Số oxi hóa là gì? 4 quy tắc xác định số oxi hóa của 1 nguyên tố

Số oxi hóa là gì? 4 quy tắc xác định số oxi hóa của 1 nguyên tố Hóa trị là gì? Hóa trị là một chỉ số biểu thị điện tích hoặc số liên kết mà ...

Số oxi hóa là gì? 4 quy tắc xác định số oxi hóa của 1 nguyên tố

Hóa trị là gì?

Hóa trị là một chỉ số biểu thị điện tích hoặc số liên kết mà một nguyên tử hoặc ion có trong một hợp chất. Trong trường hợp của các hợp chất ion, hóa trị tương ứng với điện tích của ion. Trong khi đó, trong các hợp chất cộng hóa trị, hóa trị thể hiện số liên kết mà nguyên tử đó tạo ra với các nguyên tử khác trong hợp chất.

Số oxi hóa là gì?

Để thuận tiện cho việc nghiên cứu phản ứng oxi hóa khử người ta sử dụng số oxi hóa. Số oxi hóa của một nguyên tố là một số đại số được gán cho nguyên tử của nguyên tố đó theo những quy tắc nhất định. Trong đó, số oxi hóa được viết bằng chữ số thường, dấu đặt phía trước và được đặt ở trên kí hiệu nguyên tố.

Cách xác định số oxi hóa trong hợp chất hữu cơ và 4 quy tắc quan trọng

Chúng ta có thể xác định số oxi hóa dựa trên quy tắc hóa học hoặc áp dụng mẹo để tính trong trường hợp các nguyên tử không có quy tắc riêng về số oxi hóa.

Xác định số oxi hóa dựa trên các quy tắc hóa học

Số oxi hóa của một nguyên tố được gán cho nguyên tử của nguyên tố đó theo các quy tắc sau:

• Quy tắc 1: Trong các đơn chất, số oxi hóa của nguyên tố bằng 0. Ví dụ: Số oxi hóa của các nguyên tố Cu, Zn, H, N, O trong đơn chất Cu, Zn, H2, N2, O2… đều bằng 0.
• Quy tắc 2: Trong một phân tử, tổng số oxi hóa của các nguyên tố nhân với số nguyên tử của từng nguyên tố bằng 0.
• Quy tắc 3: Trong ion nguyên tử, số ion hóa của nguyên tố bằng điện tích của ion đó. Trong ion đa nguyên tử, tổng số oxi hóa của các nguyên tố nhân với số nguyên tử của từng nguyên tố bằng điện tích của ion.   
• Quy tắc 4: Trong hầu hết các hợp chất, số oxi hóa của hiđro bằng +1, trừ một số trường hợp hidro kim loại (naH, CaH2…). Số oxi hóa của oxi bằng -2, trừ trường hợp OF2, peoxit (chẳng hạn H2O2).

Ví dụ 1: Số oxi hóa của các nguyên tố ở các ion K+; Ca 2+; Cl-; S 2- lần lượt bằng +1, +2, -1, -2.

Ví dụ 2: Tính số oxi hóa (X) của nitơ trong amoniac NH3, axit nitro HNO2 và anion nitrat NO3-.

• Trong NH3: X + 3 x (+1) = 0 => X = -3.
• Trong HNO2: (+1) + X + 2 x  (-2) = 0 => X = +3.
• Trong NO3-: X + 3 x (-2) = -1 => X = +5.

Dưới đây là một số ví dụ về số oxi hóa phổ biến của các nguyên tố trong các hợp chất thông thường:

• Trong hợp chất không kim loại, như hợp chất muối, nguyên tử oxi hóa có số oxi hóa là -2. Ví dụ: trong hợp chất CaO (oxit canxi), oxi có số oxi hóa là -2.
• Trong hợp chất của kim loại kiềm, như hợp chất muối của natri (Na), số oxi hóa của natri là +1. Ví dụ: trong hợp chất NaCl (muối ăn), natri có số oxi hóa là +1.
• Trong hợp chất của kim loại kiềm thổ, như hợp chất muối của magie (Mg), số oxi hóa của magie là +2. Ví dụ: trong hợp chất MgO (oxit magie), magie có số oxi hóa là +2.
• Trong hợp chất của kim loại chuyển tiếp, số oxi hóa của các nguyên tố chuyển tiếp có thể thay đổi tùy thuộc vào các yếu tố khác nhau. Ví dụ: trong hợp chất FeCl3 (clorua sắt), sắt có số oxi hóa là +3.
• Trong hợp chất của nguyên tố halogen, số oxi hóa của halogen là -1. Ví dụ: trong hợp chất HCl (axit clohidric), clo có số oxi hóa là -1.

Tìm số oxi hóa cho các nguyên tử không có nguyên tắc riêng về số oxi hóa

Trường hợp các nguyên tử không tuân theo quy tắc nhất định nào về số oxi hóa, nghĩa là ta không thể áp dụng 4 quy tắc đã có ở trên và cũng không hề biết rõ điện tích của nguyên tử đó chúng ta sẽ dùng phương pháp loại trừ để tìm số oxi hóa.

Cụ thể, chúng ta sẽ xác định số oxi hóa của tất cả các nguyên tử khác trong hợp chất, sau đó thực hiện giải bài toán tìm số chưa biết dựa trên điện tích tổng hợp của hợp chất.

• Bước 1: Tìm số oxi hóa của các nguyên tử nguyên tố khác trong hợp chất bằng cách sử dụng các quy tắc gán số oxi hóa ở phần trên, ta có thể tìm được số oxi hóa của các nguyên tử nguyên tố khác trong hợp chất. Với các nguyên tố O, H… sẽ có trường hợp ngoại lệ.
• Bước 2: Thực hiện nhân số nguyên tử của mỗi nguyên tố với số oxi tương ứng. Sau khi xác định được số oxi hóa của các nguyên tử trừ ẩn số, chúng ta cần xem xét số lượng nguyên tử của cùng một nguyên tố trong hợp chất là bao nhiêu. Tiếp tục nhân chỉ số được viết dưới chân nằm sau khí hiệu hóa học với số oxi hóa.
• Bước 3: Cộng tổng các tích số tìm được. Lúc này ta sẽ có kết quả của tổng các tích số không xét đến số oxi hóa của nguyên tử cần tìm.
• Bước 4: Tính số oxi hóa cần tìm dựa trên diện tích của hợp chất. Qua các giá trị đã tính được, bạn hãy tiếp tục thực hiện các phép tính cộng và trừ đơn giản để tìm số oxi hóa còn thiếu. Công thức tính là: Tổng oxi hóa đã biết + số oxi hóa cần tìm = điện tích tổng của hợp chất.

Ví dụ: Chúng ta cần xác định số oxi hóa của lưu huỳnh trong hợp chất Na2SO4 ta sẽ thực hiện các bước sau đây:

Bước 1: Ta xác định được số oxi hóa của natri và oxi lần lượt là +1 và -2.

Bước 2:  Số oxi hóa của Na = 2 x (+1) = 2; O = 4 x (-2) = -8.

Bước 3: Tổng số oxi hóa của Na và O là 2 + (-8) = -6.

Bước 4: Gọi X là số oxi hóa của S ta có: -6 + X = 0 => X = +6

Bảng số oxi hóa của các nguyên tố - Dưới đây là bảng oxi hóa phổ biến của một số nguyên tố:

• Hydrogen (Hiđrô): +1 (trong hợp chất không kim loại), -1 (trong hợp chất với kim loại như natri hidrit – NaH)
• Oxygen (Oxi): -2 (trong hầu hết các hợp chất, như oxit, hydroxit)
• Carbon (Cacbon): -4 (trong hợp chất với kim loại như cacbonit – C4-), +4 (trong hợp chất hữu cơ như CO2)
• Nitrogen (Nitơ): -3 (trong hợp chất như amoni – NH3), +3, +5 (trong hợp chất như nitrat – NO3-, nitơ pentoxit – N2O5)
• Sulfur (Lưu huỳnh): -2 (trong hợp chất như sulfua – S2-), +4, +6 (trong hợp chất như sulfat – SO42-, sunfuric acid – H2SO4)
• Sodium (Natri): +1
• Potassium (Kali): +1
• Calcium (Canxi): +2
• Iron (Sắt): +2, +3 (trong hợp chất như sắt(II) clorua – FeCl2, sắt(III) clorua – FeCl3)
• Copper (Đồng): +1, +2 (trong hợp chất như đồng(I) clorua – CuCl, đồng(II) clorua – CuCl2)
• Silver (Bạc): +1
• Zinc (Kẽm): +2

Ví dụ bài tập về số oxi hóa SGK Hóa học 10 chân trời sáng tạo:

Bài tập 1 (SGK Hóa học 10, trang 74)

Số oxi hóa của nitơ trong NH4+, NO2- và HNO3 lần lượt là:

A. +5, - 3, +3.

B. -3, +3, +5.

C. +3, -3, +5.

D.+3, +5, -3.

Gợi ý đáp án:

Đáp án đúng là B. Giải thích:

Gọi số oxi hóa của N trong các hợp chất là X. Ta có: 

NH4+: X + 4 = 1 ⇒ X = -3 ⇒ Số oxi hóa của N trong NH4+ là -3.

NO2-: X + 2 x (-2) = -1 ⇒ X = 3 ⇒ số oxi hóa của N trong NO2- là +3.

HNO3: 1 + X + 3x (-2) = 0 ⇒ X = 5 ⇒ số oxi hóa của N trong HNO3 là +5.

Bài tập 2 (SGK Hóa học 10, trang 74)

Số oxi hóa của Mn, Fe trong Fe3+, Strong SO3, P trong PO43- lần lượt là:

A. 0, +3, +6, +5.

B. 0, +3, +5, +6.

C. +3, + 5, 0, +6

D.+5, +6, +3, 0.

Gợi ý đáp án:

Đáp án đúng là A. Giải thích:

Mn là đơn chất nên có số oxi hóa 0.

Fe3+ có số oxi hóa +3.

SO3: X + 3 x (-2) = 0 ⇒ X = 6 ⇒ Số oxi hóa của S là +6.

PO4(3)-: X + 4 x (-2) = -3 ⇒ X = 5 ⇒ Số oxi hóa của P là +5.

Bài tập 3 (SGK Hóa học 10 trang 74)

Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong các phân tử và ion sau: CO2, H2O, SO3, NH3, NO, NO2, Na+, Cu2+, Fe2+, Fe3+, Al3+.

Gợi ý đáp án:

O có số oxi hóa là -2; H có số oxi hóa là +1 => Số oxi hóa của các nguyên tố trong các phân tử và ion là:

CO2:  X + 2 x (-2) = 0 ⇒ X = 4 ⇒ C có số oxi hóa +4 trong CO2

H2O: H có số oxi hóa +1, O có số oxi hóa -2.

SO3: X + 3 x (-2) = 0 ⇒ X = 6 ⇒ S có số oxi hóa +6 trong SO3

NH3: X + 3 x 1 = 0 ⇒ X = -3 ⇒ N có số oxi hóa -3 trong NH3

NO: X + 1 x (-2) = 0 ⇒ X = 2 ⇒ N có số oxi hóa +2 trong NO

NO2: X + 2 x (-2) = 0 ⇒ X = 4 ⇒ N có số oxi hóa +4 trong NO2

Cu2+ có số oxi hóa là +2.

Na+ có số oxi hóa là +1.

Fe2+ có số oxi hóa là +2.

Fe3+ có số oxi hóa là +3.

Al3+ có số oxi hóa là +3.

Số oxi hóa là một công cụ vô cùng hữu ích giúp chúng ta hiểu sâu hơn về bản chất của các phản ứng hóa học, đặc biệt là phản ứng oxi hóa – khử. Việc nắm vững 4 quy tắc xác định số oxi hóa của nguyên tử các nguyên tố không chỉ giúp học sinh dễ dàng cân bằng các phương trình phản ứng, mà còn hỗ trợ phân loại chất, phân tích cấu tạo phân tử và dự đoán chiều diễn biến của phản ứng. Trong chương trình Hóa học phổ thông cũng như trong các kỳ thi học thuật, số oxi hóa luôn giữ vai trò quan trọng và xuyên suốt. Vì vậy, việc ghi nhớ chính xác các quy tắc và rèn luyện qua các ví dụ thực tiễn sẽ là nền tảng vững chắc cho thành công trong việc học và ứng dụng Hóa học sau này.