Một số phương pháp giúp học sinh cân bằng các phương trình phản ứng hóa học

Một số phương pháp giúp học sinh cân bằng các phương trình phản ứng hóa học Một số phương pháp giúp học sinh cân bằng các phương trình phản ứng hóa học Một số phương pháp giúp học sinh cân bằng các phương trình phản ứng hóa học Một số phương pháp giúp học sinh cân bằng các phương trình phản ứng hóa học

I ĐẶT VẤN ĐỀ:

Trong công cuộc xây dựng và phát triển của đất nước ngày càng cao vớiquy mô ngày càng lớn Một trong những trọng tâm của sự phát triển đất nước làđổi mới nền giáo dục Phương hướng giáo dục của Đảng, Nhà nước và ngànhGiáo dục và Đào tạo trong thời gian trước mắt cũng như lâu dài là đào tạo những

con người: Lao động - Tự chủ - Sáng tạo, có năng lực thích ứng và giải quyết

những vấn đề thường gặp, qua đó biết lập nghiệp và tạo dựng cuộc sống tốt đẹpcho mình

Để bồi dưỡng năng lực sáng tạo, giải quyết vấn đề cho học sinh thì lí luậndạy học hiện đại đã khẳng định: Cần phải đưa học sinh vào vị trí chủ thể củahoạt động nhận thức Môn hóa học trong trường Trung học cơ sở là một trongnhững môn có vai trò quan trọng trong việc hình thành và phát triển tư duy củahọc sinh có mục đích trang bị cho học sinh hệ thống kiến thức cơ bản bao gồmkiến thức về cấu tạo, phân loại và tính chất và ứng dụng của chúng

Trong phần tính chất cơ bản của các chất thì có sự xuất hiện của các phảnứng hoá học kéo theo nó là các phương trình hoá học xuất hiện Nhưng việc cânbằng được các phương trình hoá học đó để áp dụng và giải thích, giải toán làmột việc cần thiết để học sinh có thể giải các bài toán hoá học sau này

Để đạt được mục đích là: cân bằng sao cho đúng, nhanh một phương trìnhhoá học đơn giản cũng như phương trình phức tạp là cả một vấn đề khó đối với

cả giáo viên và học sinh Giáo viên cần truyền đạt kiến thức như thế nào, mức

độ nào đối với từng loại học sinh để học sinh có thể tự cân bằng được phươngtrình Còn học sinh thì lo làm sao thu nhận kiến thức và thực hiện như thế nào để

có thể cân bằng được phương trình Mà phương trình hoá học thì có nhiều loạicho nhiều chất cụ thể Để cho học sinh viết sơ đồ hay công thức cấu tạo đúng đủcác chất có trong phản ứng đã khó, nay mà cân bằng các phương trình đó lạicàng khó hơn

Với thực trạng hiện nay thì môn Hoá học vẫn là môn học khó, khi nói đếnvấn đề lí thuyết thì học sinh có thể học thuộc nhưng khi liên quan đến phươngtrình, công thức là va chạm đến các con số thì những học sinh yếu kém về môn

Toán sẽ rất dễ nản chí và không muốn học Và từ đó việc giải các bài toán theophương trình sau này sẽ rất khó khăn Bên cạnh đó thì để bồi dưỡng khả năngsáng tạo, giải quyết vấn đề thông qua các bài toán cân bằng phương trình đối vớihọc sinh khá, giỏi cũng không phải là vấn đề dễ Nhất là trong các phản ứng cónhiều chất tham gia, nhiều chất sản phẩm, cho nên việc cân bằng được mộtphương trình như thế nào để học sinh thực hiện được mà vẫn phát triển đượcnăng lực tư duy, sáng tạo, gây hứng thú học tập cho học sinh là điều tôi và cácđồng nghiệp giảng dạy bộ môn luôn lưu tâm

Từ những vấn đề trên, với mong muốn góp phần nhỏ bé của mình vàoviệc tìm tòi phương pháp dạy - học thích hợp cho học sinh, tạo tiền đề cho việc

phát triển tư duy của các em ở cấp cao hơn nên tôi đã chọn đề tài: " Một số phương pháp giúp học sinh cân bằng các phương trình phản ứng hóa học"

- Làm cho học sinh hiểu rõ được khái niệm phương trình hóa học

- Biết cách lập được phương trình hóa học

- Tạo cho học sinh có thói quen làm việc theo quy trình chặt chẽ, đặt kếhoạch trước khi hành động

- Phát huy được năng lực tư duy sáng tạo độc lập của học sinh

II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ:

1 Thực trạng của vấn đề

a Thuận lợi:

Môn Hóa học là môn được học ở chương trình lớp 8 môn mới, học sinhthích tìm hiểu và khám phá nên những kiến thức đó được học sinh tiếp thu mộtcách chăm chú rất hiệu quả Khi hướng dẫn học sinh cách lập phương trình vàcân bằng phương trình theo nhiều cách, học sinh hứng thú học điều đó đã làmtăng khả năng tìm tòi, chủ động sáng tạo trong kiến thức và mỗi học sinh có thểlựa chọn các cách cân bằng phương trình khác nhau một cách nhanh nhất theocách hiểu của mình

b Khó khăn:

Hiện nay đại đa số khi học sinh học môn Hóa học và đặc biệt làm quenvới các phương trình, viết các phương trình hóa học còn nhiều bỡ ngỡ, chưa

định hình cách cân bằng phương trình hóa học, cụ thể chưa biết cách chọn hệ sốnhư thế nào viết vào phương trình và viết ở vị trí nào, chỉ có một số học sinhkhá, giỏi khi nắm được các cách làm thì trình bày rất nhanh Số học sinh còn lạithì chậm và chưa biết cách, điều đó đã làm cho các em chán nản chưa chú ýtrong học tập

Mà môn Hóa học giải các bài tập là liên quan đến phương trình, viếtphương trình không đúng dẫn đến kết quả bài toán sẽ sai hoàn toàn Chính vìđiều đó mà trong các bài học giáo viên lại phải hướng dẫn học sinh viết phươngtrình, cân bằng phương trình thường xuyên và nhiều hơn Điều đó rất mất thờigian khi giải các bài tập hóa học

2 Các biện pháp để giải quyết vấn đề :

2.1 Dạng 1: Cân bằng phương trình phản ứng theo phương pháp “Hệ

số phân số’’

- Các bước tiến hành:

+ Bước 1: Đưa hệ số là số nguyên hay phân số vào trước công thức có

nguyên tố có nhiều nguyên tử nhất

+ Bước 2: Từ đó cân bằng các nguyên tố còn lại tương tự như trên sao

cho số nguyên tử của các nguyên tố ở hai vế của phương trình bằng nhau

+ Bước 3: Giữ nguyên các phân số hoặc khử mẫu để được phương trình

hoàn chỉnh

- Các ví dụ cụ thể:

Ví dụ 1: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau :

P + O2 t

  P2O5

Cách làm:

+ Bước 1: Do sau phản ứng có 2P, 5O mà trước phản ứng chỉ có 1P, số

nguyên tử O sau phản ứng là nhiều nhất nên thêm hệ số 5

+ Bước 1: Ta thấy số ngyên tử H là nhiều nhất: trước phản ứng có 3H,

sau phản ứng có 2H, nên ta thêm hệ số 3

Ví dụ 3: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau: Fe + O2 t

  Fe2O3

Cách làm:

+ Bước 1: Ta thấy số ngyên tử Oxi là nhiều nhất: trước phản ứng có 2O,

sau phản ứng có 3O , nên ta thêm hệ số 3

+ Bước 3: Để mất phân số ta quy đồng mẫu số chung là 2 ta sẽ được

phương trình hoàn chỉnh: 4Fe + 3 O2

Cuối cùng thấy sau phản ứng có 6O, trước phản ứng có 2O nên ta thêm hệ

số 3 vào trước O2 ta được phương trình hoàn chỉnh: 4Al + 3O2

Cách làm: Ta thấy số nguyên tử oxi trong O2 và SO2 là số chẵn còn trong

Fe2O3 là số lẻ nên ta đặt hệ số 2 trước công thức Fe2O3

Cách làm: Ta thấy số nguyên tử Oxi trước phản ứng số chẵn còn trong

Fe2O3 nguyên tử oxi là số lẻ nên ta đặt hệ số 2 trước công thức Fe2O3

2.3 Dạng 3: Cân bằng phương trình phản ứng cháy của hợp chất hữu cơ.

- Đối tượng, phạm vi áp dụng:

Đối với học sinh lớp 8 thì học sinh chưa biết được hợp chất hữu cơ là gì,

kể cả HS lớp 9 đến đầu học kì II cũng mới được tìm hiểu Nhưng ngay khi ở lớp

8 khi học phần tính chất hoá học của oxi, phần oxi tác dụng với hợp chất chủyếu là các phản ứng cháy của các hợp chất hữu cơ, để phát triển tư duy lôgic vàsáng tạo của học sinh thì đối với học sinh khá thì giáo viên có thể giới thiệu sơqua và hướng dẫn học sinh cân bằng nhanh trong các bài kiểm tra … thường thìdạng này ở THCS chủ yếu là:

Hợp chất hữu cơ + O2   COt0 2 + H2O + một số chất khác

- Cách tiến hành:

+ Đầu tiên luôn coi hệ số của các hợp chất hữu cơ luôn bằng 1

+ Rồi đến cân bằng số nguyên tử C đầu tiên, đến nguyên tử H, N …

+ Và cuối cùng mới cân bằng nguyên tử oxi

Ví dụ 1: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau:

C3H6 + O2

0

t

  3CO2 + 3H2OLúc này sau phản ứng có nguyên tử oxi là ( 6 + 3 = 9 ) và trước phản ứng

Cách làm: Đầu tiên coi hệ số của C2H4, là 1 Vậy trước phản ứng có 2C,sau phản ứng có 1C ta thêm hệ số 2 trước CO2:

C2H4 + O2

0

t

  2CO2 + H2OTrước phản ứng lúc này có 4H nên ta thêm hệ số 2 trước H2O

C2H4 + O2

0

t

  2CO2 + 2H2OLúc này sau phản ứng có nguyên tử oxi là ( 4 + 2 = 6) và trước phản ứng

là 2O ta thêm hệ số 3 trước O2 ta được phương trình

C2H4 + 3O2 t0

  2CO2 + 2H2O

Từ phương trình này giáo viên có thể triển khai ra các hợp chất khác như:

C2H4, C3H4, C2H6 (Các hợp chất chỉ gồm C và H) và cuối cùng là CxHy để tăng

độ khó, tăng khả năng tư duy của học sinh

Ví dụ 3: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau:

Cách làm: Đối với phương trình dạng này trong hợp chất ban đầu có cả

nguyên tố oxi nên khó hơn nhưng nguyên tắc vẫn như trên:

Đầu tiên coi hệ số của C2H6O là 1, lúc này trước phản ứng có 2C, 6H sauphản ứng có 1C, 2H vậy nên ta thêm hệ số 2 trước CO2 và hệ số 3 trước H2O:

C2H6O + O2

0

t

  2CO2 + 3H2OLúc này sau phản ứng có: (2.2 + 3.1) = 7 nguyên tử oxi còn trước phản

ứng có (1 + 2) = 3O (Giáo viên nên chỉ rõ cho học sinh chỗ này) mà hệ số của

C2H6O là 1 nên tại đây luôn chỉ có 1O nên ta thêm hệ số 3 trước O2 Ta đượcphương trình hoàn chỉnh :

để rèn luyện khả năng cân bằng phương trình của học sinh

Ví dụ 5: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau CxHyOz + O2

0

t

  CO2 + H2O

Cách làm: Đầu tiên coi hệ số của CxHyOz là 1, lúc này trước phản ứng có

xC, yH, zO sau phản ứng có 1C, 2H, 3O thêm hệ số x trước CO2 và hệ số y

2 + 2x) nguyên tử oxi còn trước phản ứng có(z + 2) nguyên tử oxi nên ta thêm (x +

Cách làm: Đối với học sinh THCS thì hợp chất gồm 4 nguyên tố như thế

này là phức tạp nhưng cứ theo nguyên tắc ban đầu:

Đầu tiên coi hệ số của C2H5O2N là 1 thì trước phản ứng lúc này có: 2C, H,1N còn sau phản ứng là: 1C, 2H, 2N Cho nên ta đặt hệ số 2 trước CO2, hệ số

Cách làm: Theo nguyên tắc ban đầu:

Đầu tiên coi hệ số của CxHyOzNt là 1 thì trước phản ứng lúc này có: xC,

tN, sau phản ứng là: 1C, 2H, 2N Cho nên ta đặt hệ số x trước CO2, hệ số

Trong chương trình THCS thì học sinh mới tim hiểu sơ qua về phản ứng oxi hoá - khử nhưng các khái niệm đó chưa giúp gì chúng ta trong việc cân bằng phương trình phản ứng oxi hoá - khử Cho nên khi bồi dưỡng học sinh giỏi cho trường rất khó khăn để hướng dẫn học sinh cân bằng các phương trình có nhiều chất phản ứng hay sản phẩm như:

Cu + H2SO4    CuSO4 + SO2 + H2O

Al + HNO3    Al(NO3)3 + NO2 + H2O

MnO2 + HCl    MnCl2 + Cl2 + H2O

- Các bước tiến hành:

+ Bước 1: Đưa các hệ số hợp thức a, b, c, d, e, f, lần lượt vào các công

thức ở 2 vế của phương trình phản ứng

+ Bước 2: Cân bằng số nguyên tử ở 2 vế của phương trình bằng 1 hệ

phương trình chứa ẩn trên

+ Bước 3: Giải hệ phương trình vừa lập để tìm các hệ số.

+ Bước 4: Đưa các hệ số vừa tìm vào phương trình phản ứng.

- Các ví dụ cụ thể:

Ví dụ 1: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau

Cu + H2SO4    CuSO4 + SO2 + H2O

Cách làm:

+ Bước 1: Đưa các hệ số hợp thức a, b, c, d, e, f, … lần lượt vào các công thức ở 2 vế của phương trình phản ứng aCu + bH2SO4    cCuSO4 + dSO2 + eH2O + Bước 2: Lập hệ phương trình dựa vào mối quan hệ về các chất trước và sau phản ứng (khối lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố ở 2 vế phải bằng nhau) Cụ thể: Cu: a = c (1)

S: b = (c + d) (2)

H: 2b = 2e (3)

O: 4b = 4c + 2d + e (4)

+ Bước 3: Giải hệ phương trình trên bằng cách: Từ (3) ta có: b = e Chọn

b = e = 1 từ (2), (4) và (1)  c = a = d = 1

2

+ Bước 4: Đưa các hệ số vừa tìm vào phương trình phản ứng.

1

2Cu + H2SO4    1 2CuSO4 + 1 2SO2 + H2O Hoặc: Cu + 2H2SO4    CuSO4 + SO2 + 2H2O Ví dụ 2: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau: Al + HNO3    Al(NO3)3 + NO2 + H2O Cách làm: + Bước 1: Đưa các hệ số hợp thức a, b, c, d, e, f, lần lượt vào các công thức ở 2 vế của phương trình phản ứng aAl + bHNO3    cAl(NO3)3 + dNO2 + eH2O + Bước 2: Lập hệ phương trình Al: a = c (1)

H: b = 2e (2)

N: b = 3c + d (3)

O: 3b = 9c + 2d + e (4)

+ Bước 3: Giải hệ: Từ (2) chọn e = 1  b = 2 Từ (3) và (4)  e = d = 1, từ (1) và (3)  a = c = 1 3 + Bước 4: Đưa các hệ số vừa tìm vào phương trình phản ứng. 1

3Al + 2HNO3    1

3Al(NO3)3 + NO2 + H2O Hay: Al + 6HNO3    Al(NO3)3 + 3NO2 + 3 H2O

- Một số ví dụ khác học sinh thực hiện các bước tương tự:

Cu + 4 HNO3    Cu(NO3)2 +2NO2 + 2H2O MnO2 + 4 HCl    MnCl2 + Cl2 + 2 H2O

2.5 Dạng 5: Cân bằng phương trình phản ứng theo phương pháp:

“Thăng bằng electron”

- Đối tượng phạm vi áp dụng:

Khi hướng dẫn học sinh cân bằng các phương tình phản ứng mà học sinhchưa biết được các khái niệm như số oxi hoá, hay bản chất của phản ứng oxi hoá

- khử là điều rất khó Ở dạng 4 ta mới chỉ giải quyết tạm thời về vấn đề cân bằngnhưng nhược điểm của phương pháp này là việc lập hệ và giải hệ tương đốiphức tạp,nặng về toán học lại không tìm hiểu đúng bản chất của phản ứng oxihoá khử Cho nên phương pháp 5 này chỉ áp dụng để hướng dẫn các học sinhgiỏi cân bằng phương trình trong các kì thi

Để áp dụng được phương pháp này thì giáo viên phải trang bị trước chohọc sinh một số kiến thức cơ bản về: Phản ứng oxi hoá - khử, bản chất của phảnứng này, số oxi hoá của các nguyên tố Sau đây là một số quy tắc để xác định sốoxi hóa các nguyên tố hoá học

+ Số số oxi hóa của nguyên tử đơn chất bằng không

Ví dụ: Số số oxi hóa của Fe, Cu, Cl, S bằng không Kí hiệu: Fe Cu Cl S0 , 0 , 02, 0+ Trong hợp chất số số oxi hóa của Hiđro bằng +1, của Oxi bằng -2.+ Trong một phân tử tổng số oxi hóa của các nguyên tử bằng không

+ Đối với ion đơn nguyên tử số oxi hóa bằng điện tích của ion đó

Ví dụ: Số oxi hóa của Na+, Mg2+, I-, S2- … lần lượt là : +1, +2, -1, -2

+ Đối với ion nhiều nguyên tử thì tổng số số oxi hóa của các nguyên tửbằng trị số đại số của điện tích ion đó

Chú ý: Có một số nguyên tố có nhiều số số oxi hóa tuỳ theo từng hợp

chất

Ví dụ:

- Nguyên tố N: Có các số số oxi hóa như: Trong NH3 thì số số oxi hóa là:-3, trong N2 là 0, +1 ở N2O, +2 ở NO, +4 ở NO2 , +5 ở trong ion NO3-

- Nguyên tố Lưu huỳnh cũng vậy: Có số số oxi hóa lần lượt như: -2 trong

H2S, 0 của đơn chất S, +4 trong SO2, +6 trong SO3

- Các bước tiến hành:

+ Bước 1: Xác định số Oxi hoá của các nguyên tố ở 2 vế của phương

trình phản ứng (chỉ xác định số oxi hóa của các nguyên tố có sự thay đổi, tức là

có sự tăng giảm số oxi hóa)

Bước 2: Viết các nửa phản ứng thể hiện quá trình oxi hóa và quá trình

khử, rồi cân bằng số e cho và nhận

Bước 3: Đưa hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào phương trình phản

+ Bước 2: Viết các nửa phản ứng thể hiện quá trình oxi hóa và quá trình

khử, rồi cân bằng số e cho và nhận.

N  2 Quá trình khử: Sự khử HNO3 là chất oxi hóa

+ Bước 3: Đưa hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào phương trình phản

ứng

3Cu + 8HNO3    3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Chú ý: Khi dạy giáo viên nên chú ý cho học sinh tại sao ở trên chỉ có 2 5

N

nhưng khi cân bằng lại có 8 phân tử HNO3 đó là do trên thực tế chỉ có 2 phân tửHNO3 phản ứng còn 6 phân tử nữa làm môi trường cho phản ứng cho nên khicân bằng dạng này nên cân bằng các dung dịch axit cuối cùng

Mở rộng: Đối với dạng 5 này khi học sinh đã thao tác quen các bước thì

giáo viên có thể hướng dẫn học sinh cách nhẩm miệng để cân bằng nhanhphương trình phản ứng (Không cần theo các bước ở trên mà chỉ nhẩm) Ví dụ:

 Fe + HNO3    Fe(NO3)3 +3NO2 + H2O

Lúc này ta chỉ lần lượt cân bằng các nguyên tử của các nguyên tố còn lại:

Fe + 6HNO3    Fe(NO3)3 + 3NO2 +3 H2O

Ví dụ 2: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau:

Br2 + NaOH    NaBr + NaBrO3 + H2O

Bước 3: 6Br2 + 12NaOH    10NaBr + 2NaBrO3 + 6H2O

2.6 Dạng 6: Cân bằng phương phản ứng theo phương pháp " Ion Electron

Đối tượng phạm vi áp dụng:

Đối với dạng 5 đó là: Khi ta xác định số oxi hoá của các nguyên tố tronghợp chất nhưng khi ta viết mà phương trình chỉ có nguyên tố đó, nhưng trongthực tế thì nếu chất đó mà phân ly trong nước thì các ngyên tố đó không đứngmột mình mà có thể đứng ở dưới dạng Ion như: SO42-, NO33- vì vậy dạng 6 này

có thể khắc phục được nhược điểm đó, mặt khác dựa vào dạng 6 này ta có thể

dự đoán được môi trường của phản ứng và hoàn thiện được phản ứng từ cácphương trình Ion rút gọn Cụ thể như sau:

- Các bước tiến hành:

+ Bước 1: Chia phương trình thành 2 nửa phản ứng, rồi cân bằng các nửa

phản ứng đó Đầu tiên cân bằng số nguyên tử của các nguyên tố ở vế bằng cáchthêm H+, OH- hoặc H2O, tiếp theo là cân bằng điện tích ở 2 vế bằng cách thêm,bớt e

+ Bước 2: Nhóm các nửa phản ứng với các hệ số sao cho số e nhường

trong quá trình oxi hóa bằng số e nhận trong quá trình khử