Chất tạo môi trường và phản ứng tự oxi hoá – khử

Cân bằng $\mathrm{MnO_2} + \mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{MnCl_2} + \mathrm{Cl_2} + \mathrm{H_2O}$ và cho biết có bao nhiêu phân tử HCl bị oxi hoá trong số $4$ phân tử phản ứng.

Giải. $\mathrm{Mn^{+4}} + 2e \rightarrow \mathrm{Mn^{+2}}$; $\mathrm{2Cl^-} \rightarrow \mathrm{Cl_2} + 2e$. $e$ bằng nhau, hệ số $1$ cho $\mathrm{MnO_2}$ và $\mathrm{Cl_2}$, $\mathrm{MnCl_2}$ có $2$ gốc Cl. Tổng Cl: $2$ (trong $\mathrm{MnCl_2}$) $+ 2$ (trong $\mathrm{Cl_2}$) $= 4$: hệ số HCl là $4$. H: $4 = 2 \times 2$ nên $2\,\mathrm{H_2O}$. Phương trình: $\mathrm{MnO_2} + \mathrm{4HCl} \rightarrow \mathrm{MnCl_2} + \mathrm{Cl_2} + \mathrm{2H_2O}$. Trong $4$ HCl: $2$ bị oxi hoá, $2$ làm môi trường.

Cân bằng $\mathrm{K_2Cr_2O_7} + \mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{KCl} + \mathrm{CrCl_3} + \mathrm{Cl_2} + \mathrm{H_2O}$; tính số HCl làm chất khử và làm môi trường.

Giải. Cr: $+6 \rightarrow +3$, mỗi $\mathrm{K_2Cr_2O_7}$ có $2$ Cr nhận $2 \times 3 = 6e$. $\mathrm{2Cl^-} \rightarrow \mathrm{Cl_2} + 2e$. Bội chung nhỏ nhất: $\mathrm{K_2Cr_2O_7}$ nhân $1$, $\mathrm{Cl_2}$ nhân $3$. Sản phẩm: $2\,\mathrm{KCl}$ (từ $\mathrm{K_2}$), $2\,\mathrm{CrCl_3}$, $3\,\mathrm{Cl_2}$. Số Cl: $2 + 6 + 6 = 14$, nên $14\,\mathrm{HCl}$; H: $14 = 2 \times 7$ nên $7\,\mathrm{H_2O}$. Phương trình:

$$\begin{aligned}&\mathrm{K_2Cr_2O_7} + \mathrm{14HCl} \rightarrow{} \\ &\quad \mathrm{2KCl} + \mathrm{2CrCl_3} \\ &\quad {} + \mathrm{3Cl_2} + \mathrm{7H_2O}.\end{aligned}$$

HCl làm chất khử: $3 \times 2 = 6$; làm môi trường: $2 + 6 = 8$.

Cho $8{,}7\ \text{g}$ $\mathrm{MnO_2}$ ($M = 87\ \text{g/mol}$) tác dụng hết với $\mathrm{HCl}$ đặc, dư, đun nóng. Tính thể tích $\mathrm{Cl_2}$ (đkc), số mol HCl bị oxi hoá và số mol HCl phản ứng.

Giải. $n(\mathrm{MnO_2}) = 8{,}7 / 87 = 0{,}1$ mol. Theo phương trình, $n(\mathrm{Cl_2}) = 0{,}1$ mol, $V = 0{,}1 \times 24{,}79 = 2{,}479$ L. HCl bị oxi hoá: $2 \times 0{,}1 = 0{,}2$ mol (khối lượng $0{,}2 \times 36{,}5 = 7{,}3$ g). HCl phản ứng: $4 \times 0{,}1 = 0{,}4$ mol.

Cân bằng $\mathrm{KMnO_4} + \mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{KCl} + \mathrm{MnCl_2} + \mathrm{Cl_2} + \mathrm{H_2O}$.

Giải. Mn: $+7 \rightarrow +2$, nhận $5e$; $\mathrm{2Cl^-} \rightarrow \mathrm{Cl_2} + 2e$. Bội chung nhỏ nhất của $5$ và $2$ là $10$: $\mathrm{KMnO_4}$ nhân $2$, $\mathrm{Cl_2}$ nhân $5$. Sản phẩm: $2\,\mathrm{KCl}$, $2\,\mathrm{MnCl_2}$, $5\,\mathrm{Cl_2}$; Cl: $2 + 4 + 10 = 16$; H: $16 = 2 \times 8$. Phương trình: $\mathrm{2KMnO_4} + \mathrm{16HCl} \rightarrow \mathrm{2KCl} + \mathrm{2MnCl_2} + \mathrm{5Cl_2} + \mathrm{8H_2O}$. HCl khử: $10$; môi trường: $6$. Nếu $0{,}02$ mol $\mathrm{KMnO_4}$ phản ứng, $n(\mathrm{Cl_2}) = 0{,}05$ mol, $V = 1{,}2395$ L $\approx 1{,}24$ L.

Cân bằng $\mathrm{Cl_2} + \mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{NaCl} + \mathrm{NaClO} + \mathrm{H_2O}$ (nguội) và $\mathrm{Cl_2} + \mathrm{KOH} \rightarrow \mathrm{KCl} + \mathrm{KClO_3} + \mathrm{H_2O}$ (nóng).

Giải. Nguội: $\mathrm{Cl^0} + e \rightarrow \mathrm{Cl^{-1}}$ và $\mathrm{Cl^0} \rightarrow \mathrm{Cl^{+1}} + e$. Số $e$ bằng nhau nên $1$ Cl thành $\mathrm{NaCl}$ và $1$ Cl thành $\mathrm{NaClO}$: $\mathrm{Cl_2} + \mathrm{2NaOH} \rightarrow \mathrm{NaCl} + \mathrm{NaClO} + \mathrm{H_2O}$. Nóng: $\mathrm{Cl^0} + e \rightarrow \mathrm{Cl^{-1}}$ và $\mathrm{Cl^0} \rightarrow \mathrm{Cl^{+5}} + 5e$; nhận $5 \times 1 = 5$, nhường $1 \times 5 = 5$, nên $5\,\mathrm{KCl}$ và $1\,\mathrm{KClO_3}$ cần $6$ Cl, tức $3\,\mathrm{Cl_2}$. Phương trình: $\mathrm{3Cl_2} + \mathrm{6KOH} \rightarrow \mathrm{5KCl} + \mathrm{KClO_3} + \mathrm{3H_2O}$.

Cân bằng $\mathrm{KClO_3} \rightarrow \mathrm{KCl} + \mathrm{O_2}$ bằng thăng bằng electron và cho biết nguyên tố nào bị oxi hoá, bị khử.

Giải. $\mathrm{Cl^{+5}} + 6e \rightarrow \mathrm{Cl^{-1}}$ (bị khử); $\mathrm{2O^{-2}} \rightarrow \mathrm{O_2} + 4e$ (bị oxi hoá). Bội chung nhỏ nhất của $6$ và $4$ là $12$: nhân $2$ cho Cl, nhân $3$ cho $\mathrm{O_2}$. Phương trình: $\mathrm{2KClO_3} \rightarrow \mathrm{2KCl} + \mathrm{3O_2}$ (nhận $12e$, nhường $12e$).

Cân bằng $\mathrm{H_2O_2} \rightarrow \mathrm{H_2O} + \mathrm{O_2}$.

Giải. O trong $\mathrm{H_2O_2}$ là $-1$. $\mathrm{O^{-1}} + e \rightarrow \mathrm{O^{-2}}$ (tạo nước) và $\mathrm{2O^{-1}} \rightarrow \mathrm{O_2} + 2e$ (tạo khí). Để $e$ bằng nhau: $2$ nguyên tử O nhận ($2e$), $2$ nguyên tử nhường ($2e$): cần $4$ nguyên tử O, tức $2\,\mathrm{H_2O_2}$. Phương trình: $\mathrm{2H_2O_2} \rightarrow \mathrm{2H_2O} + \mathrm{O_2}$.