Sáng kiến kinh nghiệm - Một số phương pháp giúp học sinh cân bằng các phương trình phản ứng hóa học
Sự nghiệp xây dựng CNXH ở nước ta đang phát triển với tốc độ ngày càng cao với quy mô ngày càng lớn. Một trong những trọng tâm của sự phát triển đất nước là đổi mới nền giáo dục. Phương hướng giáo dục của Đảng, Nhà nước và ngành Giáo dục và Đào tạo trong thời gian trước mắt cũng như lâu dài là đào tạo những con người Lao động - Tự chủ - Sáng tạo có năng lực thích ứng và giải quyết những vấn đề thường gặp, qua đó biết lập nghiệp và cải thiện cuộc sống của mình.
Để bồi dưỡng năng lực sáng tạo, giải quyết vấn đề cho HS thì lí luận dạy học hiện đại đã khẳng định: Cần phải đưa HS vào vị trí chủ thể của hoạt động nhận thức. Trong bộ môn Hoá học ở Phổ thông THCS có mục đích trang bị cho HS hệ thống kiến thức cơ bản bao gồm kiến thức về cấu tạo, phân loại và tính chất và ứng dụng của chúng .
Trong phần tính chất cơ bản của các chất thì có sự xuất hiện của các phản ứng hoá học kéo theo nó là các phương trình hoá học xuất hiện. Nhưng việc cân bằng được các phương trình hoá học đó để áp dụng mà giải thích, giải toán là một việc cần thiết để HS có thể giải các bài toán hoá học sau này.
Để đạt được mục đích là: cân bằng sao cho đúng, nhanh một phương trình hoá học đơn giản cũng như phương trình phức tạp là cả một vấn đề khó đối với cả GV và HS. Giáo viên thì lo làm sao truyền đạt kiến thức như thế nào, mức độ nào đối với từng loại HS để HS có thể tự cân bằng được phương trình. Còn HS thì lo làm sao thu nhận kiến thức và cách thức thực hiện như thế nào để có thể cân bằng được phương trình. Mà phương trình hoá học thì có nhiều loại cho nhiều chất cụ thể. Và để cho HS viết sơ đồ hay công thức cấu tạo đúng củ các chất có trong phản ứng đẫ khó, nay lại bắt chúng cân bằng các phương trình đó lại càng khó hơn. Với thực trạng hiện nay thì môn Hoá học vẫn là môn học khó, đến lớp 8 tức là quá nửa của chương trình THCS mới được học. Khi nói đến vấn đề lí thuyết thì HS có thể học thuộc nhưng khi va chạm đến phương trình, công thức là va chạm đến các con số thì những học sinh yếu kém về môn toán sẽ rất đễ nản chí và không muốn học. Và không muốn học từ đó việc giải các bài toán theo phương trình sau này sẽ rất khó khăn. Bên cạnh những HS yếu kém đó thì để bồi dưỡng khả năng sáng tạo, giải quyết vấn đề thông qua các bài toán cân bằng phương trình đối với HS khá, giỏi cũng không phải là vấn đề dễ. Nhất là trong các phản ứng có nhiều chất tham gia, nhiều chất sản phẩm, cho nên việc cân bằng được một phương trình như thế nào để HS thực hiện được mà vẫn phát triển được năng lực tư duy, sáng tạo, gây hứng thú học tập cho HS là điều không phải là dễ.
Từ những vấn đề trên, với mong muốn góp phần nhỏ bé của mình vào việc tìm tòi phương pháp dạy - học thích hợp với điều điều kiện của HS, tạo tiền đề cho việc phát triển tư duy của các em ở cấp cao hơn góp phần thực hiện mục tiêu giáo dục đào tạo của địa phương nên tôi đã chọn đề tài: "Một số phương pháp giúp học sinh cân bằng các phương trình phản ứng hóa học"
có 1Fe, sau có 4Fe nên đặt hhệ số 4 trước FeS2 4FeS2 + O2 ----> 2Fe2O3 + SO2 Lúc này trướcphản ứng coi như S là không đổi nữa : trước phản ứng có 8S sau có 1S nên thêm hệ số 8 trước SO2 4FeS2 + O2 ----> 2Fe2O3 + 8SO2 Cuối cùng ta cân bằng nguyên tử Oxi: Trước phản ứng có 2O, sau có 22O nên ta đặt hệ số 11 trước công thức O2. Ta được phương trình hoàn chỉnh: 4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2 Các VD khác: Na + O2 -----> Na 2O P2O5 + H2O -----> H3PO4 Fe + O2 ----> Fe2O3 Zn + HCl -----> ZnCl2 + H2 Na + H2O ----> NaOH + H2 Dạng 3: Cân bằng phương trình phản ứng cháy của hợp chất Hữu cơ. Đối tượng, phạm vi áp dụng: Đối với HS lớp 8 thì HS chưa biết được hợp chất hữu cơ là gì, kể cả HS lớp 9 đến đầu HKII cũng mới được tìm hiểu. Nhưng ngay khi ở lớp 8 khi học phần tính chất hoá học của ôxi, phần ôxi tác dụng với hợp chất chủ yếu là các phản ứng cháy của các hợp chất hữu cơ, để phát triển tư duy lôgic và sáng tạo của HS thì đối với lớp chọn, khá thì GV có thể giới thiệu sơ qua và hướng dẫn HS cân bằng nhanh trong các bài kiểm tra thường thì dạng này ở THCS chủ yếu là : HCHC + O2 ----> CO2 + H2O + một số chất khác. Cách tiến hành: + Đầu tiên luôn coi hệ số của các hợp chất hữu cơ luôn bằng 1 + Rồi đến cân bằng số nguyên tử C đầu tiên, đến nguyên tử H; N + Và cuối cùng mới cân bằng nguyên tử Ôxi. Các ví dụ cụ thể: VD 1: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau: C3H6 + O2 ----> CO2 + H2O Cách làm: Đầu tiên coi hệ số của C3H6 là 1. Vậy trước phản ứng có 3C, sau phản ứng có 1C ta thêm hệ số 3 trước CO2: C3H6 + O2 ----> 3CO2 + H2O. Trước phản ứng lúc này có 6H nên ta thêm hệ số 3 trước H2O: C3H6 + O2 ----> 3CO2 + 3H2O Lúc này sau phản ứng có nguyên tử ôxi là ( 6 + 3 = 9)và trước phản ứng là 2 ta thêm hệ số trước O2 ta được phương trình : C3H6 + O2 3CO2 + 3H2O ªTừ phương trình này GV có thể triển khai ra các hợp chất khác như: C2H4, C3H4, C2H6, ( Các hợp chất chỉ gồm C và H) và cuối cùng là: CxHy để tăng độ khó, tăng khả năng tư duy của HS. VD 2: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau: C2H6O + O2 ----> CO2 + H2O Cách làm: Đối với phương trình dạng này trong hợp chất ban đầu có cả nguyên tố Ôxi nên khó hơn nhưng nguyên tắc vẫn như trên: Đầu tiên coi hệ số của C2H6O là 1, lúc này trước phản ứng có 2C, 6H sau phản ứng có 1C, 2H vậy nên ta thêm hệ số 2 trước CO2 và hệ số 3 trước H2O. C2H6O + O2 ----> 2CO2 + 3H2O Lúc này sau phản ứng có :( 2.2 + 3.1 ) = 7 nguyên tử Ôxi còn trước phản ứng có ( 1 +2) =3O (GV nên chỉ rõ cho HS chỗ này) mà hệ số của C2H6O là 1 nên tại đây luôn chỉ có 1O nên ta thêm hệ số 3 trước O2. Ta được phương trình hoàn chỉnh : C2H6O + 3O2 2CO2 + 3H2O ºTừ VD này GV có thể triển khai một số chất tương tự ( phân tử chỉ gồm C,H, O) như: C3H8O3 , C2H6O2 , C2H4O2 . . . .sau đó tổng quát lên là CxHyOz để rèn luyện khả năng cân bằng phương trình của học sinh. VD 3: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau: C2H5O2N + O2 ----> CO2 + H2O + N2 Cách làm: Đối với học sinh THCS thì hợp chất gồm 4 nguyên tố như thế này là phức tạp lăm rồi nhưng cứ theo nguyên tắc ban đầu : Đầu tiên coi hệ số của C2H5O2N là 1 thì trước phản ứng lúc này có: 2C , 5H, 1N còn sau phản ứng là: 1C ,2H , 2N. Cho nên ta đặt hệ số 2 trước CO2 , hệ số 5/2 trước H2Ovà hệ số 1/2 trước N2 C2H5O2N + O2 ----> 2CO2 + H2O + N2 lúc này số nguyên tử Oxi sau phản ứng là (2.2 + 5/2.1) = 13/2 = , còn trước phản ứng là 4O mà hệ số của C2H5O2N là 1 nên ở đây có 2O cố định nên ta thêm hệ số vào trước O2 C2H5O2N + O2 2CO2 + H2O + N2 ºQua ví dụ này GV có thể cho học sinh khá, giỏi về cân bằng công thức tổng quát: CxHyOzNt + O2 ----> CO2 + H2O + N2 Dạng 4: Cân bằng phương trình phản ứng theo phương pháp " Đại số". Đối tượng, phạm vi áp dụng: Trong chương trình THCS thì HS mới tim hiểu sơ qua về phản ứng ôxi hoá khử, nhưng các khái niệm đó chưa giúp gì chúng ta trong việc cân bằng phương trình phản ứng ôxi hoá khử. Cho nên khi bồi dưỡng học sinh giỏi cho trường rất khó khăn để hướng dẫn HS cân bằng các phương trình có nhiều chất phản ứng hay sản phẩm như: Cu + H2SO4 -----> CuSO4 + SO2 + H2O Al + HNO3 -----> Al(NO3)3 + NO2 + H2O MnO2 + HCl -----> MnCl2 + Cl2 + H2O Vì vậy phương pháp “Đại số” có thể giúp chúng ta tháo gỡ khó khăn này khi bồi dưỡng HS giỏi. Cách tiến hành: Bước 1: Đưa các hệ số hợp thức a, b, c, d, e, f, ...lần lượt vào các công thức ở 2 vế của phương trình phản ứng. Bước 2: Cân bằng số nguyên tử ở 2 vế của phương trình bằng 1 hệ phương trình chứa ẩn trên. Bước 3: Giải hệ phương trình vừa lập để tìm các hệ số. Bước 4: Đưa các hệ số vừa tìm vào phương trình phản ứng. Các ví dụ cụ thể: VD 1: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau: Cu + H2SO4 -----> CuSO4 + SO2 + H2O Cách làm: + Đưa các hệ số hợp thức a, b, c, d, e, f, ..lần lượt vào các công thức ở 2 vế của phương trình phản ứng. aCu + bH2SO4 -----> cCuSO4 + dSO2 + e H2O + Lập hệ phương trình dựa vào mối quan hệ về các chất trước và sau phản ứng( khối lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố ở 2 vế phải bằng nhau) Cụ thể: Cu: a = c (1) S : b =( c + d) (2) H : 2b = 2e (3) O : 4b = 4c + 2d + e (4) + Giải hệ phương trình trên bằng cách: Từ (3) ta có : b = e .Chọn b = e = 1 từ (2) , (4) và (1) ª c = a = d =1/2 + Đưa các hệ số vừa tìm vào phương trình phản ứng. Cu + H2SO4 CuSO4 + SO2 + H2O Hoặc: Cu + 2H2SO4 CuSO4 + SO2 + 2 H2O VD 2: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau: Al + HNO3 -----> Al(NO3)3 + NO2 + H2O Cách làm: Bước 1: Đưa các hệ số hợp thức a, b, c, d, e, f, ..lần lượt vào các công thức ở 2 vế của phương trình phản ứng. aAl + bHNO3 ----->c Al(NO3)3 + dNO2 + eH2O Bước 2: Lập hệ Al : a = c (1) H : b = 2e (2) N : b = 3c + d (3) O : 3b = 9c + 2d + e (4) Bước 3: Giải hệ: Từ (2) chọn e = 1 ª b = 2 Từ (3) và (4) ªe = d = 1, từ (1) và (3) ª a = c = 1/3 Bước 4: Đưa các hệ số vừa tìm vào phương trình phản ứng. Al + 2HNO3 Al(NO3)3 + NO2 + H2O Hay : Al + 6HNO3 Al(NO3)3 + 3NO2 + 3 H2O - Một số ví dụ khác: Fe + HNO3 -----> Fe(NO3)3 + NO2 + H2O Fe3O4 + H2SO4 -----> Fe(SO4)3 + SO2 + H2O Cu + HNO3 -----> Cu(NO3)2 + NO2 + H2O FeO + H2SO4 -----> Fe(SO4)3 + SO2 + H2O Fe3O4 + HNO3 -----> Fe(NO3)3 + NO2 + H2O Dạng 5: Cân bằng phương trình phản ứng theo phương pháp: " Thăng bằng số Electron" Đối tượng, phạm vi áp dụng: Như đã nói ở trên khi hướng dẫn HS cân bằng các phương tình phản ứng mà HS chưa biết được các khái niệm như số ôxi hoá, hay bản chất của phản ứng Oxi hoá khử là điều rất khó. Ở dạng 4 ta mới chỉ giải quyết tạm thời về vấn đề cân bằng nhưng nhược điểm của phương pháp này là việc lập hệ và giải hệ tương đối phức tạp, nặng về toán học lại không tìm hiểu đúng bản chất của phản ứng Oxi hoá khử. Cho nên phương pháp 5 này chỉ áp dụng để hướng dẫn các học sinh giỏi cân bằng phương trình trong các kì thi. Để áp dụng được phương pháp này thì giáo viên phải trang bị trước cho học sinh một số kiến thức cơ bản về: phản ứng Oxi hoá khử, bản chất của phản ứng này, số oxi hoá của các nguyên tố. Sau đây là một số quy tắc để xác định số OXH của các nguyên tố hoá học: a, Số OXH của nguyên tử đơn chất bằng không. VD: Số OXH của Fe, Cu, Cl, S bằng không. Kí hiệu: b, Trong hợp hất Số OXH của Hiđrô bằng +1, của Oxi bằng -2. c, Trong một phân tử tổng số Oxh của các nguyên tử bàng không. d, Đối với ion đơn nguyên tử số OXH bằng điện tích của ion đó. VD: Số OXH của Na+, Mg2+, I-, S2- .lần lượt là : +1, +2+, -1, -2. e, Đối với ion nhiều nguyên tử thì tổng số OXH của các nguyên tử bằng trị số đại số của điện tích ion đó. VD: - Số OXH của N trong ion NO3- là : a + 3.(-2) = -1 ªa =+5.(với a là số OXH của N) - Số OXH của N trong ion NH4+ là: a + 4.(+1) = +1 ªa = -3 Y Chú ý: Có một số nguyên tố có nhiều số OXH tuỳ theo từng hợp chất: VD: - Nguyên tố N: có các số OXH như: Trong NH3 thì số OXH là: -3, trong N2 là 0, +1 ở N2O, +2 ở NO, +4 ở NO2 , +5 ở trong ion NO3-. - Nguyên tố Lưu huỳnh cũng vậy: Có số OXH lần lượt như: -2 trong H2S, 0 của đơn chất S, +4 trong SO2, +6 trong SO3 ... - Cách tiến hành: Bước 1: Xác định số Oxi hoá của các nguyên tố ở 2 vế của phương trình phản ứng( chỉ xác định số OXH của các nguyên tố có sự thay đổi, tức là có sự tăng giảm số OXH ) Bước 2: Viết các nửa phản ứng thể hiện quá trình OXH và quá trình khử, rồi cân bằng số e cho và nhận. Bước 3: Đưa hệ số của chất OXH và chất khử vào phương trình phản ứng. Sau đó kiểm tra xem số nguyên tử các nguyên tố ở 2 vế. Các ví dụ cụ thể VD 1: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau: Cu + HNO3 -----> Cu(NO3)2 + NO + H2O Cách làm: Bước 1: Xác định số Oxi hoá của các nguyên tố ở 2 vế của phương trình. + -----> (NO3)2 + + H2O Bước 2: Viết các nửa phản ứng thể hiện quá trình OXH và quá trình khử, rồi cân bằng số e cho và nhận. - 2e Í 3 ( Quá trình Oxi hoá( Sự OXH) – Cu chất khử) + 3e Í 2 (Quá trình khử(Sự khử) – HNO3 là chất OXH ) ª3 + 2 3 + 2 Bước 3: Đưa hệ số của chất OXH và chất khử vào phương trình phản ứng, kiểm tra. 3Cu + 8 HNO3 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O Ü Chú ý: Khi dạy giáo viên nên chú ý cho HS tại sao ở trên chỉ có 2 nhưng khi cân bằng lại có 8 phân tử HNO3 đó là do trên thực tế chỉ có 2 phân tử HNO3 phản ứng còn 6 phân tử nữa làm môi trường cho phản ứng. Cho nên khi cân bằng dạng này nên cân bằng các dung dịch axit cuối cùng. VD 2: Cân bằng sơ đồ phản ứng sau: Br2 + NaOH -----> NaBr + NaBrO3 + H2O Cách làm: Bước 1: + NaOH -----> Na + NaO3 + H2O Bước 2: +1e . 2 2 Í 5 - 5e . 2 2 Í 1 ª 12 10 + 2 Bước 3: 6Br2 + 12NaOH 10 NaBr + 2NaBrO3 + 6H2O Một số ví dụ khác: Fe + HNO3 -----> Fe(NO3)3 + NO2 + H2O Fe3O4 + H2SO4 -----> Fe(SO4)3 + SO2 + H2O Cu + HNO3 -----> Cu(NO3)2 + NO2 + H2O FeO + H2SO4 -----> Fe(SO4)3 + SO2 + H2O Fe3O4 + HNO3 -----> Fe(NO3)3 + NO2 + H2O FeS + HNO3 -----> Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO2 + H2O Fe + HNO3 -----> Fe(NO3)3 + NO2 + NO + H2O Fe + HNO3 -----> Fe(NO3)3 + NH3 + H2O Ü Mở rộng: Đối với dạng 5 này khi HS đã thao tác quen các bước thì GV có thể hướng dẫn HS cách nhẩm
File đính kèm:
SKKN Hoa.doc
