Đang tải bài học…

AP Chemistry

trạng thái bị khử

reduced

Trạng thái bị khử là trạng thái của một chất đã nhận thêm electron trong phản ứng, khiến số oxi hóa của chất đó giảm xuống.

Trong hóa học, một chất được gọi là bị khử khi nó nhận thêm êlectron (electron) trong quá trình phản ứng, kéo theo số oxi hóa của chất đó giảm xuống. Chính vì sự giảm này mà người ta dùng từ "bị khử" để chỉ hiện tượng trên. Ví dụ, ion $\text{Cu}^{2+}$ nhận hai êlectron để trở thành đồng $\text{Cu}$ với số oxi hóa giảm từ $+2$ xuống $0$ , nên $\text{Cu}^{2+}$ trong trường hợp này đã bị khử.

Tuy nhiên, êlectron không thể tự nhiên xuất hiện hay biến mất, do đó khi một chất nhận êlectron thì phải có chất khác nhường êlectron đó. Quá trình nhận êlectron gọi là sự khử, còn quá trình nhường êlectron gọi là sự oxi hóa, và hai quá trình này luôn xảy ra đồng thời trong một phản ứng oxi hóa–khử. Nhờ đó, ta có thể ghi nhớ rằng chất bị khử là chất nhận êlectron, còn chất khử (reducing agent) lại là chất nhường êlectron với hai vai trò trái ngược nhau trong cùng một phản ứng.

Trong pin điện hóa, sự khử xảy ra ở catot, nơi các ion dương trong dung dịch nhận êlectron từ mạch ngoài để tạo thành kim loại bám trên điện cực. Ngược lại, ở anot, kim loại bị oxi hóa và nhường êlectron vào mạch ngoài để duy trì dòng điện. Do đó, hiểu rõ trạng thái bị khử giúp thí sinh xác định chiều di chuyển của êlectron và viết đúng phương trình bán phản ứng khi giải bài tập về pin Galvani (galvanic cell).

Ký hiệu

\text{M}^{n+} + ne^- \rightarrow \text{M}

Trực giác: Hãy tưởng tượng một người đang đói được ai đó cho thức ăn — khi nhận thêm, mức độ đói giảm xuống; cũng vậy, chất bị khử nhận thêm electron nên số oxi hóa giảm.

Thử nghiệm tương tác

Thả từng electron vào vỏ Cu²⁺ — nhìn điện tích tụt từ +2 xuống 0 mà hạt nhân không hề đổi

Hay hiểu sai

Bị khử là NHẬN electron, không phải mất electron.

Chất bị khử và chất khử là hai vai trò ngược nhau.

Số oxi hóa giảm không đồng nghĩa với việc tiểu phân mang điện tích âm.

Sự khử luôn diễn ra ở catôt, kể cả trong bình điện phân.

Mẹo phòng thi

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Khi khảo sát tính chất hóa học của nguyên tố kim loại E, một học sinh nhúng một lá E nguyên chất vào 100.0 mL dung dịch

\text{Cu(NO}_3)_2

0.500 M. Sau vài phút, màu xanh lam của dung dịch nhạt dần, một lớp chất rắn màu đỏ nâu bám lên lá kim loại. Học sinh cạo lấy toàn bộ chất rắn đỏ nâu, rửa sạch, sấy khô và cân được 0.635 g; lá kim loại E sau khi rửa và sấy khô đã giảm 0.654 g so với ban đầu. Biết E tạo ion có điện tích

2+

trong dung dịch.

aViết phương trình ion thu gọn cho phản ứng xảy ra.
bChỉ ra tiểu phân nào chuyển sang trạng thái bị khử và dùng số oxi hóa để chứng minh.
cTính số mol electron đã được chuyển giao trong thí nghiệm.
d

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 sự khử

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

chất bị oxi hóa (oxidized)oxidized

Khác nhau ở đâuTrạng thái bị khử mô tả species đã nhận electron và giảm số oxi hóa. Chất bị oxi hóa mô tả species đã nhường electron và tăng số oxi hóa.

Hay nhầm khinhầm khi xác định vai trò của các chất trong phản ứng oxi hóa–khử

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 196, 198–199.

1Bước 1: Đọc dữ kiện quan sát trước khi viết bất kỳ phương trình nào. Màu xanh lam của dung dịch là màu của

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

, nên màu nhạt dần cho biết nồng độ

\text{Cu}^{2+}

đang giảm. Chất rắn đỏ nâu bám trên lá kim loại chính là

\text{Cu}(s)

, còn khối lượng lá E giảm cho thấy E đang tan vào dung dịch dưới dạng ion. Do đó electron đi từ E sang

\text{Cu}^{2+}

, và đây là một phản ứng thế (displacement reaction).

2Bước 2: Viết phương trình ion thu gọn, bỏ ion khán giả

\text{NO}_3^-

vì nó không đổi số oxi hóa (oxidation number) và có mặt ở cả hai vế:

\text{E}(s) + \text{Cu}^{2+}(aq) \rightarrow \text{E}^{2+}(aq) + \text{Cu}(s)

Phương trình này nói rằng mỗi nguyên tử E rắn nhường electron để tan ra, đồng thời mỗi ion

\text{Cu}^{2+}

nhận electron để bám lại thành kim loại.

3Bước 3: Gán số oxi hóa cho từng tiểu phân:

\text{E}(s)

có số oxi hóa

0

và tăng lên

+2

trong

\text{E}^{2+}

, còn

\text{Cu}^{2+}

có số oxi hóa

+2

và giảm xuống

0

trong

\text{Cu}(s)

. Số oxi hóa giảm nghĩa là tiểu phân đã nhận electron, tức là bị khử; vì vậy

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

là chất chuyển sang trạng thái bị khử và đóng vai trò chất oxi hóa (oxidizing agent). Ngược lại, E bị oxi hóa. Câu trả lời chỉ được điểm khi nêu rõ cả hai con số

+2 \rightarrow 0

chứ không chỉ nói suông là "Cu nhận electron".

4Bước 4: Chất rắn đỏ nâu là đồng nguyên chất, nên

n_{\text{Cu}} = \frac{0.635}{63.55} = 1.00 \times 10^{-2}\ \text{mol}

Nửa phản ứng khử (half-reaction) là

\text{Cu}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Cu}

, mỗi mol đồng cần đúng 2 mol electron, do đó

n_{e^-} = 2 \times 1.00 \times 10^{-2} = 2.00 \times 10^{-2}\ \text{mol}

Đây cũng chính là lượng electron mà lá E đã nhường, vì electron không thể mất đi giữa chừng.

5Bước 5: Theo phương trình, tỉ lệ mol giữa E và

\text{Cu}

là

1:1

, nên số mol E đã tan là

1.00 \times 10^{-2}

mol. Khối lượng mol của E bằng

M_{\text{E}} = \frac{0.654}{1.00 \times 10^{-2}} = 65.4\ \text{g/mol}

Giá trị này trùng với kẽm trong bảng tuần hoàn, và kẽm quả thật tạo ion

\text{Zn}^{2+}

, phù hợp với giả thiết ban đầu.

2Ví dụ 2/2

Để xác định nồng độ ion

\text{Fe}^{2+}

trong một mẫu dung dịch, học sinh lấy 25.00 mL mẫu, acid hóa bằng

\text{H}_2\text{SO}_4

dư rồi chuẩn độ bằng dung dịch

\text{KMnO}_4

0.0200 M. Màu tím của

\text{MnO}_4^-

mất ngay khi nhỏ vào cho tới điểm cuối, tại đó màu hồng nhạt bền trong 30 giây. Thể tích

\text{KMnO}_4

đã dùng là 21.40 mL. Trong môi trường acid,

\text{MnO}_4^-

chuyển thành

\text{Mn}^{2+}

aViết nửa phản ứng đã cân bằng mô tả $\text{MnO}_4^-$ chuyển sang trạng thái bị khử trong môi trường acid.
bTính số mol electron mà chất oxi hóa đã nhận tại điểm cuối chuẩn độ.
cTính nồng độ mol của $\text{Fe}^{2+}$ trong mẫu ban đầu.

1Bước 1: Xác định số oxi hóa của mangan ở hai dạng của cặp oxi hóa–khử. Trong

\text{MnO}_4^-

, mỗi oxygen là

-2

nên

x + 4(-2) = -1

, suy ra

x = +7

; trong

\text{Mn}^{2+}

thì mangan là

+2

. Số oxi hóa giảm 5 đơn vị, nghĩa là mỗi ion

\text{MnO}_4^-

nhận 5 electron, và

\text{Mn}^{2+}

chính là dạng bị khử của cặp này.

2Bước 2: Cân bằng nửa phản ứng theo trình tự nguyên tố chính, oxygen, hydrogen rồi điện tích. Thêm 4 phân tử

\text{H}_2\text{O}

bên phải để cân bằng oxygen, thêm 8 ion

\text{H}^+

bên trái để cân bằng hydrogen, cuối cùng thêm electron cho khớp điện tích:

\text{MnO}_4^- + 8\text{H}^+ + 5e^- \rightarrow \text{Mn}^{2+} + 4\text{H}_2\text{O}

Kiểm tra lại điện tích hai vế: bên trái

(-1) + (+8) + (-5) = +2

, bên phải

+2

, vậy nửa phản ứng đã cân bằng đúng.

3Bước 3: Tính lượng chất oxi hóa đã dùng đến điểm cuối:

n_{\text{MnO}_4^-} = 0.02140 \times 0.0200 = 4.280 \times 10^{-4}\ \text{mol}

Vì mỗi mol

\text{MnO}_4^-

nhận 5 mol electron, số mol electron chuyển giao là

n_{e^-} = 5 \times 4.280 \times 10^{-4} = 2.140 \times 10^{-3}\ \text{mol}

4Bước 4: Nửa phản ứng oxi hóa là

\text{Fe}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{3+} + e^-

, mỗi ion sắt chỉ nhường một electron. Do tổng electron nhường phải bằng tổng electron nhận, số mol

\text{Fe}^{2+}

bằng đúng

2.140 \times 10^{-3}

mol. Nồng độ mẫu là

[\text{Fe}^{2+}] = \frac{2.140 \times 10^{-3}}{0.02500} = 0.0856\ \text{M}

5Bước 5: Đối chiếu kết quả với hiện tượng quan sát được. Trước điểm cuối,

\text{MnO}_4^-

vừa nhỏ vào đã lập tức chuyển sang trạng thái bị khử thành

\text{Mn}^{2+}

gần như không màu nên màu tím biến mất; khi

\text{Fe}^{2+}

đã hết, giọt

\text{MnO}_4^-

dư không còn gì để khử nó nữa và màu hồng bền lại. Nhờ đó phép chuẩn độ này không cần chất chỉ thị riêng.

Nửa phản ứng khử trong môi trường acid là $\text{MnO}_4^- + 8\text{H}^+ + 5e^- \rightarrow \text{Mn}^{2+} + 4\text{H}_2\text{O}$ , trong đó mangan giảm số oxi hóa từ $+7$ xuống $+2$ . Tại điểm cuối đã có $2.140 \times 10^{-3}$ mol electron được chuyển từ $\text{Fe}^{2+}$ sang $\text{MnO}_4^-$ , tương ứng nồng độ ion sắt(II) trong mẫu ban đầu là 0.0856 M.