Tài liệu Skkn phương pháp cân bằng phương trình hóa học áp dụng cho tất cả các phương trình hóa học khó (hóa học thcs)

PHÒNG GD-ĐT ……………. TRƯỜNG THCS …………… ------------------------------------- BÁO CÁO KẾT QUẢ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Tên sáng kiến kinh nghiệm: PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG PHƯƠNG TRÌNH HÓA HỌC ÁP DỤNG CHO TẤT CẢ CÁC PHƯƠNG TRÌNH HÓA HỌC KHÓ Môn: Hóa học Tổ: Khoa học tự nhiên Mã: 31 Người thực hiện: Điện thoại: Email: Trang 1 MỤC LỤC PHÂN I: ĐẶT VẤN ĐỀ I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI……………………………………..…………….4 II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU:……………………………….……………5 III. VẤN ĐỀ CẦN LÀM RÕ:……………………………………..…………5 IV. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:……………………………..……………5 V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…………………………..…………5,6 PHẦN II: NỘI DUNG ĐỀ TÀI I.CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN:……………………………………7 II. THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU……………………….…8
18 III. Ý NGHĨA VÀ TÁC DỤNG CỦA GIẢI PHÁP MỚI………….……….17 IV. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI……………………………….17 V.MÔ TẢ ĐỀ TÀI………………………………………………...………… V.1 THUYẾT MINH TÍNH MỚI………………………………...…..18 V.2 HƯỚNG DẪN HS CÂN BẰNG PTHH THEO PP MỚI V.2.a. Những PTHH bình thường ...................................................18 V.2.b Hướng dẫn HS cân bằng PTHH bằng 2 cách cũ và mới.......18,19 V.2. c. Với những PTHH có đồng thời 2,3 chất khử...................20,21 V.2. d.Với những PTHH oxi hóa khử có nhiều sản phẩm từ một chất oxi hóa............................................................................................21,22 V.2.e. Với những PTHH oxi hóa - khử xẩy ra trong môi trường axit, bazơ thường cho rất nhiều sản phẩm.......................................22
25 V.2.g.Với những PTHH oxi hóa - khử các hợp chất hữu cơ.............25 VI. NHỮNG ĐIỀU CẦN LƯU Ý KHI THỰC HIỆN PP MỚI………….25 VII. KẾT QUẢ THỰC HIỆN…………………………………..25
29 Trang 2 PHẦN III: KẾT LUẬN I- NHỮNG ĐIỀU KIỆN KINH NGHIỆM ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP .30 II- NHỮNG TRIỂN VỌNG TRONG VIỆC VẬN DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN GIẢI PHÁP………………………………………………..31 III- ĐỀ XUẤT Ý KIẾN……………………………………………32 Trang 3 CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT -PTHH: Phương trình hóa học -PP: Phương pháp - HS: Học sinh - GV: Giáo viên - THCS: Trung học cơ sở - THPT :Trung học Phổ thông -PT: Phương trình - SGK: Sách giáo khoa - NXB: Nhà xuất bản Trang 4 PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong quá trình dạy học, việc nâng cao chất lượng dạy và học là một vấn đề được quan tâm hàng đầu. Để đạt được vấn đề đó đòi hỏi phải có sự nổ lực về cả 2 phía: thầy và trò. Bởi vì dạy học vừa mang tính khoa học vừa mang tính nghệ thuật, để nâng cao chất lượng giảng dạy đòi hỏi người giáo viên phải có năng lực sư phạm vững vàng, có những phương pháp(PP) giảng dạy phù hợp, theo hướng tích cực giúp học sinh (HS) chủ động trong việc tìm kiếm lĩnh hội kiến thức. Việc nâng cao chất lượng giảng dạy nói chung và dạy học môn Hóa học nói riêng cần có những phương pháp đặc trưng riêng. Ngoài việc lên lớp, người giáo viên(GV) phải không ngừng học hỏi, tìm kiếm tham khảo những tài liệu có liên quan để làm sao có thể truyền đạt những kiến thức cho học sinh một cách nhẹ nhàng, dể hiểu. Sự tiếp thu của học sinh nhiều hay ít, nhanh hay chậm là yếu tố quyết định cho chất lượng học tập. Trong chương trình Hóa học THCS và THPT hầu hết các bài tập trong hệ thống bài tập hóa học đều có liên quan đến phương trình hóa học. Do đó việc lập phương trình hóa học giữ vai trò hết sức quan trọng, đặc biệt nó là yếu tố tiên quyết để giải bài toán tính theo phương trình hóa học. Khi học sinh thực hiện lập phương trình hóa học các em thường bị mắc kẹt ở những phương trình hóa học khó như số chất tham gia và tạo thành nhiều, các phương trình phản ứng oxi hóa -khử, đặc biệt những bài toán khó xác định số oxi hóa. Mặt khác em lại vô cùng lúng túng trong việc lựa chọn hàng loạt những phương pháp cân bằng PTHH như: Phương pháp đại số, phương pháp cần bằng eletron, phương pháp chẵn – lẻ, phương pháp làm chẵn số nguyên tử …Trước những khó khăn đó bản thân tôi là một giáo viên đang trực tiếp giảng dạy môn hóa và bồi dưỡng học sinh giỏi tôi xin mạnh dạn đề xuất một phương pháp mới để giúp học sinh giải quyết tất cả các phương trình hóa học khó có thể thay thế cho tất cả các phương pháp khác Vì vậy tôi đã chọn đề tài: “Phương pháp cân bằng phương trình hóa học áp dụng cho tất cả các phương trình hóa học khó ” để nghiên cứu. Trang 5 II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: - Nghiên cứu đề tài này để giúp học sinh cân bằng được bất kì PTHH nào ,cho dù phương trình đó có rất nhiều chất tham gia và sản phẩm, hay các em không thạo trong việc xác định số oxi hóa hoặc khó xác định số o xi hóa của các nguyên tử trong phân tử các chất ở phản ứng oxi hóa- khử . - Qua đề tài có thể rút ra kinh nghiệm để có thể áp dụng ở trường chúng tôi và một số trường trong huyện với mục đích cuối cùng là giúp học sinh có thể tự tin nhanh chóng cân bằng được các PTHH để làm toán nhanh hơn, chính xác, dạt hiệu quả cao và có hứng thú với bài học hơn. III. VẤN ĐỀ CẦN LÀM RÕ: - Hướng dẫn HS cách cân bằng PTHH theo phương pháp mới này: phương pháp đặt hệ số của 2 chất nào đó trong PT là x, y (x, y, là số nguyên dương khác 0) . Rồi tìm mối quan hệ giữa 2 ẩn này, sâu đó chọn giá trị tối giản nhất cho 1 ẩn suy ra ẩn còn lại . - Chỉ ra những kinh nghiệm trong việc lựa chọn những chất để đặt hệ số là các ẩn x, y. IV. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU: * Chủ thể: PTHH, đặc biệt là những PT khó. * Khách thể: Học sinh lớp 8,9. Đặc biệt là đối tượng HS khá giỏi trong 2 năm học: 2014-2015, 2015-2016 . * Giới hạn về không gian của đối tượng nghiên cứu: trường THCS …………-Vĩnh Tường-Vĩnh Phúc. * Phạm vi và kế hoạch nghiên cứu: Bắt đầu từ năm học 2014-2015 và kết thúc vào năm học 2015-2016. V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Biện pháp nghiên cứu lí thuyết: Nghiên cứu kỹ chương trình hóa học THCS, tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi, đặc biệt là bài 16 của Hóa học 8 nhằm xây dựng cơ sở lí luận cho đề tài. - Biện pháp quan sát: Trực tiếp dự giờ giáo viên, trao đổi cùng đồng nghiệp để rút kinh nghiệm. Trực tiếp chấm, chữa bài kiểm tra Trang 6 thường xuyên, kiểm tra định kì từ tiết 22 trở đi, kết quả kiểm tra học kì và thi học sinh giỏi các cấp qua các năm học: 2014 -2015, 2015 – 2015, của học sinh trường THCS ……… nhằm tìm hiểu việc rèn luyện kĩ năng lập phương trình hóa học của học sinh. - Biện pháp điều tra: Phát hành phiếu điều tra thu thập thông tin. - Biện pháp nghiên cứu sản phẩm: Áp dụng dạy thực nghiệm các tiết học 22, 23 Hóa học 8, các tiết học sau có liên quan đến lập phương trình hóa học, các tiết phụ đạo và bồi dưỡng học sinh giỏi ở trường THCS Lũng Hòa. Trong đề tài này tôi đã vận dụng các phương pháp nghiên cứu khoa học như: - Phân tích lý thuyết - Điều tra cơ bản - Tổng kết kinh nghiệm sư phạm Một số phương pháp thống kê toán học trong việc phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm v.v.. Trang 7 PHẦN II. NỘI DUNG ĐỀ TÀI I.CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN: 1) Cơ sở lý luận: Tầm quan trọng của lập phương trình hóa học trong chương trình hóa học THCS: - Lập phương trình hóa học là một trong những khâu rất quan trọng trong quá trình dạy và học môn Hóa học, giúp học sinh củng cố kiến thức đã học, đồng thời là cơ sở quan trọng để thực hiện tiếp và hoàn chỉnh các dạng bài tập định tính, định lượng trong chương trình hóa THCS và THPT sau này. - Khi thực hiện lập phương trình hóa học tư duy của học sinh có khả năng phát triển cao, vì khi đó học sinh phải có cái nhìn tổng quát về sơ đồ phản ứng đã đúng hay chưa để tiến hành chọn hệ số đặt trước các công thức hóa học trong sơ đồ phản ứng và lập thành phương trình hóa học. - Ngoài ra, khi thực hiện lập phương trình hóa học giúp học sinh có thao tác nhanh nhẹn để giải quyết tốt lượng bài tập trong thời gian ngắn nhất. 2) Cơ sở thực tiễn: - Dựa vào các tài liệu: + Sách giáo khoa và sách bài tập hóa học 8, 9. + Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp. + Tích lũy chuyên môn của cá nhân trong quá trình dạy học. + Hướng dẫn giải nhanh bài tập hóa học (Cao Cự Giác). + Tạp chí Hóa học và ứng dụng. - Thực tế dạy học của cá nhân nhiều năm liền ở bộ môn Hóa học của 2 khối 8, 9 và bồi dưỡng HS giỏi các cấp. - Kết quả dạy học của các nhân, dự giờ giáo viên trong trường, tham gia dạy và dự thao giảng, hội giảng ở trường, ở các cụm trong huyện Vĩnh Tường trong nhiều năm. Trang 8 - Kết quả phân tích bài kiểm tra thường xuyên, kiểm tra định kì các tiết 53, 60, kiểm tra học kì II và thi sinh giỏi các cấp qua các năm học: 2014 – 2015, …, 2015 – 2016. - Thăm dò ở học sinh bằng phiếu điều tra về việc tiếp thu phương pháp lập nhanh phương trình hóa học. II. THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. II.1. Thực trạng của vấn đề cân bằng phương trình hóa học ở bậc THCS đòi hỏi phải có giải pháp mới để giải quyết: - Đã có rất nhiều những phương pháp cần bằng PTHH được áp dụng(ở đây tôi chỉ xin nêu ra 3 phương pháp cũng đã được áp dụng rất nhiều ) ,nhưng có những PTHH rất phức tạp khiến học sinh rất lúng túng như thể: Dùng phương pháp đại số thì hết sức phức tạp vì số lượng chất tham gia và sản phẩm quá nhiều, hoặc có những phương trình khó xác định số oxi hóa, hoặc học sinh không thạo việc xác định số oxi hóa thì việc cần bằng lại càng trở lên khó khăn, vậy giải pháp của việc này là tìm ra một phương pháp mà giải quết hết được những khó khăn trên. II.2. Những phương cân bằng PTHH đã được sử dụng và những hạn chế của nó. II.2.a – Lập Phương trình hóa học theo phương pháp cân bằng đại số Phương pháp: Đặt ẩn là các hệ số của các chất trong phương trình, từ đó lập được một hệ phương trình nghiệm nguyên vô định. Tìm nghiệm nguyên tối giản nhất là hệ số của các phương trình tương ứng. Các bước: B1: Đặt các hệ a,b,c.d và thiết lập các đẳng thức toán để bảo toàn số nguyên tử mỗi nguyên tố. B2: Chọn nghiệm tự do cho 1 hệ số bất kỳ ⇒ các hệ số khác. B3: Khử mẫu, nếu các hệ số dạng phân số. Ví dụ 1: o t aFeS2 + bO2  → cFe2O3 những số nguyên dương) + dSO2 (Điều kiện a, b, c, d là Ta có: a = 2c , 2a = d , 2b = 3c + 2d Trang 9 Chọn: c = 1 ⇒ a =2 ; d = 4 ; b = 11 2 ⇔ c = 2 ; a = 4 ; d = 8 ; b = 11 o Phương trình hóa học là: 4FeS2 + t 11O2  → 2Fe2 O3 + 8SO2 o t CxHyOz + O2  → CO2 + H2 O Ví dụ 2: Cân bằng nhẩm đối với C,H và đặt hệ số O2 là t o t CxHyOz + t O2  → xCO2 + Ta có : 2t + z = 2x + y 2 y y 2 H2 O ⇒ t = (x+ ) 4 Phương trình hóa học là: y o t CxHyOz + ( x + )O2  → xCO2 + 4 Ví dụ 3: y 2 H2 O aC6 H12O6
bC2 H5 OH + cCO2 Ta có: 6a = 2b + c; 12a = 6b; 6a = b + 2c Chọn: a = 1 ⇒ b = 2; c = 2 Phương trình hóa học là: C6 H12O6
2C2H5 OH + 2CO2 . * Hạn chế 1: Phương pháp đại số có thể dùng cho nhiều sơ đồ phản ứng, nhưng điểm hạn chế của phương pháp đại số là phải lập một hệ phương trình nghiệm nguyên có vô số nghiệm. Với sơ đồ phản ứng càng phức tạp thì hệ phương trình nghiệm nguyên càng cồng kềnh (sơ đồ phản ứng có n hệ số thì phải lập hệ phương trình đại số có n-1 phương trình), việc giải hệ phương trình mất rất nhiều thời gian (Nhất là không biết loại đi những phương trình đại số phức tap). Do đó, khi nào chúng ta thực hiện cân bằng theo các trình tự đã hướng dẫn không thành công thì mới sử dụng phương pháp đại số. II.2.b – Phương pháp thăng bằng hóa trị: Phương pháp này có hiệu quả khi gặp các phản ứng của kim loại, một số phi kim tác dụng với axit HNO3 và H2 SO4 đặc (không giải phóng H2 ). Các bước thực hiện như sau: B1 : Xác định nguyên tố tăng và nguyên tố giảm hóa trị (nguyên tố chỉ có hóa trị khi ở trong hợp chất, còn ở dạng đơn chất thì không có hóa trị. quy ước: hóa trị của nguyên tố trong đơn chất là 0) B2 : Thăng bằng tăng giảm: Lấy số hóa trị giảm làm hệ số cho nguyên tố tăng hóa trị, lấy số hóa trị tăng làm hệ số cho nguyên tố giảm hóa trị. Trang 10 B3 : Cân bằng số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở 2 vế theo thứ tự: kim loại, phi kim, hiđro, oxi. Ví dụ1: 0 Vì 5 + Cu H N O3 2 2 ---- > Cu (NO3 )2 + H2O + N O Cu : tăng 2 N: giảm 3 Hệ số tạm thời: 3Cu + HNO3 ---- > 3Cu(NO3 )2 + H2 O + 2NO Tiếp tục thực hiện cân bằng số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở 2 vế của sơ đồ phản ứng tạm thời theo thứ tự: Cu, N, H, O ta được Phương trình hóa học là: 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO Ví dụ2: 0 6 3 4 Fe + H2 S O4 đặc nóng ---- > Fe 2(SO4)3 + H2 O + S O2 ↑ Fe Tăng 3 S Giảm 2 Hệ số tạm thời: 2Fe + H2SO4 ---- > Fe2(SO4)3 + H2 O + 3SO2 Tiếp tục thực hiện cân bằng số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở 2 vế của sơ đồ phản ứng tạm thời theo thứ tự: Fe, S, H, O ta được Phương trình hóa học là: 2Fe + 6H2 SO4 → Fe2(SO4)3 + 6H2 O + 3SO2 . Ví dụ3: 0 C 6 4 4 + H2 S O4 đặc nóng ---- > S O2 + C O2 C Tăng 4 S Giảm 2 + H2 O Hệ số tạm thời: Trang 11 2C + 4H2SO4 đặc nóng ---- > 4SO2 + 2CO2 + H2 O Tiếp tục thực hiện cân bằng số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở 2 vế của sơ đồ phản ứng tạm thời theo thứ tự: C, S, H, O và rút gọn hệ số ta được phương trình hóa học là: C + 2H2 SO4 đặc nóng
2SO2 + CO2 + 2H2 O II.2.c. Phương pháp cân bằng electron Để cân bằng được các PTHH của phản ứng oxi hóa – khử cần hướng dẫn học sinh theo các yêu cầu sau: II.2.c1- Phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa – khử các hợp chất hữu cơ: - Số oxi hóa và cách xác định số oxi hóa: - Số oxi hóa: Số oxi hóa của một nguyên tố trong phân tử là điện tích của nguyên tử nguyên tố đó trong phân tử, nếu giả định rằng liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử là liên kết ion. Nguyên tử mất electron có số oxi hóa dương, nguyên tử nhận electron có số oxi hóa âm và giá trị của số oxi hóa bằng số electron mà nguyên tử mất hay nhận. - Cách xác định số oxi hóa: Để xác định số oxi hóa của nguyên tố cần dựa vào các qui tắc sau: Qui tắc 1: Số oxi hóa của nguyên tố trong các đơn chất bằng không. Ví dụ: Số oxi hóa của Cu, Zn, H2 , N2 , O2 , Cl 2 , ... đều bằng không. Qui tắc 2: Trong hầu hết các hợp chất, số oxi hóa của hiđro bằng +1, −1 trừ hiđrua kim loại (Na H , ...). Số oxi hóa của oxi bằng -2, trừ ÒF2 và −1 −1 peoxit (H2 O 2 , Na2 O 2, ...) Qui tắc 3: Trong một phân tử tổng số oxi hóa của các nguyên tố bằng không. 2y +1 +6 −2 +2 −1 + x −2 Ví dụ: H 2 S O4 , Fe S 2 , Fe x O y , ... Qui tắc 4: Số oxi hóa của các ion đơn nguyên tử bằng điện tích của ion đó. Trong ion đa nguyên tử, tổng số oxi hóa của các nguyên tố bằng điện tích của ion. Trang 12 Ví dụ: Số oxi hóa của các ion Cl-, S2-, Zn2+, Fe3+ lần lượt là: -1, -2, +2, +3. Ion SO42-: số oxi hóa của S là +6. Ion NO3 -: số oxi hóa của N là +5. Ion NH4 +: số oxi hóa của N là -3. - Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử: Để lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử đơn giản ta thực hiện các phương pháp đã hướng dẫn ở trên. Còn đối với các phản ứng oxi hóa – khử khó ta lập phương trình hóa học dựa trên nguyên tắc chung: Tổng số electron của chất khử cho bằng tổng số electron của chất oxi hóa nhận (Hay nói cách khác: Tổng độ tăng số oxi hóa của chất khử bằng tổng độ giảm số oxi hóa của chất oxi hóa). - Phương pháp thăng bằng electron: Tiến hành 04 bước Bước 1: Viết sơ đồ phản ứng, xác định số oxi hóa của những nguyên tố có số oxi hóa thay đổi. Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử. Tìm hệ số và cân bằng số electron cho - nhận. Bước 3: Đưa hệ số tìm được từ các quá trình cho - nhận electron vào các chất khử, chất oxi hoắtơng ứng trong sơ đồ phản ứng. Bước 4: Cân bằng chất không tham gia quá trình oxi hóa – khử (nếu có) theo trật tự sau: số nguyên tử kim loại, gốc axit, số phân tử môi trường (axít hoặc kiềm) và cuối cùng là số lượng phân tử nước được tạo thành. Kiểm tra kết quả. Ví dụ: Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử sau: Cu Hướng dẫn: + HNO3 ----> Cu(NO3)2 + NO + H2 O. +5 0 Cu 0 +2 + H2 O. +2 3× Cu → 2× N + 3e → N +5 +2 + H N O3 ----> Cu (NO3)2 + N O Cu + 2e +2 Hệ số tạm thời: Trang 13 3Cu + 2HNO3 ----> 3Cu(NO3)2 + 2NO + H2O. Ta thấy, ngoài 2 phân tử HNO3 đóng vai trò chất oxi hóa (bị khử thành 2 phân tử NO) còn đưa thêm vào 6 phân tử HNO3 (làm nhiệm vụ môi trường) để cung cấp 6 ion NO3- liên kết với 3Cu2+. Cuối cùng phương trình hóa học là: 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O. * Hạn chế 2: khi viết quá trình oxi hóa và quá trình khử của từng nguyên tố cần theo đúng chỉ số qui định của từng nguyên tố đó. Mặt khác khi cân bằng, nếu trong một phân tử có đồng thời 2 hay 3 nguyên tố là chất khử thì phải viết đủ các quá trình oxi hóa rồi cộng lại, điều này khiến HS cảm thấy rất ngại và thường gây nhầm lẫn. Ví dụ 1: Lập phương trình hóa học của các phản ứng oxi hóa – khử sau: a) Fe3 O4 + HNO3 -----> Fe(NO3)3 + NxOy + H2 O. b) FexOy + H2 SO4 -----> Fe2(SO4)3 + SO2 + H2 O. Hướng dẫn: 8 + +5 3 + +3 2y x a) Fe3 O4 + H N8 O3 -----> Fe (NO3)3 + N x Oy + H2 O. + +3 3 (5x-2y) × 3 Fe → 3 Fe + 1e + +5 2y x x N + (5x-2y)e → x N Hệ số tạm thời: (5x-2y) Fe3O4 + xHNO3 ----->3(5x-2y)Fe(NO3)3 + NxOy + H2 O. Ta thấy, ngoài x phân tử HNO3 đóng vai trò chất oxi hóa (bị khử thành 1 phân tử NxOy) còn đưa thêm vào 9(5x-2y) phân tử HNO3 (làm nhiệm vụ môi trường) để cung cấp 9(5x-2y) ion NO3- liên kết với 3(5x2y)Fe3+. Cuối cùng phương trình hóa học là: (5x-2y)Fe3O4+2(23x-9y)HNO3 → 3(5x-2y)Fe(NO3)3 +Nx Oy+ (23x –9y) H2 O. 2y +3 +6 x +4 b) Fe x Oy + H2 S O4 2 y-----> Fe 2(SO4)3 + S O2 + H2O. 1× (3x – 2y) × +3 x 2x Fe → 2 x Fe + 2(3x – 2y)e +6 +4 S + 2e → S Trang 14 Hệ số tạm thời: 2FexOy + (3x – 2y) H2SO4 ----->x Fe2(SO4)3 + (3x – 2y) SO2 + H2 O. Ta thấy, ngoài (3x – 2y) phân tử H2SO4 đóng vai trò chất oxi hóa (bị khử thành (3x – 2y) phân tử SO2 ) còn đưa thêm vào 3x phân tử H2 SO4 (làm nhiệm vụ môi trường) để cung cấp 3x ion SO42- liên kết với 2x Fe3+. Cuối cùng phương trình hóa học là: 2Fex Oy + (6x – 2y)H2 SO4 → xFe2(SO4)3 + (3x – 2y)SO2 +(6x – 2y)H2 O. Ví dụ 2: Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử sau: FeS + HNO3 ----> Fe(NO3)3 + Fe2(SO4 )3 + NO + H2 O +2 −2 +5 +3 +3 +6 +2 Hướng dẫn: Fe S +H N O3 -----> Fe (NO3)3 + Fe2 ( S O4)3 + N O +H2O +2 3 Fe −2 +3 → 3 Fe + 3e 3S → +6 3 S + 24e +3 +6 3FeS → 3 Fe + 3 S + 27e 9× +5 +2 N + 3e → N Hệ số tạm thời: 3FeS + 9HNO3 ----> Fe(NO3 )3 + Fe2(SO4)3 + 9NO + H2 O Ta thấy, ngoài 9 phân tử HNO3 đóng vai trò chất oxi hóa (bị khử thành 9 phân tử NO) còn đưa thêm vào 3 phân tử HNO3 (làm nhiệm vụ môi trường) để cung cấp 3 ion NO3- liên kết với Fe3+. Cuối cùng phương trình hóa học là: 3FeS + 12HNO3 → Fe(NO3 )3 + Fe2(SO4)3 + 9NO + 6H2 O *Hạn chế 3: Đối với các phản ứng tạo ra nhiều sản phẩm (của sự oxi hóa hay sự khử) trong đó có nhiều số oxi hóa khác nhau thì phải viết riêng từng phản ứng đối với từng sản phẩm, rồi viết gộp lại sau khi đã nhân với hệ số tỉ lệ theo đề bài ra. Ví dụ: Lập phương trình hóa học của phản ứng sau: Al + HNO3 ---- > Al(NO3 )3 + N2O + NO + H2 O Biết tỉ lệ thể tích giữa N2O và NO là 1 : 3. Trang 15 Hướng dẫn: Viết riêng từng phản ứng đối với từng sản phẩm khử: Al + HNO3 ---- > Al(NO3 )3 + NO + H2 O Al + HNO3 ---- > Al(NO3 )3 + N2O + H2 O Tiến hành lập riêng từng phản ứng theo 4 bước đã hướng dẫn trong phần b1 ở trên, ta được: Al + 4HNO3 → Al(NO3)3 + NO + 2H2 O (1) 8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3 )3 + 3N2O + 15H2 O (2) Để có tỉ lệ như đề bài đã cho ta phải nhân (1) với 9 rồi cộng 2 phương trình hóa học vế theo vế, ta có: 17Al + 66HNO3 → 17Al(NO3 )3 + 3N2O + 9NO + 33H2O *Hạn chế 4: Đối với các phản ứng oxi hóa – khử xảy ra trong dung dịch có sự tham gia của môi trường (axit, bazơ, nước), khi cân bằng, cũng phải thực hiện các bước trên và khó khăn như hạn chế 1. Ví dụ : Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử sau: a) FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 ---- > Fe2 (SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2 O. b) KMnO4 + K2 SO3 + H2 O ---- > MnO2 + KOH + K2 SO4 . c) NaCrO2 + Br2 + NaOH ---- > Na2 CrO4 + NaBr + H2O. Hướng dẫn: +2 +7 +3 +2 a) Fe SO4 + K Mn O4 + H2SO4---- > Fe2 (SO4)3 + Mn SO4 + K2SO4 + H2O. +2 +3 5 × 2 Fe → 2 Fe + 2e 2× +7 +2 Mn + 5e → Mn Hệ số tạm thời: 10FeSO4 +2KMnO4 + H2SO4 ---- > 5Fe2(SO4 )3 + 2MnSO4 + K2SO4 . Cân bằng các nguyên tố còn lại theo thứ tự: K, S, H, O ta được phương trình hóa học là: 10FeSO4 +2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4+ 8H2O. Trang 16 +4 +7 +6 +4 b) K Mn O4 + K2 S O3 + H2 O ---- > Mn O2 + KOH + K2 S O4 . 3× 2× +4 → S +6 S + 2e +7 +4 Mn + 3e → Mn Hệ số tạm thời: 2KMnO4 + 3K2SO3 + H2 O ---- >2MnO2 + KOH + 3K2 SO4 . Cân bằng các nguyên tố còn lại theo thứ tự: K, H, O ta được phương trình hóa học là: 2KMnO4 + 3K2 SO3 + H2O → 2MnO2 + 2KOH + 3K2SO4. +3 +6 0 −1 c) Na Cr O2 + Br 2 + NaOH ---- > Na2 Cr O4 + Na Br + H2O. 2× 3× +3 Cr → +6 Cr + 3e −1 0 Br 2 + 2e → 2 Br Hệ số tạm thời: 2NaCrO2 + 3Br2 + NaOH ---- > 2Na2 CrO4 + 6NaBr + H2O. Cân bằng các nguyên tố còn lại theo thứ tự: Na, H, O ta được phương trình hóa học là: 2NaCrO2 + 3Br2 + 8NaOH → 2Na2CrO4 + 6NaBr + 4H2O. - II.2.c2. Phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa – khử các hợp chất hữu cơ: Tương tự như đối với chất vô cơ, phản ứng oxi hóa - khử của hợp chất hữu cơ cũng được tiến hành qua 4 bước, nhưng ở bước 2 khi tính số oxi hóa của cacbon cần lưu ý phương pháp sau: Tính số oxi hóa trung bình của cacbon. Ví dụ: Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử sau: a) C2H4 + KMnO4 + H2 O ---- > C2H4 (OH)2 + KOH + MnO2. b) C2 H5 OH + CuO ---- > CH3CHO + Cu + H2 O Hướng dẫn: −2 −1 +7 +4 a) C 2 H4 + K Mn O4 + H2O ---- > C 2 H4(OH)2 + KOH + Mn O2 . −2 3 × 2C −1 → 2 C + 2e Trang 17 2× +7 +4 Mn + 3e → Mn Hệ số tạm thời: 3C2 H4 + 2KMnO4 + H2 O ---- > 3C2 H4 (OH)2 + KOH + 2MnO2 . Cân bằng các nguyên tố còn lại theo thứ tự: K, H, O ta được phương trình hóa học là: 3C2H4 + 2KMnO4 + 4H2O → 3C2 H4(OH)2 + 2KOH + 2MnO2 . −2 +2 −1 0 b) C 2 H5OH + Cu O ---- > C 2 H4O + Cu + H2 O −2 1 × 2C 1× +2 −1 → 2 C + 2e 0 Cu + 2e → Cu Hệ số tạm thời: C2 H5 OH + CuO ---- > CH3CHO + Cu + H2O Cân bằng các nguyên tố còn lại theo thứ tự: H, O ta được phương trình hóa học là: C2H5 OH + CuO → CH3 CHO + Cu + H2 O III. Ý NGHĨA VÀ TÁC DỤNG CỦA GIẢI PHÁP MỚI. Đề tài “Phương pháp cân bằng phương trình hóa học áp dụng cho tất cả các phương trình hóa học khó ” giúp học sinh không gặp rắc rối khi cân bằng PTHH khó, với HS khá không cần phải thạo cách xác định số oxi hóa của các nguyên tử trong các hợp chất, vì thực tế trong chương trình giảm tải hóa THCS không dạy bài PU oxi hóa – khử.Với HS giỏi cũng không khó khăn trong cân bằng nhưng PTHH cồng kềnh, hoặc khó xác định số oxi hóa của nguyên tử trong hợp chất. Đặc biệt tiết kiệm thời gian trong quá trình thực hiện các dạng bài tập định tính, định lượng của chương trình hóa học THCS. IV. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI. Đề tài này nghiên cứu cách cân bằng phương trình hóa học, đặc biệt xoáy sâu phần cách chọn hệ số để cân bằng số nguyên tử các nguyên tố (hay nhóm nguyên tử). Trang 18 V.MÔ TẢ ĐỀ TÀI V.1. THUYẾT MINH TÍNH MỚI Để học sinh lập được phương trình hóa học một cách nhanh chóng tôi xin nêu ra ở đây một số giải pháp sau (Các giải pháp này chỉ đề cập đến bước thực hiện thứ 2 trong 3 bước lập phương trình hóa học mà sách giáo khoa đã đề cập, đó là: Chọn hệ số thích hợp đặt trước các công thức hóa học trong sơ đồ phản ứng để cân bằng số nguyên tử của mỗi nguyên tố.): Qua tìm hiểu và nghiên cứu đề thi học sinh giỏi các cấp ở các năm học, tôi nhận thấy rằng để nâng cao chất lượng đội ngũ học sinh giỏi chúng ta cần cung cấp cho đối tượng này lượng kiến thức sâu và rộng. Đối với mảng lập phương trình hóa học, ngoài các phương pháp nêu trên, phương pháp mới này cũng góp phần giải quyết dễ dàng hơn những phương pháp lập phương trình hóa học của các sơ đồ phản ứng oxi hóa – khử khó, Cồng Kềnh. Để nắm được phương pháp này, trong quá trình bồi dưỡng cần giúp học sinh giỏi nắm vững kiến thức về nguyên tử, phân tử như lớp electron, công thức electron, ion, sự tạo thành phân tử, và thạo trong việc giải phương trình toán học. V.2. HƯỚNG DẪN HS CÂN BẰNG PTHH THEO PP MỚI V.2.a Những PTHH bình thường -Nếu gặp những phương trình như dưới đây có thể áp dụng những PP thông dụng cũng cân bằng dễ dàng: Ví dụ 1 Fe(NO3)3 ---- > Fe2O3 + FeS2 CxHy + O2 + NO2 + O2. ---- > Fe2 O3 + SO2 O2 ---- > CO2 + H2 O V.2.b. Hướng dẫn HS cân bằng PTHH bằng 2 cách cũ và mới -Mục đích : dành cho cả đối tượng HS khá, với những PT ở mức độ chưa quá phức tạp. Ví dụ2: Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa – khử sau: Trang 19 Cu + HNO3 ----> Cu(NO3)2 + NO + H2 O. - Cân bằng theo PP cũ: Hướng dẫn: +5 0 Cu +2 +2 + H N O3 ----> Cu (NO3)2 + N O + H2 O. +2 0 3× Cu → 2× N + 3e → N Cu + 2e +5 +2 Hệ số tạm thời: 3Cu + 2HNO3 ----> 3Cu(NO3)2 + 2NO + H2O. Ta thấy, ngoài 2 phân tử HNO3 đóng vai trò chất oxi hóa (bị khử thành 2 phân tử NO) còn đưa thêm vào 6 phân tử HNO3 (làm nhiệm vụ môi trường) để cung cấp 6 ion NO3- liên kết với 3Cu2+. Cuối cùng phương trình hóa học là: 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O. * Hạn chế 1: - Với HS không được học nhiều về phản ứng o xi hóa khử thì việc xác định số o xi hóa là khá khó khăn, vậy hãy cân băng PTHH theo phương pháp mới. -Cân bằng theo PP mới: Cu xCu + + HNO3 ----> Cu(NO3)2 + NO + H2 O. HNO3 ---->x Cu(NO3)2 + y NO + H2 O. Tính số N vế phải bằng: 2x+ y
Để số N bằng nhau cần đặt 2x+ y trước HNO3 xCu + (2x + y) HNO3 ---->x Cu(NO3)2 + yNO + H2 O. -Vế trái hiện có (2x + y) H
Để số H bằng nhau cần đặt (2x+ y)/2 trước H2 O. xCu + (2x + y) HNO3 ---->x Cu(NO3)2 + yNO + (2x+ y)/2 H2 O. Tính số O ở 2 vế rồi rồi cho 2 vế bằng nhau (2x + y) 3 = 6x+ y+ (2x+ y)/2 - Giải PT ta được 3y= 2x
x= 3 thì y= 2 thay kết quả này vào sơ đồ sau cùng ta được PT Trang 20