClO + HClO₃

Hướng dẫn giải:

+ Bước 1: Xác định số oxi hóa Cl 

• Cl₂: 0  

• Trong HCl: -1  

• Trong HClO: +1  

• Trong HClO₃: +5

→ Cl giảm từ 0 → -1 (khử) và tăng từ 0 → +1, +5 (oxi hóa)  

→ Có 3 quá trình:

• Cl₂ (0) → Cl⁻ (-1) 

• Cl₂ (0) → Cl⁺ (1)

• Cl₂ (0) → Cl⁺⁵

+ Bước 2: Viết e cho từng quá trình

• 0 → -1: nhận 1e  

• 0 → +1: nhường 1e 

• 0 → +5: nhường 5e

→ Tổng e nhường: 6e, e nhận: 1e

→ Tìm hệ số để cân bằng:

• Nhân quá trình nhận e × 6

• Quá trình nhường e: chia 6e theo tỉ lệ phù hợp → tùy bài

Phương trình đã cân bằng: 3Cl₂ + 3H₂O → 5HCl + HClO + 5HClO₃

2) Mangan có nhiều mức oxi hóa:

Ví dụ: Cân bằng phương trình: KMnO₄ + HCl → MnCl₂ + Cl₂ + KCl + H₂O

Hướng dẫn giải:

+ Xác định số oxi hóa

• Mn: +7 → +2 (giảm 5e)  

• Cl⁻ trong HCl: -1 → 0 (tăng 1e)

→ Có 2 quá trình:

• Mn⁷⁺ → Mn²⁺: nhận 5e  

• Cl⁻ → Cl₂: nhường 2e (2Cl⁻ → Cl₂)

→ 5e nhận : 2e nhường → bội chung là 1p  

→ Nhân:

• Mn: ×2  

• Cl⁻: ×5 (→ 10Cl⁻ = 5HCl)

Phương trình cân bằng: 2KMnO₄ + 16HCl → 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 2KCl + 8H₂O

3) Phản ứng ứng có sản phẩm chứa cùng nguyên tố ở nhiều mức oxi hóa:

Ví dụ: Cân bằng phương trình: P + HNO₃ (đặc) → H₃PO₄ + NO₂ + H₂O

Hướng dẫn giải:

+ Xác định số oxi hóa

• P: 0 → +5 (trong H₃PO₄) → nhường 5e  

• N: +5 (trong HNO₃) → +4 (trong NO₂) → nhận 1e

→ Nhân:

• P × 2  

• N × 5

Phương trình cân bằng: 2P + 10HNO₃ (đặc) → 2H₃PO₄ + 10NO₂ + 4H₂O

6.4. Một số phản ứng oxi hóa khử có số oxi hóa tăng giảm ở nhiều mức thường gặp:

2.7. Dạng 7 – Phản ứng oxi hóa khử có hệ số bằng chữ:

2.7.1. Đặc điểm của phản ứng oxi hóa khử có hệ số bằng chữ:

+ Các hệ số trong phương trình phản ứng không phải là số cụ thể, mà là ẩn số (chữ cái) như ( a, b, c, x, y, z).

+ Mục tiêu là xác định giá trị các ẩn sao cho phương trình cân bằng đúng về nguyên tố và điện tích.

+ Vừa là bài toán cân bằng phản ứng, vừa là bài toán đại số → liên quan đến thiết lập phương trình toán học từ các định luật bảo toàn.

2.7.2. Các bước cân bằng phương trình oxi hóa khử có hệ số bằng chữ:

+ Bước 1: Gán hệ số bằng chữ

Đặt các hệ số của chất phản ứng/sản phẩm là các biến như a, b, c, d,…

+ Bước 2: Xác định số oxi hóa

Ghi số oxi hóa của các nguyên tố thay đổi → xác định chất oxi hóa và chất khử.

+ Bước 3: Viết các quá trình oxi hóa khử

Viết phương trình bán phản ứng → tính số e trao đổi.

+ Bước 4: Thiết lập hệ phương trình đại số

Dựa vào:

• Bảo toàn nguyên tố thay đổi số oxi hóa

• Bảo toàn e (e nhường = e nhận)

• Bảo toàn nguyên tố khác (H, O, Cl,…) nếu cần

+ Bước 5: Giải hệ phương trình

Giải để tìm ra các giá trị nguyên dương cho các hệ số.

2.7.3. Các ví dụ minh họa:

1) Hệ số bằng chữ đơn giản:

Ví dụ: Cân bằng phương trình: aFe²⁺ + bMnO4⁻ + cH⁺ → dFe³⁺ + eMn²⁺ + fH₂O

Hướng dẫn giải:

+ Xác định số oxi hóa:

• Fe: +2 → +3 (nhường 1e)  

• Mn: +7 → +2 (nhận 5e)

→ e nhường = e nhận

Ta có: a.1 = b.5 → a = 5b (1)

+ Bảo toàn H:

• cH⁺ → tạo ra fH₂O  

• Trong phản ứng khử MnO₄⁻ → Mn²⁺ cần 8H⁺/mol MnO₄⁻

→ c = 8b  

→ f = 4b (vì tạo 4H₂O/mol MnO₄⁻)

→ Các hệ số theo b: a = 5b, c = 8b, d = 5b, e = b, f = 4b

Chọn b = 1, ta được:

5Fe²⁺ + MnO4⁻ + 8H⁺ → 5Fe³⁺ + Mn²⁺ + 4H₂O

2) Bài toán nâng cao:

Ví dụ: Cho phản ứng (chưa cân bằng): aFe + bHNO₃ → cFe(NO₃)₃ + dNO + eH₂O

Hướng dẫn giải:

+ Xác định số oxi hóa:

• Fe: 0 → +3 (nhường 3e)  

• N: +5 → +2 (nhận 3e)

→ a.3 = d. 1 → 3a = d

+ Bảo toàn Fe: a = c 

+ Bảo toàn N: Từ HNO₃ → tạo Fe(NO₃)₃ (mỗi mol dùng 3 NO₃⁻), và NO  

→ Tổng HNO₃ dùng: b = 3c + d = 3a + 3a = 6a

+ Bảo toàn H: bHNNO₃ → eH₂O, số nguyên tử H: b = 2e → e = b/2 = 3a

→ Hệ số: aFe + 6aHNO₃ → Fe(NO₃)₃ + 3NO + 3H₂O

+ Chọn a = 1: Fe + 6HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + 3NO + 3H₂O

2.7.4. Một số phản ứng oxi hóa khử có hệ số bằng chữ thường gặp:

* Mẹo giải nhanh: 

• Ưu tiên cân bằng nguyên tố thay đổi số oxi hóa → e

• Dùng tổng e nhường = e nhận → tạo phương trình

• Dùng bảo toàn nguyên tố còn lại → thêm phương trình phụ

• Ưu tiên đặt 1 ẩn = 1 sau khi tìm xong tất cả theo 1 biến

2.8. Dạng 8 – Phản ứng oxi hóa khử có chất hữu cơ:  

2.8.1. Đặc điểm của phản ứng oxi hóa khử có chất hữu cơ:  

+ Chất tham gia hoặc sản phẩm là hợp chất hữu cơ (thường là ancol, aldehyde, acid, este,…).

+ Thường là phản ứng oxi hóa khử không điển hình → không dễ nhìn ra số oxi hóa.

+ Sự thay đổi số oxi hóa thường nằm ở nguyên tử C (carbon).

+ Môi trường thường là axit, có chất oxi hóa mạnh như KMnO₄, K₂Cr₂O₇, HNO₃,…

+ Có thể gặp dạng: tự oxi hóa – tự khử, oxi hóa không hoàn toàn, oxi hóa tạo CO₂,…

2.8.2. Các bước cân bằng phương trình oxi hóa khử có chất hữu cơ:  

+ Bước 1: Xác định chất hữu cơ và nguyên tử thay đổi số oxi hóa

• Xác định rõ nguyên tử C nào có sự thay đổi (nếu có nhiều nhóm chức thì nên xét riêng từng nhóm).

• Tính số oxi hóa của C bằng cách áp dụng quy tắc cộng số oxi hóa.

+ Bước 2: Viết các bán phản ứng oxi hóa – khử

• Chỉ rõ sự thay đổi số oxi hóa của nguyên tử C.

• Viết số e trao đổi (mỗi C nhường hoặc nhận bao nhiêu e).

+ Bước 3: Cân bằng electron

Áp dụng quy tắc: tổng số e nhường = tổng số e nhận

+ Bước 4: Viết phương trình đầy đủ

• Thêm hệ số để bảo toàn nguyên tố khác (H, O,…)

• Dựa vào môi trường (axit, kiềm) để thêm H⁺, OH⁻, H₂O nếu cần.

2.8.3. Các ví dụ minh họa:

1) Oxi hóa ancol bằng KMnO₄ trong môi trường axit:

Ví dụ: Cân bằng phương trình: CH₃CH₂OH + KMnO₄ + H₂SO₄ → CH₃COOH + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Hướng dẫn giải:

+ Bước 1: Xác định số oxi hóa

C trong CH₃CH₂OH:  

• C1: -3  

• C2: -1  

C2 trong CH₃CH₂OH: –1 → +3 (trong CH₃COOH

Thay đổi 4e (C2 nhường 4e)  

Mn⁷⁺ → Mn²⁺: nhận 5e

→ LCM(4,5) = 20  

→ Nhân:

• C nhường: 5 mol ancol

• Mn nhận: 4 mol KMnO₄

Phương trình đã cân bằng: 5CH₃CH₂OH + 4KMnO₄ + 6H₂SO₄ → 5CH₃COOH + 4MnSO₄ + 2K₂SO₄ + 11H₂O

2) Oxi hóa glixerol (chất có nhiều nhóm OH):

Ví dụ: Cân bằng phương trình: C₃H5(OH)₃ + [O] → HCOOH + CO₂ + H₂O

Hướng dẫn giải: 

+ Glixerol (gốc C₃) có 3 nhóm OH → dễ bị oxi hóa mạnh (bởi HNO₃, KMnO₄,…)

+ Các nguyên tử C sẽ bị oxi hóa đến HCOOH hoặc CO₂ tùy điều kiện.

Đây là phản ứng phức tạp → thường cho sẵn sản phẩm → học sinh cân bằng theo phương pháp bảo toàn nguyên tố + e.

3) Oxi hóa axit fomic bởi AgNO₃ (phản ứng tráng gương):

Ví dụ: Cân bằng phương trình: HCOOH + AgNO₃ + NH₃ → CO₂ + Ag + NH₄NO₃ + H₂O

Hướng dẫn giải:

C trong HCOOH: +2 → +4 (trong CO₂) → nhường 2e  

Ag⁺ → Ag: nhận 1e

→ HCOOH: 1 mol → 2e  

→ Ag⁺: mỗi mol nhận 1e → cần 2 mol

Phương trình cân bằng: HCOOH + 2AgNO₃ + 2NH₃ → CO₂ + 2Ag + 2NH₄NO₃ + H₂O

4) Oxi hóa glucozơ trong phản ứng tráng bạc:

Ví dụ: Cân bằng phương trình: C6H12O6 + AgNO₃ + NH₃ + H₂O → C6H12O7 + Ag + NH₄NO₃

Hướng dẫn giải: 

Nhóm -CHO trong glucozơ → bị oxi hóa thành -COOH  

C(1): +1 → +3 → nhường 2e  

Ag⁺: nhận 1e

→ Mỗi mol glucozơ → 2 mol Ag

Phương trình cân bằng: C6H12O6 + 2AgNO₃ + 3NH₃ + H₂O → C6H12O7 + 2Ag + 2NH₄NO₃

2.8.4. Một số phản ứng oxi hóa khử có chất hữu cơ thường gặp: 

* Mẹo giải nhanh:

• Xác định nguyên tử C nào thay đổi số oxi hóa → viết rõ từng bước.

• Ưu tiên dùng phương pháp bảo toàn e và bảo toàn nguyên tố. 

• Nắm chắc sự biến đổi đặc trưng của nhóm chức hữu cơ. 

• -OH (ancol) → -COOH 

• -CHO → -COOH hoặc CO₂  

• Axit có C-C → bị bẻ gãy → tạo CO₂

3. Bài tập rèn luyện:

Bài tập 1: Cân bằng phản ứng: FeS + HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + N₂O + H₂SO₄ + H₂O

Hướng dẫn giải: 

+ Bước 1. Xác định sự thay đổi số oxi hóa:

Fe⁺² → Fe⁺³

S⁻² → S⁺⁶

N⁺⁵ → N⁺¹

+ Bước 2. Lập thăng bằng electron:

Fe⁺² → Fe⁺³ + 1e

S⁻² → S⁺⁶ + 8e

FeS → Fe⁺³ + S⁺⁶ + 9e

2N⁺⁵ + 8e → 2N⁺¹

→ Có 8FeS và 9N2O.

+ Bước 3. Đặt các hệ số tìm được vào phản ứng và tính các hệ số còn lại:

8FeS + 42HNO₃ → 8Fe(NO₃)₃ + 9N₂O + 8H₂SO₄ + 13H₂O

Bài tập 2: Cân bằng phản ứng trong dung dịch bazơ: NaCrO₂ + Br₂ + NaOH → Na₂CrO₄ + NaBr

Hướng dẫn giải:

CrO₄⁻ + 4OH⁻ → CrO₄²⁻ + 2H₂O + 3e

Br₂ + 2e → 2Br⁻

Phương trình ion:

2CrO₂⁻ + 8OH⁻ + 3Br₂ → 2CrO4²⁻ + 6Br⁻ + 4H₂O

Phương trình phản ứng phân tử:

2NaCrO₂ + 3Br₂ + 8NaOH → 2Na₂CrO₄ + 6NaBr + 4H₂O

Bài tập 3: Cân bằng phản ứng trong dung dịch có H2O tham gia: KMnO₄ + K₂SO₃ + H₂O → MnO₂ + K₂SO₄

Hướng dẫn giải:

MnO₄⁻ + 3e + 2H₂O → MnO₂ + 4OH⁻

SO₃²⁻ + H₂O → SO₄²⁻ + 2H+ + 2e

Phương trình ion:

2MnO₄⁻ + H₂O + 3SO₃²⁻- → 2MnO₂ + 2OH⁻ + 3SO₄²⁻

Phương trình phản ứng phân tử:

2KMnO₄ + 3K₂SO₃ + H₂O → 2MnO₂ + 3K₂SO₄ + 2KOH

Bài tập 4: Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử sau: C6H12O6 + KMnO4 + H2SO4 → K2SO4 + MnSO4 + CO2 + H2O

Hướng dẫn giải:

5C6H12O6 + 24KMnO4 + 36H2SO4 → 12K2SO4 + 24MnSO4 + 30CO2 + 66H2O

THAM KHẢO THÊM:

• Cân bằng hóa học là gì? Cân bằng phương trình hóa học?
• Cân bằng phương trình hóa học: NH3 + O2 → NO + H2O
• Cân bằng phương trình: AgNO3 + HCl → AgCl + HNO3