Nhất là trong các phản ứng có nhiều chất tham gia, nhiều chất sản phẩm, cho nên việc cân bằng được một phương trình như thế nào để học sinh thực hiện được mà vẫn phát triển được năng lực[r]
Trang 1I ĐẶT VẤN ĐỀ 1.Lý do chọn đề tài
Trong công cuộc xây dựng và phát triển của đất nước ngày càng cao với quy môngày càng lớn Một trong những trọng tâm của sự phát triển đất nước là đổi mới nềngiáo dục Phương hướng giáo dục của Đảng, Nhà nước và ngành Giáo 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 đẹp cho mình
Để bồi dưỡng năng lực sáng tạo, giải quyết vấn đề cho học sinh thì lí luận dạy học
hiện đại đã khẳng định: Cần phải đưa HS vào vị trí chủ thể của hoạt động nhận thức.
Môn hóa học trong trường THCS là một trong những môn có vai trò quan trọng trongviệc hình thành và phát triển tư duy của học sinh có mục đích trang bị cho học sinh hệthống kiến thức cơ bản bao gồm kiến thức về cấu tạo, phân loại và tính chất và ứngdụng của chúng
Trong phần tính chất cơ bản của các chất thì có sự xuất hiện của các phản ứng hoáhọc kéo theo nó là các phương trình hoá học xuất hiện Nhưng việc cân bằng được cácphương trình hoá học đó để áp dụng và giải thích, giải toán là một việc cần thiết để
HS có thể giải các bài toán hoá học sau này
Để đạt được mục đích là: cân bằng sao cho đúng, nhanh một phương trình hoáhọc đơn giản cũng như phương trình phức tạp là cả một vấn đề khó đối với cả Giáoviên và học sinh Giáo viên cần truyền đạt kiến thức như thế nào, mức độ nào đối vớitừng loại học sinh để HS có thể tự cân bằng được phương trình Còn học sinh thì lolàm sao thu nhận kiến thức và thực hiện như thế nào để có thể cân bằng được phươngtrình Mà phương trình hoá học thì có nhiều loại cho nhiều chất cụ thể Để cho họcsinh viết sơ đồ hay công thức cấu tạo đúng đủ các chất có trong phản ứng đã khó, nay
mà cân bằng các phương trình đó lại càng khó hơn
Trang 2Với thực trạng hiện nay thì môn Hoá học vẫn là môn học khó, Khi nói đến vấn
đề lí thuyết thì HS có thể học thuộc nhưng khi liên quan đến phương trình, công thức
là va chạm đến các con số thì những học sinh yếu kém về môn toán sẽ rất đễ nản chí
và không muốn học Và từ đó việc giải các bài toán theo phương trình sau này sẽ rấtkhó khăn Bên cạnh đó thì để bồi dưỡng khả năng sáng tạo, giải quyết vấn đề thôngqua các bài toán cân bằng phương trình đối với học sinh khá, giỏi cũng không phải làvấn đề dễ Nhất là trong các phản ứng có nhiều chất tham gia, nhiều chất sản phẩm,cho nên việc cân bằng được một phương trình như thế nào để học sinh thực hiện được
mà vẫn phát triển được năng lực tư duy, sáng tạo, gây hứng thú học tập cho học sinh
là điều tôi và các đồng nghiệp giảng dạy bộ môn luôn lưu tâm
Từ những vấn đề trên, với mong muốn góp phần nhỏ bé của mình vào việc tìm tòiphương 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"
2 Thời gian thực hiện và triển khai
- Từ năm học 2010-2011 kiểm tra khảo sát và triển khai lớp 8
- Năm 2011-2012 áp dụng thực hiện đại trà khối 8 và 9
II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
1.Cơ sở lý luận
Trong hoá học, có nhiều chất, nhiều phản ứng xảy ra theo các cơ chế và dạngkhác nhau Nhưng xét về nguyên tắc chung để cân bằng một phương trình hoá học thìphải làm sao cho số nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phương trình trước và sauphản ứng phải bằng nhau Trong hoá phổ thông THCS thì các nhà biên soạn sách đãgiới thiệu một số loại phương trình như:
Phản ứng phân hủy, phản ứng hóa hợp, phản ứng thế, phản ứng oxi hóa khử
Phản ứng trung hòa
Trang 3Đối với phản ứng đơn giản như : chỉ có 1 hoặc 2 chất phản ứng và chỉ tạo ra 1hay 2 sản phẩm thì việc cân bằng phương trình còn dễ Nhưng khi gặp phải nhữngloại phản ứng mà có nhiều chất phản ứng và sản phẩm thì học sinh không dễ gì cânbằng phương trình đó được Mà phương trình khó này chủ yếu là các phương trình ôxihoá khử, phản ứng oxi hóa khử chương trình hóa học 8 học sinh không học, trong khi
đó ở chương trình phổ thông THCS học sinh mới chỉ được giới thiệu và làm quenmột cách sơ đẳng về loại phản ứng này ở chương trình lớp 9 Do vậy trong phạm vicủa đề tài ngoài những cách cân bằng các phương trình đơn giản tôi xin mạn phéptrình bày thêm kinh nghiệm bồi dưỡng cân bằng một số dạng phương trình phản ứngkhác giúp học sinh khá giỏi có thể cân bằng phương trình một cách dễ dàng hơn khi
áp dụng vào giải các bài tập sau này Nội dung được xếp theo 6 dạng, mỗi dạng đều
có nguyên tắc áp dụng và ví dụ cụ thể
2.Thực trạng
- Thuận lợi : Môn hóa học là môn được học ở chương trình lớp 8 môn mới, học sinh
thích tìm hiểu và khám phá nên những kiến thức đó được học sinh tiếp thu một cáchchăm chú rất hiệu quả Khi hướng dẫn học sinh cách lập phương trình và cân bằngphương trình theo nhiều cách học sinh hứng thú học điều đó đã làm tăng khả năngtìm tòi, chủ động sáng tạo trong kiến thức và mỗi học sinh có thể lựa chọn các cáchcân bằng phương trình khác nhau một cách nhanh nhất theo cách hiểu của mình
- Khó khăn : Hiện nay đại đa số khi học sinh học môn hóa và đặc biệt làm quen với
các phương trình ,viết các phương trình hóa học còn nhiều bỡ ngỡ, chưa định hìnhcách cân bằng phương trình hóa học cụ thể chưa biết cách chọn hệ số như thế nàoviết vào phương trình và viết ở vị trí nào,chỉ có một số học sinh khá giỏi khi nắmđược các cách làm thì trình bày rất nhanh.Số học sinh còn lại thì chậm và chưa biếtcách,điều đó đã làm cho các em chán nản chưa chú ý trong học tập
Trang 4Mà môn hóa học giải các bài tập là liên quan đến phương trình, viết phươngtrình không đúng dẫn đến kết quả bài toán sẽ sai hoàn toàn Chính vì điều đó màtrong các bài học Giáo viên lại phải hướng dẫn học sinh viết phương trình, cân bằngphương trình thường xuyên và nhiều hơn Điều đó rất mất thời gian khi giải các bàitập hóa học
Kết quả kiểm tra
Năm học : 2010- 2011 lớp 8a : tổng số học sinh : 30 HS
- Học sinh biết cách cân bằng PTHH nhanh : 5 HS Chiếm 16,7%
- Học sinh biết cách cân bằng PTHH còn chậm: 15 HS Chiếm 50 %
- Học sinh chưa biết cách cân bằng PTHH : 10 HS Chiếm 33,7 %
Kết quả kiểm tra khi học sinh học song kỳ 1 lớp 9
Năm học : 2011- 2012 lớp 9a : tổng số học sinh : 30 HS
- Học sinh biết cách cân bằng PTHH nhanh : 8 HS Chiếm 26,7%
- Học sinh biết cách cân bằng PTHH còn chậm: 14 HS Chiếm 46,6 %
- Học sinh chưa biết cách cân bằng PTHH : 8 HS Chiếm 26 ,7%
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
Trang 5VD 1: Hoàn thành sơ đồ phản ứng sau :
P + O2 t o > P2O5
Cách làm: 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
2O2 t0 P2O5giữ nguyên hệ số của P2O5 và quy đồng mẫu số chung là 2 ta được phương trình hoànchỉnh:
5
2O nên ta thêm hệ số
5
4 trước O2 NH3 +
Trang 6VD 3: Hoàn thành sơ đồ phản ứng sau Fe + O2 t o > Fe2O3
Cách làm Ta thấy số ngyên tử Oxi là nhiều nhất : trước phản ứng có 2O, sau phản
P2O5 + H2O -> H3PO4
Dạng 2: Cân bằng phương trình phản ứng bằng phương pháp “Chẵn- Lẻ”
VD 1 Hoàn thành sơ đồ phản ứng sau: Al + O2 t o > Al2O3
Cách làm Số nguyên tử Ôxi trong Al2O3 nên thêm hệ số 2 vào trước Al2O3
Al + O2 t o > 2 Al2O3
Ta thấy số nguyên tử nhôm sau phản ứng lúc này là 4Al còn trước phản ứng là 1Alnên ta đặt hệ số 4 vào trước Al: 4Al + O2 t o > 2 Al2O3
Trang 7Cuối cùng thấy sau phản ứng có 6O, trước phản ứng có 2O nên ta thêm hệ số 3 vàotrước O2 ta được phương trình hoàn chỉnh: 4Al + 3O2 t0 2Al2O3
VD 2: Hoàn thành sơ đồ phản ứng sau:
FeS2 + O2 t o > Fe2O3 + SO2
Cách làm: Ta thâysố 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
FeS2 + O2 t o > 2Fe2O3 + SO2
Tiếp theo cân bằng nguyên tử Sắt: Trước phản ứng có 1Fe, sau có 4Fe nên đặt hhệ
số 4 trước FeS2
4FeS2 + O2 t o > 2Fe2O3 + SO2
Lúc này trướcphản ứng coi như S là không đổi nữa : trước phản ứng có 8S sau có 1Snên thêm hệ số 8 trước SO2
4FeS2 + O2 t o > 2Fe2O3 + 8SO2
Cuối cùng ta cân bằng nguyên tử Oxi: Trước phản ứng có 2O, sau có 22O nên ta đặt
hệ số 11 trước công thức O2 Ta được phương trình hoàn chỉnh:
4FeS2 + 11O2 t0 2Fe2O3 + 8SO2
VD 3 Hoàn thành sơ đồ phản ứng sau: Fe + O2 t o > 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
Trang 8Ta được phương trình hoàn chỉnh:
4Fe + 3O2 t0 2Fe2O3
GV có thể giới thiệu sơ qua và hướng dẫn HS cân bằng nhanh trong các bài kiểm tra
… thường thì dạng này ở THCS chủ yếu là :
Hợp chất hữu cơ + O2 t o > CO2 + 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 Ôxi
VD 1: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau:
C3H6 + O2 t o > CO2 + H2O
Cách làm Đầu tiên coi hệ số của C3H6 là 1 Vậy trước phản ứng có 3C, sau phản ứng
có 1C ta thêm hệ số 3 trước CO2:
Trang 9Cách 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 t o > 2CO2 + H2O
Trước phản ứng lúc này có 4H nên ta thêm hệ số 2 trước H2O
C2H4, + O2 t o > 2CO2 + 2H2O
Lúc này sau phản ứng có nguyên tử ôxi là ( 4 + 2 = 6) và trước phản ứng là 2 ta thêm
hệ số 3 trước O2 ta được phương trình
C2H4 + 3O2 t0 2CO2 + 2H2O
Từ phương trình này GV 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, tăngkhả năng tư duy của HS
VD 3: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau:
CxHy + O2 t o > CO2 + H2O
Cách làm Đầu tiên coi hệ số của CxHy, là 1 Vậy trước phản ứng có xC, sau phản
ứng có 1C ta thêm hệ số x trước CO2:
CxHy + O2 t o > xCO2 + H2O
Trước phản ứng lúc này có yH nên ta thêm hệ số y/2 trước H2O
CxHy + O2 t o > x CO2 + y/2 H2O
Lúc này sau phản ứng có nguyên tử ôxi là (2 x + y/2 ) và trước phản ứng là 2 ta thêm
hệ số [x+ y/4] O2 trước O2 ta được phương trình
CxHy + [x+ y/4] O2
0
t
x CO2 + y/2 H2O
VD 4: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau:
Trang 10C2H6O + O2 t o > CO2 + H2O
Cách làm: Đối với phương trình dạng này trong hợp chất ban đầu có cả nguyên tố
Ôxi 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 sau phản ứng
có 1C, 2H vậy nên ta thêm hệ số 2 trước CO2 và hệ số 3 trước H2O
C2H6O + O2 t o > 2CO2 + 3H2O
Lúc này sau phản ứng có :( 2.2 + 3.1 ) = 7 nguyên tử Ôxi còn trước phản ứng có ( 1+2) =3O (GV nên chỉ rõ cho HS 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 được phương trình hoàn chỉnh :
C2H6O + 3O2 t0 2CO2 + 3H2O
Từ VD này GV có thể triển khai một số chất tương tự ( phân tử chỉ gồm C,H, O) như:C3H8O3 , C2H6O2 , C2H4O2 sau đó tổng quát lên là CxHyOz để rèn luyện khả năng cân bằng phương trình của học sinh
VD 5 Cân bằng sơ đồ phản ứng sau CxHyOz + O2 t o > CO2 + H2O
Đầu tiên coi hệ số của CxHyOz là 1, lúc này trước phản ứng có xC,yH ,z O sau phản ứng có 1C, 2H ,3O thêm hệ số X trước CO2 và hệ số y/2 trước H2O
CxHyOz + O2 t o > x CO2 + y/2H2O
Lúc này sau phản ứng có :( y/2+ 2x) nguyên tử Ôxi còn trước phản ứng có ( z+2) nguyên tử Ôxi nên ta thêm [x+ y/4 – z/2 ] trước O2 Ta được phương trình hoàn chỉnh
CxHyOz + [x+ y/4 -z/2 ] O2 -> x CO2 + y/2H2O
VD 6 Cân bằng sơ đồ phản ứng sau:
C2H5O2N + O2 t o > CO2 + H2O + N2
Trang 11Cách 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 , 5H, 1N còn sau phản ứng là: 1C ,2H , 2N Cho nên ta đặt hệ số 2 trước CO2 , hệ số 5/2 trước H2Ovà hệ số 1/2 trước N2
1 6
2, còn trước phản ứng là 4O mà hệ số của C2H5O2N là 1 nên ở đây có 2O cố định nên ta
thêm hệ số
1 4
4 trước O2 C2H5O2N +
1 4
Cách làm : Theo nguyên tắc ban đầu
Đầu tiên coi hệ số của CxHyOzNt là 1 thì trước phản ứng lúc này có: x C,yH, t N sau phản ứng là: 1C ,2H , 2N Cho nên ta đặt hệ số x trước CO2, hệ số y/2trước H2Ovà hệ
số t/2 trước N2
CxHyOzNt + O2 t o > xCO2 +y/2 H2O +t/2 N2
số nguyên tử Oxi sau phản ứng là(2.x +y/2.1)
còn trước phản ứng là(z+2)O ở đây có 2O cố định nên ta thêm hệ số [x+ y/4 -z/2] trước O2
CxHyOzNt + [x+ y/4 -z/2 ] O2 t0 xCO2 +y/2 H2O +t/2 N2
Dạng 4: Cân bằng phương trình phản ứng theo phương pháp: “Đại số”
Đối tượng phạm vi áp dụng
Trong chương trình THCS thì HS mới tim hiểu sơ qua về phản ứng ôxi hoá khử
Trang 12nhưng các khái niệm đó chưa giúp gì chúng ta trong việc cân bằng phương trình phản ứng ôxi hoá khử Cho nên khi bồi dưỡng học sinh giỏi cho trường rất khó khăn để hướng dẫn HS 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 Cách 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: VD 1 Cân bằng sơ đồ phản ứng sau Cu + H2SO4 -> CuSO4 + SO2 + H2O Cách làm:
+ 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 + e H2O + 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)
Trang 13+ 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
+ Đưa các hệ số vừa tìm vào phương trình phản ứng
1 2Cu + H2SO4 1 2CuSO4 + 1 2SO2 + H2O Hoặc: Cu + 2H2SO4 CuSO4 + SO2 + 2 H2O VD 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 ->c Al(NO3)3 + dNO2 + eH2O Bước 2: Lập hệ 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 Al(NO3)3 + NO2 + H2O
Hay : Al + 6HNO3 Al(NO3)3 + 3NO2 + 3 H2O
- Một số ví dụ khác HS thực hiện các bước tương tự
Cu +4 HNO3 -> Cu(NO3)2 +2NO2 +2H2O MnO2 +4 HCl -> MnCl2 + Cl2 +2 H2O
Dạng 5: Cân bằng phương trình phản ứng theo phương pháp:
“Thăng bằng electron”