Phương pháp cân bằng phương trình dành cho trung học cơ sở

PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG PHƯƠNG TRÌNH DÀNH CHO THCS Cân bằng phương trình là điểm mấu chốt trong làm bài tập hoá học. Nhiều h/s rất yêu bộ môn nhưng rất khó khăn trong việc viết và cân bằng phương trình do không nắm được phương pháp nên tôi viết phần này trước là tặng cho đứa cháu ở rất xa tôi, mong cháu cố gắng hóc thất tốt bộ môn, sau là giúp cho các cháu khác coi như là một món quà cho năm học mới. Trước khi đọc phần này cần nắm chắc kí hiệu, tên nguyên tố, nhóm nguyên tử, hoá trị của chúng để lập công thức hoá học đúng trước đã sau đó nắm cách lập sơ đồ phản ứng.Nắm được vấn đề thì các cháu sẽ nhận ra rằng: “Hoá học ôi! Thật là đơn giản-Từ nay ta sẽ luôn là người bạn bên ngươi” I- Phương pháp bảo toàn nguyên tố: Nguyên tắc: Số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vế luôn bằng nhau , hoàn thành thao tác là thực hiện xong việc cân bằng Phương pháp thực hiện: - Viết sơ đồ phản ứng có đầy đủ chất tham gia và sản phẫm - Cân bằng số nguyên tử của các nguyên tố (dạng nguyên tử) - Chuyển dạng nguyên tử về dạng phân tử - Dựa vào hệ số đã biết xác định các hệ số còn lại Ví dụ 1: Cân bằng phương trình Phản ứng : P + O2 → P2O5 Cách 1: Ta nhận thấy trên sơ đồ: Từ P2O5 → Gồm 2 P và 5 O → ta viết: 2 P + 5 O → P2O5 Vì P ở dạng phân tử nên viết là P còn Oxi dạng phân tử 2 nguyên tử nên viết là O2 → 2 P + O2 → P2O5 Ta nhận thấy rằng trong biểu thức xuất hiện phân số là hệ số → Loại bỏ bằng nhân tất cả hệ số với mẫu số ta có phương trình đã cân bằng : 4 P + 5 O2 → 2 P2O5 Cách 2: P + O2 → P2O5 Từ P2O5 → ở vế trái chỉ số P: 2 Chỉ số O2 là 2,5 → Xoá bỏ mẫu (hoặc số thập phân) → Ta cũng đạt kết quả như trên Cách 3: Ta nhận thấy O ở vế trái là số chẳn, ở vế phải là số lẽ → Chuyển thành số chẳn bằng nhân với 2n (nếu cả 2 vế đều lẽ thì cũng chẳn hoá xuất phát từ số lớn hơn) → P + O2 → 2 P2O5 Sau đó áp dụng như cách 2 để hoàn thành phương trình Ví dụ 2: Al + Fe3O4 → Al2O3 + Fe Cách 1: Nhân 4 (2.2) vào hệ số của Al2O3 rồi từ hệ số đó để xác định các hệ số khác 4 Al2O3 → 8 Al và 3 Fe3O4 và từ 3 Fe3O4 → 9 Fe Ta được:8 Al + 3Fe3O4 →4Al2O3 + 9 Fe Cách 2: Tìm BSCNN của O ở hai vế : 4.3 = 12 → Hệ số của các chất = Từ các chất đã xác định tìm chỉ số cho các chất còn lại Cách 3: Từ Fe3O4 → 3 Fe và Al2O3 → Al → Al + Fe3O4 → Al2O3 + 3 Fe → Nhân hệ số với 3 Ví dụ 3: FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2 Cách 1: Từ Fe2O3 → 2 FeS2 → 4 SO2 Ta có: 2 FeS2 + a O2 → Fe2O3 + 4 SO2 → Bảo toàn cho O → a = Xoá mẫu số ta có: 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 Cách 2: Nhân hệ số Fe2O3 với 2 để hệ số O chẳn rồi từ 2 Fe2O3 → 4 FeS2 và 8 SO2 4FeS2 + a O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 Bảo toàn cho O: a = 11 → 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 Ví dụ 4: Al + Ba + H2O → Ba(AlO2)2 + H2 Cách 1: Từ Ba(AlO2)2 → Ba và 2 Al ; Bảo toàn cho O: → 4 H2O → 4 H2 Ba + 2 Al + 4 H2O → Ba(AlO2)2 + 4 H2 Cách 2: Từ công thức muối ta nhận thấy tỷ lệ Ba : Al là 1:2 thay vào ta sẽ có giá trị như cách 1 Ví dụ 5: Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O Cách 1: Xuất phát từ nguyên tố oxi, ở vế phải có 8 nguyên tử, vế trái có 3. Bội số chung nhỏ nhất của 8 và 3 là 24, vậy hệ số của HNO3 là 24 :3 = 8 → 8 HNO3 → 4 H2O và 2NO (Số O chẳn) →a Cu + 8 HNO3 → a Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O → Bảo toàn cho O → a = 3 3 Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O Cách 2: Giả sử phương trình đã cân bằng với hế số: a Cu + b HNO3 → a Cu(NO3)2 + c NO + d H2O Bảo toàn cho H: b = 2d (1) Bảo toàn cho N: 2a +c = b (2) Bảo toàn cho O: 3b = 6a + c + d (3) Vì hệ có 4 ẩn mà có 3 phương trình nên chọn 1 ẩn lấy giá trị thích hợp : c = 2 → Kết hợp giái ra kết quả ** Sử dụng cách này rất mất thời gian chỉ áp dụng cho người có kĩ năng toán tốt Ví dụ 6: KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O Cách 1: Từ KMnO4 → 4 H2O → 8 HCl → Bảo toàn cho Cl: 2,5 Cl2 → Loại mẫu số 2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O Cách 2: Quan tâm đến Cl ở vế phải (tỷ lệ K:Mn = 1:1) để cho Cl chắn phải nhân 2 KMnO4 + HCl → 2KCl + 2MnCl2 + Cl2 + H2O → 2 KMnO4 và 8 H2O → 16 HCl và 5 Cl2 Ví dụ 7: BaCl2 + Fe2(SO4)3 → BaSO4 + FeCl3 Cách 1: Từ Fe2(SO4)3 → 2 FeCl3 và 3 BaSO4 → 3 BaCl2 Cách 2: Xác định hoá trị tác dụng của các nhóm II – I         III – II          II-II       III – I BaCl2 + Fe2(SO4)3 → BaSO4 + FeCl3 → BSCNN hoá trị tác dụng : I,II,III là VI → Hệ số 6 : 2 = 3 → 3 BaCl2 và 6:3 = 2 → Fe2(SO4)3 .... Ví dụ 8: NH3 + O2 → N2 + H2O Cách 1: Nhân 2 với NH3 tạo cho H chẳn → 2NH3 → N2 và 3 H2O → Bảo toàn cho O: O2 → Xoá mẫu 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O Cách 2: Từ NH3 → N + H2O → Bảo toàn cho O: NH3 + O → N + H2O Xoá mẫu → 2 NH3 + 3O → 2N + 3 H2O → Phân tử hoá: 2NH3 + O2 → N2 + 3H2O → Xoá mẫu Ví dụ 9: CuFeS2 + O2 → CuO + Fe2O3 + SO2 Cách 1: nhân 2 cho CuFeS2 tạo cho Fe chẳn → 2CuO + Fe2O3 + 4 SO2 → Bảo toàn cho O 2CuFeS2 + a O2 → 2 CuO + Fe2O3 + 4SO2 → a = → Xoá mẫu Cách 2: Xuất phát từ CuFeS2 + a O2 → CuO + Fe2O3 + 2 SO2 → Bảo toàn cho O: a = → Xoá mẫu I- Phương pháp bảo toàn khối lượng mol electron (thăng bằng e): Đây là phương pháp sử dụng tiện lợi, phố biến nhất. Tuy nhiên đối với THCS thì việc nhớ kí hiệu, hoá trị của nguyên tố, nhóm nguyên tử đã là khó thì việc xác định số oxi hoá của nguyên tố là rất khó.Tuy nhiên vì sử dụng lâu dài nên món quà cho sự cố gắng của các em là kiến thức ở phía trước Để thực hiện cần tuân thủ các bước sau: 1- Viết sơ đồ phản ứng : đầy đủ chất oxi hoá, khử và sản phẫm (Đối với THCS thì đầy đủ) 2- Xác định sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố (THPT thì chỉ xác định Oxh – sp và kh – sp ) 3- Lập thăng bằng electron (Viết các quá trình trao đổi e) 4- Đặt các hệ số tìm được vào phương trình (Hệ số chính) 5- Xác định hệ số còn lại và hoàn thiện phương trình Sau khi hoàn thành kĩ năng thì không cần thực hiện đầy đủ các bước như quy định Phương pháp này chỉ dùng cho các phản ứng oxi hoá – khử Phương pháp xác định số oxi hoá của các nguyên tố Số oxi hoá là điện hoá trị quy ước nếu coi liên kết trong phân tử là liên kết ion - Số oxi hoá của các nguyên tố trong đơn chất bằng 0 - Đối với hợp chất: Của O: -2 ; H: +1; Kim loại: + hoá trị Tổng số oxi hoá của các nguyên tố trong hợp chất bằng 0; trong ion bằng điện tích ion Như vậy mấu chốt là xác định phân loại chất và xác định hoá trị : Đơn chất bằng 0; Hợp chất thì kim loại +hoá trị; phi kim – hoá trị ; Trường hợp liên kết Pk – Pk thì xác định độ mạnh của phi kim (Độ âm điện) nguyên tố hoạt động thì âm – còn lại là dương ** Trong một số trường hợp công thức phân tử là quy ước nên số oxi hoá có thể thay đổi khác với quy định nên khi vận dụng cần nắm rõ bản chất(C2H4O2; CaOCl2...) **Trong một số trường hợp do số oxi hoá trung bình nên có thể nằm ở dạng phân số (chủ yếu hữu cơ) **Khi chất tham gia là axit hoặc bazơ thì sản phẫm là H2O và khi chất tham gia H2O (có thể là môi trường) Thì sản phẫm là axit hay bazơ Ví dụ 1: MnO2 + HCl → MnCl2 + Cl2 + H2O Xác định số oxi hoá: Viết quá trình oxi hoá (tăng số oxh) : → + a Thì bước 1: cân bằng số nguyên tố : 2 → + a Bước 2 : Cân bằng điện tích: 2.(- 1) = 0 + a hay a = - 2 thay và với quy tắc : Ghi giá trị của a → đổi dấu thêm e (- -e = e) → ta có: 2 → + 2e Quá trịnh khử (giảm số oxi hoá) : → + a → a = +2 → → - 2e vì quy ước là sự trao đổi (+) nên chuyển vế : + 2e → Khi đã quen thì +e ở bên trái là khử , bên phải là oxi hoá 1 2 → + 2e 1 + 2e → Hệ số chính : MnO2 + 2 HCl → MnCl2 + Cl2 + H2O vì số Cl không bằng nhau nên thêm 2 HCl vào bên trái và thêm 2 H2O là hoàn thành : MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O Ví dụ 2: KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O 5 2 → + 2e 2 + 5e → 2KMnO4 + 10 HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + H2O cân bằng cho Cl → thêm 6 HCl 2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O Ví dụ 3: Fe3O4 + CO → Fe + CO2 Trường hợp này xuất hiện phân số → → Fe0 + ae → 3 → 3 Fe + a → a = 8 1 3 + 8e → 3 Fe 4 → + 2e → Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2 Ví dụ 4: NaCrO2 + Br2 + NaOH → Na2CrO4 + NaBr +3 0 +6 - NaCrO2 + Br2 + NaOH → Na2CrO4 + NaBr 2 2 → + 3e 3 + 2e → 2 → 2NaCrO2 + 3Br2 + NaOH → 2Na2CrO4 + 6NaBr → Bảo toàn cho Na 2 NaCrO2 + 3 Br2 + 8NaOH → 2Na2CrO4 + 6NaBr + 4 H2O Ví dụ 5: KMnO4 + K2SO3 + H2O →  MnO2 + K2SO4 +7 +4 +4 +6 KMnO4 + K2SO3 + H2O →  MnO2 + K2SO4 3 → + 2e 2 + 3e → → 2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O →  2MnO2 + 3K2SO4 → Bảo toàn cho K → 2KOH → Cân bằng cho: H → 2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O → 2MnO2 + 3K2SO4 + 2KOH Ví dụ 6: FeS + HNO3 → Fe(NO3)3 + N2O + H2SO4 + H2O +2 -2 + +5 -2 +3 +5 -2 + -2 + +6 -2 + -2 FeS + HNO3 → Fe(NO3)3 + N2O + H2SO4 + H2O Ở đây có 2 chất khử nên cần hợp nhất → + + 9e x8 2 + 8e → 2 x9 → 8FeS + 18HNO3 → 8Fe(NO3)3 + 9N2O + 8H2SO4 + H2O → Cân bằng cho N và H: 8FeS + (18 + 24)HNO3 → 8Fe(NO3)3 + 9N2O + 8H2SO4 + 13H2O Ví dụ 7: Hg(NO3)2 → Hg + NO2 + O2 → có 2 chất oxi hoá ; 1 chất khử + 2 + 4e → Hg + 2 2 → O2 + 4e → Hg(NO3)2 → Hg + 2NO2 + O2 Ví dụ 8: KNO3 + S + C → K2S + N2 + CO2 +5 0 0 -2 0 +4 KNO3 + S + C → K2S + N2 + CO2 → có 2 chất oxi hoá ; 1 chất khử → Hợp nhất Từ K2S → cứ 2 N+5 ứng với S0 → 2 + S0 + 12e → N2 + x1 → + 4e x3 → 2KNO3 + S + 3C → K2S + N2 + 3CO2 Ví dụ 9: CuFeS2 + O2 → CuO + Fe2O3 + SO2 Cân bằng theo số oxi hoá Hãy tự cân bằng Theo sơ đồ trên so sánh 2 vế ta giả thiết ở vế trái: (S+4 → Fe-6 theo bảo toàn Z) → → + 13e và O2 + 4e → 2 O2- → 4 CuFeS2 + 13 O2 → 4 CuO + 2 Fe2O3 + 8 SO2 Phương pháp này chỉ dùng để xác định hệ số trong bài thi trắc nghiệm và tính toán thôi nhé Ví dụ 10: Al + HNO3 → Al(NO3)3 + N2O + NH4NO3 + N2 (không cho tỷ lệ các chất ) ở dạng này nên tách thành ba phương trình sau đó cộng lại 8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O 8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O 10Al + 36HNO3 → 10Al(NO3)3 + 3N2 + 18H2O Cộng : 26Al + 96 HNO3 → 26Al(NO3)3 + 3N2O + 3 N2 + 3 NH4NO3 + 42 H2O Một số chú ý khi làm bài tập nâng cao Trong môi trường trung tính ,kiềml axit: O xi của chất oxi hoá tương tác với nước tạo ra OH- MnO4- + 2H2O +3e → MnO2 + 4OH- CrO4-2 + 2H2O +3e → CrO2- + 4OH- chất khử kết hợp với o xi của OH- tạo ra H2O SO2+ Br2+ H2O → H2SO4 + HBr Mn(OH)2 + Cl2 + KOH → MnO2 + KCl S + CI2 + H2O → H2SO4 + HCl MnO2 + O2 + KOH → K2MnO4 ** trong môi trường axít : MnO2 , MnO4- , MnO4-2 → Mn+2 ...........................trung tính hay kiềm yếu : tạo ra Mn+4 hay Mn+6 K2MnO4 + K2S + H2SO4 → S + MnSO4 + ... MnO2 + KBr + H2SO4 → Br2 + ... MnO2 + KI + H2SO4 → I2 + ... KMnO4 + SO2 + H2O → K2SO4 + MnO2 ... KMnO4 + KNO2 + H2O → KNO3 + MnO2 ... Al + KNO3 + KOH → NH4NO3 + KAlO2 ... Al + H2O + NaOH → NaAlO2 +.. Phản ứng nội phân tử :một chất vừa đóng vai trò chất oxihoa vừa đóng vai trò chất khử : KClO3 → KCl + O2 NH4NO2 → N2 + H2O Phản ứng tự oxihoá-khử : một chất vừa đóng vai trò oxihoá-vừa đóng vai trò chất khử : Br2 + KOH → KBr + KBrO3 + .... Cl2 + NaOH → NaClO + NaCl + .. Bài tập tự luyện nâng cao FeS2 + HNO3 +HCl → FeCl3 + H2SO4 + NO +.... CrCl3 + Br2 +NaOH → Na2CrO4 + NaBr + NaCl +.... KMnO4 + FeSO4 +H2SO4 → Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 +.... Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NH4NO3 +.... K2S + KMnO4 +H2SO4 → MnSO4 + K2SO4 + S +.... CuS2 + HNO3 → Cu(NO3)2 + H2SO4 + N2O +.... K2 Cr2O7 + H2SO4 +KI → Cr2(SO4)3 + K2SO4 + I2 +.... FeSO4 + Cl2 +H2SO4 → Fe2(SO4)3 + HCl+.... SO2 + KMnO4 +H2O → MnSO4 + K2SO4 + .... K2 Cr2O7 + H2SO4 +K2S → Cr2(SO4)3 + K2SO4 + S +.... K2 SO3 + KMnO4 +KHSO4 → K2SO4+ MnSO4 + H2O+.... Cu + KNO3 + HCl → CuCl2 + NO + NaCl + H2O... FeS + KNO3 → Fe2O3 + KNO2 + SO2 +.. H2S+ HNO3 → NO + S + H2O CrCl3 + NaCIO + NaOH → Na2CrO4 + NaCl + H2O H2C2O4 + KMnO4 +H2SO4 → MnSO4 + K2SO4 + CO2 +.... P + NH4ClO4 → H3PO4 + N2 + Cl2 + ... Br2 + KOH → KBr + KBrO3 + .... FeS2 + HNO3 → Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO +.... AI + NaNO3 +NaOH → NaAIO2 + NH3 + H2O As2 S3 + KClO4 → H2AsO4 + H2SO4 + KCl CuFeS2 + Fe2(SO4)3 +O2 + H2 → CuSO4 + H2SO4 + FeSO4 KMnO4 + HCl → MnCI2 + Cl2 + KCl + H2O FexOy + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O FeO + HNO3 → Fe(NO3)3 +NxOy + H2O Fe3O4 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NxOy + H2O MxOy + HNO3 → M(NO3)3 + NO + H2O M + HNO3 → M(NO3)n +NxOy + H2O M + HNO3 → M(NO3)n +NH4NO3 + H2O Al + HNO3 → Al(NO3)3 +N2O + H2O + NO Al + FexOy → Fe + Al2O3 Al + Fe2O3 → FenOm + Al2O3 M + H2SO4 → M2(SO4)n + SO2 + H2O R-CH2OH + KMnO4 → R-CHO + MnO2 + KOH + H2O C6H5NO2 + Fe + HCl → C6H5NH2 + FeCl2 + ... CH3-CH=CH2 + KMnO4 + H2O → CH3-CH(OH)-CH2(OH) + MnO2 +KOH CH3-CCH + KMnO4 + KOH → CH3COOK + MnO2 + K2CO3 + H2O Em hướng dẫn cho cháu cân bằng theo ion – electron và cân bằng với hệ số chữ theo nền trên nhé