Đề tài Đổi mới phương pháp cân bằng phương trình hóa học

oàn thành phương trình như: có nhiều nguyên tố thay đổi số oxi hóa, có nguyên tố có số oxi hóa không nguyên hoặc là ẩn số, có môi trường phản ứng phức tạp...
VD1: 2FeS2 + 30HNO3 đặc --> Fe2(SO4)3 + 30NO2 + H2SO4 + 19H2O
VD2: FexOy + (6x – 2y)HNO3 loãng --> xFe(NO3)3 + (3x – 2y)NO + (3x – y)H2O
B/ ĐỔI MỚI PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG PHƯƠNG TRÌNH ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG ĐỂ GIẢI BÀI TẬP HÓA HỌC
	Khi hướng dẫn học sinh các phương pháp cân bằng phương trình cần cho học sinh thấy rõ được bản chất áp dụng để cân bằng phương trình và giúp học sinh có được những kỹ năng cần thiết như đã nêu ở trên.
I. Với những phương trình phản ứng không có sự thay đổi số oxi hóa
	Kết hợp với cách phân loại thứ nhất (Dựa vào sự thay đổi các chất đầu và các chất tạo thành sau phản ứng) thì trong hóa học vô cơ phản ứng dạng này bao gồm: phản ứng trao đổi, một số phản ứng phân hủy và kết hợp. 
	Nguyên tắc: Với loại phương trình phản ứng hóa học dạng này phải dựa trên định luật bảo toàn nguyên tố để cân bằng phương trình.
1) Cách thông thường
	Để cân bằng phương trình thuộc dạng này ta dùng phương pháp đại số với bản chất là dựa trên định luật bảo toàn nguyên tố.
	Ví dụ: Fe2(SO4)3 + NaOH Fe(OH)3 + Na2SO4
	Đặt ẩn: aFe2(SO4)3 + bNaOH cFe(OH)3 + dNa2SO4
	Với điều kiện: a, b, c, d là những số nguyên dương.
Dựa vào sự bảo toàn nguyên tố sắt ta có: 2a = c	(1)
Dựa vào sự bảo toàn nguyên tố Na ta có: b = 2d	(2)
Dựa vào sự bảo toàn nguyên tố S ta có: 3a = d	(3)
	Chú ý: Ta có thể thay một trong các phương trình (1), (2), (3) bằng phương trình lập được từ sự bảo toàn của nguyên tố O hoặc nguyên tố H.
	Từ (1), (2), (3) ta lập được một hệ phương trình nghiệm nguyên vô định. Chọn a = 1 thay vào hệ và giải hệ ta được kết quả là d = 3, c = 2, b = 6. Đưa các hệ số thu được vào phương trình và hoàn thành phương trình.
Điểm hạn chế của phương pháp đại số là phải lập một hệ phương trình nghiệm nguyên có vô số nghiệm. Với phương trình phản ứng càng phức tạp thì hệ phương trình càng cồng kềnh (ptpư có n hệ số thì phải lập hệ phương trình đại số có n - 1 phuơng trình) việc giải hệ phương trình mất rất nhiều thời gian (nhất là không biết loại đi nhưng phương trình đại số phức tạp).
2) Đổi mới phương pháp
Phương pháp mới của đề tài đưa ra vẫn dựa trên định luật bảo toàn nguyên tố. nhưng tùy thuộc vào từng loại phương trình phản ứng ta vận dụng định luật một cách hợp lý mà không vận dụng một cách cứng nhắc phương pháp đại số. 
Với phản ứng phân hủy hoặc phản ứng kết hợp ta chọn một chất thích hợp trong phương trình và lấy hệ số của chất đó là 1 từ đó đưa ra hệ số của các chất còn lại trong phương trình dựa trên định luật bảo toàn nguyên tố. Hệ số thu được của phương trình có thể là các phân số sau đó ta quy đồng các hệ số để chuyển các hệ số ở dạng phân số đó về hệ số nguyên tối giản nhất. Kết thúc việc cân bằng phương trình. (Đề tài gọi cách cân bằng trên là cân bằng phân số).
Với phản ứng trao đổi ta cân bằng phương trình bằng cách cân bằng số oxi hóa dương trao đổi từ đó đưa ra được các hệ số của chất tham gia phản ứng, sau đó áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta cân bằng được các hệ số còn lại của phương trình.
Các phương pháp cân bằng trên có thể áp dụng cho cả phản ứng oxi hoá khử.
Để làm rõ định hướng chung trên xin mời các thầy cô theo dõi các các trường hợp cụ thể với từng loại phản ứng.
Với phản ứng phân hủy
Phản ứng phân hủy có thể là phản ứng không có sự thay đổi số oxi hóa cũng có thể là phản ứng oxi hóa – khử. Với phản ứng oxi hóa - khử ngoài phương pháp đại số ta có thể dùng phương pháp bảo toàn electron để cân bằng phản ứng này. Nhưng do đăc thù của phản ứng này để cân bằng nhanh phương trình phản ứng ta nên áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố.
Chất thích hợp để chọn hệ số là 1 ở đây là chất tham gia phản ứng.
Ví dụ 1: 
KClO3 
KCl +
O2
1
1
3/2
2
2
3
2KClO3 
2KCl +
3O2
	Ví dụ 2:
Cu(NO3)2 
CuO +
NO2 +
O2 
1
1
2
1/2
2
2
4
1
2Cu(NO3)2 
2CuO +
4NO2 +
O2 
Ví dụ 3: 
KMnO4 
K2MnO4
MnO2 +
O2 
1
1/2
1/2
1/2
2
1
1
1
2KMnO4 
K2MnO4
MnO2 +
O2 
Với phản ứng kết hợp
Phản ứng phân hủy có thể là phản ứng không có sự thay đổi số oxi hóa cũng có thể là phản ứng oxi hóa – khử. Tương tự như với phản ứng phân hủy ta sử dụng định luật bảo toàn nguyên tố.
Hệ số thích hợp chọn là 1 trong phản ứng này là chất tạo thành sau phản ứng.
	Ví dụ 1:
NH3 +
H2SO4
(NH4)2SO4
2
1
1
2NH3 +
H2SO4
(NH4)2SO4
Ví dụ 2:
NO2 +
O2 +
H2O
HNO3
1
¼
1/2
1
4
1
2
4
4NO2 +
O2 +
2H2O
4HNO3
Với phản ứng thế
Phản ứng thế luôn là phản ứng oxi hóa khử nên ta có thể dựa và định luật bảo toàn electron hoặc sử dụng định luật bảo toàn nguyên tố để cân bằng phương trình dạng này. Nếu phản ứng quá phức tạp ta sẽ áp dụng phương pháp cân bằng của một phản ứng oxi hóa khử (sẽ trao đổi ở nội dung phản ứng oxi hóa – khử). Còn với phản ứng ở dạng đơn giản ta cũng có thể cân bằng phương trình phản ứng bằng phương pháp cân bằng phân số như với phản ứng phân hủy và phản ứng kết hợp nêu trên.
	Chú ý trong phản ứng thể nhìn về góc độ nguyên tố. phản ứng thế tương tự như phản ứng trao đổi. Nghĩa là các chất chỉ trao đổi với nhau với những thành phần nhất định. Vì vậy chất có hệ số được chọn là 1 để cân bằng phương trình thường là chất khi chưa cân bằng có số lượng thành phần trao đổi lớn.
Ví dụ:
Cu +
Fe2(SO4)3
FeSO4 +
CuSO4 
1
1
1
2
1
Cu +
Fe2(SO4)3
2FeSO4 +
CuSO4 
Với phản ứng trao đổi kép
Phản ứng thế luôn là phản ứng không có sự thay đổi số oxi nên với cách thông thường là dùng phương pháp đại số. Nhưng với những hạn chế của phương pháp đại số đề tài xin giới thiệu một cách khác để cân bằng phương trình dạng này.
Nguyên tắc: do phản ứng trao đổi kép không có sự thay đổi số oxi hóa nên tổng số oxi hóa dương và tổng số oxi hóa âm trong một phương trình phản ứng là không đổi. Từ đó ta rút ra được kết luận quan trọng áp dụng cho việc cân bằng phương trình là: Tổng số oxi hóa dương trao đổi của các chất trong phương trình phản ứng phải bằng nhau. Từ kết luận trên ta đưa ra được hệ số của chất tham gia phản ứng. Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố hoàn thiện việc cân bằng phương trình.
Ví dụ 1:
Fe2(SO4)3 +
NaOH
Fe(OH)3 +
Na2SO4 
2x(+3)
1x(+1)
+6
+1
1x(+6)
6x(+1)
Fe2(SO4)3 +
6NaOH
Fe(OH)3 +
Na2SO4 
Fe2(SO4)3 +
6NaOH
2Fe(OH)3 +
3Na2SO4 
Ví dụ 2:
H2SO4 +
Fe(OH)3 
Fe2(SO4)3 +
H2O
2x(+1)
(+3)
+2
+3
3x(+2)
2(+3)
3H2SO4 +
2Fe(OH)3 
Fe2(SO4)3 +
H2O
3H2SO4 +
2Fe(OH)3 
Fe2(SO4)3 +
6H2O
Ví dụ 3:
CaCO3 +
HCl
CaCl2 +
CO2 + 
H2O
+2
+1
1x(+2)
2x(+1)
CaCO3 +
2HCl
CaCl2 +
CO2 + 
H2O
Chú ý: với trường hợp số oxi hóa dương không trao đổi hết
Ví dụ trong phản ứng sau H2S số oxi hoá dương trao đổi chỉ là +1, vì chỉ có một H tham gia trao đổi.
H2SO4 +
CaCO3 
Ca(HSO4)2 +
CO2 +
H2O
+1
+2
2x(+1)
1x(+2)
2H2SO4 +
CaCO3 
Ca(HSO4)2 +
CO2 +
H2O
Khí gặp các bài toán chỉ tính toán với những chất tham gia phản ứng ta có thể cân bằng các chất tham gia phản ứng với cách nêu trên mà không cần quan tâm đến sản phẩm phản ứng.
Ví dụ:
Xác định thể tích dung dịch HCl 2M cần để trung hòa 200ml hỗn hợp dung dịch gồm NaOH 0,5M và Ba(OH)2 0,25M.
Hướng dẫn:
HCl +
NaOH
x
0,1 mol
2HCl +
Ba(OH)2
y
0,1 mol
nHCl = x + 2y = 0,3 mol
VHCl = 0,3/2 = 0,15 lít
Chú ý: Cách làm này chỉ áp dụng với học sinh lớp 10. Với học sinh lớp 11 ta nên dùng phương trình ion.
II. Với phản ứng oxi hoá khử.
Nguyên tắc: Dựa trên định luật bảo toàn electron và định luật bảo toàn nguyên tố để cân bằng phương trình.
1) Cách thông thường:
Phương pháp đang được sử dụng rộng rãi là phương pháp thăng bằng electron. Ngoài ra còn có phương pháp ion – electron, phương pháp cân bằng số oxi hoá và tất nhiên phản ứng oxi hoá khử cũng có thể dùng phương pháp đại số để cân bằng.
2) Đổi mới phương pháp:
	Cũng dựa trên bản chất là định luật bảo toàn electron và định luật bảo toàn nguyên tố nhưng thực hiện các thao tác ngay trên phương trình phản ứng.
Ví dụ 1:
KMnO4+
FeSO4+
H2SO4
-->
Fe2(SO4)3 +
K2SO4+
MnSO4+
H2O
-2e
+5e
5
2
KMnO4+
FeSO4+
H2SO4
-->
5Fe2(SO4)3 +
K2SO4+
2MnSO4+
H2O
2KMnO4+
10FeSO4+
8H2SO4
-->
5Fe2(SO4)3 +
K2SO4+
2MnSO4+
8H2O
Ví dụ 2: 
HCl +
KMnO4
-->
Cl2 +
MnCl2 +
KCl +
H2O
-2e
+5e
5
2
HCl +
KMnO4
-->
5Cl2 +
2MnCl2 +
KCl +
H2O
16HCl +
2KMnO4
-->
5Cl2 +
2MnCl2 +
2KCl +
8H2O
Ví dụ 3: 
Mg +
HNO3
-->
Mg(NO3)2 +
N2O +
H2O
-2e
+8e
1
4
4
1
Mg +
HNO3
-->
4Mg(NO3)2 +
N2O +
H2O
4Mg +
10HNO3
-->
4Mg(NO3)2 +
N2O +
5H2O
Với bài toán chỉ yêu cầu tính toán liên quan đến những chất nhường nhận electron thì không nhất thiết phải viết phương trình phản ứng.
Ví dụ: 
Hoà tan hoàn toàn một lượng bột sắt vào dung dịch HNO3 loãng thu được hỗn hợp khí gồm 0,015 mol N2O và 0,01 mol NO. Lượng sắt đã hoà tan là:
Hướng dẫn:
Fe
-->
N2O
-3e
+8e
8Fe
-->
3N2O
0,04
<--
0,015 mol
Fe
-->
NO
-3e
+3e
Fe
-->
NO
0,01
<--
0,01
nFe = 0,05 mol
mFe = 0,05x56 = 2,8 g
III. Bài tập rèn kỹ năng
Trong các loại phản ứng trên thì phản ứng oxi hóa khử là một trong những phản ứng quan trọng để rèn kỹ năng cho học sinh phần oxi hóa – khử giáo viên có thể củng cố kiến thức cho học sinh với hệ thống bài tập sau
	1) Phần tự luận
Câu 1 : ( ĐH Thái Nguyên - 2001 ) 
 	Hãy cân bằng các phản ứng sau bằng pp cân bằng electron và chỉ ra 
chất nào là chất oxi hoá , chất khử :
 a . KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 --> Fe2(SO4)3 + K2SO4 + MnSO4 + H2O .
 b . KBr + PbO2 + HNO3 --> Pb(NO3)2 + Br2 + KNO3 + H2O .
 c . KClO3 + NH3 --> KNO3 + KCl + Cl2 + H2O .
 d . NO + K2Cr2O7 + H2SO4 --> HNO3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O 
 e . HCl + KMnO4 --> Cl2 + MnCl2 + KCl + H2O .
 f . MnO4- + H+ + C6H12O6 --> Mn2+ + CO2 + H2O .
Câu 2 : ( ĐH Nông Nghiệp - 2001 )
 	Cân bằng phản ứng sau bằng phương pháp cân bằng electron : 
 a . Al + HNO3 ( loãng) --> Al(NO3)3 + N2O + H2O .
 b . KMnO4 + FeCl2 + H2SO4 --> Fe2(SO4)3 + Cl2 + MnSO4 +K2SO4 + H2O
 c . Al + HNO3 ( loãng ) --> Al(NO3)3 + NH4