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

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 học sinh có thể giải các bài toán hoá học sau này.. Để cho học sinh viết

I ĐẶT VẤN ĐỀ

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 học sinh vào vị trí chủ thể của hoạt động nhận thức Môn hóa học trong trường Trung học cơ sở 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 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 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 học sinh 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 học sinh 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 dễ 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,

1

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 "

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 Trung học cơ sở 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 Trung học cơ sơ 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

a 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

b 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 khảo sát tháng 9/2014 ( khảo sát cân bằng phương trình hóa học lớp 9 )

Lớp

Tổng

số

Học sinh cân bằng phương trình hóa học nhanh

Học sinh cân bằng phương trình hóa học chậm

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

3

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 o > 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

2 vào trước O2

P + 5

2O2 t o > P2O5

Bước 2: Lúc này sau phản ứng có 2P , trước phản ứng có 1P ta thêm hệ số 2 vào truớc P

2P + 5

2O2

0

t

  P2O5

Bước 3: Giữ nguyên hệ số của P2O5 và quy đồng mẫu số chung là 2 ta được phương trình hoàn chỉnh:

4P + 5O2

0

t

  2 P2O5

Ví dụ 2: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau:

NH3 + O2 t o > NO + H2O

Cách làm:

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

2 trước H2O

NH3 + O2 t o > NO + 32H2O

Bước 2: Lúc này sau phản ứng có 5

2O nên ta thêm hệ số 5

4 trước O2

NH3 + 5

4O2 t o > NO + 3

2H2O

Bước 3: Để mất phân số ta quy đồng mẫu số chung là 4 ta sẽ được phương trình hoàn chỉnh:

4NH3+ 5O2

0

t

  4NO+ 6H2O

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

2 trước O2

Fe + 3

2O2 t o > Fe2O3

Bước 2: Lúc này sau phản ứng có 2Fe nên ta thêm hệ số 2 trước Fe

2 Fe + 3

2O2 t o > Fe2O3

Bước 3: Để mất phân số ta quy đồng mẫu số chung là 2 ta sẽ được phương trình hoàn chỉnh: 4Fe + 3 O2

0

t

  2Fe2O3

Các ví dụ khác: Na + O2 -> Na2O

P2O5 + H2O -> H3PO4

Dạng 2 : Cân bằng phương trình phản ứng bằng phương pháp “Chẵn- Lẻ”

- Cách 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

Ví dụ 1: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau: Al + O2 t o > Al2O3

Cách làm: Số nguyên tử oxi trong Al2O3 là lẻ, nên thêm hệ số 2 vào trước Al2O3

Al + O2 t o > 2Al2O3

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 t o > 2Al2O3

5

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

0

t

  2Al2O3

Ví dụ 2: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau:

FeS2 + O2 t o > Fe2O3 + SO2

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

FeS2 + O2 t o > 2Fe2O3 + SO2

Tiếp theo cân bằng nguyên tử Sắt: Trước phản ứng có 1Fe, sau có 4Fe nên đặt hệ

số 4 trước FeS2

4FeS2 + O2 t o > 2Fe2O3 + SO2

Lúc này trước phản 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 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

Ví dụ 3: Cân bằng 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

Fe + O2 t o > 2Fe2O3

Tiếp theo cân bằng nguyên tử Sắt: Trước phản ứng có 1Fe, sau có 4Fe nên đặt hhệ

số 4 trước Fe

4Fe + O2 t o > 2Fe2O3

Lúc này: trước phản ứng có 2O sau phản ứng có 6O nên thêm hệ số 3 trước O2

4Fe + 3O2 t o > 2Fe2O3

Ta được phương trình hoàn chỉnh:

4Fe + 3O2

0

t

  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 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 chủ yếu là các phản ứng cháy của các hợp chất hữu cơ, để phát triển tư duy lôgic và sáng tạo của học sinh thì đối với học sinh khá thì giáo viên có thể giới thiệu sơ qua và hướng dẫn học sinh 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 oxi

Ví dụ 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:

C3H6 + O2 t o > 3CO2 + H2O

Trước phản ứng lúc này có 6H nên ta thêm hệ số 3 trước H2O

C3H6 + O2 t o > 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 9

2 trước O2 ta được phương trình

C3H6 + 9

2O2 t0

  3CO2 + 3H2O

Ví dụ 2: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau:

C2H4 + O2 t o > 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 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 2O ta thêm hệ số 3 trước O2 ta được phương trình

C2H4 + 3O2 t0

  2CO2 + 2H2O

7

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:

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

2

y

trước H2O

CxHy + O2 t o > x CO2 + 2y H2O

Lúc này sau phản ứng có nguyên tử oxi là ( 2x +

2

y

) và trước phản ứng là 2 ta thêm

hệ số ( x +

4

y

) trước O2 ta được phương trình

CxHy + ( x +

4

y

) O2

0

t

  x CO2 + y

2 H2O

Ví dụ 4: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau:

C2H6O + O2 t o > CO2 + H2O

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 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 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 được phương trình hoàn chỉnh :

C2H6O + 3O2

0

t

  2CO2 + 3H2O

Từ ví dụ này giáo viên 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

Ví dụ 5: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau CxHyOz + O2 t o > 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 trước H2O

CxHyOz + O2 t o > x CO2 + y2 H2O

Lúc này sau phản ứng có: ( y

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

4

y

- 2

z

) trước O2 Ta được phương trình hoàn chỉnh

CxHyOz + ( x +

4

y

- 2

z

)O2 -> xCO2 + y

2H2O

Ví dụ 6: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau:

C2H5O2N + O2 t o > 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 H2O và hệ số 1

2 trước N2

C2H5O2N + O2 t o > 2CO2 +52H2O + 12N2

lúc này số nguyên tử Oxi sau phản ứng là ( 2.2 + 5

2 1 ) = 13

2 = 61

2 còn trước phản ứng là 4Omà hệ số của C2H5O2N là 1 nên ở đây có 2O cố định nên

ta thêm hệ số 41

4 trước O2

9

C2H5O2N + 41

4O2

0

t

  2CO2 +5

2 H2O +1

2 N2 Qua ví dụ này giáo viên có thể cho học sinh khá, giỏi về cân bằng công thức tổng quát:

CxHyOzNt + O2 t o > 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: xC, yH, tN sau phản ứng là: 1C ,2H , 2N Cho nên ta đặt hệ số x trước CO2, hệ số

2

y

trước H2O

và hệ số

2

t

trước N2

CxHyOzNt + O2 t o > xCO2 + 2y H2O + 2t N2

số nguyên tử Oxi sau phản ứng là(2.x +

2

y

.1)

còn trước phản ứng là ( z + 2 )O ở đây có 2O cố định nên ta thêm hệ số ( x +

4

y

- 2

z

) trước O2

CxHyOzNt + ( x +

4

y

- 2

z

)O2 t0

  xCO2 +

2

y

H2O +

2

t

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 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 ôxi 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: