Chương 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
2.2. Một số biện pháp nâng cao năng lực giải bài toán hóa học cho học
2.2.5. Rèn luyện kĩ năng lập phương trình hóa học
Phương trình hóa học biểu diễn những phản ứng hóa học bằng công thức hóa học, cho biết những chất tham gia và sản phẩm cũng như tỉ lệ về số nguyên tử, phân tử của các chất trong phản ứng. Bản chất của các BTHH phần lớn đều thể hiện mối quan hệ
giữa các chất trong phản ứng thông qua PTHH. Việc quan sát PTHH của phản ứng sẽ giúp học sinh rút ra các công thức tính toán liên quan đến các chất, từ đó giúp học sinh giải nhanh các bài toán. Chính vì vậy một trong những kĩ năng quan trọng cần rèn luyện cho HS để nâng cao năng lực giải BTHH đó là viết và cân bằng phương trình phản ứng hay lập được PTHH của các phản ứng.
a) Viết phương trình phản ứng
Để viết được phương trình phản ứng trong một bài toán hóa học, HS cần phải có những kiến thức và kĩ năng sau đây:
- Hiểu được rằng hai vế của phương trình hóa học không có nghĩa là đồng nhất như ở phương trình toán học mà là sự biến đổi từ chất này thành chất khác tức là chất ở vế trái mất đi và chất ở vế phải sinh ra. Vì vậy không được đổi chỗ hai vế của phương trình hóa học, không được thêm bớt một chất nào đó.
- Nắm vững tính chất lý hóa học của các chất được học trong chương trình.
- Tìm hiểu từng chất tham gia phản ứng thuộc loại chất nào đã học, phản ứng xảy ra thuộc loại phản ứng gì, đối chiếu với kiến thức lí thuyết để dự đoán các sản phẩm phải thuộc loại chất nào. Chẳng hạn, phản ứng trao đổi ion xảy ra thì sản phẩm phải có hoặc chất kết tủa hoặc chất khí hoặc chất điện li yếu; phản ứng oxi hóa –khử xảy ra sản phẩm tạo thành phải có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố: có tăng thì phải có giảm…
- Căn cứ vào thành phần của các chất tham gia để khẳng định thành phần của các chất sẽ được tạo thành. Chẳng hạn đốt cháy amin thì sản phẩm phải có N2 vì thành phần amin có chứa nitơ.
- Dựa vào điều kiện của phản ứng cũng như thông tin sản phẩm của đề bài để đoán hướng phản ứng.
- Viết đúng kí hiệu hóa học của các nguyên tố, công thức của đơn chất, hợp chất tham gia và tạo thành. Nếu sản phẩm không tan ta viết kèm theo dấu mũi tên xuống (↓), đặt cạnh công thức hóa học của chất đó. Nếu là chất khí đặt dấu mũi tên quay lên (↑). Nếu phản ứng cần điều kiện thì ghi điều kiện ở trên mũi tên ( ).
- Xác định phản ứng một chiều hay thuận nghịch để biểu diễn đúng.
đk
Chú ý: Phương trình phản ứng có thể viết dưới dạng phân tử hoặc ion. Với những bài toán phản ứng giữa các chất điện li xảy ra trong dung dịch nên dùng phương trình phản ứng dạng ion sẽ mô tả đúng bản chất phản ứng hơn. Do đó GV cần rèn luyện kĩ cho HS cách viết phương trình ion.
Thí dụ: GV cho HS phân tích và viết phương trình phản ứng khi cho dung dịch Ca(HCO3)2tác dụng với dung dịch NaOH dư.
Hướng dẫn giải:
Đây là phản ứng trung hòa giữa axit HCO3- với bazơ OH- tạo thành CO32- và H2O, sau đó có sự kết hợp giữa ion Ca2+ và ion CO32-để tạo kết tủa CaCO3. Do NaOH dư nên toàn bộ ion HCO3- đã chuyển hết thành ion CO32-
nên sẽ không còn muối HCO3-nữa. Phương trình phản ứng như sau:
HCO3- + OH-→ CO32-
+ H2O CO32- + Ca2+ → CaCO3↓
hay Ca(HCO3)2 + 2NaOH → CaCO3↓ + Na2CO3 + 2H2O.
b) Cân bằng phương trình phản ứng
Phương pháp cân bằng phương trình phản ứng đơn giản
Bước 1: Tìm công thức hóa học của hợp chất nào có số nguyên tử lẻ cao nhất và công thức phức tạp nhất trong phương trình đó (tạm gọi là hợp chất A).
Bước 2: Làm chẵn số nguyên tử của hợp chất A bằng các hệ số 2, 4…(nếu dùng hệ số 2 chưa thỏa mãn thì thay bằng các hệ số chẵn cao hơn).
Bước 3: Cân bằng tiếp các hệ số còn lại trong phương trình (các đơn chất thực hiện cuối cùng).
Thí dụ:Cân bằng phương trình phản ứng sau:
FeS2 + O2→ Fe2O3 + SO2
Bước 1: Chất A là Fe2O3 vì trong công thức có 3 nguyên tử O, lẻ và phức tạp hơn so với công thức FeS2 và SO2(có 1 nguyên tử Fe hoặc S)
Bước 2:Làm chẵn số nguyên tử O của A bằng hệ số 2 (2Fe2O3) Bước 3:Cân bằng tiếp các hệ số còn lại, theo thứ tự: FeS2, SO2 và O2 4FeS2 + 11O2→ 2Fe2O3 + 8SO2
Đây là phương pháp có thể dùng để hoàn thành hầu hết các phương trình phản ứng có trong chương trình phổ thông. Tuy nhiên đối với những phản ứng oxi hóa –khử phức tạp cần sử dụng phương pháp thăng bằng electron hoặc ion-electron.
Phương pháp thăng bằng electron
Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng để tìm chất oxi hóa và chất khử.
Bước 2:Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử, cân bằng mỗi quá trình.
Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất oxi hóa và chất khử sao cho tổng số electron do chất khử nhường bằng tổng số electron do chất oxi hóa nhận.
Bước 4: Đặt các hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào sơ đồ phản ứng. Từ đó cân bằng nguyên tố không thay đổi số oxi hoá (thường theo thứ tự: kim loại (ion dương), gốc axit (ion âm), môi trường (axit, bazơ, nước.)
Bước 5:Kiểm soát số nguyên tử oxi ở 2 vế (phải bằng nhau).
Thí dụ: Fe + H2SO4đặc, nóng → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O Bước 1:
0 +6 +3 +4
2 4 2 4 3 2 2
Fe + H S O → Fe (SO ) + S O + H O Bước 2, 3:
0 3
6 4
x 2 Fe Fe 3e x 3 S 2e S
+
+ +
→ + + →
Bước 4:
0 +6 +3 +4
2 4 2 4 3 2 2
2 Fe + 6H S O → Fe (SO ) + 3 S O + 6H O Bước 5:Kiểm soát số nguyên tử oxi ở 2 vế (đều bằng 24).
Phương pháp thăng bằng ion-electron
Tương tự các bước của phương pháp thăng bằng electron, tuy nhiên có sự khác biệt ở bước 2. Cụ thể là thay vì chỉ viết nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa thì phải viết ion chứa nguyên tử đó, sau đó lần lượt cân bằng điện tích và số nguyên tử ở hai vế.
Thí dụ: (Đề thi TSCĐ – 2010) Cho phản ứng:
Na2SO3 + KMnO4 + NaHSO4 → Na2SO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O Tổng hệ số của các chất (là những số nguyên, tối giản) trong PTPƯ là
A. 23. B. 27. C. 47. D. 31.
Hướng dẫn giải:
Bước 1: Na2SO3+KMnO4 +NaHSO4 →Na2SO4 +MnSO4 +K2SO4 +H2O
Bước 2: Viết quá trình oxi hóa : SO32− →SO42−+2e
Cân bằng điện tích hai vế: Vế bên phải có điện tích bằng 4-, còn vế bên trái điện tích bằng 2-. Vậy phải thêm 2H+ (do môi trường axit) vào vế bên phải và thêm H2O vào vế bên trái, sau đó kiểm tra số nguyên tử H và O:
− +
− +H O→SO + e+ H
SO32 2 42 2 2
Viết quá trình khử: MnO4− +5e→Mn2+
Cân bằng điện tích hai vế: Vế bên phải có điện tích bằng 2+, còn vế bên trái điện tích bằng 6-. Vậy phải thêm 8H+ (do môi trường axit) vào vế bên trái và thêm H2O vào vế bên phải, sau đó kiểm tra số nguyên tử H và O:
O H Mn
H e
MnO4− +5 +8 + → 2+ +4 2 Bước 3: SO − +H2O→SO42− +2e+2H+
2 3
O H Mn
H e
MnO4− +5 +8 + → 2+ +4 2
O H Mn
SO H
MnO
SO32 2 4 6 5 42 2 2 3 2
5 − + − + + → − + + +
Bước 4:
5Na2SO3+2KMnO4 +6NaHSO4 →8Na2SO4 +2MnSO4 +K2SO4 +3H2O Bước 5: Kiểm soát số nguyên tử oxi ở 2 vế (đều bằng 47)
Tổng hệ số của các chất trong phương trình phản ứng là 27
Chọn đáp án B.
Để rèn kỹ năng viết và cân bằng phương trình phản ứng GV có thể đưa ra một số bài tập như: bổ túc chuỗi phản ứng, viết phương trình phản ứng, chứng minh tính chất của các chất, thực hiện chuỗi biến hóa, …