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

Bài tập dạng cân bằng phương trình hóa học là một trong những dạng bài tập quan trọng vì hầu hết các bài toán trong hóa học đều liên quan đến phương trình hóa 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 đó phương trình hóa học thì có nhiều loại cho nhiều chất cụ thể, nhất là trong các phản ứng có nhiều chất tham gia, nhiều sản phẩm. Vì vậy để cân bằng sao cho đúng và nhanh một phương trình hóa học là cả một vấn đề khó đối với học sinh. Giáo viên cần 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 cho học sinh là điều tôi luôn quan tâm. Xuất phát từ những lý do trên cùng với suy nghĩ làm thế nào giúp HS cân bằng 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 viết sáng kiến “Một số phương pháp giúp HS cân bằng các phương trình hóa học ở cấp THCS.”

có những phẩm chất cần thiết như cẩn thận, kiên trì, trung thực, tỉ mỉ, chínhxác, có ý thức trách 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 bảncủa các chất thì có sự xuất hiện của các phản ứng hoá học và kéo theo nó là cácphương trình hoá học xuất hiện Việc cân bằng các phương trình hoá học là mộtviệc rất cần thiết 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 sinhyếu kém 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 bàitập quan trọng vì hầu hết các bài toán trong hóa học đều liên quan đến phươngtrình hóa học, đều sử dụng phương trình hóa học để tính toán các số liệu liênquan Do đó nếu cân bằng phương trình sai sẽ dẫn tới kết quả bài toán sai Trongkhi đó phương trình hóa học thì có nhiều loại cho nhiều chất cụ thể, nhất làtrong các phản ứng có nhiều chất tham gia, nhiều sản phẩm Vì vậy để cân bằngsao cho đúng và nhanh một phương trình hóa học là cả một vấn đề khó đối vớihọc sinh Giáo viên cần truyền đạt kiến thức như thế nào để HS có thể tự cânbằng được phương trình, phát triển được năng lực tư duy, sáng tạo mà vẫn gâyđược hứng thú học tập cho học 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 viết sáng kiến “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 vàcác dạng khác nhau Nhưng xét về nguyên tắc chung để cân bằng một phươngtrình hoá học thì phải làm sao cho số nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phươngtrình 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 hay2

sản 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 nàychủ yếu là các phản ứng oxi hóa - khử chương trình hóa học 8 học sinh khônghọc mà chỉ được giới thiệu và làm quen một cách sơ đẳng ở chương trình hóahọc lớp 9 Vì vậy trong phạm vi của đề tài ngoài những cách cân bằng cácphương trình đơn giản tôi có trình bày thêm kinh nghiệm bồi dưỡng cân bằngmột số dạng phương trình phản ứng oxi hóa – khử giúp học sinh khá, giỏi có thểcân bằng phương trình một cách dễ dàng hơn khi áp dụng vào giải các bài tậpsau 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 vớicác phương trình, viết các phương trình hóa học còn nhiều bỡ ngỡ, chưa địnhhình cách cân bằng phương trình hóa học, không biết cách đếm số nguyên tửmỗi nguyên tố, chưa biết chọn hệ số và viết ở vị trí nào, chỉ có một số học sinhkhá giỏi thì cân bằng được nhưng chưa nhanh Số học sinh còn lại thì chậm vàchưa biết cách cân bằng, điều đó đã làm cho các em chán nản chưa chú ý tronghọc tập

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

toán sẽ sai hoàn toàn Chính vì vậy mà trong các bài học giáo viên lại phảihướng dẫn học sinh viết phương trình, cân bằng phương trình Điều đó rất mấtthời gian khi giải các bài tập 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 phảibiết các nguyên tắc cân bằng phương trình; biết đếm số nguyên tử trước, sauphản ứng; biết lựa chon hệ số và biết viết hệ số đúng vị trí Để làm được nhữngđiều đó đòi hỏi HS phải có phương pháp kết hợp với tăng cường làm bài tập đểhình thành kĩ năng 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.Đồng thời trong quá trình giảng dạy giáo viên phải phân loại các đối tượng họcsinh để từ đó có những dạng bài tập cụ thể cho từng đối tượng Đối với học sinhkhá, giỏi giáo viên có thể giảng dạy những bài tập nâng cao đòi hỏi học sinhphải vận dụng tối đa khả năng tư duy của mình Riêng với học sinh còn lại cóthể dạy kĩ hơn và đưa ra những bài tập phù hợp với trình độ học sinh để các emtiếp thu kiến thức được thuận lợi, giảm bớt tâm lý ngại học Hóa Đồng thờithường xuyên củng cố, kiểm tra kiến thức giúp các em ghi nhớ bài học tốt hơn

và để đánh giá kịp thời khả năng nhận thức của học sinh, từ đó để kịp thời điềuchỉnh

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 trìnhhóa học là phải đếm số nguyên tử mỗi nguyên tố trước, trong và sau quá trìnhcân bằng phương trình Tuy nhiên không dễ để đếm đúng nếu không biết cách,đặc biệt khi nguyên tố nằm trong nhiều chất Vì vậy GV cần hướng dẫn tỉ mỉcho 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

1.1 + 1.2 = 3O 1.3 + 1.1 = 4O

2.2 Các nguyên tắc cơ bản khi cân bằng PTHH:

Để HS cân bằng phương trình hóa học đúng và nhanh, khi giảng dạyngười 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 vàsau phản ứng phải bằng nhau.

- Khi cân bằng phương trình hóa học, tuyệt đối không thay đổi chỉ sốtrong công 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

cả nhóm như một đơn vị để cân bằng

- Trong trường hợp khi cân bằng gặp hệ số là phân số thì phải khử mẫucủa hệ số để được hệ số là các số nguyên

- Sau khi cân bằng xong phải kiểm tra lại bằng cách đếm số nguyên tửtrước và sau phản ứng xem số nguyên tử của cùng một nguyên tố trước và sauphản ứng có bằng nhau không Nếu bằng thì phương trình cân bằng đúng, ngượclại thì phương 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)

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 + 23 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 + 23 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 45 trước O2

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 phương trình hoàn chỉnh:

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 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 8Ssau 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

Khi đó: Trước phản ứng có 2O sau phản ứng có 10O nên cân bằng Oxibằng cách thêm hệ số 5 trước O2 ta được phương trình hoàn chỉnh:

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 HSlớp 9 đến đầu HKII cũng mới được tìm hiểu Nhưng ngay khi ở lớp 8 khi họcphần tính chất hoá học của Oxi, phần Oxi tác dụng với hợp chất chủ yếu là cácphản ứng cháy của các hợp chất hữu cơ, để phát triển tư duy lôgic và sáng tạocủa HS thì đối với lớp chọn, khá thì GV có thể giới thiệu sơ qua và hướng dẫn

HS cân bằng nhanh trong các bài kiểm tra Thông thường ở THCS thì dạng này

là chủ yếu:

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

* 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:

Ví dụ 3: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau:

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 đượcphương trình hoàn 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 luyệnkhả năng 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 phảnứng là 4O Mà hệ số của C2H5O2N là 1 nên ở đây có 2O cố định do đó tìm hệ số

z y

C3H8O + O2 CO2 + H2O

C3H9N + O2 CO2 + H2O

C4H9NO2 + O2 CO2 + H2O

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

* Các bước tiến hành:

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

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 đóđược 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 trườnghợp 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

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:

t o

t o

- 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 = 2 1 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 = 31

t 0

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

* Bài tập vận dụng:

Cân bằng các phương trình phản ứng sau:

Cu + HNO3(đ) Cu(NO3)2 + NO2 + H2O MnO2 + HCl MnCl2 + Cl2 + H2O FeO + HNO3(l) Fe(NO3)3 + H2O + NO

Fe(OH)2 + O2 + H2O Fe(OH)3

Al + H2SO4(đ) Al2(SO4)3 + H2O + SO2

FeS2 + O2 Fe2O3 + SO2

Dạng 5: Cân bằng phương trình phản ứng theo phương pháp: “nguyên tố

thay đổi hóa trị”

Ở dạng 4 ta có thể giải quyết tạm thời về vấn đề cân bằng nhưng nhượcđiểm của phương pháp này là việc lập và giải hệ phương trình toán học tươngđối phức tạp (đặc biệt là HS lớp 8) Để khắc phục nhược điểm này thì GV giớithiệu thêm cho HS dạng 5 này Tuy nhiên về bản chất thì phương pháp này ápdụng cho các phản ứng oxi hóa – khử nhưng trong chương trình THCS thì HSlại chưa được học về phản ứng oxi hóa - khử Vì vậy phương pháp này chỉ ápdụng để hướng dẫn HS giỏi Khi đưa cho HS dạng này GV cần chú ý: HS chưabiết được các khái niệm như số oxi hoá, sự khử, bản chất của phản ứng Oxi hoá

- khử, do đó để áp dụng được phương pháp này ở cấp độ THCS thì giáo viênkhông nên sử dụng số oxi hóa, chỉ nên dừng lại ở hóa trị của các nguyên tố