Đang tải bài học…

AP Chemistry

sự khử

reduction

Còn gọi: bị khử · species reduced · quá trình khử · nhận electron

Sự khử là quá trình một chất nhận thêm electron, làm cho số oxi hóa của nguyên tố đó giảm xuống.

Sự khử (reduction) là quá trình một tiểu phân nhận thêm một hoặc nhiều êlectron, kéo theo số oxi hóa của nguyên tố đang xét giảm xuống. Trong mọi phản ứng oxi hóa–khử, sự khử và sự oxi hóa luôn diễn ra đồng thời, vì chất này nhường êlectron thì chất kia phải nhận êlectron. Do đó, ta không bao giờ quan sát được sự khử đơn độc mà luôn có một bán phản ứng đi kèm.

Vì vậy, xét về mặt kí hiệu, bán phản ứng khử được viết với êlectron ở vế trái. Chẳng hạn, ion đồng nhận hai êlectron để tạo thành đồng kim loại: $\text{Cu}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Cu}$ . Nhờ đó, số oxi hóa của đồng giảm từ +2 xuống 0, và chất bị khử đóng vai trò chất oxi hóa (oxidizing agent) trong phản ứng, vì nó buộc chất kia phải nhường êlectron cho mình.

Hơn nữa, trong thực hành điện hóa, sự khử xảy ra ở catot của pin galvani hoặc bình điện phân. Dòng êlectron từ mạch ngoài đi vào điện cực (electrode), cung cấp êlectron cho các ion trong dung dịch bị khử thành kim loại bám trên bề mặt điện cực. Quá trình này chỉ tự diễn biến khi thế điện cực của cặp oxi hóa–khử đủ dương so với điện cực còn lại, do đó việc xác định chiều của sự khử đòi hỏi so sánh thế khử chuẩn (standard reduction potential) của các bán phản ứng liên quan.

Ký hiệu

• $e^-$
• $\text{X}^{n+} + ne^- \rightarrow \text{X}$

Trực giác: Sự khử giống như trả nợ dần: mỗi lần nhận thêm một electron giống như nhận một khoản hoàn trả, khiến số nợ (số oxi hóa) giảm đi một đơn vị.

Thử nghiệm tương tác

Thả từng electron vào ion đồng 2+ — nhìn số oxi hoá tụt đúng bấy nhiêu đơn vị

Hay hiểu sai

Sự khử không phải là "giảm khối lượng" hay "mất electron".

Không được đảo dấu thế khử khi dùng công thức $E°_{cell} = E°_{cathode} - E°_{anode}$ .

Hệ số cân bằng không nhân vào thế điện cực.

Cực xảy ra sự khử luôn là cathode, kể cả trong bình điện phân.

Mẹo phòng thi

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Cho phản ứng xảy ra khi nhúng một lá nhôm vào dung dịch kẽm(II) sunfat:

2\,\text{Al}(s) + 3\,\text{Zn}^{2+}(aq) \rightarrow 2\,\text{Al}^{3+}(aq) + 3\,\text{Zn}(s)

aXác định tiểu phân bị khử và viết nửa phản ứng khử tương ứng.
bXác định chất khử (reducing agent) và tổng số electron được chuyển trong phương trình như đã viết. Giải thích dựa trên sự thay đổi số oxi hóa.

1Bước 1: Gán số oxi hóa cho mọi tiểu phân trước khi kết luận bất cứ điều gì. Đơn chất ở trạng thái tự do có số oxi hóa bằng

0

, nên

\text{Al}(s)

là

0

và

\text{Zn}(s)

là

0

. Ion đơn nguyên tử có số oxi hóa bằng chính điện tích của nó, do đó

\text{Zn}^{2+}

là

+2

và

\text{Al}^{3+}

là

+3

Bạn nắm chắc chưa?

Quiz câu thật từ ngân hàng đề

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.

Tạo tài khoản miễn phí

Học tiếp từ đây

Bài học chứa thuật ngữ nàyPhản ứng hóa học · bài “Phản ứng oxi hóa–khử (redox)” — khoá AP Chemistry

Cần trướcsố oxi hóa electron

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

sự oxid hóa (oxidation)oxidation

Khác nhau ở đâuSự khử là quá trình nhận electron và giảm số oxi hóa. Sự oxid hóa là quá trình nhường electron và tăng số oxi hóa.

Hay nhầm khiđề cho nửa phản ứng và hỏi đây là quá trình khử hay oxid hóa

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 11, 14, 19.

Thả từng electron vào ion đồng 2+ — nhìn số oxi hoá tụt đúng bấy nhiêu đơn vị

Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — mở khoá bằng tài khoản 0đ.

Tạo tài khoản miễn phí

Viết ra số oxi hóa của từng nguyên tố trước khi kết luận chất nào bị khử.

Khi tính $\Delta G°$ , đếm lại $n$ từ phương trình tổng đã cân bằng electron.

Nếu đề chỉ đưa bảng thế khử, hãy đánh dấu ngay cặp nào có $E°$ lớn hơn.

Tần suất trong đề AP ChemistryThường xuyên

Bước 2: So sánh hai cột số liệu để xem đại lượng nào giảm. Kẽm đi từ

+2

xuống

0

, tức số oxi hóa giảm hai đơn vị, và đó chính là dấu hiệu của sự khử. Vì vậy tiểu phân bị khử là

\text{Zn}^{2+}(aq)

, còn nửa phản ứng khử được viết bằng cách thêm electron vào vế trái cho cân bằng điện tích:

\text{Zn}^{2+}(aq) + 2\,e^{-} \rightarrow \text{Zn}(s)

Phương trình này nói rằng mỗi ion kẽm nhận đúng hai electron để trở thành nguyên tử kẽm kim loại.

3Bước 3: Xét tiếp nhôm để tìm nguồn cung cấp electron. Nhôm đi từ

0

lên

+3

, số oxi hóa tăng nên nhôm bị oxi hóa theo nửa phản ứng

\text{Al}(s) \rightarrow \text{Al}^{3+}(aq) + 3\,e^{-}

. Chất bị oxi hóa cũng chính là chất nhường electron, do đó

\text{Al}(s)

là chất khử; ngược lại

\text{Zn}^{2+}

đóng vai trò chất oxi hóa (oxidizing agent). Lưu ý cách diễn đạt dễ nhầm: chất khử không phải chất bị khử.

4Bước 4: Nhân hệ số để đếm electron. Nhân nửa phản ứng oxi hóa với

2

được

6\,e^{-}

nhường ra, nhân nửa phản ứng khử với

3

được

6\,e^{-}

nhận vào, đúng bằng nhau nên phương trình tổng đã cân bằng electron. Tổng số electron chuyển là

6

, phù hợp với hệ số

2

và

3

trong đề bài.

Trong phản ứng giữa nhôm và ion kẽm, $\text{Zn}^{2+}(aq)$ là tiểu phân bị khử vì số oxi hóa giảm từ $+2$ về $0$ theo nửa phản ứng $\text{Zn}^{2+}(aq) + 2\,e^{-} \rightarrow \text{Zn}(s)$ . Chất khử là $\text{Al}(s)$ , vì nó nhường electron và số oxi hóa tăng từ $0$ lên $+3$ ; ứng với hệ số trong phương trình đã cho, có tất cả $6$ electron được chuyển từ nhôm sang ion kẽm.

2Ví dụ 2/2

Một pin điện hóa (galvanic cell) hoạt động ở điều kiện chuẩn được lắp từ hai nửa pin có thế khử chuẩn (standard reduction potential) như bảng dưới đây: Half-Reaction

E^\circ\ (\text{V})

------

\text{Ag}^{+}(aq) + e^{-} \rightarrow \text{Ag}(s)

+0{,}80

\text{Ni}^{2+}(aq) + 2\,e^{-} \rightarrow \text{Ni}(s)

-0{,}25

aNửa phản ứng nào xảy ra ở điện cực xảy ra sự khử? Viết phương trình phản ứng tổng của pin.
bTính suất điện động chuẩn $E^\circ_{cell}$ của pin.
cTính $\Delta G^\circ$ của phản ứng và cho biết giá trị đó xác nhận điều gì.

1Bước 1: Nhớ rằng bảng chỉ liệt kê các nửa phản ứng đã viết sẵn theo chiều khử, còn thực tế chỉ một trong hai chiều đó được giữ nguyên. Trong pin điện hóa, phản ứng tự diễn biến nên chiều được chọn phải cho

E^\circ_{cell}

dương. Giá trị

E^\circ

càng lớn thì tiểu phân càng dễ nhận electron, vì vậy

\text{Ag}^{+}

với

+0{,}80\ \text{V}

là chất oxi hóa mạnh hơn và sẽ bị khử.

2Bước 2: Điện cực nơi sự khử xảy ra là cực dương của pin (cathode), tại đó

\text{Ag}^{+}(aq) + e^{-} \rightarrow \text{Ag}(s)

. Nửa còn lại phải đảo chiều thành

\text{Ni}(s) \rightarrow \text{Ni}^{2+}(aq) + 2\,e^{-}

, tức niken bị oxi hóa ở anode. Nhân nửa phản ứng của bạc với

2

để cân bằng electron rồi cộng lại:

2\,\text{Ag}^{+}(aq) + \text{Ni}(s) \rightarrow 2\,\text{Ag}(s) + \text{Ni}^{2+}(aq)

Hệ số

2

chỉ nhân số hạt, không nhân giá trị

E^\circ

3Bước 3: Áp dụng công thức

E^\circ_{cell} = E^\circ_{cathode} - E^\circ_{anode}

, trong đó cả hai giá trị đều lấy nguyên từ bảng thế khử. Thay số:

E^\circ_{cell} = 0{,}80 - (-0{,}25) = 1{,}05\ \text{V}

Kết quả dương khẳng định lựa chọn chiều ở Bước 1 là đúng.

4Bước 4: Dùng liên hệ

\Delta G^\circ = -nFE^\circ_{cell}

với

n = 2

là số mol electron chuyển theo phương trình tổng và

F = 96485\ \text{C·mol}^{-1}

. Tính lần lượt:

2 \times 96485 = 192970

, rồi

192970 \times 1{,}05 = 202618{,}5

. Do đó

\Delta G^\circ = -2{,}03 \times 10^{5}\ \text{J·mol}^{-1} \approx -203\ \text{kJ·mol}^{-1}

Dấu âm cho biết phản ứng tự diễn biến ở điều kiện chuẩn.

Sự khử xảy ra ở điện cực bạc theo nửa phản ứng $\text{Ag}^{+}(aq) + e^{-} \rightarrow \text{Ag}(s)$ , còn niken bị oxi hóa, nên phản ứng tổng của pin là $2\,\text{Ag}^{+}(aq) + \text{Ni}(s) \rightarrow 2\,\text{Ag}(s) + \text{Ni}^{2+}(aq)$ với $E^\circ_{cell} = 1{,}05\ \text{V}$ . Giá trị $\Delta G^\circ \approx -203\ \text{kJ·mol}^{-1}$ mang dấu âm, xác nhận rằng ion bạc thực sự bị khử một cách tự phát khi pin hoạt động.

Dẫn tớipin galvani

Liên quansự oxid hóachất khử (sắp có)

Mục tiêu và lộ trình unit xem miễn phí — làm bài tập và lưu tiến độ cần tài khoản 0đ.