Cân bằng phương trình hóa học là gì? Cách cân bằng phương trình hóa học lớp 10

Cân bằng phương trình hóa học là gì?

Phương trình hóa học được dùng để biểu diễn một phản ứng hóa học. Theo định luật bảo toàn khối lượng, số nguyên tử của mỗi nguyên tố trước khi tham gia phản ứng sẽ bằng số nguyên tử sau khi tham gia phản ứng. Vì vậy, chúng ta cần phải cân bằng phương trình hóa học. Từ một phương trình hóa học đã được cân bằng, ta có thể nhận biết được số lượng các chất phản ứng, chất sản phẩm cũng như tỉ lệ về số nguyên tử, 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

Đây là cách cân bằng phương trình hóa học đơn giản nhất mà các em có thể dễ dàng áp dụng. Nếu làm nhiều, các em có thể chỉ nhìn là biết được đáp án với cách cân bằng này.

Các bước cân bằng theo nguyên tử nguyên tố gồm:

• Bước 1: Viết lại phương trình dưới dạng nguyên tử riêng biệt như H2, O2,…
• Bước 2: Lập luận số nguyên tử theo thành phần của chất sản phẩm
• Bước 3: Viết lại đúng bản chất của các chất tham gia

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 PTHH bằng phương pháp chẵn – lẻ

Có thể thấy, nếu một phương trình đã được cân bằng thì tổng số nguyên tử của một nguyên tố ở vế trái sẽ bằng với vế phải. Chính vì vậy, nếu số nguyên tử nguyên tố này ở vế trái là số chẵn thì tổng số nguyên tử nguyên tố đó ở vế phải cũng là số chẵn. Khi đó, nếu số nguyên tử nguyên tố ở vế trái là số lẻ thì số nguyên tử nguyên tố bên vế trái phải được nhân đôi lên. Sau đó, ta sẽ cân bằng tiếp các hệ số còn lại.

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: Phương pháp cân bằng phương trình hóa học dựa trên nguyên tố chung nhất

Cách cân bằng phương trình hóa học này cũng rất dễ áp dụng, các em sẽ bắt đầu cân bằng hệ số của phân tử có chứa nguyên tố xuất hiện nhiều nhất trong phản ứng, sau đó cân bằng các hệ số 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: Phương pháp cân bằng PTHH theo nguyên tố tiêu biểu

Để có thể cân bằng phương trình hóa học theo cách này, các em cần nắm được thế nào là nguyên tố tiêu biểu. Nguyên tố tiêu biểu là nguyên tố có những đặc điểm sau:

• Có mặt ít nhất trong phương trình phản ứng
• Có liên quan giá tiếp đến nhiều chất trong phản ứng
• Số nguyên tử chưa cân bằng

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

• Bước 1: Chọn nguyên tố tiêu biểu dựa theo các đặc điểm trên
• Bước 2: Bắt đầu cân bằng nguyên tố tiêu biểu trước
• Bước 3:Cân bằng các nguyên tố còn lại

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: Phương pháp cân bằng PTHH dựa vào phản ứng cháy của chất hữu cơ

Với các phản ứng cháy của hidrocacbon, cách cân bằng phương trình hóa học được thực hiện như sau:

• Bước 1: Cân bằng nguyên tố H bằng cách lấy số nguyên tử H của hidrocacbon chia cho 2, nếu kết quả là số lẻ thì nhân đôi phân tử hidrocacbon, nếu là số chẵn thì giữ nguyên
• Bước 2: Tiếp đến là cân bằng nguyên tố C
• Bước 3: Cân bằng nguyên tố O​

Cách 6: Phương pháp cân bằng PTHH dựa vào phản ứng cháy của hợp chất chứa O

Đối với phản ứng cháy của hợp chất chứa oxi, ta thực hiện theo trình tự sau:

• Bước 1: Cân bằng nguyên tố C
• Bước 2: Cân bằng nguyên tố H
• Bước 3:Cân bằng nguyên tố O bằng cách lấy tổng số nguyên tử O ở vế phải rồi trừ cho số nguyên tử O có trong hợp chất; tiếp theo, đem chia đôi để được hệ số của phân tử O2, nếu hệ số là số lẻ thì nhân các hệ số ở cả hai vế cho 2

Cách 7: Phương pháp cân bằng PTHH dựa vào bản chất hóa học của phản ứng

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

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: Phương pháp cân bằng phương trình hóa học theo trình tự kim loại – phi kim

Một cách cân bằng phương trình hóa học đơn giản mà các em có thể dễ dàng thực hiện là cân bằng 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: Phương pháp cân bằng phương trình hóa học bằng 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, có thể được sử dụng để cân bằng hầu hết các phương trình đơn giản. Các em hãy làm theo 4 bước sau:

• Bước 1: Xác định hóa trị của từng nguyên tố và nhóm nguyên tử.
• Bước 2: Tìm bội số chung nhỏ nhất các hóa trị này.
• Bước 3: Tìm hệ số tương ứng.
• Bước 4: Thay vào phương trình hoá học.

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

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

• Bước 1: Thay các hệ số vào phương trình hoá học sao cho thoả điều kiện số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở 2 vế phương trình bằng nhau, không phân biệt phân số hay số nguyên.
• Bước 2: Khử mẫu số bằng cách nhân mẫu số chung ở tất cả các hệ số.​

Cách 11: Phương pháp cân bằng phương trình hóa học bằng đại số

Phương pháp đại số thường được dùng để cân bằng những phương trình hóa học phức tạp mà không thể áp dụng được hai phương pháp đã được đề cập ở trên. Để thực hiện phương pháp này, các em làm theo 3 bước sau:

• Bước 1: Đặt ẩn cho các hệ số.
• Bước 2: Cân bằng và lập phương trình đại số dựa trên định luật bảo toàn khối lượng.
• Bước 3: Chọn một nghiệm bất kỳ, sau đó suy ra các ẩn còn lại bằng cách giải hệ phương trình.

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

Phương pháp cân bằng electron thường được áp dụng cho các phản ứng oxi hóa – khử. Phương pháp được tạo ra dựa trên nguyên tắc: Tổng số electron mà chất khử cho phải bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận.

Các bước cân bằng phương trình bằng phương pháp cân bằng electron:

• Bước 1: Xác định sự thay đổi số oxi hóa.
• Bước 2: Thăng bằng electron.
• Bước 3: Đặt hệ số tìm được vào phản ứng và tìm ra các hệ số còn lại.

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

Bản chất của phương pháp cân bằng ion – electron dựa trên sự cân bằng khối lượng và cân bằng điện tích giữa các chất tham gia phản ứng. Phương pháp này được sử dụng nhiều để cân bằng phương trình diễn ra trong môi trường axit, bazơ hoặc là nước. Các em thực hiện các bước 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 hai phương trình với hệ số tương ứng để thăng bằng electron.
• Bước 4: Viết phương trình ion đầy đủ bằng cách cộng gộp 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)

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)

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)

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

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

Đăng bởi: THPT Ngô Thì Nhậm

Chuyên mục: Giáo Dục