Phương pháp cân bằng đại số: Dùng để xác định hệ số phân tử của chất tham gia và thu được sau phản ứng hoá học, ta coi hệ số là các ẩn số và kí hiệu bằng các chữ cái a, b, c, d… rồi dựa [r]
(1)[Hoá 8] Các phương pháp cân phương trình hóa học Phương pháp nguyên tử nguyên tố: Đây là phương pháp khá đơn giản Khi cân ta cố ý viết các đơn chất khí (H2, O2, C12, N2…) dạng nguyên tử riêng biệt lập luận qua số bước Ví dụ: Cân phản ứng P + O2 –> P2O5 Ta viết: P + O –> P2O5 Để tạo thành phân tử P2O5 cần nguyên tử P và nguyên tử O: 2P + 5O –> P2O5 Nhưng phân tử oxi gồm hai nguyên tử, lấy phân tử oxi tức là số nguyên tử oxi tăng lên gấp thì số nguyên tử P và số phân tử P2O5 tăng lên gấp 2, tức nguyên tử P và phân tử P2O5 Do đó: 4P + 5O2 –> 2P2O5 Phương pháp hóa trị tác dụng: (7) Hóa trị tác dụng là hóa trị nhóm nguyên tử hay nguyên tử các nguyên tố chất tham gia và tạo thành PUHH Áp dụng phương pháp này cần tiến hành các bước sau: + Xác định hóa trị tác dụng: II – I III – II II-II III – I BaCl2 + Fe2(SO4)3 –> BaSO4 + FeCl3 Hóa trị tác dụng từ trái qua phải là: II – I – III – II – II – II – III – I (2) Tìm bội số chung nhỏ các hóa trị tác dụng: BSCNN(1, 2, 3) = + Lấy BSCNN chia cho các hóa trị ta các hệ số: 6/II = 3, 6/III = 2, 6/I = Thay vào phản ứng: 3BaCl2 + Fe2(SO4)3 –> 3BaSO4 + 2FeCl3 Dùng phương pháp này củng cố khái niệm hóa trị, cách tính hóa trị, nhớ hóa trị các nguyên tố thường gặp Phương pháp dùng hệ số phân số: Đặt các hệ số vào các công thức các chất tham gia phản ứng, không phân biệt số nguyên hay phân số cho số nguyên tử nguyên tố hai vế Sau đó khử mẫu số chung tất các hệ số Ví dụ: P + O2 –> P2O5 + Đặt hệ số để cân bằng: 2P + 5/2O2 –> P2O5 + Nhân các hệ số với mẫu số chung nhỏ để khử các phân số Ỏ đây nhân 2.2P + 2.5/2O2 –> 2P2O5 hay 4P + 5O2 –> 2P2O5 Phương pháp “chẵn – lẻ”: Một phản ứng sau đã cân thì số nguyên tử nguyên tố vế trái số nguyên tử nguyên tố đó vế phải Vì số nguyên tử nguyên tố vế là số chẵn thì số nguyên tử nguyên tố đó vế phải chẵn Nếu công thức nào đó số nguyên tử nguyên tố đó còn lẻ thì phải nhân đôi (3) Ví dụ: FeS2 + O2 –> Fe2O3 + SO2 Ở vế trái số nguyên tử O2 là chẵn với hệ số nào Ở vế phải, SO2 oxi là chẵn Fe2O3 oxi là lẻ nên phải nhân đôi Từ đó cân tiếp các hệ số còn lại 2Fe2O3 –> 4FeS2 –> 8SO2 ® 11O2 Đó là thứ tự suy các hệ số các chất Thay vào PTPU ta được: 4FeS2 + 11O2 –> 2Fe2O3 + 8SO2 Phương pháp xuất phát từ nguyên tố chung nhất: Chọn nguyên tố có mặt nhiều hợp chất phản ứng để bắt đầu cân hệ số các phân tử Ví dụ: Cu + HNO3 –>Cu(NO3)2 + NO + H2O Nguyên tố có mặt nhiều là nguyên tố oxi, vế phải có nguyên tử, vế trái có Bội số chung nhỏ và là 24, hệ số HNO3 là 24 /3 = Ta có 8HNO3 –> 4H2O ® 2NO (Vì số nguyên tử N vế trái chẵn) 3Cu(NO3)2 –> 3Cu Vậy phản ứng cân là: 3Cu + 8HNO3 –> 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O Phương pháp cân theo “nguyên tố tiêu biểu”: Nguyên tố tiêu biểu là nguyên tố có đặc điểm sau: + Có mặt ít các chất phản ứng đó + Liên quan gián tiếp đến nhiều chất phản ứng (4) + Chưa thăng nguyên tử hai vế Phương pháp cân này tiến hành qua ba bước: a Chọn nguyên tố tiêu biểu b Cân nguyên tố tiêu biểu c Cân các nguyên tố khác theo nguyên tố này Ví dụ: KMnO4 + HCl –> KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O a Chọn nguyên tố tiêu biểu: O b Cân nguyên tố tiêu biểu: KMnO4 –> 4H2O c Cân các nguyên tố khác: + Cân H: 4H2O –> 8HCl + Cân Cl: 8HCl –> KCl + MnCl2 + 5/2Cl2 Ta được: KMnO4 + 8HCl –> KCl + MnCl2 + 5/2Cl2 + 4H2O Sau cùng nhân tất số với mẫu số chung ta có: 2KMnO4 + 16HCl –> 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O Phương pháp cân theo trình tự kim loại – phi kim: Theo phương pháp này đầu tiên cân số nguyên tử kim loại, sau đến phi kim và cuối cùng là H, sau cùng đưa các hệ số đã biết để cân nguyên tử O Ví dụ NH3 + O2 –> NO + H2O Phản ứng này không có kim loại, nguyên tử phi kim N đã cân Vậy ta cân luôn H: 2NH3 –> 3H2O (Tính BSCNN, sau đó lấy BSCNN chia cho các số để các hệ số) (5) + Cân N: 2NH3 –> 2NO + Cân O và thay vào ta có: 2NH3 + 5/2O2 –> 2NO + 3H2O Cuối cùng nhân các hệ số với mẫu số chung nhỏ nhất: 4NH3 + 5O2 –> 4NO + 6H2O Ví dụ CuFeS2 + O2 ® CuO + Fe2O3 + SO2 Hoàn toàn tương tự trên Do nguyên tử Cu đã cân bằng, đầu tiên ta cân Fe, cân theo thứ tự Cu –> S –> O nhân đôi các hệ số: 4CuFeS2 + 13O2 –> 4CuO + 2Fe2O3 + 8SO2 Phương pháp cân phản ứng cháy chất hữu cơ: a Phản ứng cháy hidrocacbon: Nên cân theo trình tự sau: - Cân số nguyên tử H Lấy số nguyên tử H hidrocacbon chia cho 2, kết lẻ thì nhân đôi phân tử hidrocacbon, chẵn thì để nguyên - Cân số nguyên tử C - Cân số nguyên tử O Tự lấy ví dụ b Phản ứng cháy hợp chất chứa O Cân theo trình tự sau: - Cân số nguyên tử C (6) - Cân số nguyên tử H - Cân số nguyên tử O cách tính số nguyên tử O vế phải trừ số nguyên tử O có hợp chất Kết thu đem chia đôi hệ số phân tử O2 Nếu hệ số đó lẻ thì nhân đôi vế PT để khử mẫu số Phương pháp xuất phát từ chất hóa học phản ứng: Phương pháp này lập luận dựa vào chất phản ứng để cân Ví dụ: Fe2O3 + CO –> Fe + CO2 Theo phản ứng trên, CO bị oxi hóa thành CO2 nó kết hợp thêm oxi Trong phân tử Fe2O3 có nguyên tử oxi, đủ để biến phân tử CO thành phân tử CO2 Do đó ta cần đặt hệ số trước công thức CO và CO2 sau đó đặt hệ số trước Fe: Fe2O3 + 3CO –> 2Fe + 3CO2 10 Phương pháp cân electron: Đây là phương pháp cân áp dụng cho các phản ứng oxi hóa khử Bản chất phương trình này dựa trênm nguyên tắc Trong phản ứng oxi hóa – khử, số electron chất khử nhường phải số electron chất oxi hóa thu Việc cân qua ba bước: a Xác định thay đổi số oxi hóa b Lập thăng electron c Đặt các hệ số tìm vào phản ứng và tính các hệ số còn lại Ví dụ Cân phản ứng: (7) FeS + HNO3 –> Fe(NO3)3 + N2O + H2SO4 + H2O a Xác định thay đổi số oxi hóa: Fe+2 –> Fe+3 S-2 –> S+6 N+5 –> N+1 (Viết số oxi hóa này phía trên các nguyên tố tương ứng) b Lập thăng electron: Fe+2 –> Fe+3 + 1e S-2 –> S+6 + 8e FeS –> Fe+3 + S+6 + 9e 2N+5 + 8e –> 2N+1 –> Có 8FeS và 9N2O c Đặt các hệ số tìm vào phản ứng và tính các hệ số còn lại: 8FeS + 42HNO3 –> 8Fe(NO3)3 + 9N2O + 8H2SO4 + 13H2O Ví dụ Phản ứng dung dịch bazo: NaCrO2 + Br2 + NaOH –> Na2CrO4 + NaBr CrO2- + 4OH- –> CrO42- + 2H2O + 3e x2 Br2 + 2e –> 2Br- x3 Phương trình ion: 2CrO2- + 8OH- + 3Br2 –> 2CrO42- + 6Br- + 4H2O Phương trình phản ứng phân tử: (8) 2NaCrO2 + 3Br2 + 8NaOH –> 2Na2CrO4 + 6NaBr + 4H2O Ví dụ Phản ứng dung dịch có H2O tham gia: KMnO4 + K2SO3 + H2O –> MnO2 + K2SO4 MnO4- + 3e + 2H2O –> MnO2 + 4OH- x2 SO32- + H2O –> SO42- + 2H+ + 2e x3 Phương trình ion: 2MnO4- + H2O + 3SO32- –> 2MnO2 + 2OH- + 3SO42Phương trình phản ứng phân tử: 2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O –> 2MnO2 + 3K2SO4 + 2KOH 11 Phương pháp cân đại số: Dùng để xác định hệ số phân tử chất tham gia và thu sau phản ứng hoá học, ta coi hệ số là các ẩn số và kí hiệu các chữ cái a, b, c, d… dựa vào mối tương quan các nguyên tử các nguyên tố theo định luật bảo toàn khối lượng để lập hệ phương trình bậc nhiều ẩn số Giải hệ phương trình này và chọn các nghiệm là các số nguyên dương nhỏ ta xác định hệ số phân tử các chất phương trình phản ứng hoá học Ví dụ: Cân phản ứng: Cu + HNO3 –> Cu(NO3)2 + NO + H2O Kí hiều các hệ số phải tìm là các chữ a, b, c, d, e và ghi vào phương trình ta thu được: aCu + bHNO3 –> cCu(NO3)2 + dNO + eH2O + Xét số nguyên tử Cu: a = c (1) (9) + Xét số nguyên tử H: b = 2e (2) + Xét số nguyên tử N: b = 2c + d (3) + Xét số nguyên tử O: 3b = 6c + d + e (4) Ta hệ phương trình ẩn và giải sau: Rút e = b/2 từ phương trình (2) và d = b – 2c từ phương trình (3) và thay vào phương trình (4): 3b = 6c + b – 2c + b/2 => b = 8c/3 Ta thấy để b nguyên thì c phải chia hết cho Trong trường hợp này để hệ số phương trình hoá học là nhỏ ta cần lấy c = Khi đó: a = 3, b = 8, d = 2, e = Vậy phương trình phản ứng trên có dạng: 3Cu + 8HNO3 –> 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O Ở ví dụ trên phương trình hoá học có chất (Cu, HNO3, Cu(NO3)2, NO, H2O) và nguyên tố (Cu, H, N, O) lập hệ phương trình đại số để cân ta hệ phương trình với ẩn số Hay nói cách tổng quát, ta có n ẩn số và n – phương trình Như lập hệ phương trình đại số để cân phương trình hoá học, có bao nhiêu chất phương trình hoá học thì có nhiêu ẩn số và có bao nhiêu nguyên tố tạo nên các hợp chất đó thì có nhiêu phương trình (10)