Số oxi hoá là điện tích quy ước của một nguyên tử trong chất, tính theo giả định mọi liên kết đều là liên kết ion; muốn tìm nó, bạn áp dụng bốn quy tắc: đơn chất bằng 0, tổng trong phân tử bằng 0, tổng trong ion bằng điện tích ion, và hiđro thường +1, oxi thường −2. Ba quy tắc đầu luôn đúng, quy tắc thứ tư có vài ngoại lệ cần thuộc.
Số oxi hoá là nền móng của cả chương oxi hoá – khử lớp 10: không xác định được nó thì không nhận ra chất oxi hoá, chất khử, và không cân bằng được bằng phương pháp thăng bằng electron. Bài này đi từ khái niệm, bốn quy tắc, bảng làm mẫu, các ca ngoại lệ, tới cách dùng AI kiểm bài mà không để nó làm thay.
Số oxi hoá là gì và khác hoá trị ở đâu
Trong phân tử nước, oxi hút cặp electron dùng chung mạnh hơn hiđro. Nếu tưởng tượng đẩy hẳn electron về phía nguyên tử hút mạnh hơn, oxi sẽ mang điện tích −2, mỗi hiđro mang +1. Con số tưởng tượng đó là số oxi hoá. Nó không phải điện tích thật đo được trên nguyên tử, mà là một quy ước kế toán giúp theo dõi electron đi đâu trong phản ứng.
Hoá trị học ở lớp 8 là khả năng liên kết, luôn là số dương, viết bằng chữ số La Mã. Số oxi hoá có dấu, có thể âm, dương, bằng 0, thậm chí là phân số khi tính trung bình. Trong NH3, nitơ có hoá trị III nhưng số oxi hoá là −3; trong HNO3, nitơ có số oxi hoá +5. Hai khái niệm hay bị trộn lẫn, và nhầm dấu là lỗi mất điểm phổ biến nhất ở đầu lớp 10.
Cách viết trong sách: dấu đặt trước số, như +5, −3, và ghi phía trên kí hiệu nguyên tố. Ở bài này, số oxi hoá được ghi sau tên nguyên tố trong ngoặc hoặc bằng chữ, cho dễ đọc trên màn hình điện thoại. Với ion, điện tích viết sau công thức, ví dụ SO4 2− là ion sunfat mang điện tích âm hai. Bạn nên tập chuyển qua lại giữa cách viết này và cách viết trong vở, vì đề thi in số oxi hoá phía trên kí hiệu, còn tài liệu trên mạng hay chatbot thì thường viết liền một dòng như ở đây. Đọc nhầm điện tích ion thành chỉ số nguyên tử là lỗi rất dễ mắc khi học trên màn hình.
Bốn quy tắc, áp theo thứ tự
Khi gặp một chất, áp các quy tắc theo đúng thứ tự dưới đây. Quy tắc đứng trước luôn thắng quy tắc đứng sau.
- Đơn chất có số oxi hoá bằng 0. Fe, O2, Cl2, N2, S đều là 0, bất kể phân tử có mấy nguyên tử.
- Tổng số oxi hoá trong phân tử trung hoà bằng 0. Đây là phương trình bạn sẽ giải để tìm nguyên tố chưa biết.
- Tổng số oxi hoá trong ion bằng điện tích của ion. Ion đơn nguyên tử như Na+ có số oxi hoá +1, Cl− có −1; ion nhiều nguyên tử như SO4 2− có tổng bằng −2.
- Trong hợp chất, kim loại nhóm IA là +1, nhóm IIA là +2, nhôm là +3, hiđro thường +1, oxi thường −2, flo luôn −1. Từ các giá trị đã biết này, giải ra nguyên tố còn lại.
Làm mẫu với H2SO4: hiđro +1 nhân 2 là +2, oxi −2 nhân 4 là −8, gọi số oxi hoá lưu huỳnh là x. Tổng bằng 0 nên 2 + x − 8 = 0, suy ra x = +6. Viết phương trình nhỏ như vậy ra giấy, đừng nhẩm, vì nhẩm là nơi dấu âm hay bị đánh rơi.
Bảng làm mẫu với các chất hay gặp
Bảng dưới là các chất xuất hiện nhiều trong đề lớp 10. Bạn che cột cuối, tự tính, rồi mới so.
| Chất | Phép tính | Kết quả |
|---|---|---|
| NH3 | x + 3(+1) = 0 | N là −3 |
| HNO3 | +1 + x + 3(−2) = 0 | N là +5 |
| KMnO4 | +1 + x + 4(−2) = 0 | Mn là +7 |
| MnO2 | x + 2(−2) = 0 | Mn là +4 |
| ion NH4+ | x + 4(+1) = +1 | N là −3 |
| ion SO4 2− | x + 4(−2) = −2 | S là +6 |
| Fe2O3 | 2x + 3(−2) = 0 | Fe là +3 |
Nhìn cột kết quả, bạn sẽ thấy một nguyên tố như nitơ có nhiều số oxi hoá khác nhau tuỳ chất: −3 trong NH3, +5 trong HNO3. Chính khả năng đổi số oxi hoá này làm nitơ, lưu huỳnh, mangan, sắt xuất hiện dày đặc trong các bài oxi hoá – khử.
Với ion nhiều nguyên tử, đừng quên vế phải của phương trình là điện tích ion chứ không phải số 0. Nhầm chỗ này với NH4+ sẽ cho nitơ là −4, một giá trị không tồn tại ở nitơ; gặp kết quả lạ như vậy là dấu hiệu nên tính lại.
Các ca ngoại lệ phải thuộc
Peoxit: oxi là −1. Trong H2O2, nếu để oxi là −2 thì hiđro phải là +2, vô lý. Thực tế hai nguyên tử oxi liên kết với nhau, nên mỗi oxi chỉ là −1. Na2O2 cũng vậy.
Hiđrua kim loại: hiđro là −1. Trong NaH hay CaH2, hiđro liên kết với kim loại kém âm điện hơn nó, nên hiđro mang −1. Quy tắc kim loại nhóm IA là +1 đứng trước quy tắc hiđro thường +1, nên kim loại thắng.
Hợp chất với flo: oxi có thể dương. Flo âm điện nhất, luôn là −1. Trong OF2, oxi là +2, ca hiếm nhưng đôi khi xuất hiện trong câu hỏi mẹo.
Số oxi hoá trung bình là phân số. Trong Fe3O4, 3x + 4(−2) = 0 cho x = +8/3. Thật ra trong tinh thể có sắt +2 và sắt +3 theo tỉ lệ 1 : 2, nhưng khi cân bằng phản ứng, dùng giá trị trung bình +8/3 cho cả cụm là được.
Cacbon trong hợp chất hữu cơ. Trong CH4 cacbon là −4, trong CO2 là +4, trong C2H5OH tính trung bình là −2. Ở bài hữu cơ, người ta thường tính riêng từng nguyên tử cacbon theo các liên kết của nó, cho kết quả chính xác hơn giá trị trung bình.
Từ số oxi hoá tới chất oxi hoá và chất khử
Khi đã ghi số oxi hoá cho mọi nguyên tố hai vế, bạn tìm những nguyên tố có số thay đổi. Trong Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu, sắt đi từ 0 lên +2, tức nhường hai electron: sắt là chất khử, nó bị oxi hoá. Đồng đi từ +2 xuống 0, tức nhận hai electron: đồng sunfat là chất oxi hoá, nó bị khử. Lưu huỳnh và oxi trong nhóm sunfat giữ nguyên +6 và −2.
Câu nhớ ngắn gọn: khử cho, oxi nhận. Chất khử cho electron, số oxi hoá tăng; chất oxi hoá nhận electron, số oxi hoá giảm. Học sinh hay đảo ngược vì tên gọi nghe ngược nghĩa: chất khử là chất bị oxi hoá. Lấy một ví dụ cố định, như sắt với đồng sunfat, và luôn đối chiếu với nó khi phân vân.
Nếu không có nguyên tố nào đổi số oxi hoá, phản ứng không phải oxi hoá – khử. BaCl2 + Na2SO4 → BaSO4 + 2NaCl là ví dụ: bari +2, clo −1, natri +1, lưu huỳnh +6, oxi −2 đều giữ nguyên. Đây là cách kiểm nhanh nhất để trả lời câu trắc nghiệm hỏi phản ứng nào là oxi hoá – khử.
Số oxi hoá trong đề kiểm tra: các dạng hay gặp
Dạng thứ nhất là tính trực tiếp: cho một chất hoặc một ion, hỏi số oxi hoá của một nguyên tố. Dạng này chỉ cần bốn quy tắc và cẩn thận với dấu. Mẹo là luôn viết phương trình tổng ra giấy, kể cả khi thấy dễ, vì câu dễ là nơi người ta chủ quan.
Dạng thứ hai là so sánh: sắp xếp các chất theo số oxi hoá tăng dần của một nguyên tố, chẳng hạn lưu huỳnh trong H2S, S, SO2, H2SO4, lần lượt là −2, 0, +4, +6. Dạng này kiểm xem bạn có thấy được bức tranh chung: một nguyên tố có mức thấp nhất, mức cao nhất và các mức trung gian. Chất chứa nguyên tố ở mức cao nhất chỉ có thể nhận electron, tức chỉ đóng vai chất oxi hoá; ở mức thấp nhất chỉ có thể là chất khử; ở mức trung gian có thể là cả hai.
Dạng thứ ba là nhận diện phản ứng oxi hoá – khử trong một danh sách. Cách nhanh nhất là nhìn đơn chất: phản ứng nào có đơn chất ở một vế mà vế kia nguyên tố đó nằm trong hợp chất thì gần như chắc chắn có đổi số oxi hoá. Phản ứng không có đơn chất nào thì phải tính từng nguyên tố, nhưng thường là trao đổi hoặc phân huỷ không đổi số.
Dạng thứ tư là bước đầu của cân bằng theo electron: ghi số oxi hoá rồi xác định chất nhường, chất nhận và số electron trao đổi. Nếu bước này sai thì mọi hệ số phía sau đều sai theo, nên đây là chỗ đáng bỏ thời gian kiểm nhất.
Dùng AI để luyện và kiểm, không để nó tính thay
Số oxi hoá là dạng bài lặp lại nhiều, rất hợp để luyện với chatbot nếu bạn giữ vai người làm. Câu lệnh gợi ý:
- Cho em mười chất vô cơ, từ dễ tới khó, có ít nhất hai ca ngoại lệ. Không ghi đáp án. Em sẽ gửi số oxi hoá của nguyên tố in đậm trong mỗi chất để kiểm.
- Em tính S trong H2SO4 là +4. Đừng sửa ngay, hãy hỏi em viết lại phương trình tổng để em tự thấy chỗ sai.
- Giải thích bằng ví dụ vì sao oxi trong H2O2 là −1, theo cách học sinh lớp 10 hiểu được, không dùng công thức cấu tạo phức tạp.
- Đóng vai bạn cùng lớp hỏi em về chất oxi hoá và chất khử trong phản ứng Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2, để em tập giải thích.
Khi AI trả lời, kiểm lại bằng phương trình tổng bằng 0 hoặc bằng điện tích ion; bước này mất chưa tới một phút. Chatbot có thể nhầm ở các ca ngoại lệ hoặc với ion nhiều nguyên tử, và hay viết dấu trừ sai kiểu ký tự khiến bạn đọc lẫn. Khi trò chuyện với AI, không cần nêu tên trường, lớp cụ thể hay tên thầy cô.
Câu hỏi thường gặp
Số oxi hoá và hoá trị khác nhau thế nào?
Hoá trị là khả năng liên kết, luôn dương, viết bằng chữ số La Mã. Số oxi hoá là điện tích quy ước có dấu, có thể âm, dương hoặc bằng 0. Ví dụ nitơ trong NH3 có hoá trị III nhưng số oxi hoá là −3.
Vì sao số oxi hoá có thể là phân số?
Khi một chất chứa cùng nguyên tố ở nhiều mức khác nhau, như sắt trong Fe3O4, phép tính tổng chỉ cho giá trị trung bình, ở đây là +8/3. Giá trị trung bình này vẫn dùng được để cân bằng phản ứng oxi hoá – khử.
Oxi lúc nào cũng là −2 phải không?
Không. Oxi thường là −2, nhưng là −1 trong các peoxit như H2O2, là 0 trong đơn chất O2, và có thể dương trong hợp chất với flo như OF2. Cần thuộc các ca này vì đề hay cài.
Làm sao nhớ chất nào là chất khử, chất nào là chất oxi hoá?
Nhớ câu khử cho, oxi nhận: chất khử cho electron và số oxi hoá tăng, chất oxi hoá nhận electron và số oxi hoá giảm. Lấy phản ứng sắt với đồng sunfat làm ví dụ cố định để đối chiếu mỗi khi phân vân.
AI có tính số oxi hoá đúng không?
Với chất thông thường, chatbot thường tính đúng, nhưng có thể nhầm ở các ca ngoại lệ, ion nhiều nguyên tử, hoặc hợp chất hữu cơ. Luôn tự kiểm bằng phương trình tổng số oxi hoá bằng 0 hoặc bằng điện tích ion trước khi tin kết quả.
Phản ứng nào không phải là oxi hoá – khử?
Phản ứng mà không nguyên tố nào thay đổi số oxi hoá, điển hình là phản ứng trao đổi trong dung dịch và phản ứng trung hoà. Một số phản ứng hoá hợp và phân huỷ cũng không đổi số oxi hoá, như vôi sống tác dụng với nước hay nung đá vôi.