Cho phản ứng: FeSO₄ + KMnO₄ + H₂O → K₂SO₄ + MnO₂ + Fe(OH)₃ + Fe₂(SO₄)₃. Sau khi cân bằng (với hệ số là các số nguyên, tối giản), hệ số của H₂O là

Chọn đáp án A

Phương pháp giải:

Cân bằng phương pháp ion - electron

Áp dụng cho các phản ứng oxi hóa - khử xảy ra trong dd có sự tham gia của môi trường: axit, bazo, nước. Khi cân bằng sử dụng theo 4 bước như phương pháp thăng bằng electron nhưng chất oxi hóa, chất khử được viết đúng dạng mà nó tồn tại trong dd theo nguyên tắc sau:

1. Nếu phản ứng có axit tham gia:

+ Vế nào thiếu bao nhiêu O thêm bấy nhiêu H₂O để tạo ra H⁺ ở vế kia và ngược lại

VD: NO₃^‑  → NO

Ta thấy vế phải thiếu 2O, thêm vế phải 2H₂O để tạo vế trái 4H⁺, sau đó cân bằng điện tích của bán phản ứng

 NO₃^‑  + 4H⁺ + 3e → NO + 2H₂O

2. Nếu phản ứng có bazơ tham gia:

+ Vế nào thiếu bao nhiêu O thêm lượng OH^- gấp đôi để tạo H₂O ở vế kia và ngược lại

VD: Cr₂O₃ → 2CrO₄^-

Vế trái thiếu 5O thêm vế trái 10OH^- để tạo 5H₂O ở vế phải, sau đó cân bằng điện tích bán phản ứng

Cr₂O₃ + 10OH^- → 2CrO₄^- + 5H₂O +6e

3. Nếu phản ứng có H₂O tham gia

+ Sản phẩm phản ứng tạo ra axit, cân bằng theo nguyên tắc 1

+ Sản phẩm phản ứng tạo ra bazơ, cân bằng theo nguyên tắc 2

MnO₄^- + 2H₂O + 3e → MnO₂ + 4OH^-

Giải chi tiết:

Bước 1: Xác định sự thay đổi số oxi hóa của 1 số nguyên tố, xác định được chất khử, chất oxi hóa

$\stackrel{+2}{Fe}S{O}_4+K\stackrel{+7}{Mn}{O}_4+H_{2}O\to K_{2}S{O}_4+\stackrel{+4}{Mn}{O}_2+\stackrel{+3}{Fe}{\left(OH\right)}_3+\stackrel{+3}{F{e}_2^{}}{\left(S{O}_4\right)}_3$

Bước 2: Viết quá trình khử, quá trình oxi hóa, cân bằng mỗi quá trình và đặt hệ số thích hợp trước chất khử, chất oxi hóa

$\begin{array}{c}3x\\ 1x\end{array}\left|\begin{array}{l}F{e}^{+2}\to F{e}^{+3}+1e\\ Mn{O_4}^{-}+2H_{2}O+3e\to Mn{O_2}^{-}+4O{H}^{-}\end{array}\right.$

$\to 3F{e}^{+2}+Mn{O_4}^{-}+2H_{2}O\to 3F{e}^{+3}+Mn{O_2}^{-}+4O{H}^{-}$

Bước 3: Viết bán phản ứng, ép đúng tỉ lệ Fe(OH)₃ và nhân hệ số thích hợp để triệt tiêu OH^-

$\begin{array}{c}3x\\ 4x\end{array}\left|\begin{array}{l}3F{e}^{+2}+Mn{O_4}^{-}+2H_{2}O\to 3F{e}^{+3}+Mn{O_2}^{-}+4O{H}^{-}\left(1\right)\\ F{e}^{3+}+3O{H}^{-}\to Fe{\left(OH\right)}_3\left(2\right)\end{array}\right.$

$\to 9F{e}^{+2}+3Mn{O_4}^{-}+6H_{2}O\to 5F{e}^{+3}+3Mn{O_2}^{-}+4Fe{\left(OH\right)}_3\left(3\right)$

Ta thấy trong phương trình phân tử Fe⁺³ tồn tại ở dạng Fe₂(SO₄)₃ nên ta nhân cả 2 vê (3) với hệ số 2 để làm chẵn số nguyên tố Fe⁺³

$18F{e}^{+2}+6Mn{O_4}^{-}+12H_{2}O\to 10F{e}^{+3}+6Mn{O_2}^{-}+8Fe{\left(OH\right)}_3\left(4\right)$

Thêm ion K⁺, SO₄^2- vào phương trình ion (4) ta được phương trình phân tử ban đầu cân bằng.

→ 18FeSO₄ + 6KMnO₄ + 12H₂O → 3K₂SO₄ + 6MnO₂ + 8Fe(OH)₃ + 5Fe₂(SO₄)₃

Vậy hệ số của H₂O là 12