Mục lục bài họcĐang ở d06-b2
Reversible reactions and redox
Reversible reactions
Some reactions go both ways, shown by the symbol $\rightleftharpoons$. The standard IGCSE example is
$$\ce{CuSO4.5H2O <=> CuSO4 + 5H2O}$$Heating the blue hydrated salt drives off water and leaves the white anhydrous solid; adding water turns it blue again. That colour change is the standard test for water.
Equilibrium
In a closed system, a reversible reaction reaches equilibrium, at which:
- the rate of the forward reaction equals the rate of the reverse reaction;
- the amounts of reactants and products stay constant;
- both reactions are still happening — equilibrium is dynamic, not stopped.
The last point is what exam questions test. Saying "the reaction has stopped" is wrong: both directions continue at the same speed, so nothing appears to change.
Redox: two definitions, both used
| in terms of oxygen | in terms of electrons | |
| oxidation | gain of oxygen | loss of electrons |
| reduction | loss of oxygen | gain of electrons |
The electron definition is the more general one and the one the exam prefers at the higher tier. Remember it as OIL RIG: Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain.
Naming the agents — the part that gets reversed
- the oxidising agent is the substance that oxidises the other one, so it is itself reduced;
- the reducing agent is the substance that reduces the other one, so it is itself oxidised.
In $\ce{Fe2O3 + 3CO -> 2Fe + 3CO2}$, carbon monoxide gains oxygen so it is oxidised — which makes it the reducing agent. Iron(III) oxide loses oxygen so it is reduced, making it the oxidising agent.
Phản ứng thuận nghịch. Một số phản ứng chạy được cả hai chiều, ký hiệu bằng $\rightleftharpoons$. Ví dụ chuẩn của IGCSE:
$$\ce{CuSO4.5H2O <=> CuSO4 + 5H2O}$$Đun muối ngậm nước màu xanh lam thì nước bay đi, còn lại chất rắn trắng khan; thêm nước vào thì nó xanh trở lại. Sự đổi màu đó chính là phép thử nước chuẩn.
Cân bằng. Trong một hệ kín, phản ứng thuận nghịch đạt tới cân bằng, khi đó:
- tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch;
- lượng chất phản ứng và sản phẩm không đổi;
- cả hai chiều vẫn đang xảy ra — cân bằng là động, không phải dừng lại.
Ý cuối cùng chính là thứ đề thi kiểm tra. Viết “phản ứng đã dừng lại” là sai: cả hai chiều vẫn chạy với cùng tốc độ, nên bề ngoài trông như không có gì thay đổi.
Oxi hoá khử: hai định nghĩa, đề dùng cả hai.
- Oxi hoá — theo oxy: nhận oxy; theo electron: mất electron;
- Khử — theo oxy: mất oxy; theo electron: nhận electron.
Định nghĩa theo electron tổng quát hơn và là định nghĩa mà đề ưu tiên ở mức nâng cao. Nhớ bằng câu OIL RIG: Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain — oxi hoá là mất, khử là nhận.
Gọi tên chất — chỗ hay bị đảo ngược.
- Chất oxi hoá là chất oxi hoá chất kia, nên bản thân nó bị khử;
- Chất khử là chất khử chất kia, nên bản thân nó bị oxi hoá.
Trong $\ce{Fe2O3 + 3CO -> 2Fe + 3CO2}$, cacbon monoxit nhận oxy nên nó bị oxi hoá — và điều đó làm nó thành chất khử. Sắt(III) oxit mất oxy nên nó bị khử, tức nó là chất oxi hoá.
Một phản ứng thuận nghịch trong bình kín đạt tới cân bằng. Một học sinh nói: “Đến lúc này thì phản ứng đã dừng, vì không còn gì thay đổi nữa.” Bình luận, và nêu hai đặc điểm của trạng thái cân bằng.
Khẳng định đó sai. Phản ứng không dừng lại; cả hai chiều vẫn đang chạy.
Điều thực sự xảy ra. Tốc độ phản ứng thuận bằng đúng tốc độ phản ứng nghịch. Mỗi giây, số phân tử chất phản ứng biến thành sản phẩm bằng đúng số phân tử sản phẩm quay ngược trở lại.
Vì hai chiều bù trừ nhau chính xác, lượng của mỗi chất không đổi — và đó là lý do bên ngoài trông như không có gì xảy ra.
Hai đặc điểm của cân bằng.
- tốc độ thuận bằng tốc độ nghịch;
- nồng độ của mọi chất giữ nguyên theo thời gian.
Bằng chứng cho thấy phản ứng vẫn chạy. Nếu thay một phần chất phản ứng bằng đồng vị đánh dấu, sau một thời gian sẽ tìm thấy đồng vị ấy trong sản phẩm — dù nồng độ tổng không hề đổi. Chuyện đó chỉ giải thích được nếu phản ứng vẫn đang diễn ra theo cả hai chiều.
Điều kiện bắt buộc. Cân bằng chỉ đạt được trong hệ kín. Nếu để hở, sản phẩm khí sẽ thoát ra và phản ứng nghịch không bao giờ bắt kịp — phản ứng cứ chạy một chiều cho tới hết.
Xét phản ứng $\ce{ZnO + C -> Zn + CO}$. (a) Chất nào bị oxi hoá và chất nào bị khử, xét theo oxy? (b) Gọi tên chất oxi hoá và chất khử. (c) Giải thích vì sao hai tên gọi ấy nghe như ngược với những gì xảy ra.
(a) Xét theo oxy.
$\ce{ZnO}$ mất oxy để thành $\ce{Zn}$ → nó bị khử.
$\ce{C}$ nhận oxy để thành $\ce{CO}$ → nó bị oxi hoá.
(b) Gọi tên.
$\ce{C}$ là chất khử — nó đã khử $\ce{ZnO}$.
$\ce{ZnO}$ là chất oxi hoá — nó đã oxi hoá $\ce{C}$.
(c) Vì sao tên gọi nghe ngược. Tên của một chất mô tả việc nó làm cho chất kia, không mô tả việc xảy ra với chính nó.
Cacbon bị oxi hoá, nhưng nó được gọi là chất khử vì chính nó đã lấy oxy khỏi kẽm oxit — nó khử chất kia. Ngược lại, kẽm oxit bị khử nhưng gọi là chất oxi hoá vì nó đã trao oxy cho cacbon.
Cách nhớ không bao giờ nhầm. Đọc tên như một hành động có tân ngữ: “chất oxi hoá đi oxi hoá ai đó”, “chất khử đi khử ai đó”. Đã là kẻ hành động thì cái ngược lại xảy ra với chính nó.
Nếu vẫn thấy khó, dùng quy tắc máy móc: chất oxi hoá là chất bị khử, và ngược lại. Hai vế luôn trái nhau.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Chemical Reactions: Rate, Reversibility and Redox gồm 14 câu trắc nghiệm và 3 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.