Tài liệu Skkn các phương pháp cân bằng phương trình hoá học theo định hướng phát triển năng lực cho học sinh

THÔNG TIN CHUNG VỀ SÁNG KIẾN 1. Tên sáng kiến: “Các phương pháp cân bằng phương trình hoá học theo định hướng phát triển năng lực cho học sinh” 2. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Môn Hóa Học THCS 3. Tác giả: Họ và tên: Nguyễn Văn Thuần Nam (Nữ): Nam Ngày tháng năm sinh: 14/ 03 / 1979 Trình độ chuyên môn: Đại học sư phạm Hóa Chức vụ, đơn vị công tác: Phó Hiệu Trưởng - trường THCS Hồng Dụ Điện thoại: 01639629988 4. Đơn vị áp dụng sáng kiến lần đầu (nếu có) : Trường THCS Hồng Dụ, Huyện Ninh Giang, Tỉnh Hải Dương. Số điện thoại: 5. Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến: - Học sinh THCS. - GV giảng dạy bộ môn Hóa. 6. Thời gian áp dụng sáng kiến lần đầu: Năm học 2014 -2015. TÁC GIẢ XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN ĐƠN VỊ ÁP DỤNG SÁNG KIẾN Nguyễn Văn Thuần 1 TÓM TẮT SÁNG KIẾN 1. Hoàn cảnh nảy sinh sáng kiến Qua thực tế giảng dạy cho biết có nhiều học sinh rất lúng túng trong việc cân bằng PTHH, nhất là học sinh khối lớp 8 khi các em mới được làm quen với môn Hoá học. Đôi khi các em còn cố học thuộc hệ số của các chất mà không hiểu dùng phương pháp nào để cân bằng các PTHH đó. Tôi nhận thấy một số giáo viên khi dạy còn ít chú ý tới việc cung cấp cho học sinh các phương pháp cân bằng PTHH. Cho nên, học sinh còn thụ động trong việc cân bằng PTHH, loay hoay với những PTHH lạ hoặc khó dẫn đến tâm lý chán nản, không thích học tập bộ môn hoá học. Do vậy, tôi nhận thấy việc cung cấp cho học sinh những phương pháp cân bằng PTHH thích hợp, phù hợp với trình độ nhận thức của học sinh là vô cùng cần thiết, nên tôi náy sinh sáng kiến “Các phương pháp cân bằng phương trình hoá học theo định hướng phát triển năng lực cho học sinh ” để mong giải đáp phần nào những vướng mắc trên. 2. THỜI GIAN, ĐỐI TƯỢNG ÁP DỤNG: - Thời gian áp dụng: năm học 2014 - 2015 - Đối tượng học sinh THCS 3. NỘI DUNG SÁNG KIẾN 3.1 Tính mới, tính sáng tạo của sáng kiến: Trong nội dung của chương trình hóa học phổ thông chưa có phần hệ thống những phương pháp cân bằng phương trình, qua tham khảo tài liệu bản thân tôi chưa gặp tài liệu nào hệ thống các phương pháp cân bằng phương trình và hệ thống lại những kinh nghiệm cân băng phương trình mà có thể nhiều thầy cô đã sử dụng trong quá trình giảng dạy môn hóa học. Các phương pháp cân bằng hiện nay thường phải tiến hành qua nhiều bước làm cho học sinh khó hiểu, mất nhiều thời gian. Trong khi học sinh THCS đặc biệt là học sinh lớp 8 khi mà các em mới được học và làm quen với môn hoá học, 2 nhiều em còn lúng túng khi cần bằng PTHH, thậm chí có em còn học thuộc máy móc hệ số của từng PTHH. Dựa trên bản chất của những phương pháp cân bằng hiện có và đặc điểm riêng của từng loại phương trình đề tài đưa ra những kinh nghiệm thực tiễn, chỉ ra những kỹ năng cần thiết giúp người học thấy được cần phải làm gì để cân bằng cân bằng đúng PTHH. 3.2 Khả năng áp dụng của sáng kiến : - Sáng kiến có giá trị thực tiễn cao, có khả năng được áp dụng rộng rãi và thường xuyên, không tốn kém kinh tế, đem lại hiệu quả cao. - Sáng kiến có thể được áp dụng dưới dạng một chuyên đề dạy học hoặc được áp dụng thường xuyên trong quá trình dạy học hóa học ở THCS( Kể từ sau khi học sinh học xong bài PTHH ở lớp 8) - Khi được áp dụng sáng kiến góp phần nâng cao chất lượng dạy và học môn hóa học ở trường THCS, góp phần hình thành và phát triển năng lực của học sinh. 4. Khẳng định giá trị, kết quả đạt được của sáng kiến : Các phương pháp cân bằng PTHH ở trên sau khi được áp dụng tôi đã làm các cuộc khảo sát điều tra trên học sinh như: Cho học sinh làm bài kiểm tra, lấy ý kíên của học sinh sau khi các em được học các phương pháp trên, theo dõi kết quả áp dụng qua các bài dạy, cho học sinh làm bài và bấm thời gian, trao đổi thảo luận kết quả với các đồng nghiệp ở cấp THCS. Tôi nhận thấy học sinh tỏ ra rất hứng thú học tập đối với các phương pháp cân bằng trên đặc biệt là phương pháp cân bằng nhẩm. Học sinh sau khi được học đã cân bằng phương trình nhanh hơn, tỷ lệ học sinh cân bằng đúng ngày càng nhiều hơn, đặc biệt là không còn trường hợp học sinh học thuộc hệ số của các phương trình nữa. Các em đã có trong tay các phương pháp cân bằng nên không còn bỡ ngỡ, lúng túng khi gặp các phương trình hoá học lạ hoặc khó nữa. Các em giải bài tập nhanh hơn, yêu thích môn học hơn. 5. Đề xuất và khuyến nghị để áp dụng sáng kiến : 5.1 Trường và phòng giáo dục: 3 - Tổ chức hội thảo chuyên đề hóa học để phổ biến nội dung sáng kiến này đến giáo viên dạy hóa trong huyện cùng nắm được, cùng nhau thảo luận, bổ sung để sáng kiến hoàn thiện hơn. - Thống nhất cách thức áp dụng vào việc giảng dạy hóa học THCS trong toàn huyện. Sau mỗi năm học có tổng kết, đánh giá kết quả áp dụng sáng kiến. 5.2 Cơ sở vật chất: - Cần được đầu tư kinh phí cho việc in ấn phát hành nội dung sáng kiến. - Có phòng học dành cho môn, có máy tính, máy chiếu để phục vụ cho việc giảng dạy góp phần làm tăng hứng thú học tập của học sinh. 4 MÔ TẢ SÁNG KIẾN 1. HOÀN CẢNH NẢY SINH SÁNG KIẾN: Hoá học là môn khoa học thực nghiệm, trong dạy học hoá học ngoài việc hình thành ở học sinh các kĩ năng như thực hành thí nghiệm, phương pháp tự học, kĩ năng giải các bài tập hoá học,....... Thì việc hình thành ở học sinh kĩ năng viết và cân bằng phương trình hoá học (PTHH) là một việc hết sức quan trọng. Nếu cân bằng PTHH mà sai thì các bước tiếp theo của một bài toán hoá học coi như vô nghĩa. (Những dạng toán có liên quan đến viết và cân bằng PTHH). Qua thực tế giảng dạy cho biết có nhiều học sinh rất lúng túng trong việc cân bằng PTHH, nhất là học sinh khối lớp 8 khi các em mới được làm quen với môn Hoá học và các em học sinh lớp 10 khi các em được học về phương trình cân bằng electron để cân bằng phản ứng ôxi hoá - khử. Đôi khi các em còn cố học thuộc hệ số của các chất mà không hiểu dùng phương pháp nào để cân bằng các PTHH đó. Tôi nhận thấy một số giáo viên khi dạy còn ít chú ý tới việc cung cấp cho học sinh các phương pháp cân bằng PTHH. Cho nên, học sinh còn thụ động trong việc cân bằng PTHH, loay hoay với những PTHH lạ hoặc khó dẫn đến tâm lý chán nản, không thích học tập bộ môn hoá học. Do vậy, tôi nhận thấy việc cung cấp cho học sinh những phương pháp cân bằng PTHH thích hợp, phù hợp với trình độ nhận thức của học sinh là vô cùng cần thiết, nên tôi náy sinh sáng kiến “Các phương pháp cân bằng phương trình hoá học theo định hướng phát triển năng lực cho học sinh ” để mong giải đáp phần nào những vướng mắc trên. 1.1 : MỤC ĐÍCH NHIỆM VỤ CỦA SÁNG KIẾN . 1.1.1 Mục đích: - Góp phần nâng cao hơn nữa chất lượng dạy và học bộ môn hoá học. 5 - Giúp học sinh có phương pháp cân bằng PTHH đúng và nhanh, rút ngắn thời gian làm bài tập. - Nâng cao chất lượng học bộ môn hoá học cho học sinh. - Phát huy tính tích cực, tạo hứng thú cho học sinh trong việc học môn hoá học. - Giúp giáo viên hệ thống hoá kiến thức, có phương pháp dạy học phù hợp. 1.1.2 Nhiệm vụ: - Nghiên cứu các phương pháp cân bằng PTHH dành cho học sinh THCS. - Nghiên cứu các phương pháp cân bằng PTHH trong hoá học vô cơ và trong hoá học hữu cơ. - Nghiên cứu các phương pháp cân bằng dành cho học sinh mới được làm quen với môn hoá học. (Học sinh lớp 8 – THCS) - Nghiên cứu các phương pháp cân bằng dành cho học sinh khá, giỏi ở bậc THCS. - Giúp giáo viên có phương pháp giảng dạy thích hợp với từng đối tượng học sinh. 1.2 ĐIỂM MỚI CỦA SÁNG KIẾN Trong nội dung của chương trình hóa học phổ thông chưa có phần hệ thống những phương pháp cân bằng phương trình, qua tham khảo tài liệu bản thân tôi chưa gặp tài liệu nào hệ thống các phương pháp cân bằng phương trình và hệ thống lại những kinh nghiệm cân băng phương trình mà có thể nhiều thầy cô đã sử dụng trong quá trình giảng dạy môn hóa học. Các phương pháp cân bằng hiện nay thường phải tiến hành qua nhiều bước làm cho học sinh khó hiểu, mất nhiều thời gian. Trong khi học sinh THCS đặc biệt là học sinh lớp 8 khi mà các em mới được học và làm quen với môn hoá học, nhiều em còn lúng túng khi cần bằng PTHH, thậm chí có em còn học thuộc máy móc hệ số của từng PTHH. Dựa trên bản chất của những phương pháp cân bằng hiện có và đặc điểm riêng của từng loại phương trình đề tài đưa ra những kinh nghiệm thực tiễn, chỉ ra 6 những kỹ năng cần thiết giúp người học thấy được cần phải làm gì để cân bằng cân bằng đúng PTHH. 1.3 THỜI GIAN, ĐỐI TƯỢNG ÁP DỤNG: - Năm học 2014 - 2015 - Đối tượng học sinh THCS 1.4. ph¬ng ph¸p nghiªn cøu - Tìm hiểu phân tích thông tin trong quá trình dạy học, đúc rút từ kinh nghiệm bản thân và kinh nghiệm học tập qua dự giờ của các đồng nghiệp. - Đọc sách giáo khoa, sách bài tập hoá học các lớp 8,9,10,11, 12. Các sách nâng cao như: Phương pháp giải nhanh các bài toán hoá học trọng tâm, phương pháp giải toán hoá học vô cơ, phương pháp giải toán hoá học hữu cơ, giúp trí nhớ chuỗi phản ứng hoá học, phương pháp cân bằng PTHH của nhiều tác giả........... - Trực tiếp áp dụng đề tài với học sinh lớp 8, 9. - Làm khảo sát trước và sau khi sử dụng đề tài này, trao đổi ý kiến, học hỏi kinh nghiệm của các đồng nghiệp. - Thu thập thông tin qua việc nghiên cứu và học tập trên mạng internet. 2 : c¬ së lý luËn Một trong những bước rất quan trọng trong giải bài tập hoá học cũng là bước đầu tiên đó là viết tất cả các phương trình hoá học theo yêu cầu bài toán, vì theo định nghĩa phương trình hoá học là biểu diễn ngắn gọn phản ứng hoá học. Theo định luật bảo toàn khối lượng, số nguyên tử của mỗi nguyên tố trong các chất trước và sau phản ứng được giữ nguyên tức là bằng nhau. Dựa vào đây và công thức hoá học ta sẽ lập phương trình hoá học để biểu diễn phản ứng, mà đã gọi là phương trình hoá học ( PTHH) thì tất cả các phản ứng phải được cân bằng. Sự cân bằng ở đây dựa theo 2 nguyên tắc: Bảo toàn khối lượng và bảo toàn điện tích. 7 Ngay từ lớp 8, học sinh đã học về cách cân bằng phương trình hoá học, học sinh đã biết có 2 dạng bài tập: Tính theo công thức hoá học và tính theo phương trình hoá học và sau này chủ yếu học sinh làm các bài tập tính theo PTHH. Dạng bài tập này dựa vào hệ số các chất trong phản ứng, từ đó suy ra số mol tương ứng, rồi từ dữ kiện đề cho, theo PTHH mà tính ra kết quả. Chính vì vậy, phải cung cấp cho học sinh những phương pháp cân bằng thích hợp cho vừa cân bằng đúng vừa cân bằng nhanh. Tuỳ từng trình độ phát triển nhận thức của học sinh mà nên đưa ra loại cân bằng nào. Đối với học sinh THCS, nhất là với học sinh lớp 8, khi các em mới làm quen với việc cân bằng thì người giáo viên nên chọn cho các em một phương pháp cân bằng chính, để rèn cho học sinh thấy rằng việc cân bằng phương trình cũng có phương pháp, trình tự, chứ không phải ước lệ hay điền hệ số sao cho bằng nhau là được. Từ thực tế giảng dạy cho tôi thấy, tốt nhất là cung cấp cho học sinh phương pháp xuất phát từ nguyên tố chung nhất hoặc phương pháp chẵn lẻ. đây là những phương pháp đơn giả và dễ hiểu đối với học sinh lớp 8, phù hợp với những phương trình đơn giản. Ngoài ra ta có thể mở rộng bằng các phương pháp nguyên tử nguyên tố, phương pháp nguyên tố tiêu biểu, phương pháp cân bằng theo trình tự kim loại - phi kim, phương pháp hoá trị tác dụng, phương pháp hệ số phân số. Có thể dạy cho học sinh “ mẹo” cân bằng nhanh bằng phương pháp xuất phát từ bản chất hoá học của phản ứng. Với học sinh lớp 9, yêu cầu học sinh phải cân bằng những phương trình phản ứng khó mà nếu dùng các phương pháp trên thì không cân bằng được. Vì vậy, cần cung cấp cho học sinh phương pháp cân bằng đại số, cũng cần cho học sinh thấy rằng phương pháp cân bằng trong hoá vô cơ và hoá hữu cơ có đặc điểm khác nhau. 3. THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ. 3.1 GIÁO VIÊN : 8 - Trong nội dung của chương trình hóa học phổ thông chưa có phần hệ thống những phương pháp cân bằng phương trình, qua tham khảo tài liệu bản thân tôi chưa gặp tài liệu nào hệ thống các phương pháp cân bằng phương trình và hệ thống lại những kinh nghiệm cân băng phương trình mà có thể nhiều thầy cô đã sử dụng trong quá trình giảng dạy môn hóa học. - Do thời gian dạy trên lớp chỉ có 02 tiết dành cho việc dạy học sinh cách lập PTHH và thời gian luyện tập không nhiều giáo viên không có điều kiện hướng dẫn học sinh các phương pháp cân bằng PTHH. - Việc dạy học sinh lập PTHH theo hướng dạy học theo định hướng phát triển năng lực học sinh ở một số trường, một số giáo viên còn chưa được chú ý nhiều. 3.2 HỌC SINH Qua thực tế giảng dạy cho biết có nhiều học sinh rất lúng túng trong việc cân bằng PTHH, nhất là học sinh khối lớp 8 khi các em mới được làm quen với môn Hoá học và các em học sinh lớp 10 khi các em được học về phương trình cân bằng electron để cân bằng phản ứng ôxi hoá - khử. Đôi khi các em còn cố học thuộc hệ số của các chất mà không hiểu dùng phương pháp nào để cân bằng các PTHH đó. Tôi nhận thấy một số giáo viên khi dạy còn ít chú ý tới việc cung cấp cho học sinh các phương pháp cân bằng PTHH. Cho nên, học sinh còn thụ động trong việc cân bằng PTHH, loay hoay với những PTHH lạ hoặc khó dẫn đến tâm lý chán nản, không thích học tập bộ môn hoá học. 9 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG PTHH THEO ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC 4.1 Các phương pháp cân bằng phản ứng hoá học dành cho học sinh THCS. Có nhiều phương pháp cân bằng phương trình hoá học, tuỳ theo trình độ kiến thức hoá học ở những giai đoạn học tập hoá học khác nhau mà ta chọn những phương pháp cân bằng thích hợp. 4.1.1 Phương pháp xuất phát từ nguyên tố chung nhất. Đây là phương pháp được sử dụng nhiều nhất và cũng dễ hiểu nhất đối với học sinh THCS, nhất là đối với học sinh khối 8, khi còn lúng túng trong việc cân bằng PTHH. Nguyên tắc: Chọn nguyên tố xuất hiện ở nhiều chất nhất trong phản ứng để bắt đầu cân bằng hệ số các phân tử.( GV hướng dẫn học sinh làm mẫu ví dụ 1) Ví dụ1: Al + O2  Al2O3 Nguyên tố có mặt nhiều nhất là Ôxi: ở vế trái có 2 nguyên tử Ôxi, vế phải có 3 nguyên tử Ôxi. Tìm BCNN của 2 và 3 là 6. Hệ số của O2 = 6: 2 = 3. Hệ số của Al2O3 = 6 : 3 = 2. Dẫn đến có 4 nguyên tử Al (ở vế phải)  Hệ số của Al là 4. Vậy: 4Al + 3O2 0 t  2Al2O3 Với phương pháp này học sinh vẫn có thể cân bằng được các phương trình phản ứng khó mà nếu theo phương pháp thông thường sẽ gặp khó khăn trong việc cân bằng. Ví dụ 2: Cu + HNO3  Cu (NO3)2 + NO + H2O Nguyên tố có mặt nhiều nhất là Ôxi: ở vế trái có 3 nguyên tử Ôxi, ở vế phải có 8 nguyên tử Ôxi. Tìm BCNN của 3 và 8 là 24. Hệ số của HNO3 = 24 : 3 = 8. 10 Ta có: 8HNO3  4H2O  2NO (vì số nguyên tử N ở vế trái chẵn)  3 Cu(NO3)2 (Vì ( 8-2) : 2 = 3)  3Cu. Vậy: 3Cu + 8HNO3  3Cu (NO3)2 + 2NO +4H2O 4.1.2. Phương pháp “ chẵn - lẻ” Đây cũng là phương pháp được dùng khá nhiều trong việc cân bằng phương trình của học sinh. Nguyên tắc: Một phản ứng sau khi đã cân bằng thì số nguyên tử của 1 nguyên tố ở vế trái phải bằng số nguyên tử của nguyên tố đó ở vế phải. Vì vậy, nếu số nguyên tử của 1 nguyên tố ở một vế là số chẵn thì ở vế kia nó cũng phải là số chẵn. Nếu ở một công thức nào đó, số nguyên tử của nguyên tố đó còn là số lẻ thì phải nhân đôi. Ví dụ 1: Gv hướng dẫn học sinh ví dụ 1 FeS2 + O2  Fe2O3 + SO2 ở vế trái số nguyên tử Ôxi là chẵn với bất kỳ hệ số nào. ở vế phải trong SO2 nó là số chẵn nhưng trong Fe2O3 nó là số lẻ nên phải nhân đôi. Từ đó cân bằn tiếp các hệ số còn lại (2) (4) (1) (3) 4FeS2+11O2  2Fe2O3+ 8SO2. (ở đây chữ số để trong dấu ngoặc chỉ thứ tự các động tác cân bằng). Hoặc có thể biểu diễn thứ tự cân bằng theo sơ đồ sau: 2Fe2O3  4FeS2  8SO2  11O2. Ví dụ 2: P + O2  P2O5. ở vế trái số nguyên tử Ôxi là chẵn với bất kỳ hệ số nào. ở vế phải, trong P2O5 số nguyên tử Ôxi là lẻ nên phải nhân đôi. Từ đó cân bằng tiếp các hệ số còn lại. (2) (3) (1) 4P +5O2  2P2O5. 11 Hoặc có thể biểu diễn thứ tự cân bằng theo sơ đồ sau: 2P2O5  4P  5O2. 4.1.3. Phương pháp cân bằng theo trình tự kim loại - phi kim Nguyên tắc: Đầu tiên cân bằng số nguyên tử kim loại và phi kim rồi đến số nguyên tử Hiđro, sau cùng đưa vào các hệ số đã biết để cân bằng số nguyên tử Ôxi. Ví dụ1: NH3 + O2  NO + H2O ở phản ứng này không có kim loại. Nguyên tử phi kim N đã cân bằng nên đầu tiên cân bằng nguyên tử H. Sau đó cân bằng nguyen tử N. Cuối cùng cân bằng nguyên tử O rồi nhân tất cả với 2 để đưa về hệ số nguyên. (1) (4) (3) (2) 5 2NH3 + 2 O2  2NO + 3H2O (Chữ số trong dấu ngoặc chỉ thứ tự cân bằng) Vậy: 4NH3 +5O2  4NO + 6H2O Al2O3 + HCl  AlCl3 + H2O. Ví dụ 2: Nguyên tử Al chưa cân bằng nên trước tiên ta cân bằng nguyên tử Al. Sau đó ta cân bằng theo thứ tự các nguyên tử Cl; H cuối cùng nguyên tử O sẽ tự cân bằng khi các nguyên tử khác đã cân bằng. (1) (3) (2) (4) Ta có: Al2O3 + 6HCl  2AlCl3 + 3H2O. Vậy: Al2O3 + 6HCl  2AlCl3 + 3H2O Chú ý: Khi cân bằng các nhóm nguyên tố, các gốc axit chuyển nguyên vẹn từ vế trái sang vế phải (chúng không bị phá vỡ trong phản ứng hoá học) nên sau khi cân bằng kim loại ta nên cân bằng các nhóm, các gốc đó, như vậy việc cân bằng sẽ nhanh hơn. 12 Ví dụ 3: Al2O3 + HNO3  Al (NO3)3 + H2O. Trước tiên ta cân bằng nguyên tử Al. Tiếp theo cân bằng theo thứ tự nhóm nguyên tố NO3, cuối cùng là H. Vậy ta có: Al2O3 + 6HNO3  2 Al (NO3)3 + 3H2O. 4.1.4. Phương pháp xuất phát từ bản chất hoá học của phản ứng Nguyên tắc: Phương pháp này lập luận dựa vào bản chất của phản ứng để cân bằng. Ví dụ: Fe2O3 + CO  Fe + CO2. t0 Theo phản ứng trên khi CO bị ôxi hoá thành CO2, nó kết hợp thêm Ôxi. Trong phân tử Fe2O3 có 3 nguyên tử O. Như vậy, đủ để biến 3 phân tử CO thành 3 phân tử CO2. Do đó ta cần đặt hệ số 3 trước công thức CO và CO2, sau đó đặt hệ số 2 trước Fe: Fe2O3 + 3CO 0 t  2Fe + 3CO2. Thực tế cho thấy, khi cân bằng dạng phương trình trên học sinh thấy lúng túng vì không biết áp dụng phương pháp thông thường nào hay dùng. Với phương pháp trên học sịnh chỉ cần nhìn vào chỉ số nguyên tử của của nguyên tố Ôxi trong trong công thức của ôxit kim loại, sau đó đặt chỉ số thành hệ số của chất khử (CO) rồi cân bằng các chất còn lại. Ví dụ: Fe3O4 + 4 CO t  FexOy + y CO t  0 0 3 Fe + 4 CO2 x Fe + y CO2. Ngoài CO thì phương pháp này cũng đúng cho 1 số chất khử như H2; Al… Ví dụ: FexOy + 3H2 0 t  xFe + yH2O 13 Fe2O3 + 2Al  t0 2Fe + Al2O3. 4.1.5. Phương pháp nguyên tử nguyên tố Nguyên tắc: Khi cân bằng, ta cố ý viết công thức của đơn chất khí (H 2; O2; Cl2; ….) dưới dạng nguyên tử riêng biệt rồi lập luận qua 1 số bước. Ví dụ1: Cân bằng phản ứng: P + O2 Ta viết: P + O 0 t  0 t  P2O5. P2O5. Để tạo thành một phân tử P2O5 cần 2 nguyên tử P và 5 nguyên tử O: 2P + 5O 0 t  P2O5. Nhưng phân tử Ôxi bao giờ cũng gồm 2 nguyên tử, như vậy nếu lấy 5 phân tử O 2 tức là số nguyên tử Ôxi tăng lên gấp 2 thì số nguyên tử P và số phân tử P 2O5 cũng tăng gấp 2 (tức là 4 nguyên tử P và 2 P2O5) (tức là 10 nguyên tử O). Do đó: 4P + 5O2 0 t  2 P2O5. Ví dụ 2: Cân bằng phản ứng: Fe + Cl2 0 t  FeCl3 Ta viết: Fe + Cl2  FeCl3 Để tạo thành một phân tử FeCl3 cần 3 nguyên tử Cl: Fe + 3Cl2  FeCl3 Nhưng phân tử Clo bao giờ cũng gồm 2 nguyên tử, như vậy nếu lấy 3 phân tử Cl 2 tức là số nguyên tử Cl tăng lên gấp 2 thì số nguyên tử Fe và số phân tử Fe 2O3 cũng tăng lên gấp 2 (tức là 2 nguyên tử Fe và 2 FeCl3) (tức là 6 nguyên tử Cl) Do đó: 2 Fe + 3 Cl2  2 FeCl3 4.1.6. Phương pháp hoá trị tác dụng Hoá trị tác dụng là hoá trị của nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử của các nguyên tố trong các chất tham gia và tạo thành trong phản ứng hoá học. * Các bước tiến hành: 14 - Xác định hoá trị tác dụng: Ghi hoá trị tác dụng lên phía trên công thức của các chất. - Tìm bội chung nhỏ nhất (BCNN) của các hoá trị các chất tác dụng. - Lấy BCNN chia cho các hoá trị ta sẽ được các hệ số. Ví dụ1: Cân bằng phản ứng: BaCl2 + Fe2(SO4)3  BaSO4 + FeCl3 - Xác dịnh hoá trị tác dụng. Ghi hoá trị tác dụng lên phía trên công thức các chất. II I III II II II III I BaCl2 + Fe2(SO4)3  BaSO4 + FeCl3 - Tìm BCNN của các hoá trị các chất tác dụng: BCNN (3;2;1) = 6. - Lấy BCNN chia cho các hoá trị ta được các hệ số: 6 6 6  3;  6; 2 II I III Ta có: 3BaCl2 + Fe2(SO4)3  3BaSO4 + 2FeCl3 Ví dụ 2: Cân bằng phản ứng: NaOH + Al2(SO4)3  Al(OH)3 + Na2SO4 - Xác định hoá trị tác dụng: I I III II III I I II NaOH + Al2(SO4)3 Al(OH)3 + Na2SO4 - Tìm BCNN của các hoá trị các chất tác dụng BCNN (1;2;3) = 6. - Tìm hệ số : 15 6 6 6  3;  6; 2 II I III Ta có: 6NaOH + Al2(SO4)3  2Al(OH)3 + 3Na2SO4 Dùng phương pháp này sẽ củng cố được khái niệm hoá trị, cách tính hoá trị, nhớ hoá trị của 1 số nguyên tố thường gặp. 4.1.7. Phương pháp cân bằng theo “nguyên tố tiêu biểu”  “ Nguyên tố tiêu biểu” là nguyên tố có đặc điểm sau: - Có mặt ít nhất trong các chất ở phản ứng đó. - Liên quan gián tiếp đến nhiều chất trong phản ứng. - Chưa thăng bằng về số nguyên tử ở hai vế.  Các bước tiến hành: 3 bước. - Chọn “nguyên tố tiêu biểu”. - Cân bằng nguyên tố tiêu biểu. - Cân bằng các nguyên tố khác theo nguyên tố này. Ví dụ: Cân bằng phản ứng: KMnO4 + HCl  KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O. + Chọn nguyên tố tiêu biểu: Ôxi. + Cân bằng nguyên tố tiêu biểu: KMnO4  4 H2O. + Cân bằng các nguyên tố - Cân bằng H: 4H2O  8HCl - Cân bằng Cl: 8HCl  KCl + MnCl2 + 5 2 Cl2 Ta được 5 KMnO4 + 8HCl  KCl + MnCl2 + 2 Cl2 + 4H2O. Sau cùng quy đồng và khử mẫu tất cả các hệ số để có hệ số nguyên, ta được: 16 khác: 2 KMnO4 + 16HCl 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O. 4.1.8. Phương pháp dùng hệ số phân số Nguyên tắc: Đặt các hệ số vào công thức của các chất trong phản ứng không phân biệt số nguyên hay phân số sao cho số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở 2 vế đều bằng nhau. Sau đó quy đồng rồi khử mẫu số chung của tất cả các hệ số. Ví dụ1: P + O2  P2O5. 5 - Đặt hệ số để cân bằng: 2P + 2 O2  P2O5. - Nhân các hệ số với mẫu số để khử mấu của phân số: 5 2. 2P + 2. 2 O2  to Hay: 4P +5O2  to 2 P2O5. 2 P2O5. Ví dụ2: Al + O2  to Al2O3. 3 - Đặt hệ số để cân bằng: 2Al + 2 O2  Al2O3. - Nhân các hệ số với mẫu số để khử mẫu của phân số: 3 2. 2Al + 2. 2 O2  2Al2O3. Hay: 4Al +3O2  2Al2O3. 4.1.9. Phương pháp cân bằng đại số Phương pháp này dùng để cân bằng những phương trình phản ứng khó giúp học sinh THCS có thể cân bằng được những phương trình giành cho học sinh THPT (khi đã học phương pháp cân bằng electron). Nguyên tắc: Dùng đại số để xác định hệ số phân tử của các chất tham gia và thu được sau phản ứng hoá học, ta coi các hệ số của các chất tham gia là các ẩn số và kí hiệu bằng các chữ a,b, c,.. sau đó cân bằng hệ số của các chất tạo thành theo hệ số 17 của các chất tham gia. Từ đó, dựa vào mối quan hệ tương quan và cân bằng theo trình tự kim loại - phi kim, giữa các nguyên tử của các nguyên tố để lập ra 1 hệ phương trình bậc nhất nhiều ẩn số . Giải hệ phương trình này và chọn các nghiệm là các số nguyên dương nhỏ nhất, ta sẽ xác định được hệ số phân tử của các chất trong PTHH. Ví dụ: Cân bằng phản ứng hoá học theo sơ đồ sau: Cu + HNO3  Cu(NO3)2 + NO +H2O Kí hiệu các hệ số phải tìm bằng các chứ a; b; c; d; e và ghi vào phương trình ta được: a Cu +b HNO3 = c Cu (NO3)2 +d NO +e H2O Xét về số nguyên tử Cu, ta có: a = c. (1) Xét về số nguyên tử H, ta có: b = 2 e. (2) Xét về số nguyên tử N, ta có: b = 2c+ d. (3) Xét về số nguyên tử O, ta có: 3b = 6c + d+ e. (4) Từ phương trình (2)  e = b 2 Từ phương ttrình (3)  d = b - 2c. Thay 3b = 6c + b – 2c + b= vào phương trình (4), ta có: b 2 8c 3 Ta thấy, để cho giá trị của b là những số nguyên thì giá trị của c phải là những số chia hết cho 3. Trong trường hợp này để cho các hệ số của phương trình hoá học là những số nguyên nhỏ nhất ta cần lấy: c = 3. Khi đó, a = 3; b = 8; d = 2; e = 4. Vậy phương trình phản ứng hoá học trên có dạng: 18 3 Cu + 8HNO3  3Cu (NO3)2 + 2NO +4H2O Khi cho c = 6 và tính các hệ số khác của phương trình ta thấy những hệ số thứ 2 này chỉ là bội số của các hệ số thứ nhất (xem bảng dưới đây). a 3 6 b 8 16 c 3 4 d 2 4 e 4 8 ở ví dụ trên, trong phương trình hoá học có 5 chất (Cu; HNO ; 3 Cu(NO3)2 ; NO; H2O ) và 4 nguyên tố (Cu; H; N; O) khi lập phương trình đại số để cân bằng ta được 1 hệ 4 phương trình với 5 ẩn số. Hay nói 1 cách tổng quát ta có n ẩn số và n – 1 phương trình. Như vậy khi lập hệ phương trình đại số để cân bằng 1 phương trình hoá học nếu có bao nhiêu chất trong phương trình phản ứng hóa học thì có bấy nhiêu ẩn số và nếu có bao nhiêu nguyên tố tạo nên các chất đó thì có bấy nhiêu phương trình. Từ nhận xét trên, tôi thử dùng phương pháp này để cân bằng hầu hết các phương trình phản ứng hoá học có trong chương trình phổ thông, đã gặp các trường hợp sau đây: 1. Các phương trình phản ứng hoá học trong đó số các chất tham gia và thu được phản ứng bằng số các nguyên tố cấu tạo nên các chất ấy Ví dụ: P2O5 + H2O  H3PO4 Hoặc số các chất tham gia và thu được sau phản ứng lớn hơn số các nguyên tố cấu tạo nên chúng 1 đơn vị (đại bộ phận các phương trình phản ứng hoá học đều rơi vào trường hợp này). Khi lập các hệ phương trình đại số để cân bằng các phương trình phản ứng hoá học này, ta được hệ phương trình bậc nhất có n ẩn và n phương trình hoặc n ẩn số và 19 n - 1 phương trình. Giải những hệ phương trình này ta được vô số nghiệm nhưng bao giờ ta cũng chọn được những nghiệm nguyên dương nhỏ nhất phù hợp với phương trình hoá học. 2. Các phương trình phản ứng hoá học trong đó số các chất tham gia phản ứng hoá học lớn hơn số các nguyên tố cấu tạo nên các chất ấy từ 2 đơn vị trở lên. Ví dụ: KI + H2O + O3  KOH + I2 + O2 (6 chất, 4 nguyên tố) H2S + K2Cr2O7 + H2SO4  S + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O (7 chất, 5 nguyên tố) H2O2 + AgNO3 + NH4OH  O2 + Ag + NH4NO3 + H2O (7 chất, 4 nguyên tố) Khi lập hệ phương trình đại số để cân bằng những phương trình phản ứng hoá học này, ta được những hệ phương trình có n ẩn số nhưng chỉ có n - 2 hoặc n - 3 phương trình.Giải những hệ phương trình này phức tạp, dài, mất nhiều thời gian và cho ta những kết quả không duy nhất. Khi đó phải căn cứ vào bản chất hoá học của phản ứng để biện luận và chọn những nghiệm số thích hợp cho phương trình hoá học. Đây là những việc làm khó đối với học sinh lớp 8; 9. Để làm sáng tỏ những nhận xét trên, chúng ta hãy cân bằng phương trình phản ứng oxi hoá- khử theo sơ đồ sau: aH2S + bK2Cr2O7 + cH2SO4(loãng)  d S + e K2SO4 + f Cr2(SO4)3 + g H2O  Xét về số nguyên tử H ta có: 2a + 2c = 2g (1)  Xét về số nguyên tử S ta có: a + c = d + e + 3f (2)  Xét về số nguyên tử K ta có: 2b = 2e (3 )  Xét về số nguyên tử Cr ta có: 2b = 2f (4 )  Xét về số nguyên tử O ta có: 7b + 4c = 4e + 12f + g - Từ phương trình (1 ) ta có: a + c = g - Từ phương trình (2 ) ta có: d = a + c – e – 3f 20 ( 5)