Chuyên Hóa · 04/06 · Oxi hóa – khử & chuẩn độ iod
Tuyển sinh lớp 10 chuyên · Từ màu của mangan đến sổ electron: cân bằng có căn cứ, đọc đúng phần mẫu và tìm hàm lượng qua hai phản ứng nối tiếp.
LUKATO · CHEMISTRY STUDIO
CHUYÊN HÓA · TUYỂN SINH LỚP 10 · BÀI 04
Oxi hóa – khử & chuẩn độ iod
Từ màu của mangan đến sổ electron: cân bằng có căn cứ, đọc đúng phần mẫu và tìm hàm lượng qua hai phản ứng nối tiếp.
- Đọc dữ kiện
- Dựng mô hình
- Kiểm tra kết luận
01
Chuyên Hóa · Tư duy có căn cứ
Nhìn màu, nhưng quyết định bằng bảo toàn
Một phản ứng có thể có màu đẹp mà lời mô tả vẫn sai. Người học giỏi kiểm tra nguyên tử, điện tích và electron trước khi tin một phương trình.
Đích 1 · đọc bản chất
Phân biệt thay đổi số oxi hóa với chuyển hóa không đổi số oxi hóa; xác định đúng chất nhường và nhận electron; phân biệt mô hình của đề với phản ứng thật.
Đích 2 · đọc lượng chất
Đổi khối lượng sang mol, mililit sang lít và phân biệt thể tích định mức với nước thêm vào bình chuẩn độ.
Đích 3 · đọc chuỗi phân tích
Ghép hai tỉ lệ mol, quy phần mẫu về toàn mẫu và kiểm tra hàm lượng có nằm trong khoảng vật lí hay không.
Phạm vi học tập
Bài dành cho ôn tuyển sinh lớp 10 Chuyên Hóa. Các phương trình của oxit mangan được dùng để phân tích trên giấy; không tái hiện thí nghiệm với axit đậm đặc và oxit mangan không bền.
Quy ước khối lượng mol theo dữ kiện phổ thông: . Khi dùng bảng nguyên tử khối khác, cần giữ thống nhất suốt lời giải. Các kết quả tính hàm lượng bên dưới dựa trên giả thiết phản ứng định lượng và chất nền không gây nhiễu.
02
Chuyên Hóa · Tư duy có căn cứ
Sổ electron: xác định ai nhận, ai cho
Số oxi hóa là công cụ ghi sổ. Trong ion nhiều nguyên tử, tổng số oxi hóa phải bằng điện tích của ion, không mặc định bằng không.
Dạng hóa học · Công thức · Phương trình số oxi hóa · Kết quả · Gợi ý màu
Permanganat · · · · tím
Manganat · · · · xanh lục
Oxit mangan(VII) · · · · xanh sẫm
Mangan đioxit · · · · rắn nâu
Ion mangan(II) · · · · rất nhạt trong dung dịch loãng
Đọc bước : mangan nhận một electron cho mỗi nguyên tử. Đọc bước : mangan nhận năm electron. Chất chứa mangan nhận electron là chất oxi hóa; chất cung cấp electron bị oxi hóa và đóng vai trò chất khử. Hai cách nói “bị khử” và “là chất khử” mô tả hai vai trò khác nhau.
Kiểm tra bán phản ứng trong môi trường axit: bốn nguyên tử oxi trở thành bốn phân tử nước; tám nguyên tử hiđro đến từ ion hiđro. Tổng điện tích trái bằng điện tích phải.
Iodua có số oxi hóa ; iod phân tử có số oxi hóa . Hai ion iodua mất hai electron. Vì vậy, iodua là chất khử, còn iod tạo thành là sản phẩm oxi hóa. Hãy nhớ đây là quan hệ trong bước giải phóng iod; sang bước chuẩn độ, iod lại nhận electron từ thiosulfate.
Sổ electron được nhân đến cùng tổng mười electron. Hệ số cân bằng xuất phát từ sự trao đổi này, không từ màu dung dịch.
Một phép thử nhanh
Nếu mọi nguyên tố được kể đều giảm số oxi hóa, hãy tìm chất nhường electron hoặc nguyên tố khác tăng số oxi hóa. Không có một bên cho electron thì câu chuyện oxi hóa – khử chưa đầy đủ.
03
Chuyên Hóa · Tư duy có căn cứ
Đề 4.a · kiểm tra một câu chuyện hóa học
Giữ rõ ranh giới giữa điều đề kể và điều có thể suy ra. Không lấp khoảng trống bằng một phương trình trông có vẻ quen.
Đề bài 4.a
Màu sắc không thay thế được bảo toàn
Potassium permanganate được gọi thông dụng là thuốc tím hoặc hóa chất “tắc kè hoa”, có tính oxi hóa mạnh.
a) Đề kể rằng thêm dung dịch sulfuric acid đậm đặc vào dung dịch potassium manganate ; phản ứng tạo potassium permanganate, potassium sulfate và sulfur dioxide (phản ứng 1). Trong quá trình phản ứng, ion permanganate hồng tím và manganate xanh cùng có mặt, hòa trộn tạo dung dịch xanh lam. Potassium permanganate tiếp tục phản ứng với sulfuric acid tạo dimanganese heptaoxide xanh lục (phản ứng 2). Khi để yên, chất này phân hủy tạo manganese dioxide (phản ứng 3). Chất rắn nâu tạo hạt nhỏ làm hỗn hợp nâu vàng rồi lắng, để lại dung dịch trong. Viết phương trình các phản ứng từ 1 đến 3.
Lời giải từng bước
Bước 1 · đọc đúng chất đầu và cân bằng electron
Chất đầu của phản ứng 1 là potassium manganate , không phải potassium permanganate. Mangan trong manganat có số oxi hóa ; mangan trong permanganat sản phẩm có số oxi hóa . Vì vậy mỗi mangan nhường một electron . Lưu huỳnh trong axit từ xuống trong sulfur dioxide nhận hai electron . Hai nguyên tử mangan nhường đủ hai electron cho một nguyên tử lưu huỳnh.
Cộng hai bán phản ứng cho phương trình ion hình thức:
Theo các chất đầu và sản phẩm được đề chỉ định, phương trình phân tử là:
Hai vế đều có bốn nguyên tử kali, hai mangan, hai lưu huỳnh, bốn hiđro và mười sáu oxi. Như vậy phản ứng 1 có thể cân bằng theo danh sách chất của đề ; không có sự thiếu chất nhường electron trong mô hình này.
Phân biệt cân bằng hình thức và kiểm chứng phản ứng thật
Cân bằng nguyên tử và electron là điều kiện cần, nhưng chưa tự chứng minh một quá trình là con đường thông thường trong dung dịch. Manganat trong môi trường axit có thể tự oxi hóa – tự khử tạo permanganat và mangan đioxit. Phương trình biểu diễn quá trình đó là:
Trong phương trình này, hai mangan tăng từ lên , nhường hai electron tổng cộng; mangan còn lại giảm từ xuống , nhận hai electron. Đây là một mô hình phản ứng khác , không thay thế danh sách sản phẩm do đề đã nêu. Với phản ứng 1 của đề, ta viết phương trình hình thức được yêu cầu, đồng thời không suy ra từ việc cân bằng rằng sulfate chắc chắn bị khử thành sulfur dioxide trong mọi điều kiện axit.
Bước 2 · phương trình hình thức của phản ứng 2
Theo danh sách chất của đề, phương trình cân bằng có thể viết:
Kiểm tra: kali hai nguyên tử; mangan hai; lưu huỳnh một; hiđro hai; oxi mười hai ở mỗi vế. Mangan vẫn có số oxi hóa ở cả permanganat và oxit mangan(VII), nên bước này không phải sự khử mangan. Trong axit dư, cách biểu diễn sản phẩm sulfate axit có thể khác; phương trình trên là mô hình theo các chất mà đề yêu cầu, không phải mô tả đầy đủ mọi dạng tồn tại trong hỗn hợp thật.
Bước 3 · hoàn chỉnh phản ứng 3 bằng bảo toàn
Nếu hai phân tử oxit ban đầu chứa bốn nguyên tử mangan thì sản phẩm rắn phải có bốn công thức mangan đioxit:
Oxi trái có mười bốn nguyên tử; bên phải có tám trong chất rắn và sáu trong khí. Mangan giảm từ xuống , trong khi một phần oxi tăng từ lên . Đây là một phản ứng oxi hóa – khử nội bộ, có bên nhường và bên nhận electron.
Trình bày kết luận có trách nhiệm
Viết đủ ba phương trình theo mô hình đề: phản ứng 1 bắt đầu từ manganat, phản ứng 2 bắt đầu từ permanganat, phản ứng 3 có hệ số hai – bốn – ba. Ghi rõ giới hạn của phương trình hình thức ở phản ứng 1. Không dùng mô tả bài toán làm hướng dẫn thực hành: oxit mangan(VII) rất không bền và có thể phản ứng dữ dội.
Bẫy cần tránh
Không đọc nhầm manganat ban đầu thành permanganat. Chỉ thay một tên chất đã làm thay đổi số oxi hóa và đảo chiều lập luận electron. Cân bằng theo các sản phẩm cho sẵn không đồng nghĩa đã chứng minh điều kiện xảy ra phản ứng thật.
Kiểm tra một phương trình không hợp lệ
Một dòng được đưa ra dưới dạng lời giải là:
Đây là dòng sai, không dùng làm phản ứng hóa học. Mangan có hai nguyên tử bên trái nhưng biến mất bên phải. Kali có hai nguyên tử bên trái nhưng sáu bên phải. Lưu huỳnh có hai nguyên tử bên trái nhưng bốn bên phải. Chỉ một lỗi bảo toàn đã đủ bác bỏ phương trình; không cần tranh luận màu dung dịch.
Bảo toàn nguyên tử buộc hệ số mangan đioxit bằng bốn khi hệ số oxit ban đầu bằng hai. Đây là sơ đồ đếm nguyên tử, không phải cấu trúc phân tử.
04
Chuyên Hóa · Tư duy có căn cứ
Đề 4.b · từ viên chứa hoạt chất đến nồng độ
Khối lượng ghi trên viên là khối lượng hoạt chất trong bài toán. Nồng độ cuối phụ thuộc thể tích dung dịch cuối, không phụ thuộc lượng nước dùng ban đầu.
Đề bài 4.b
Đổi đơn vị một lần, giữ số mol đến cuối
b) Dung dịch potassium permanganate loãng từng được dùng theo phương pháp truyền thống cho một số nhiễm trùng ngoài da do nấm. Chất được cung cấp dưới dạng tinh thể hòa tan trong nước. Một viên Permitabs chứa potassium permanganate được hòa tan hoàn toàn trong nước ấm rồi tiếp tục pha loãng bằng nước, thu được dung dịch. Tính nồng độ mol trên lít của potassium permanganate sau khi pha loãng.
Lời giải từng bước
Bước 1 — đổi khối lượng. Một gam bằng một nghìn miligam:
Bước 2 — tìm số mol hoạt chất.
Bước 3 — dùng thể tích cuối. Thể tích đã là lít, nên không chia thêm cho một nghìn:
Đáp số theo cách làm tròn của bài: . Giá trị trên được tính từ khối lượng mol quy ước; không diễn giải các chữ số làm tròn thành độ chính xác của dụng cụ đo.
Kiểm tra bằng nồng độ khối lượng. Bốn phần mười gam chia cho bốn lít là một phần mười gam trên lít. Chia kết quả đó cho khối lượng mol phải cho cùng nồng độ mol.
Bối cảnh y tế chỉ là dữ kiện của bài tính, không cung cấp chỉ định dùng hoặc công thức tự pha để điều trị.
Bẫy cần tránh
Nhầm 400 miligam thành 400 gam làm nồng độ lớn gấp một nghìn lần. Đọc 4 lít thành 4 mililit cũng làm sai một nghìn lần. Không dùng cả hai lỗi rồi cho rằng số đẹp là đáp án đúng.
Pha loãng thay đổi gì?
Nước thêm vào làm thể tích tăng và nồng độ giảm, nhưng không sinh thêm hoặc làm mất hoạt chất trong mô hình hòa tan hoàn toàn. Hai trạng thái của cùng một lượng chất thỏa .
05
Chuyên Hóa · Tư duy có căn cứ
Đề 4.c · dựng cầu nối qua iod
Không đo trực tiếp permanganat bằng mắt. Chuyển lượng permanganat thành lượng iod, rồi đo iod bằng lượng thiosulfate đã biết.
Đề bài 4.c
Hai phản ứng, một lượng chất cần tìm
c) Cân chính xác khoảng mẫu dược phẩm sát khuẩn, hòa tan trong nước và pha loãng thành . Lấy dung dịch vào bình nón có nút nhám, thêm nước, potassium iodide và dung dịch hydrochloric acid loãng. Chuẩn độ iod sinh ra bằng dung dịch sodium thiosulfate , dùng hồ tinh bột làm chỉ thị màu.
Quá trình được mô tả bởi hai sơ đồ:
i) Cân bằng các phương trình trên. ii) Tính hàm lượng potassium permanganate theo phần trăm khối lượng trong mẫu, biết dùng hết sodium thiosulfate .
Lời giải từng bước
i) Cân bằng bước giải phóng iod
Bán phản ứng mangan nhận năm electron; bán phản ứng tạo một phân tử iod nhường hai electron. Nhân bán phản ứng mangan với hai và bán phản ứng iodua với năm, rồi cộng và khử electron:
Điện tích trái là , bằng điện tích hai ion mangan(II) bên phải. Chuyển sang phương trình phân tử theo các chất của đề:
Kali bên trái gồm hai từ permanganat và mười từ iodua; vì vậy tạo mười hai công thức potassium chloride. Mười sáu nguyên tử clo nằm trong mười hai công thức muối kali và hai công thức muối mangan. Hệ số axit vừa cấp hiđro tạo nước, vừa khớp ion đi kèm.
i) Cân bằng bước đo iod
Dạng ion rút gọn:
Iod nhận electron trở về iodua; thiosulfate nhường electron và tạo tetrathionate. Bốn nguyên tử lưu huỳnh và sáu nguyên tử oxi không đổi; điện tích hai vế đều bằng âm bốn.
ii) Đi ngược từ thể tích chuẩn độ
1. Mol thiosulfate đã dùng.
2. Mol iod trong bình. Một mol iod phản ứng với hai mol thiosulfate:
3. Mol permanganat trong phần mẫu. Hai mol permanganat sinh năm mol iod:
4. Quy về toàn bộ dung dịch định mức. Phần lấy ra bằng một phần năm tổng dung dịch:
5. Đổi thành khối lượng và hàm lượng.
Đáp án: theo mô hình phản ứng định lượng của đề. Mẫu ban đầu có hoạt chất và phần còn lại; lượng khối lượng còn lại suy ra là . Kết quả nhỏ hơn khối lượng mẫu, phù hợp phép kiểm tra vật lí.
Kiểm tra hóa chất iodua có đủ hay không
Lấy khối lượng mol potassium iodide là , lượng được thêm là . Phản ứng cần năm mol iodua cho một mol permanganat, tức . Như vậy iodua được thêm dư trong mô hình này.
Nồng độ axit không được cho bằng con số nên không tính được số mol axit thực tế. Phép tính hàm lượng giả định môi trường axit đủ và các phản ứng mô tả xảy ra định lượng; không biến phép tính thành xác nhận thực nghiệm không có phản ứng phụ.
Bẫy cần tránh
Không lấy tỉ lệ 2:5 của permanganat và iod rồi gán trực tiếp cho thiosulfate. Phải nối thêm bước một iod tiêu thụ hai thiosulfate. Không tính nước thêm vào bình nón như thể đã lấy thêm mẫu.
06
Chuyên Hóa · Tư duy có căn cứ
Công thức tổng quát và ba loại thể tích
Đặt tên trước khi thế số. Một chữ V dùng cho ba ý nghĩa khác nhau là nguyên nhân phổ biến của lời giải sai.
Kí hiệu · Ý nghĩa · Trong đề · Vai trò
· Thể tích dung dịch định mức chứa toàn mẫu · · Dùng để quy về toàn mẫu
· Thể tích phần mẫu lấy từ bình định mức · · Xác định phần hoạt chất đem phân tích
· Thể tích thiosulfate đã tiêu thụ · · Đổi sang lít để tính mol chuẩn độ
Nước thêm · Nước thêm sau khi lấy phần mẫu · · Không thay đổi số mol hoạt chất đã lấy
Ở công thức này, phải tính bằng lít nếu nồng độ có đơn vị mol trên lít. Hai thể tích và có thể cùng dùng mililit vì xuất hiện dưới dạng tỉ số. Khối lượng mol tính bằng gam trên mol, khối lượng mẫu tính bằng gam. Tỉ số cuối là không thứ nguyên.