Khái niệm và phương pháp cân bằng phương trình hóa học trong lớp 10

Cân bằng phương trình hóa học là gì? Phương trình hóa học được sử dụng để biểu diễn một phản ứng hóa học. Theo định luật bảo toàn khối lượng, số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố trước và sau khi tham gia phản ứng phải bằng nhau. Do đó, chúng ta cần cân bằng phương trình hóa học. Từ một phương trình hóa học đã được cân bằng, ta có thể biết được số lượng chất tham gia và chất sản phẩm, cũng như tỉ lệ số nguyên tử và số phân tử giữa các chất.

Cách cân bằng phương trình hóa học lớp 10:

Cách 1: Phương pháp cân bằng phương trình hóa học theo nguyên tử nguyên tố

Cách này là phương pháp đơn giản nhất để cân bằng phương trình hóa học và dễ dàng áp dụng. Nếu thực hiện đúng, bạn có thể chỉ cần nhìn vào phương trình và biết ngay kết quả cân bằng.

Quá trình cân bằng theo nguyên tử nguyên tố bao gồm các bước sau:

Bước 1: Viết phương trình dưới dạng các nguyên tử riêng biệt như H2, O2, …

Bước 2: Xác định số nguyên tử của từng nguyên tố trong các chất sản phẩm.

Bước 3: Cân nhắc lại tổng số nguyên tử cho mỗi nguyên tố trong các chất tham gia để phù hợp với số nguyên tử của chất sản phẩm.

Cách này giúp bạn cân bằng phương trình hóa học một cách đơn giản và nhanh chóng, chỉ cần tập trung vào số nguyên tử của từng nguyên tố trong phản ứng để đảm bảo sự cân bằng của phương trình.

Ví dụ: Cân bằng phương trình hóa học sau: P + O2 → P2O5

Ta viết: P + O → P2O5.

Lập luận: Để tạo thành 1 phân tử P2O5, ta cần 2 nguyên tử P và 5 nguyên tử O, do đó 2P + 5O → P2O5.

Phân tích: Phân tử oxi luôn tồn tại gồm 2 nguyên tử, nếu ta lấy 5 phân tử oxi tức là số nguyên tử oxi tăng lên gấp 2 thì số nguyên tử P và số nguyên tử P2O5 cũng tăng lên gấp 2, tức là 4 nguyên tử P và 2 phân tử P2O5.

Cuối cùng, ta có: 4P + 5O2 → 2P2O5.

Cách 2: Cân bằng phương trình hóa học bằng phương pháp chẵn – lẻ

Có thể thấy rằng trong một phương trình hóa học đã được cân bằng, tổng số nguyên tử của một nguyên tố ở vế trái phải bằng với vế phải. Do đó, nếu số nguyên tử của nguyên tố đó ở vế trái là số chẵn, tổng số nguyên tử của nguyên tố đó ở vế phải cũng là số chẵn. Trong trường hợp số nguyên tử của nguyên tố ở vế trái là số lẻ, ta cần nhân đôi số nguyên tử của nguyên tố đó ở vế trái. Sau đó, ta sẽ tiếp tục cân bằng các hệ số khác.

Phương pháp này giúp cân bằng phương trình hóa học bằng cách xác định tính chẵn hay lẻ của số nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phản ứng. Bằng cách điều chỉnh số lượng nguyên tử và hệ số phù hợp, ta có thể đảm bảo sự cân bằng của phương trình.

Ví dụ: Cân bằng phương trình: FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2

Xét thấy, ở vế trái hiện đang có 2 nguyên tử oxi, tức là nguyên tử O2 luôn chẵn với bất kỳ hệ số nào. Trong khi ở vế phải, oxi trong SO2 chẵn nhưng trong F2O3 thì lẻ, do đó chúng ta cần nhân đôi số nguyên tử oxi trong Fe2O3 lên.

Sau đó, cân bằng thêm các hệ số còn lại, ta được: 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 11O2

Cách 3: Cân bằng phương trình hóa học dựa trên nguyên tố chung nhất

Phương pháp cân bằng phương trình hóa học này cũng rất đơn giản để áp dụng. Đầu tiên, ta sẽ bắt đầu bằng việc cân bằng hệ số của các phân tử chứa nguyên tố xuất hiện nhiều nhất trong phản ứng. Sau đó, ta tiếp tục cân bằng các hệ số của các phân tử còn lại.

Ví dụ: Cân bằng phản ứng: Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O

Ta thấy, trong phản ứng trên, nguyên tố xuất hiện nhiều nhất là nguyên tố oxi, do vậy ta sẽ bắt đầu cân bằng số các nguyên tử oxi trước. Vế trái hiện có 3 nguyên tử oxi, vế phải có 8 nên ta sẽ lấy bội chung của 3 và 8 là 24, suy ra hệ số của HNO3 là 24÷3 = 8.

Kế đến, tiến hành cân bằng các hệ số còn lại của phương trình, ta được: 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Cách 4: Cân bằng phương trình hóa học theo nguyên tố tiêu biểu

Phương pháp cân bằng phương trình hóa học theo nguyên tố tiêu biểu thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Lựa chọn nguyên tố tiêu biểu dựa trên các đặc điểm nêu trên.

Bước 2: Bắt đầu cân bằng nguyên tố tiêu biểu trước.

Bước 3: Tiếp tục cân bằng các nguyên tố còn lại.

Việc tập trung vào nguyên tố tiêu biểu giúp tối ưu quá trình cân bằng, vì ta sẽ điều chỉnh hệ số của nguyên tố đó để đạt được sự cân bằng trong phương trình. Sau khi đã cân bằng nguyên tố tiêu biểu, ta tiếp tục cân bằng các nguyên tố còn lại để hoàn thiện quá trình cân bằng phương trình hóa học.

Ví dụ: Cân bằng phương trình sau: KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O

Ta chọn nguyên tố tiêu biểu trong phản ứng là oxi.

Bắt đầu cân bằng nguyên tố oxi: Xét thấy vế trái có 4O, vế phải có 1O, do vậy ta lấy bội chung là 4, hệ số cân bằng lúc này là KMnO4 → 4H2O.

Tiếp đến, xem xét và cân bằng các phân tử còn lại.

Cách 5: Cân bằng phương trình hóa học dựa vào phản ứng cháy của chất hữu cơ

Phương pháp cân bằng phương trình hóa học dựa vào phản ứng cháy của hidrocarbon được thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Cân bằng nguyên tố H bằng cách lấy số nguyên tử H của hidrocarbon chia cho 2. Nếu kết quả là số lẻ, ta nhân đôi số phân tử hidrocarbon. Nếu kết quả là số chẵn, ta giữ nguyên.

Bước 2: Tiếp theo là cân bằng nguyên tố C.

Bước 3: Cuối cùng, cân bằng nguyên tố O.

Cách 6: Cân bằng phương trình hóa học dựa vào phản ứng cháy của hợp chất chứa O

Trong trường hợp phản ứng cháy của hợp chất chứa oxi, ta tuân theo trình tự sau:

Bước 1: Cân bằng nguyên tố C.

Bước 2: Tiếp theo, cân bằng nguyên tố H.

Bước 3: Cuối cùng, cân bằng nguyên tố O bằng cách lấy tổng số nguyên tử O ở vế phải và trừ đi số nguyên tử O có trong hợp chất ban đầu. Sau đó, chia tổng kết quả cho 2 để có hệ số của phân tử O2. Nếu hệ số là số lẻ, ta nhân các hệ số ở cả hai vế cho 2.

Cách 7: Cân bằng phương trình hóa học dựa vào bản chất hóa học của phản ứng

Dựa vào bản chất hóa học của phản ứng, ta có thể cân bằng phương trình một cách nhanh chóng và chính xác, tuân theo các bước tương ứng.

Ví dụ: Cân bằng phương trình: Fe2O3 + CO → Fe + CO2

Trong phản ứng này, khi CO bị oxi hóa thành CO2 nó sẽ kết hợp thêm oxi, như vậy trong phân tử Fe2O3 có 3 nguyên tử oxi đã đủ để biến 3 phân tử CO thành 3 phân tử CO2. Do đó, ta cần thêm hệ số 3 trước phân tử CO và CO2, tiếp theo là hệ số 2 trước Fe.

Cuối cùng, ta được phương trình: Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

Cách 8: Cân bằng phương trình hóa học theo trình tự kim loại – phi kim

Một phương pháp cân bằng phương trình hóa học đơn giản mà dễ dàng thực hiện là tuân theo trình tự kim loại – phi kim – hidro – oxi.

Ví dụ: Cân bằng phương trình phản ứng: CuFeS2 + O2 → CuO + Fe2O3 + SO2

Ta thấy, nguyên tử Cu đã cân bằng 2 vế nên sẽ bắt đầu cân bằng kim loại Fe, tiêp theo cân bằng lại Cu, S rồi tới O.

Sau đó nhân đôi hệ số, ta được phương trình như sau: 4CuFeS2 + 13O2 → 4CuO + 2Fe2O3 + 8SO2

Cách 9: Cân bằng phương trình hóa học bằng phương pháp hóa trị tác dụng

Phương pháp hóa trị tác dụng được sử dụng để cân bằng phương trình hóa học dựa trên hóa trị của các nguyên tố trong chất tham gia và chất sản phẩm. Đây là phương pháp cơ bản nhất và có thể áp dụng cho hầu hết các phương trình đơn giản. Các bước để thực hiện phương pháp này như sau:

Bước 1: Xác định hóa trị của từng nguyên tố và nhóm nguyên tử. 

Bước 2: Tìm bội số chung nhỏ nhất của các hóa trị này. 

Bước 3: Tìm hệ số tương ứng.

 Bước 4: Thay vào phương trình hóa học.

Cách 10: Cân bằng phương trình hóa học bằng phương pháp hệ số phân số

Các bước để cân bằng phương trình hóa học bằng phương pháp hệ số phân số:

Xem thêm : Giải SBT bài 1 Tập hợp Q các số hữu tỉ | SBT Toán 7 Cánh diều

Bước 1: Thay các hệ số vào phương trình hóa học sao cho số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở cả hai vế phương trình đều bằng nhau, không phân biệt phân số hay số nguyên. 

Bước 2: Rút gọn phân số bằng cách nhân các mẫu số chung với tất cả các hệ số.

Cách 11: Cân bằng phương trình hóa học bằng phương pháp đại số

Phương pháp đại số thường được sử dụng để cân bằng các phương trình hóa học phức tạp mà hai phương pháp trước không áp dụng được. Các bước để thực hiện phương pháp này như sau:

Bước 1: Đặt các hệ số là ẩn. 

Bước 2: Cân bằng và lập phương trình đại số dựa trên nguyên tắc bảo toàn khối lượng. 

Bước 3: Chọn một giá trị tùy ý và giải hệ phương trình để tìm các giá trị của các ẩn.

Cách 12: Cân bằng phương trình hóa học bằng phương pháp cân bằng electron

Phương pháp cân bằng electron thường được áp dụng cho các phản ứng oxi hóa – khử. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc rằng tổng số electron mà chất khử nhận phải bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhường. Các bước để cân bằng phương trình bằng phương pháp cân bằng electron như sau:

Bước 1: Xác định sự thay đổi số oxi hóa. 

Bước 2: Cân bằng electron.

 Bước 3: Đặt hệ số tìm được vào phản ứng và tìm ra các hệ số còn lại.

Cách 13: Cân bằng phương trình hóa học bằng phương pháp cân bằng ion – electron

Phương pháp cân bằng ion – electron dựa trên việc cân bằng khối lượng và điện tích giữa các chất tham gia phản ứng. Phương pháp này thường được sử dụng trong môi trường axit, bazơ hoặc nước. Các bước để cân bằng phương trình bằng phương pháp cân bằng ion – electron như sau:

Bước 1: Xác định nguyên tố thay đổi số oxi hóa và viết các bán phản ứng oxi hóa – khử.

 Bước 2: Cân bằng bán phản ứng. 

Bước 3: Nhân các phản ứng với hệ số tương ứng để cân bằng electron.

 Bước 4: Viết phương trình ion đầy đủ bằng cách kết hợp hai bán phản ứng. 

Bước 5: Cân bằng phương trình hóa học dựa trên hệ số của phương trình ion.

Ví dụ cân bằng phản ứng

Ví dụ 1. Cân bằng phản ứng:

CrS + HNO3 → Cr(NO3)3 + NO2 + S + H2O

Hướng dẫn:

Bước 1. Xác định sự thay đổi số oxi hóa:

Cr+2 → Cr+3

S-2 → S0

N+5 → N+4

Bước 2. Lập thăng bằng electron:

Cr+2 → Cr+3 + 1e

S-2 → S0 + 2e

CrS → Cr+3 + S+0 + 3e

2N+5 + 1e → N+4

→ Có 1CrS và 3N .

Bước 3. Đặt các hệ số vừa tìm vào phản ứng và cân bằng phương trình phản ứng:

CrS + 6HNO3 → Cr(NO3)3 + 3NO2 + S + 3H2O

Ví dụ 2. Cân bằng phản ứng trong dung dịch bazơ:

NaCr + Br2 + NaOH → Na2CrO4 + NaBr

Hướng dẫn:

CrO2– + 4OH– → CrO42- + 2H2O + 3e

Br2 + 2e → 2Br–

Phương trình ion:

2 + 8OH– + 3Br2 → 2CrO42- + 6Br– + 4H2O

Phương trình phản ứng phân tử:

2NaCrO2 + 3Br2 + 8NaOH → 2Na2CrO4 + 6NaBr + 4H2O

Ví dụ 3. Cân bằng phản ứng trong dung dịch có O tham gia:

KMnO4 + H2O + K2SO3 → MnO2 + K2SO4

Hướng dẫn:

2MnO4 – + 3e + 2H2O → MnO2 + 4OH–

SO3 2-+ H2O → SO42- + 2H+ + 2e

Phương trình ion:

2MnO4– + H2O + 3SO32- → 2MnO2 + 2OH– + 3SO42-

Phương trình phản ứng phân tử:

2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O → 2MnO2 + 3K2SO4 + 2KOH

Bài tập cân bằng phản ứng

Dạng đơn giản (trong phản ứng có một chất oxi hóa, một chất khử rõ ràng)

VD1: Cân bằng các phương trình phản ứng sau theo phương pháp thăng bằng electron.

1. Al + 6HNO3 → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

1x (Al0 – 3e → Al+3)

3x (N+5 + 1e → N+4)

2. Al + 4HNO3 → Al(NO3)3 + NO + 2H2O

1x (Al0 – 3e → Al+3)

Xem thêm : Bài 1 trang 76 SGK Ngữ văn 12 tập 1

1x (N+5 + 3e → N+2)

3. 8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O

8x (Al0 – 3e → Al+3)

3x (2N+5 + (2×4)e → 2N+1)

4. 10Al + 36HNO3 → 10Al(NO3)3 + 3N2 + 18H2O

10x (Al0 – 3e → Al+3)

3x (2N+5 + 10e → N20)

5. 8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O

8x (Al0 – 3e → Al+3)

3x (N+5 + 8e → N-3)

6. 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

3x (Cu0 – 2e → Cu+2)

2x (N+5 + 3e → N+2)

7. 2Fe + 6H2SO4 đặc → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

1x (2Fe0 – 6e → 2Fe+3)

3x (S+6 + 2e → S+4)

8. 2Fe + 4H2SO4 đặc → Fe2(SO4)3 + S + 4H2O

1x (2Fe0 – 6e → 2Fe+3)

1x (S+6 + 6e → S0)

9. 8Fe + 15H2SO4 đặc → 4Fe2(SO4)3 + 3H2S + 12H2O

4x (2Fe0 – 6e → 2Fe+3)

3x (S+6 + 8e → S-2)

10. Cu + 2H2SO4 đặc → CuSO4 + SO2 + 2H2O

1x (Cu0 – 2e → Cu+2)

1x (S+6 + 2e → S+4)

11. 4Zn + 10HNO3 → 4Zn(NO3)2 + N2O + 5H2O

4x (Zn0 – 2e → Zn+2)

1x (2N+5 + 8e → 2N+1)

12. 4Mg + 10HNO3 → 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

4x (Mg0 – 2e → Mg+2)

1x (N+5 + 8e → N-3)

13. 3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O

3x (3Fe+8/3 – 3×1/3e → 3Fe+3)

Xem thêm : Bài 1 trang 76 SGK Ngữ văn 12 tập 1

1x (N+5 + 3e → N+2)

14. 3Na2SO3 + 2KMnO4 + H2O → 3Na2SO4 + 2MnO2 + 2KOH

3x (S+4 – 2e → S+6)

2x (Mn+7 + 3e → Mn+4)

15. K2Cr2O7 + 6FeSO4 + 7H2SO4 → K2SO4 + Cr2(SO4)3+ 3Fe2(SO4)3 + 7H2O

1x (2Cr+6 + 6e → 2Cr+3)

3x (2Fe+2 – 2e →2Fe+3)

Dạng phản ứng nội phân tử (phản ứng chỉ xảy ra trong một phân tử)

1. 2KClO3 →2KCl + 3O2

2x (Cl+5 + 6e → Cl-1)

3x (2O-2 – 4e → O20)

2. ? KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2
3. 2Cu(NO3)2 →2CuO + 4NO2 + O2

2x (2N+5 + 2e → 2N+4)

1x (2O-2 – 4e → O20)

(NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + O2

Phản ứng tự oxi hóa khử (Sự tăng giảm số oxi hóa xảy ra chỉ trên 1 nguyên tố)

1. 2Cl2 + 4NaOH → 2NaCl + 2NaClO+ 2H2O (cb sau đó tối giản)

1x (Cl20 + 2e → 2Cl–)

1x (Cl20 – 2e → 2Cl+1)

2. 3Cl2 + 6KOH → 5KCl + KClO3 + 3H2O

5x (Cl20 + 2e → 2Cl–)

1x (Cl20 – 10e → 2Cl+5)

3. 4S + 6NaOH → 2Na2S + Na2S2O3 + 3H2O

2x (S0 + 2e → S-2)

1x (S0 – 4e → 2S+2)

4. ? K2MnO4 + H2O → KMnO4 + MnO2 + KOH

1x (Mn+6 + 2e → Mn+4)

2x (Mn+6 – 1e → Mn+7)

5. 3NaClO → 2NaCl + NaClO3

2x (Cl+1 + 2e → Cl–)

1x (Cl+1 – 4e → Cl+5)

6. 2NaOH + 4I2 → 2NaI + 2NaIO + H2O

1x (I20 + 2e → 2I–)

1x (I20 – 2e → 2I+1)

7. 8NaOH + 4S → Na2SO4 + 3Na2S + 4H2O

1x (S0 – 6e → 2S+6)

3x (S0 + 2e → S-2)

Cách cân bằng phương trình hóa học lớp 10

Phản ứng oxi hóa khử phức tạp

Phản ứng oxi hóa khử có chứa hợp chất hữu cơ

CH3CH + KMnO4 + KOH → CH3COOK + K2CO3 + MnO2 + H2O

CH≡CH + KMnO4 + H2SO4 → H2C2O4 + MnO2 + KOH

CH3OH + KMnO4 + H2SO4 → HCOOH + MnSO4 + K2SO4 + H2O

Phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của nhiều hơn hai nguyên tử

FeS2 + HNO3 → Fe(NO3)3 + H2SO4 + N2O + H2O

Cu2S + HNO3 → Cu(NO3)2 + CuSO4 + NO + H2O

CuFeS2 + O2 + Fe2(SO4)3 + H2O → CuSO4 + FeSO4 + H2SO4

********************

 

Nguồn: https://thcshongthaiad.edu.vn
Danh mục: Tra Cứu