Cân Bằng Phương Trình Hóa Học: Từ A đến Z Cho Học Sinh Phổ Thông

Bạn có bao giờ tự hỏi tại sao các nhà hóa học lại có thể dự đoán được lượng chất tham gia và sản phẩm của một phản ứng hóa học? Bí mật nằm ở việc cân bằng phương trình hóa học.

Hãy tưởng tượng phương trình hóa học như một chiếc cân, hai bên cần có khối lượng bằng nhau để cân bằng. Việc cân bằng phương trình hóa học cũng tương tự như vậy, chúng ta cần đảm bảo số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vế của phương trình là bằng nhau.

Trong bài viết này, hãy cùng Hóa Học Phổ Thông khám phá chi tiết về cân bằng phương trình hóa học, từ định nghĩa, các phương pháp cân bằng cho đến các dạng bài tập thường gặp.

Cân bằng phương trình hóa học là gì?

Cân bằng phương trình hóa học là việc điều chỉnh hệ số của các chất tham gia và sản phẩm trong một phương trình hóa học sao cho số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vế của phương trình là bằng nhau.

Nói cách khác, cân bằng phương trình hóa học chính là việc thể hiện Định luật Bảo toàn Khối lượng một cách toán học. Định luật này khẳng định rằng trong một phản ứng hóa học, khối lượng của các chất tham gia phản ứng luôn bằng khối lượng của các chất sản phẩm tạo thành.

Các phương pháp cân bằng phương trình hóa học

Có nhiều phương pháp cân bằng phương trình hóa học, nhưng phổ biến nhất là các phương pháp sau:

1. Phương pháp đại số

Phương pháp này sử dụng hệ phương trình để tìm hệ số cân bằng. Các bước thực hiện như sau:

• Bước 1: Đặt hệ số cân bằng của các chất trong phương trình là các ẩn số (a, b, c,…).
• Bước 2: Dựa vào nguyên tắc bảo toàn nguyên tố, thiết lập hệ phương trình thể hiện số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vế phải bằng nhau.
• Bước 3: Giải hệ phương trình để tìm các ẩn số.
• Bước 4: Thay các ẩn số bằng giá trị tìm được vào phương trình ban đầu để có phương trình đã cân bằng.

Ví dụ: Cân bằng phương trình hóa học sau bằng phương pháp đại số:

FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2

Giải:

• Bước 1: Đặt hệ số cân bằng:

aFeS2 + bO2 → cFe2O3 + dSO2

• Bước 2: Thiết lập hệ phương trình:

Fe: a = 2c
S: 2a = d
O: 2b = 3c + 2d

• Bước 3: Giải hệ phương trình, ta được: a = 4, b = 11, c = 2, d = 8.
• Bước 4: Thay các giá trị vào phương trình ban đầu:

4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2

2. Phương pháp chẵn – lẻ

Phương pháp này dựa trên việc tìm nguyên tố có số nguyên tử lẻ ở một vế và chẵn ở vế còn lại. Ta sẽ đặt hệ số 2 trước công thức hóa học chứa nguyên tố đó ở vế có số nguyên tử lẻ, sau đó cân bằng các nguyên tố còn lại.

Ví dụ: Cân bằng phương trình sau bằng phương pháp chẵn – lẻ:

Fe + O2 → Fe2O3

Giải:

• Bước 1: Nhận thấy số nguyên tử Fe ở vế trái lẻ, vế phải chẵn. Đặt hệ số 2 trước Fe ở vế trái:

2Fe + O2 → Fe2O3

• Bước 2: Lúc này số nguyên tử O ở vế trái chẵn, vế phải lẻ. Đặt hệ số 2 trước Fe2O3:

2Fe + O2 → 2Fe2O3

• Bước 3: Cân bằng số nguyên tử Fe:

4Fe + O2 → 2Fe2O3

• Bước 4: Cân bằng số nguyên tử O:

4Fe + 3O2 → 2Fe2O3

3. Phương pháp thăng bằng electron

Phương pháp này dựa trên việc bảo toàn electron trong phản ứng oxi hóa – khử. Các bước thực hiện như sau:

• Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố thay đổi số oxi hóa trong phản ứng.
• Bước 2: Viết bán phản ứng oxi hóa và bán phản ứng khử.
• Bước 3: Cân bằng số electron cho và nhận ở hai bán phản ứng.
• Bước 4: Cộng hai bán phản ứng lại với nhau, rút gọn các chất giống nhau ở hai vế.

Ví dụ: Cân bằng phương trình sau bằng phương pháp thăng bằng electron:

P + HNO3 → H3PO4 + NO2 + H2O

Giải:

• Bước 1: Xác định số oxi hóa:

P (0) + HNO3 (+5) → H3PO4 (+5) + NO2 (+4) + H2O

• Bước 2: Viết bán phản ứng:

Oxi hóa: P → H3PO4 + 5e
Khử: HNO3 + e → NO2

• Bước 3: Cân bằng electron:

Oxi hóa: P → H3PO4 + 5e
Khử: 5HNO3 + 5e → 5NO2

• Bước 4: Cộng hai bán phản ứng:

P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2 + H2O

4. Các phương pháp khác

Ngoài ba phương pháp trên, còn có một số phương pháp cân bằng phương trình hóa học khác như:

• Phương pháp cân bằng theo nguyên tố tiêu biểu: Chọn một nguyên tố có mặt trong ít chất nhất để cân bằng trước.
• Phương pháp cân bằng dựa trên nguyên tố chung nhất: Chọn nguyên tố có mặt trong nhiều chất nhất để cân bằng trước.
• Phương pháp cân bằng theo phản ứng cháy chất hữu cơ: Áp dụng cho phản ứng cháy của các hợp chất hữu cơ.

Các dạng bài tập cân bằng phương trình hóa học

Dưới đây là một số dạng bài tập cân bằng phương trình hóa học thường gặp:

1. Bài tập cân bằng phương trình hóa học

Ví dụ: Cân bằng phương trình hóa học sau:

Al + HCl → AlCl3 + H2

2. Bài tập lập sơ đồ nguyên tử và tìm số phân tử mỗi chất sau phản ứng hóa học

Ví dụ: Lập sơ đồ nguyên tử và tìm số phân tử mỗi chất trong phản ứng sau:

CH4 + O2 → CO2 + H2O

3. Bài tập PTHH hợp chất hữu cơ

Ví dụ: Hoàn thành phương trình phản ứng sau:

C2H5OH + O2 → ? + ?

Bài tập tự luyện

Để củng cố kiến thức về cân bằng phương trình hóa học, bạn đọc có thể tự luyện tập với các bài tập sau:

• Bài tập 1: Cân bằng các phương trình hóa học sau:
  • Fe + O2 → Fe3O4
  • KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2
  • Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O
• Bài tập 2: Lập sơ đồ nguyên tử và tìm số phân tử mỗi chất trong các phản ứng sau:
  • N2 + H2 → NH3
  • CaCO3 → CaO + CO2
  • C6H12O6 + O2 → CO2 + H2O

Kết luận

Cân bằng phương trình hóa học là một phần quan trọng trong hóa học, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về định luật bảo toàn khối lượng và các phản ứng hóa học. Hy vọng bài viết đã cung cấp cho bạn đọc những kiến thức bổ ích về cân bằng phương trình hóa học.

Hãy tiếp tục theo dõi Hóa Học Phổ Thông để cập nhật thêm nhiều bài viết bổ ích khác nhé!

Hình ảnh minh họa

Cân bằng phương trình hóa học

Giải bài tập cân bằng phương trình hóa học