Đề tài Một số phương pháp giúp học sinh cân bằng các phương trình phản ứng hoá học

I. 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 mô ngày càng lớn. Một trong những trọng tâm của sự phát triển đất nước là đổi mới nền giáo 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 trong việc hình thành và phát triển tư duy của học sinh có mục đích trang bị cho học sinh hệ thống kiến thức cơ bản bao gồm kiến 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 phản ứng hoá học kéo theo nó là các phương trình hoá học xuất hiện. Nhưng việc cân bằng được các phương 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 hoá 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 HS có thể tự cân bằng được phương trình. 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 loại cho nhiều chất cụ thể. Để cho học sinh 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. Với 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 rất khó khăn. Bên cạnh đó thì để bồi dưỡng khả năng sáng tạo, giải quyết vấn đề thông qua các bài toán cân bằng phương trình đối với học sinh khá, giỏi cũng không phải là vấn 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 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" 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 dạng khác nhau. Nhưng xét về nguyên tắc chung để cân bằng một phương trình hoá học thì phải làm sao cho số nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phương trình trước và sau phản ứng phải bằng nhau. Trong hoá phổ thông THCS thì các nhà biên soạn sách đã giới 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. Đối với phản ứng đơn giản như : chỉ có 1 hoặc 2 chất phản ứng và chỉ tạo ra 1 hay 2 sản phẩm thì việc cân bằng phương trình còn dễ. Nhưng khi gặp phải những loại phản ứng mà có nhiều chất phản ứng và sản phẩm thì học sinh không dễ gì cân bằng phương trình đó được. Mà phương trình khó này chủ yếu là các phương trình ôxi hoá 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 quen một cách sơ đẳng về loại phản ứng này ở chương trình lớp 9. Do vậy trong phạm vi của đề tài ngoài những cách cân bằng các phương trình đơn giản tôi xin mạn phép trình bày thêm kinh nghiệm bồi dưỡng cân bằng một số dạng phương trình phản ứng khác 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 cách chăm chú rất hiệu quả. Khi hướng dẫn học sinh cách lập phương trình và cân bằng phương trình theo nhiều cách. học sinh hứng thú học điều đó đã làm tăng khả năng tìm tòi, chủ động sáng tạo trong kiến thức và mỗi học sinh có thể lựa chọn các cách cân 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 hình cách cân bằng phương trình hóa học. cụ thể chưa biết cách chọn hệ số như thế nào viết vào phương trình và viết ở vị trí nào,chỉ có một số học sinh khá giỏi khi nắm được các cách làm thì trình bày rất nhanh.Số học sinh còn lại thì chậm và chưa biết cách,điều đó đã làm cho các em chán nản chưa chú ý trong học tập. Mà môn hóa học giải các bài tập là liên quan đến phương trình, viết phương trình không đúng dẫn đến kết quả bài toán sẽ sai hoàn toàn. Chính vì điều đó mà trong các bài học Giáo viên lại phải hướng dẫn học sinh viết phương trình, cân bằng phương trình thường xuyên và nhiều hơn. Điều đó rất mất thời gian khi giải các bài tập 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% 3. Các phương pháp thực hiện 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 VD 1: Hoàn thành sơ đồ phản ứng sau : P + O2 ----> 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 vào trước O2 P + O2 ----> P2O5 Lúc này sau phản ứng có 2P , trước phản ứng có 1P ta thêm hệ số 2 vào truớc P. 2P + O2 P2O5 giữ nguyên hệ số của P2O5 và quy đồng mẫu số chung là 2 ta được phương trình hoàn chỉnh: 4P + 5O2 2 P2O5 VD 2: Hoàn thành sơ đồ phản ứng sau: NH3 + O2 ----> NO + H2O Cách làm: Ta thấy số ngyên tử H là nhiều nhất : trước phản ứng có 3H, sau phản ứng có 2H, nên ta thêm hệ số trước H2O. NH3 + O2 ----> NO + H2O Lúc này sau phản ứng có O nên ta thêm hệ số trước O2 NH3 + O2 ----> NO + H2O Để mất phân số ta quy đồng mẫu số chung là 4 ta sẽ được phương trình hoàn chỉnh: 4NH3+ 5O24NO+ 6H2O VD 3: Hoàn thành sơ đồ phản ứng sau Fe + O2 ----> Fe2O3 Cách làm Ta thấy số ngyên tử Oxi là nhiều nhất : trước phản ứng có 2O, sau phản ứng có 3O , nên ta thêm hệ số trước O2. Fe + O2 ----> Fe2O3 Lúc này sau phản ứng có 2Fe nên ta thêm hệ số 2 trước Fe 2 Fe + O2 ----> Fe2O3 Để mất phân số ta quy đồng mẫu số chung là 2 ta sẽ được phương trình hoàn chỉnh: 4Fe + 3 O2 > 2Fe2O3 Các VD khác Na + O2 -----> Na2O P2O5 + H2O -----> H3PO4 Dạng 2: Cân bằng phương trình phản ứng bằng phương pháp “Chẵn- Lẻ” - Các bước tiến hành Xét các chất trước và sau phản ứng nếu số nguyên tử của cùng một nguyên tố trong, một số công thức hoá học là số chẵn còn ở công thức khác lại là số lẻ thì cần đặt hệ số 2 trước công thức có số nguyên tử là số lẻ. Sau đó tìm các hệ số còn lại Xét Đối tượng, phạm vi áp dụng Dạng này sử dụng để hướng dẫn học sinh cân bằng phương trình các phản ứng có ở SGK là hiệu quả nhất Các ví dụ cụ thể VD 1 Hoàn thành sơ đồ phản ứng sau: Al + O2 ----> Al2O3 Cách làm Số nguyên tử Ôxi trong Al2O3 nên thêm hệ số 2 vào trước Al2O3 Al + O2 ----> 2 Al2O3 Ta thấy số nguyên tử nhôm sau phản ứng lúc này là 4Al còn trước phản ứng là 1Al nên ta đặt hệ số 4 vào trước Al: 4Al + O2 ----> 2 Al2O3 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 2Al2O3 VD 2: Hoàn thành sơ đồ phản ứng sau: FeS2 + O2 ----> 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 ----> 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 ----> 2Fe2O3 + SO2 Lúc này trướcphản ứng coi như S là không đổi nữa : trước phản ứng có 8S sau có 1S nên thêm hệ số 8 trước SO2 4FeS2 + O2 ----> 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 2Fe2O3 + 8SO2 VD 3 Hoàn thành sơ đồ phản ứng sau: Fe + O2 ----> 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 Fe + O2 ----> 2 Fe2O3 Tiếp theo cân bằng nguyên tử Sắt: Trước phản ứng có 1Fe, sau có 4Fe nên đặt hhệ số 4 trước Fe 4Fe + O2 ----> 2Fe2O3 Lúc này: trước phản ứng có 2 O sau phản ứng có 6 O nên thêm hệ số 3 trước O2 4Fe + 3O2 ----> 2Fe2O3 . Ta được phương trình hoàn chỉnh: 4Fe + 3O2 2Fe2O3 Dạng 3: : Cân bằng phương trình phản ứng cháy của hợp chất Hữu cơ. Đối tượng, phạm vi áp dụng Đối với HS lớp 8 thì HS chưa biết được hợp chất hữu cơ là gì, kể cả HS lớp 9 đến đầu HKII cũng mới được tìm hiểu. Nhưng ngay khi ở lớp 8 khi học phần tính chất hoá học của ôxi, phần ôxi tác dụng với hợp chất chủ yếu là các phản ứng cháy của các hợp chất hữu cơ, để phát triển tư duy lôgic và sáng tạo của HS thì đối với lớp chọn, khá thì 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 ----> 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 ----> 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: C3H6 + O2 ----> 3CO2 + H2O Trước phản ứng lúc này có 6H nên ta thêm hệ số 3 trước H2O C3H6 + O2 ----> 3CO2 + 3H2O Lúc này sau phản ứng có nguyên tử ôxi là ( 6 + 3 = 9)và trước phản ứng là 2 ta thêm hệ số trước O2 ta được phương trình C3H6 + O2 3CO2 + 3H2O VD 2: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau: C2H4, + O2 ----> CO2 + H2O 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 ----> 2CO2 + H2O Trước phản ứng lúc này có 4H nên ta thêm hệ số 2 trước H2O C2H4, + O2 ----> 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 2CO2 + 2H2O ªTừ 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, tăng khả năng tư duy của HS VD 3: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau: CxHy + O2 ----> 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 ----> xCO2 + H2O Trước phản ứng lúc này có yH nên ta thêm hệ số y/2 trước H2O CxHy + O2 ----> 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 x CO2 + y/2 H2O VD 4: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau: C2H6O + O2 ----> 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 ----> 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 2CO2 + 3H2O ºTừ 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 ----> 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 ----> 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 ----> CO2 + H2O + N2 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 , 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 C2H5O2N + O2 ----> 2CO2 + H2O + N2 lúc này số nguyên tử Oxi sau phản ứng là(2.2 + 5/2.1) = 13/2 == , 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 trước O2 C2H5O2N + O2 2CO2 + H2O + N2 ºQua ví dụ này GV có thể cho học sinh khá, giỏi về cân bằng công thức tổng quát: CxHyOzNt + O2 ----> CO2 + H2O + N2 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 ----> 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 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 nhưng 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) + Giải hệ phương trình trên bằng cách: Từ (3) ta có : b = e .Chọn b = e = 1 từ (2) , (4) và (1) ª c = a = d =1/2 + Đưa các hệ số vừa tìm vào phương trình phản ứng. Cu + H2SO4 CuSO4 + SO2 + 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 ª b = 2 Từ (3) và (4) ªe = d = 1, từ (1) và (3) ª a = c = 1/3 Bước 4: Đưa các hệ số vừa tìm vào phương trình phản ứng. Al + 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” Đối tượng phạm vi áp dụng khi hướng dẫn HS cân bằng các phương tình phản ứng mà HS chưa biết được các khái niệm như số ôxi 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 bằng nhưng nhược điểm của phương pháp này là việc lập hệ và giải hệ tương đối phức tạp, nặng về toán học lại không tìm hiểu đúng bản chất của phản ứng Oxi hoá khử. Cho nên phương pháp 5 này chỉ áp dụng để hướng dẫn các học sinh giỏi cân bằng phương trình trong các kì thi. Để áp dụng được phương pháp này thì giáo viên phải trang bị trước cho học sinh một số kiến thức cơ bản về: phản ứng Oxi hoá khử, bản chất của phản ứng này, số oxi hoá của các nguyên tố. Sau đây là một số quy tắc để xác định số oxi hóa các nguyên tố hoá học a, Số số oxi hóa của nguyên tử đơn chất bằng không. VD: Số số oxi hóa của Fe, Cu, Cl, S bằng không. Kí hiệu: b, Trong hợp chất Số số oxi hóa của Hiđrô bằng +1, của Oxi bằng -2. c, Trong một phân tử tổng số Oxh của các nguyên tử bàng không. d, Đối với ion đơn nguyên tử số số oxi hóa bằng điện tích của ion đó. VD: Số số oxi hóa của Na+, Mg2+, I-, S2- ….lần lượt là : +1, +2+, -1, -2. e, Đối với ion nhiều nguyên tử thì tổng số số oxi hóa của các nguyên tử bằng trị số đại số của điện tích ion đó. Y Chú ý: Có một số nguyên tố có nhiều số số oxi hóa tuỳ theo từng hợp chất: VD: - 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 ... - Cách 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 ứng. Sau đó kiểm tra xem số nguyên tử các nguyên tố ở 2 vế. Các ví dụ cụ thể VD 1: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau: Cu + HNO3 -----> Cu(NO3)2 + NO + H2O Cách làm: Bước 1 Xác định số Oxi hoá của các nguyên tố ở 2 vế của phương trình + ----->(NO3)2 + + H2O 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. - 2e Š Í 3 ( Quá trình Oxi hoá( Sự oxi hóa – Cu chất khử + 3e Š Í 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 + 8 HNO3 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O Ü Chú ý Khi dạy giáo viên nên chú ý cho HS tại sao ở trên chỉ có 2 nhưng khi cân bằng lại có 8 phân tử HNO3 đó là do trên thực tế chỉ có 2 phân tử HNO3 phản ứng còn 6 phân tử nữa làm môi trường cho phản ứng Cho nên khi cân bằng dạng này nên cân bằng các dung dịch axit cuối cùng Ü Mở rộng: Đối với dạng 5 này khi HS đã thao tác quen các bước thì GV có thể hướng dẫn HS cách nhẩm miệng để cân bằng nhanh phương trình phản ứng (Không cần theo các bước ở trên mà chỉ nhẩm). VD : Fe + HNO3 -----> Fe(NO3)3 + NO2 + H2O Khi nhìn vào phương trình xác định ngay số OXH của Fe và N thay đổi : +1e -3e + HO3----->( NO3)3 +O2 + H2O + HO3 -----> ( NO3)3 + O2 + H2O ª Fe + HNO3-----> Fe(NO3)3 +3 NO2 + H2O Lúc này ta chỉ lần lượt cân bằng các nguyên tử của các nguyên tố còn lại: Fe + 6HNO3 Fe(NO3)3 +3 NO2 +3 H2O VD 2 Cân bằng sơ đồ phản ứng sau Br2 + NaOH -----> NaBr + NaBrO3 + H2O Cách làm Bước 1 + NaOH ----------> Na + NaO3 + H2O Bước 2: +1e . 2 Š 2 Í 5 - 5e . 2 Š 2 Í 1 ª 12 Š 10 + 2 Bước 3: : 6Br2 + 12NaOH 10 NaBr + 2NaBrO3 + 6H2O 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 trong hợp chất nhưng khi ta viết mà phương trình chỉ có nguyên tố đó, nhưng trong thực tế thì nếu chất đó mà phân ly trong nước thì các ngyên tố đó không đứng một 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 các phương trình Ion rút gọn . Cụ thể như sau: Cách tiến hành Bước 1 Chia phương trình thành 2 nửa phản ứng, rồi cân bằng các nửa phản ứng đó. Đầu tiên cân băng số nguyên tử của các nguyên tố ở vế bằng cách thêm H+, OH- hoặc H2O, tiiếp 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 OXH bằng số e nhận trong quá trình khử. Bước 3: Cộng các nửa phản ứng với nhau theo vế và đơn giản phương trình, kiểm tra. Các ví dụ cụ thể VD 1: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau bằng phương pháp Ion - Electron: Cu + HNO3 -----> Cu(NO3)2 + NO + H2O Cu + NO3- -----> NO + Bước 1: Các nửa phản ứng Š NO3- Š NO Cân bằng khối lượng nguyên tử của mỗi nủa phản ứng, thêm H2O vào vế nào thiếu Oxi, thêm H+ vào vế nào dư Oxi. Š NO3- + 8H+ Š 2NO + 4H2O Bước 2: Cân bằng điện tích : - 2e Š ( Quá trình Oxi hoá) Í 3 2NO3- + 8H+ + 6e Š 2NO + 4H2O (Quá trình khử) Í1 Bước 3: Cộng các nửa phản ứng với nhau theo vế và đơn giản phương trình. 3Cu + 2NO3- + 8H+ Š3Cu2+ 2NO + 4 H2O Từ đó có thể suy luận các chất trong phưong trình, chẳng hạn như: 3 Cu + 8 HNO3 3 Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O VD 2 Cân bằng sơ đồ phản ứng sau bằng phương pháp Ion - Electron Fe2+ + MnO4------> Mn2+ + Fe3+ + H2O Bước 1: Các nửa phản ứng Fe2+ - 1e Š Fe3+ ( Quá trình oxi hóa) MnO4- + 8H+ + 5e Š Mn2+ + 4 H2O (Quá trình khử) Bước 2: Cân bằng Số electron cho – nhận: 5Í Fe2+ - 1e Š Fe3+ 1Í MnO4- + 8H+ + 5e Š Mn2+ + 4 H2O Bước 3: Cộng các nửa phản ứng với nhau theo vế và đơn giản phương trình. Fe2+ + MnO4- + 8H+ Š Fe3+ + Mn2+ + 4 H2O 4. Hiệu quả áp dụng Qua 1 năm triển khai và áp dụng dạy học vào khối lớp 8 và 9. Qua các bài kiểm tra, thấy rằng các em đã biết cách cân bằng phương trình được nhiều hơn và nhanh hơn ,một số em học sinh khá giỏi biết cách cân bằng các phương trình khó khi tham khảo một số sách nâng cao và sách phổ thông trung học. Kết quả cụ thể Năm học : 2011- 2012 lớp 8b : 27HS - Học sinh biết cách cân bằng PTHH nhanh : 10 HS - Học sinh biết cách cân bằng PTHH còn chậm: 10 HS - Học sinh chưa biết cách cân bằng PTHH : 7 HS Năm học : 2012- 2013 lớp 9b : 27HS - Học sinh biết cách cân bằng PTHH nhanh : 15 HS - Học sinh biết cách cân bằng PTHH còn chậm: 9 HS - Học sinh chưa biết cách cân bằng PTHH : 3 HS C. KẾT LUẬN Hoá học nói chung và bài tập hoá học nói riêng có vai trò hết sức quan trọng trong việc học tập. Hơn thế để học và làm được các bài tập hoá học dựa vào phương trình phản ứng để giải toán và giải thích lại càng khó hơn do đó các phương pháp để hướng dẫn HS tìm hiểu, biết cách làm giúp HS phát triển tư duy sáng tạo góp phần hoàn thiện kiến thức là một sự thành công trong giảng dạy. Trong thực tế giảng dạy khi áp dụng đề tài này tôi thấy rằng cần cho học sinh tự viết phương trình và rèn luyện viết cũng như cân bằng phương trình thường xuyên trong bài học có liên quan thì mới phát huy được khả năng tự học và tính nhanh nhẹn của từng học sinh Với kinh nghiệm của bản thâ