Cân bằng phương trình phản ứng CxHy + O2 -> CO2 + H2O

VnDoc xin giới thiệu bài Cân bằng phương trình phản ứng CxHy + O2 -> CO2 + H2O được chúng tôi sưu tầm và tổng hợp lí thuyết trong chương trình giảng dạy. Nội dung tài liệu sẽ giúp các bạn học sinh học tốt môn Hóa học lớp 10 hiệu quả hơn. Mời các bạn tham khảo.

Câu hỏi: Cân bằng phương trình phản ứng C_xH_y + O₂ -> CO₂ + H₂O

Lời giải:

4C_xH_y + (4x + y) O₂ --> 4xCO₂ + 2y H₂O

Hay: C_xH_y + (x + y/4) O₂ --> x CO₂ + y/2 H₂O

- Phương trình trên được cân bằng theo phương pháp Nguyên tử nguyên tố.

1. Phương pháp nguyên tử nguyên tố

Phương pháp này khá đơn giản. Đối với phương pháp cân bằng nguyên tử, nguyên tố, khi cân bằng, người ta sẽ cố ý viết các đơn chất khí dưới dạng nguyên tử riêng biệt như (H₂, O₂, N₂...). Sau đó lập luận qua một số bước làm.

Ví dụ: Cân bằng phản ứng P + O₂ -> P₂O₅

Ta viết: P + O -> P₂O₅

Để tạo thành 1 phân tử P₂O₅ cần 2 nguyên tử P và 5 nguyên tử O: 2P + 5O -> P₂O₅

Nhưng phân tử oxi bao giờ cũng gồm hai nguyên tử. Do đó nếu lấy 5 phân tử oxi tức là số nguyên tử oxi tăng lên gấp 2 thì số nguyên tử P và số phân tử P₂O₅ cũng tăng lên gấp 2, tức 4 nguyên tử P và 2 phân tử P₂O₅.

Do đó ta có: 4P + 5O₂ -> 2P2O₅

2. Phương pháp hóa trị tác dụng

Hóa trị tác dụng là hóa trị của nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử của các nguyên tố trong chất tham gia và chất tạo thành trong phản ứng hóa học.

Áp dụng phương pháp này cần tiến hành các bước sau:

+ Xác định hóa trị tác dụng:
II I III II II- II III I

BaCl₂ + Fe₂(SO₄)₃ -> BaSO₄ + FeCl₃

Hóa trị tác dụng lần lượt từ trái qua phải là:
II  I III II II II III I

Tìm bội số chung nhỏ nhất của các hóa trị tác dụng:

BSCNN(1, 2, 3) = 6

+ Lấy BSCNN chia cho các hóa trị ta được các hệ số:

6/II = 3, 6/III = 2, 6/I = 6

Thay vào phản ứng: 3BaCl₂ + Fe₂(SO₄)₃ -> 3BaSO₄ + 2FeCl₃

Dùng phương pháp này sẽ củng cố được khái niệm hóa trị, cách tính hóa trị, nhớ hóa trị của các nguyên tố thường gặp.

3. Phương pháp dùng hệ số phân số

Ở các công thức của các chất tham gia phản ứng, bạn sẽ thay các hệ số vào không phân biệt số nguyên hay phân số sao cho số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở 2 vế phương trình bằng nhau. Tiếp theo, ở tất cả các hệ số, bạn sẽ thực hiện khử mẫu số chung.

Ví dụ: Cân bằng phản ứng P + O₂ -> P₂O₅

+ Đặt hệ số để cân bằng: 2P + 5/2O₂ -> P₂O₅

+ Nhân các hệ số với mẫu số chung nhỏ nhất để khử các phân số. Ở đây ta nhân 2.

2.2P + 2.5/2O₂ -> 2P₂O₅

hay 4P + 5O₂ -> 2P₂O₅

4. Phương pháp chẵn lẻ

Theo nguyên tắc, khi cân bằng phương trình hóa học, số nguyên tử của nguyên tố ở cả 2 vế phương trình sẽ bằng nhau. Do đó, một phản ứng đã cân bằng, nếu số nguyên tử của nguyên tốt ở vế trái hay phải là số chẵn thì vế còn lại cũng có số nguyên tử nguyên tố tương tự. Trong trường hợp, ở công thức hóa học nào đó có số nguyên tử nguyên tố lẻ thì phải thực hiện nhân đôi.

Ví dụ: Cân bằng phản ứng FeS₂ + O₂ -> Fe₂O₃ + SO₂

Ở vế trái số nguyên tử O₂ là chẵn với bất kỳ hệ số nào. Ở vế phải, trong SO₂ oxi là chẵn nhưng trong Fe₂O₃ oxi là lẻ nên phải nhân đôi. Từ đó cân bằng tiếp các hệ số còn lại.

2Fe₂O₃ -> 4FeS₂ > 8SO₂ -> 11O₂

Đó là thứ tự suy ra các hệ số của các chất. Thay vào PTPU ta được:

4FeS₂ + 11O₂ -> 2Fe₂O₃ + 8SO₂

5. Phương pháp xuất phát từ nguyên tố chung nhất

Chọn nguyên tố có mặt ở nhiều hợp chất nhất trong phản ứng để bắt đầu cân bằng hệ số các phân tử.

Ví dụ: Cu + HNO₃ -> Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

Nguyên tố có mặt nhiều nhất là nguyên tố oxi, ở vế phải có 8 nguyên tử, vế trái có 3. Bội số chung nhỏ nhất của 8 và 3 là 24, vậy hệ số của HNO₃ là 24 /3 = 8

Ta có: 8HNO₃ -> 4H₂O -> 2NO (Vì số nguyên tử N ở vế trái chẵn)

3Cu(NO₃)₂ -> 3Cu

Vậy phản ứng cân bằng là:

3Cu + 8HNO₃ -> 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

6. Phương pháp cân bằng theo nguyên tố tiêu biểu

- Những đặc điểm của nguyên tố tiêu biểu bao gồm:

+ Ít có mặt nhất trong các chất tham gia phản ứng hóa học.

+ Có liên quan gián tiếp nhiều nhất đến các chất tham gia phản ứng hóa học.

+ Nguyên tử ở 2 về chưa cân bằng

- Phương pháp cân bằng này tiến hành qua ba bước:

a. Chọn nguyên tố tiêu biểu.

Cân bằng nguyên tố tiêu biểu.

Cân bằng các nguyên tố khác theo nguyên tố này.

Ví dụ: Cân bằng phản ứng KMnO₄+ HCl -> KCl + MnCl₂+ Cl₂ + H₂O

b. Chọn nguyên tố tiêu biểu: O

Cân bằng nguyên tố tiêu biểu: KMnO₄> 4H₂O

c. Cân bằng các nguyên tố khác:

+ Cân bằng H: 4H₂O > 8HCl

+ Cân bằng Cl: 8HCl > KCl + MnCl₂ + 5/2Cl₂

Ta được:

KMnO₄ + 8HCl -> KCl + MnCl₂ + 5/2Cl₂ + 4H₂O

Sau cùng nhân tất cả hệ số với mẫu số chung ta có:

2KMnO₄ + 16HCl -> 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O

7. Phương pháp cân bằng theo trình tự kim loại phi kim

Áp dụng phương pháp cân bằng phương trình này, trước tiên, bạn cân bằng số nguyên tử kim loại sau đó đến nguyên tử phi kim và cuối cùng là Hidro. Sau đó, cân bằng nguyên tử Oxy bằng cách đưa các hệ số đã biết.

Ví dụ: Cân bằng phản ứng NH₃ + O₂ -> NO + H₂O

Ta thấy, phản ứng này không có kim loại, nguyên tử phi kim N đã cân bằng, nên ta cân bằng luôn H: 2NH₃ -> 3H₂O (Tính BSCNN, sau đó lấy BSCNN chia cho các chỉ số để được các hệ số)

+ Cân bằng N: 2NH₃ -> 2NO

+ Cân bằng O và thay vào ta có:

2NH₃ + 5/2O₂ -> 2NO + 3H₂O

Cuối cùng nhân các hệ số với mẫu số chung nhỏ nhất ta được:

4NH₃ + 5O₂ -> 4NO + 6H₂O

8. Phương pháp xuất phát từ bản chất hóa học của phản ứng

Phương pháp này lập luận dựa vào bản chất của phản ứng để cân bằng.

- Ví dụ: Cân bằng phản ứng Fe₂O₃ + CO -> Fe + CO₂

Theo phản ứng trên, khi CO bị oxi hóa thành CO₂ nó sẽ kết hợp thêm oxi. Trong phân tử Fe₂O₃ có 3 nguyên tử oxi, như vậy đủ để biến 3 phân tử CO thành 3 phân tử CO₂. Do đó ta cần đặt hệ số 3 trước công thức CO và CO₂ sau đó đặt hệ số 2 trước Fe:

Fe₂O₃ + 3CO -> 2Fe + 3CO₂

9. Phương pháp cân bằng phản ứng cháy của chất hữu cơ

Phản ứng cháy của hidrocacbon

Nên cân bằng theo trình tự sau:

- Cân bằng số nguyên tử C

- Cân bằng số nguyên tử H

- Cân bằng số nguyên tử O

Trong đó, cân bằng số nguyên tử O sẽ thực hiện bằng cách tính tổng số nguyên tử O ở về phải rồi đem chia cho 2 sẽ ra hệ số 0 ở vế này. Nếu số lẻ, sẽ thực hiện nhân tất cả các chất ở 2 vế với 2.

Phản ứng cháy của hợp chất chứa O

Cân bằng theo trình tự sau:

- Cân bằng số nguyên tử C.

- Cân bằng số nguyên tử H.

- Cân bằng số nguyên tử O bằng cách tính số nguyên tử O ở vế phải rồi trừ đi số nguyên tử O có trong hợp chất. Kết quả thu được đem chia đôi sẽ ra hệ số của phân tử O₂. Nếu hệ số đó lẻ thì nhân đôi cả 2 vế của PT để khử mẫu số.

10. Phương pháp cân bằng electron

Đây là phương pháp cân bằng áp dụng cho các phản ứng oxi hóa khử. Về nguyên tắc, tổng số electron của chất khử cho phải bằng tổng số electron chất oxi hóa nhận theo sự bảo toàn electron. Thực hiện phương pháp cân bằng electron qua các bước sau:

* Bước 1: Các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa thể hiện bằng sơ đồ phản ứng.

* Bước 2: Viết các quá trình khử cho electron và oxi hóa nhận electron

* Bước 3: Nhân hệ số để thực hiện cân bằng electron như sau:

+ Tổng số electron nhận = tổng số electron cho

+ Tổng số oxi hóa giảm = tổng số oxi hóa tăng

+ Tổng số oxi hóa giảm = tổng số oxi hóa tăng)

* Bước 4: Nếu không thay đổi số oxi hóa sẽ cân bằng nguyên tố thực hiện theo thứ tự:

+ Kim loại (ion dương)

+ Gốc axit (ion âm)

+ Môi trường axit hay bazơ

+ Nước (cân bằng hidro bằng cách cân bằng H20)

* Bước 5: Số nguyên tử oxi ở hai vế phải bằng nhau nên bạn cần kiểm tra lại.

+ Lưu ý: Bạn cần chú ý chỉ số quy định của nguyên tố đó một cách chính xác khi viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử của từng nguyên tố.

+ Ví dụ. Cân bằng phản ứng:

FeS + HNO₃ -> Fe(NO₃)₃ + N₂O + H₂SO₄ + H₂O

Xác định sự thay đổi số oxi hóa

Fe⁺² -> Fe⁺³

S^-2 -> S⁺⁶

N⁺⁵ -> N⁺¹

(Viết số oxi hóa này phía trên các nguyên tố tương ứng)

Lập thăng bằng electron:

Fe⁺² -> Fe⁺³ + 1e

S^-2 -> S⁺⁶ + 8e

FeS -> Fe⁺³ + S⁺⁶ + 9e

2N⁺⁵ + 8e > 2N⁺¹

-> Có 8FeS và 9N2O.

Đặt các hệ số tìm được vào phản ứng và tính các hệ số còn lại:

8FeS + 42HNO₃ -> 8Fe(NO₃)₃ + 9N₂O + 8H₂SO₄ + 13H₂O

11. Phương pháp cân bằng đại số

Dùng để xác định hệ số phân tử của chất tham gia và thu được sau phản ứng hoá học. Ta xem hệ số là các ẩn số và kí hiệu bằng các chữ cái a, b, c, d rồi dựa vào mối tương quan giữa các nguyên tử của các nguyên tố theo định luật bảo toàn khối lượng để lập ra một hệ phương trình bậc nhất nhiều ẩn số. Giải hệ phương trình này và chọn các nghiệm là các số nguyên dương nhỏ nhất ta sẽ xác định được hệ số phân tử của các chất trong phương trình phản ứng hóa học.

Ví dụ: Cân bằng phản ứng:

Cu + HNO₃ -> Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

Gọi các hệ số phải tìm là các chữ a, b, c, d, e và ghi vào phương trình ta có:

aCu + bHNO₃ -> cCu(NO₃)₂ + dNO + eH₂O

+ Xét số nguyên tử Cu: a = c (1)

+ Xét số nguyên tử H: b = 2e (2)

+ Xét số nguyên tử N: b = 2c + d (3)

+ Xét số nguyên tử O: 3b = 6c + d + e (4)

Ta được hệ phương trình 5 ẩn và giải như sau:

Rút e = b/2 từ phương trình (2) và d = b 2c từ phương trình (3) và thay vào phương trình (4):

3b = 6c + b 2c + b/2

=> b = 8c/3

Ta thấy để b nguyên thì c phải chia hết cho 3. Trong trường hợp này để hệ số của phương trình hoá học là nhỏ nhất ta cần lấy c = 3. Khi đó: a = 3, b = 8, d = 2, e = 4. Vậy phương trình phản ứng trên có dạng:

3Cu + 8HNO₃ -> 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Ở ví dụ trên trong phương trình hoá học có 5 chất (Cu, HNO₃, Cu(NO₃)₂, NO, H₂O) và 4 nguyên tố (Cu, H, N, O) khi lập hệ phương trình đại số để cân bằng ta được một hệ 4 phương trình với 5 ẩn số.

----------------------------------------

Trên đây VnDoc đã giới thiệu tới các bạn nội dung bài Cân bằng phương trình phản ứng CxHy + O2 -> CO2 + H2O. Để có kết quả học tập tốt và hiệu quả hơn, VnDoc xin giới thiệu tới các bạn học sinh tài liệu Giải bài tập Hóa học 10, Chuyên đề Vật Lý 10, Chuyên đề Hóa học 10, Giải bài tập Toán 10. Tài liệu học tập lớp 10 mà VnDoc tổng hợp biên soạn và đăng tải.