một số phương pháp giúp HS cân bằng các phương trình hóa học ở cấp THCS

phát triển được năng lực tư duy, sáng tạo mà vẫn gây được hứng thú học tập chohọc sinh là điều tôi luôn quan tâm.Xuất phát từ những lý do trên cùng với suy nghĩ làm thế nào giúp HS cânbằ

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ

Hoá học là bộ môn khoa học quan trọng trong nhà trường Môn Hoá họccung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức phổ thông, cơ bản và thiết thực Do đógiáo viên bộ môn Hoá học cần hình thành ở các em những kỹ năng cơ bản, phổthông và thói quen học tập, làm việc khoa học là nền tảng cho việc giáo dục xãhội chủ nghĩa, phát triển năng lực nhận thức, năng lực hành động, có nhữngphẩm chất cần thiết như cẩn thận, kiên trì, trung thực, tỉ mỉ, chính xác, có ý thứctrách nhiệm với bản thân, gia đình, xã hội

Thông qua học tập bộ môn Hóa học HS được tìm hiểu các kiến thức vềcấu tạo, phân loại, tính chất và ứng dụng của chất Trong phần tính chất cơ bản củacác chất thì có sự xuất hiện của các phản ứng hoá học và kéo theo nó là các phươngtrình hoá học xuất hiện Việc cân bằng các phương trình hoá học là một việc rất cầnthiết để HS có thể giải các bài toán hoá học

Khi nói đến môn Hoá học ở trường trung học cơ sở, đa phần học sinh đềucho rằng đây là một môn học khó, bởi lẽ vấn đề lí thuyết thì HS có thể học thuộcnhưng khi liên quan đến bài tập là va chạm đến các con số thì những học sinh yếukém về môn toán sẽ rất dễ nản chí và không muốn học

Bài tập dạng cân bằng phương trình hóa học là một trong những dạng bài tậpquan trọng vì hầu hết các bài toán trong hóa học đều liên quan đến phương trìnhhóa học, đều sử dụng phương trình hóa học để tính toán các số liệu liên quan Do

đó nếu cân bằng phương trình sai sẽ dẫn tới kết quả bài toán sai Trong khi đóphương trình hóa học thì có nhiều loại cho nhiều chất cụ thể, nhất là trong các phảnứng có nhiều chất tham gia, nhiều sản phẩm Vì vậy để cân bằng sao cho đúng vànhanh một phương trình hóa học là cả một vấn đề khó đối với học sinh Giáo viêncần truyền đạt kiến thức như thế nào để HS có thể tự cân bằng được phương trình,

phát triển được năng lực tư duy, sáng tạo mà vẫn gây được hứng thú học tập chohọc sinh là điều tôi luôn quan tâm.

Xuất phát từ những lý do trên cùng với suy nghĩ làm thế nào giúp HS cânbằng đúng và nhanh các phương trình hóa học, tạo tiền đề cho việc phát triển tư

duy của các em ở cấp cao hơn tôi mạnh dạn đưa ra một số phương pháp giúp HS cân bằng các phương trình hóa học ở cấp THCS.

PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I Cơ sở lý luận:

Trong Hoá học có nhiều chất, nhiều phản ứng xảy ra theo các cơ chế và cácdạng khác nhau Nhưng xét về nguyên tắc chung để cân bằng một phương trình hoáhọc thì phải làm sao cho số nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phương trình trước

và sau phản ứng phải bằng nhau

Đối với phản ứng đơn giản chỉ có 1 hoặc 2 chất phản ứng và chỉ tạo ra 1 hay 2sản phẩm thì việc cân bằng phương trình còn dễ Nhưng khi gặp phải những loạiphản ứng mà có nhiều chất phản ứng và sản phẩm thì học sinh không dễ gì cânbằng Mặt khác trong chương trình Hóa học THCS, các phương trình khó này chủyếu là các phản ứng oxi hóa - khử chương trình hóa học 8 học sinh không học màchỉ được giới thiệu và làm quen một cách sơ đẳng ở chương trình hóa học lớp 9 Vìvậy trong phạm vi của đề tài ngoài những cách cân bằng các phương trình đơn giảntôi có trình bày thêm kinh nghiệm bồi dưỡng cân bằng một số dạng phương trìnhphản ứng oxi hóa – khử giúp học sinh khá, giỏi có thể cân bằng phương trình mộtcách dễ dàng hơn khi áp dụng vào giải các bài tập sau này Nội dung được xếp theo

5 dạng, mỗi dạng đều có nguyên tắc áp dụng, các bước tiến hành và ví dụ cụ thể

II Thực trạng:

Hiện nay đại đa số khi học sinh học môn Hóa và đặc biệt làm quen với cácphương trình, viết các phương trình hóa học còn nhiều bỡ ngỡ, chưa định hình cáchcân bằng phương trình hóa học, không biết cách đếm số nguyên tử mỗi nguyên tố,chưa biết chọn hệ số và viết ở vị trí nào, chỉ có một số học sinh khá giỏi thì cânbằng được nhưng chưa nhanh Số học sinh còn lại thì chậm và chưa biết cách cânbằng, điều đó đã làm cho các em chán nản chưa chú ý trong học tập

Trong khi đó đặc trưng của môn Hóa học là giải bài tập thường liên quan đếnphương trình hóa học, viết phương trình không đúng dẫn đến kết quả bài toán sẽ sai

viết phương trình, cân bằng phương trình Điều đó rất mất thời gian khi giải các bàitập hóa học

Qua khảo sát khi cho học sinh lớp 8 làm bài tập về cân bằng phương trìnhhóa học qua từng năm học tôi thấy kết quả còn thấp, c th :ụ thể: ể:

Năm học Sĩ số

Cân bằngnhanh Biết cân bằng

Không biết cânbằng

III Nội dung:

1 Giải pháp thực hiện:

1.1 Đối với học sinh:

Để làm được bài toán cân bằng phương trình hóa học thì học sinh phải biếtcác nguyên tắc cân bằng phương trình; biết đếm số nguyên tử trước, sau phản ứng;biết lựa chon hệ số và biết viết hệ số đúng vị trí Để làm được những điều đó đòihỏi HS phải có phương pháp kết hợp với tăng cường làm bài tập để hình thành kĩnăng trong cân bằng phương trình hóa học

1.2 Đối với giáo viên:

Bản thân giáo viên phải có sự đầu tư để tìm ra phương pháp phù hợp Đồngthời trong quá trình giảng dạy giáo viên phải phân loại các đối tượng học sinh để từ

đó có những dạng bài tập cụ thể cho từng đối tượng Đối với học sinh khá, giỏi giáoviên có thể giảng dạy những bài tập nâng cao đòi hỏi học sinh phải vận dụng tối đakhả năng tư duy của mình Riêng với học sinh còn lại có thể dạy kĩ hơn và đưa ranhững bài tập phù hợp với trình độ học sinh để các em tiếp thu kiến thức đượcthuận lợi, giảm bớt tâm lý ngại học Hóa Đồng thời thường xuyên củng cố, kiểm trakiến thức giúp các em ghi nhớ bài học tốt hơn và để đánh giá kịp thời khả năngnhận thức của học sinh, từ đó để kịp thời điều chỉnh

2 Biện pháp thực hiện:

2.1 Cách tính số nguyên tử mỗi nguyên tố:

Một thao tác rất quan trọng, không thể thiếu khi cân bằng phương trình hóahọc là phải đếm số nguyên tử mỗi nguyên tố trước, trong và sau quá trình cân bằngphương trình Tuy nhiên không dễ để đếm đúng nếu không biết cách, đặc biệt khinguyên tố nằm trong nhiều chất Vì vậy GV cần hướng dẫn tỉ mỉ cho HS cách đếm:

- Nếu nguyên tố nằm trong 1 chất thì lấy hệ số nhân với chỉ số của nguyên tố

đó trong công thức hóa học của chất

- Nếu nguyên tố nằm trong nhiều chất thì ta tính số lượng nguyên tử củanguyên tố đó trong từng chất rồi cộng lại

Ví dụ: Cho phản ứng:

NaOH + CO2 Na2CO3 + H2OTrước phản ứng Sau phản ứng

Để HS cân bằng phương trình hóa học đúng và nhanh, khi giảng dạy người

GV phải lưu ý HS tuân theo một số nguyên tắc cơ bản sau:

- Trong phương trình hóa học số nguyên tử của mỗi nguyên tố trước và sauphản ứng phải bằng nhau

- Khi cân bằng phương trình hóa học, tuyệt đối không thay đổi chỉ số trongcông thức hóa học đã viết đúng mà chỉ được thêm phần hệ số

2.3 Một số chú ý khi viết và cân bằng PTHH:

- Khi viết hệ số phải viết ngang bằng với CTHH

- Trong nhiều trường hợp, nếu trong công thức có nhóm nguyên tử thì coi cảnhóm như một đơn vị để cân bằng

- Trong trường hợp khi cân bằng gặp hệ số là phân số thì phải khử mẫu của

hệ số để được hệ số là các số nguyên

- Sau khi cân bằng xong phải kiểm tra lại bằng cách đếm số nguyên tử trước

và sau phản ứng xem số nguyên tử của cùng một nguyên tố trước và sau phản ứng

có bằng nhau không Nếu bằng thì phương trình cân bằng đúng, ngược lại thìphương trình cân bằng sai do đó phải cân bằng lại

2.4 Các phương pháp cân bằng PTHH áp dụng trong khung chương trình THCS:

Dạng 1: Cân bằng PTHH bằng phương pháp " Nguyên tố trung tâm’’

* Các bước tiến hành:

Bước 1: Chọn nguyên tố trung tâm là nguyên tố có số lượng nguyên tử nhiều

nhất

Bước 2: Cân bằng nguyên tố trung tâm bằng cách đưa hệ số là số nguyên

hay phân số vào trước công thức chứa nguyên tố trung tâm

Bước 3: 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 4: Hoàn chỉnh phương trình bằng cách khử mẫu (nếu cần)

* Các ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: Hoàn thành sơ đồ phản ứng sau :

Al + O2 Al2O3

Hướng dẫn giải:

Bước 1: Ta thấy sau phản ứng có 2Al, 3O mà trước phản ứng chỉ có 1Al,

2O Do đó chọn Oxi là nguyên tố trung tâm

Bước 2: Cân bằng nguyên tố Oxi bằng cách thêm hệ số 23 vào trước O2

Al +

2

3

O2 Al2O3

Bước 3: Lúc này trước phản ứng có 1Al, sau phản ứng có 2Al

Do đó ta cân bằng Al bằng cách thêm hệ số 2 vào truớc Al

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

phản ứng có 2H Do đó chọn Hidro là nguyên tố trung tâm

Bước 2: Cân bằng Hidro bằng cách thêm hệ số 23 trước H2O

NH3 + O2 NO +

2

3

H2O

Bước 3: Lúc này sau phản ứng có (1 + 23 ) = 25 O, trước phản ứng có 2O

Do đó ta cân bằng Oxi bằng cách thêm hệ số

Cuối cùng trước phản ứng có 1N, sau phản ứng có 1N (cân bằng)

Bước 4: Để mất phân số ta quy đồng mẫu số chung là 4 và khử mẫu sẽ được

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

Dạng này sử dụng để hướng dẫn học sinh cân bằng các phương trình phảnứng có ở SGK là hiệu quả nhất

* Các bước tiến hành

Bước 1: Xét các chất trước và sau phản ứng để tìm nguyên tố có số nguyên

tử trong một số công thức hoá học là số chẵn còn ở công thức khác lại là số lẻ

Bước 2: Đặt hệ số 2 trước công thức có số nguyên tử là số lẻ để làm chẵn số

nguyên tử của nguyên tố

Bước 3: Tìm các hệ số còn lại để hoàn thành phương trình hóa học.

Bước 1: Nhận thấy: Trước phản ứng có 2O (số chẵn), sau phản ứng có 3O

(số lẻ)

Bước 2: Làm chẵn số nguyên tử Oxi sau phản ứng bằng cách thêm hệ số 2

vào trước Al2O3

Al + O2 2Al2O3

Bước 3: Khi đó: sau phản ứng có 4Al, trước phản ứng có 1Al, nên ta đặt hệ

số 4 vào trước Al: 4Al + O2 2Al2O3

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

3 vào trước O2 sẽ được phương trình hoàn chỉnh:

4Al + 3O2 2Al2O3

Ví dụ 2: Hoàn thành sơ đồ phản ứng sau:

FeS2 + O2 Fe2O3 + SO2

Hướng dẫn giải:

Bước 1, 2:Ta thấy số nguyên tử Oxi trong O2 và SO2 là số chẵn còn trong

Fe2O3 là số lẻ nên ta phải làm chẵn số nguyên tử Oxi trong Fe2O3 bằng cách đặt hệ

số 2 trước công thức Fe2O3

FeS2 + O2 2Fe2O3 + SO2

Bước 3: Tiếp theo cân bằng nguyên tử Sắt: Trước phản ứng có 1Fe, sau phản

ứng có 4Fe nên đặt hệ số 4 trước FeS2

4FeS2 + O2 2Fe2O3 + SO2

Lúc này trước phản ứng coi như S là không đổi: 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 22Onên ta đặt hệ số 11 trước công thức O2 Ta được phương trình hoàn chỉnh:

4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2

Ví dụ 3: Hoàn thành sơ đồ phản ứng sau:

P + O2 P2O5

Hướng dẫn giải:

Bước 1, 2: Ta thấy số nguyên tử Oxi trước phản ứng số chẵn còn trong P2O5

số nguyên tử Oxi là số lẻ nên ta đặt hệ số 2 trước công thức P2O5

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

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 tínhchất 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 HS thì đốivới lớp chọn, khá thì GV có thể giới thiệu sơ qua và hướng dẫn HS cân bằng nhanhtrong các bài kiểm tra Thông thường ở THCS thì dạng này là chủ yếu:

Hợp chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + một số chất khác

* Các bước giải:

Bước 1: Coi hệ số của các hợp chất hữu cơ bằng 1

Bước 2: Cân bằng các nguyên tố theo thứ tự: cân bằng số nguyên tử C đầu

tiên, đến nguyên tử H, N …và cuối cùng là cân bằng nguyên tử Oxi

Bước 3: Khử mẫu các hệ số (nếu cần) để được phương trình hoàn chỉnh

Ví dụ 1: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau:

Bước 1: Đầu tiên coi hệ số của C2H4 là 1 Vậy trước phản ứng có 2C, 4H;sau phản ứng có 1C, 2H

Bước 2: Thêm hệ số 2 trước CO2, hệ số 2 trước H2O để cân bằng C và H

C2H4, + O2 2CO2 + 2H2O

Khi đó sau phản ứng có số nguyên tử Oxi là (2.2 + 2.1) = 6O và trước phảnứng là 2O, do đó cân bằng Oxi bằng cách thêm hệ số 3 trước O2 ta được phươngtrình:

C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O

ªTừ phương trình này GV có thể triển khai ra các hợp chất khác như: C4H10, C3H4,

C3H6, (hợp chất chỉ gồm C, H) và cuối cùng là CxHy để tăng độ khó, tăng khả năng

tư duy của HS

Ví dụ 3: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau:

2x y O và trước phản ứng có 2O Do đó ta thêm

Khi đó sau phản ứng có (2.2 + 3.1) = 7O, trước phản ứng có (1 +2) = 3O, mà

hệ số của C2H6O là 1 nên tại đây luôn chỉ có 1O Do đó tìm hệ số của O2 bằng cách

thực hiện phép tính sau: 3

2

1 7





Thêm hệ số 3 trước O2 ta được phương trìnhhoàn chỉnh: C2H6O + 3O2 2CO2 + 3H2O

ª Từ VD này GV có thể triển khai một số chất tương tự (phân tử gồm C, H, O) như:

C3H8O3 , C2H6O2 , C2H4O2 sau đó tổng quát lên là CxHyOz để rèn luyện khảnăng cân bằng phương trình của học sinh

Ví dụ 5: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau:

2x y nguyên tử Oxi còn trước phản ứng có(z+2) nguyên tử Oxi và số nguyên tử Oxi trong CxHyOz luôn là z Do đó ta thêm

z y

Khi đó số nguyên tử Oxi sau phản ứng là (2.2 + 25 1) = 132 , còn trước phản ứng

là 4O Mà hệ số của C2H5O2N là 1 nên ở đây có 2O cố định do đó tìm hệ số của O2

z y

Dạng 4: Cân bằng phương trình phản ứng theo phương pháp: “Đại số”

Với các phương trình phức tạp có nhiều chất phản ứng hay sản phẩm rất khó

để áp dụng 3 cách cân bằng trên, do đó giáo viên có thể hướng dẫn HS khá, giỏicách cân bằng theo phương pháp đại số

Bước 2: Thiết lập các phương trình toán học chứa các ẩn trên theo nguyên

tắc số nguyên tử của nguyên tố trước và sau phản ứng bằng nhau Từ đó được 1 hệ phương trình chứa các ẩn

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 và khử mẫu (nếu

cần)

* Lưu ý: Đối với bước 3, do HS lớp 8 chưa được học kiến thức về giải hệ

phương trình nên GV phải hướng dẫn cho HS cách giải, đặc biệt trong trường hợp

số ẩn nhiều hơn số phương trình chứa ẩn thì phải chọn giá trị cụ thể cho một ẩn nào

đó sao cho dễ giải hệ phương trình nhất

* Các ví dụ cụ thể:

Ví dụ 1: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau

Cu + H2SO4(đ) CuSO4 + SO2 + H2O

Hướng dẫn giải

Bước 1: Đưa các hệ số 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 nguyên tắc số nguyên tử của mỗi

nguyên tố ở trước và sau phản ứng phải bằng nhau Cụ thể:

- Số nguyên tử Cu: a = c (1)

- Số nguyên tử S: b = (c + d) (2)

- Số nguyên tử H: 2b = 2e (3)

- Số nguyên tử O: 4b = 4c + 2d + e (4)

Từ (1), (2), (3), (4) ta có hệ: a = c (1)

b = (c + d) (2)

(I) 2b = 2e (3)

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

Bước 3: Giải hệ phương trình (I) bằng cách:

Từ (3) ta có: b = e Chọn b = e = 1, kết hợp với (2), (4) và (1)ªc = a = d = 12

Bước 4: Đưa các hệ số vừa tìm vào phương trình phản ứng ta được:

12 Cu + H2SO4 12 CuSO4 + 21 SO2 + H2O

Khử mẫu ta được PTHH hoàn chỉnh

Cu + 2H2SO4 CuSO4 + SO2 + 2H2O

Ví dụ 2: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau:

Al + HNO3(đ) Al(NO3)3 + NO2 + H2O

Hướng dẫn giải

Bước 1:

aAl + bHNO3 cAl(NO3)3 + dNO2 + eH2O

Bước 2: Lập hệ phương trình gồm:

- Số nguyên tử Al: a = c (1)

- Số nguyên tử H: b = 2e (2)

- Số nguyên tử N: b = 3c + d (3)

- Số nguyên tử O: 3b = 9c + 2d + e (4)

Bước 3: Giải hệ: Từ (2) chọn e = 1 ª b = 2

Thay e, b vào (3) và (4), kết hợp với (1) ª d = 1, a = c =

3 1

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

31Al + 2HNO3 31 Al(NO3)3 + NO2 + H2O

PTHH: Al + 6HNO3 Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

* Bài tập vận dụng:

Cân bằng các phương trình phản ứng sau:

Cu + HNO3(đ) Cu(NO3)2 + NO2 + H2O

t 0

t 0