Đang tải bài học…

AP Chemistry

phương trình cân bằng

balanced equation

Còn gọi: cân bằng phương trình · balancing equations · phương trình hóa học cân bằng · balanced chemical equation · phương trình phản ứng cân bằng · phương trình hóa học đã cân bằng · phương trình phản ứng đã cân bằng

Phương trình cân bằng là phương trình hóa học có số nguyên tử mỗi nguyên tố hai vế bằng nhau, tuân theo định luật bảo toàn khối lượng.

Mọi phản ứng hóa học đều tuân theo định luật bảo toàn khối lượng: nguyên tử không tự sinh ra cũng không tự mất đi, mà chỉ sắp xếp lại thành chất mới. Do đó, một phương trình hóa học (chemical equation) đúng đắn phải thể hiện đúng số nguyên tử mỗi nguyên tố ở cả hai vế. Khi điều kiện này được thỏa mãn, ta có một phương trình cân bằng (balanced equation).

Để đạt được sự cân bằng, người ta thay đổi hệ số đặt trước công thức hóa học, tuyệt đối không sửa chỉ số dưới bên trong công thức. Ngược lại, việc thay đổi chỉ số dưới sẽ biến chất này thành chất khác — nước ( $H_2O$ ) khác hẳn hiđro peroxit (hydrogen peroxide) ( $H_2O_2$ ) — trong khi thay đổi hệ số chỉ thay đổi số lượng phân tử. Chẳng hạn, phản ứng đốt cháy methane bắt đầu ở dạng chưa cân bằng:

$CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$

Phương trình này cho thấy methane và oxygen tạo ra carbon dioxide cùng nước, nhưng tổng số nguyên tử oxygen hai vế chưa bằng nhau. Vì vậy, do oxygen xuất hiện ở nhiều công thức nhất, ta cân bằng các nguyên tố còn lại trước, rồi điều chỉnh hệ số của $O_2$ sau cùng.

Nhờ đó, phương trình cân bằng trở thành công cụ nền tảng của phép tính lượng hóa học, cho phép xác định chính xác lượng chất tham gia và sản phẩm (product). Tỉ lệ giữa các hệ số trong phương trình chính là tỉ lệ mol mà phản ứng yêu cầu, đồng thời liên kết trực tiếp với khối lượng các chất đo được trong thực nghiệm.

Ký hiệu

aA + bB \rightarrow cC + dD

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

phương trình hóa học (chemical equation)chemical equation

Khác nhau ở đâuPhương trình hóa học chỉ ghi công thức của chất phản ứng và sản phẩm. Phương trình cân bằng thêm hệ số tỉ lượng để số nguyên tử mỗi nguyên tố bằng nhau ở hai vế.

Hay nhầm khiĐề cho một phương trình chưa có hệ số và yêu cầu tính toán tỉ lượng mà thí sinh quên cân bằng trước.

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 137–139.

Trực giác: Hãy tưởng tượng bạn tháo rời một mô hình Lego rồi lắp lại thành mô hình khác: tổng số mảnh gạch không đổi, chỉ có cách ghép là thay đổi.

Hay hiểu sai

Không bao giờ cân bằng phương trình bằng cách sửa chỉ số dưới trong công thức.

Phương trình ion thu gọn phải cân bằng cả nguyên tử lẫn điện tích.

Tỉ lệ trong phương trình cân bằng là tỉ lệ mol, không phải tỉ lệ khối lượng.

Nhân đôi phương trình thì phải nhân đôi $\Delta H$ .

Mẹo phòng thi

Viết phương trình cân bằng ra giấy trước khi bấm máy tính, kể cả khi đề không yêu cầu.

Kiểm tra phương trình bằng cách đếm nguyên tử từng nguyên tố, ghi thẳng lên nháp.

Nêu rõ trạng thái vật chất khi đề nhắc tới chất khí, kết tủa hoặc dung dịch.

Tần suất trong đề AP Chemistry

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Một học sinh cần xác định khối lượng butane,

\text{C}_4\text{H}_{10}(g)

, phải đốt cháy để nâng nhiệt độ của một cốc chứa 1650 g cát lên thêm

180.\ ^\circ\text{C}

. Nhiệt dung riêng (specific heat capacity) của cát là

0.830\ \text{J}\cdot\text{g}^{-1}\cdot{}^\circ\text{C}^{-1}

, và khi đốt cháy hoàn toàn, mỗi mol butane giải phóng

2877\ \text{kJ}

nhiệt. Giả thiết toàn bộ nhiệt sinh ra được cát hấp thụ.

aViết phương trình cân bằng cho phản ứng đốt cháy hoàn toàn butane trong khí oxygen.
bTính nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ cốc cát lên thêm $180.\ ^\circ\text{C}$ .
cTính khối lượng butane cần đốt cháy.

1Bước 1: Viết khung phản ứng cháy hoàn toàn (complete combustion): hydrocarbon cộng

\text{O}_2

cho

\text{CO}_2

và

\text{H}_2\text{O}

, tức

\text{C}_4\text{H}_{10} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}

. Nên cân bằng trước những nguyên tố chỉ xuất hiện trong một chất ở mỗi vế: bốn nguyên tử C đòi hỏi hệ số 4 cho

\text{CO}_2

, còn mười nguyên tử H đòi hỏi hệ số 5 cho

\text{H}_2\text{O}

2Bước 2: Đếm oxygen ở vế phải:

4 \times 2 + 5 \times 1 = 13

nguyên tử, nên cần

13/2

phân tử

\text{O}_2

. Vì hệ số (coefficient) trong phương trình phải là số nguyên, ta nhân đôi toàn bộ hai vế và thu được

2\,\text{C}_4\text{H}_{10}(g) + 13\,\text{O}_2(g) \rightarrow 8\,\text{CO}_2(g) + 10\,\text{H}_2\text{O}(g)

Kiểm tra lại: mỗi vế có 8 C, 20 H và 26 O, đúng định luật bảo toàn khối lượng.

3Bước 3: Tính nhiệt lượng cát hấp thụ bằng

q = mc\Delta T

q = (1650\ \text{g})(0.830\ \text{J}\cdot\text{g}^{-1}\cdot{}^\circ\text{C}^{-1})(180.\ ^\circ\text{C}) = 2.47\times 10^{5}\ \text{J}

Vậy cần khoảng

246.5\ \text{kJ}

; đây chính là lượng nhiệt mà phản ứng cháy phải cung cấp.

4Bước 4: Đổi nhiệt lượng đó thành số mol butane, rồi thành khối lượng. Vì mỗi mol butane cho

2877\ \text{kJ}

nên

n = \frac{246.5\ \text{kJ}}{2877\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}} = 0.0857\ \text{mol}

Với

M(\text{C}_4\text{H}_{10}) = 4(12.01) + 10(1.008) = 58.12\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}

, ta có

m = 0.0857 \times 58.12 = 4.98\ \text{g}

Phương trình cân bằng của phản ứng là $2\,\text{C}_4\text{H}_{10} + 13\,\text{O}_2 \rightarrow 8\,\text{CO}_2 + 10\,\text{H}_2\text{O}$ . Cốc cát cần hấp thụ $2.47\times 10^{5}\ \text{J}$ (khoảng $246.5\ \text{kJ}$ ), tương ứng với việc đốt cháy khoảng $4.98\ \text{g}$ butane. Lưu ý rằng hệ số 13 của $\text{O}_2$ không tham gia vào phép tính này, nhưng nó bảo đảm phương trình mô tả đúng phản ứng; nếu đề hỏi thể tích không khí cần dùng thì chính hệ số ấy mới là cầu nối.

2Ví dụ 2/2

Một học sinh được phát

50.0\ \text{mL}

dung dịch

\text{Na}_2\text{CO}_3

chưa biết nồng độ. Để xác định nồng độ, học sinh chuẩn độ mẫu này bằng dung dịch

\text{HCl}

0.150\ M

và thấy điểm cuối chuẩn độ đạt được khi đã dùng hết

27.4\ \text{mL}

acid. Phản ứng xảy ra hoàn toàn, tạo ra

\text{NaCl}

, nước và khí

\text{CO}_2

aViết phương trình cân bằng dạng phân tử và dạng ion thu gọn cho phản ứng chuẩn độ.
bTính nồng độ mol của dung dịch $\text{Na}_2\text{CO}_3$ ban đầu.
cMột học sinh khác giả sử tỉ lệ phản ứng là 1:1. Kết quả của bạn ấy sai theo hướng nào và sai bao nhiêu lần?

1Bước 1: Viết khung phản ứng

\text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2

rồi cân bằng. Hai ion

\text{Na}^+

ở vế trái buộc hệ số của

\text{NaCl}

phải là 2, kéo theo hệ số 2 cho

\text{HCl}

\text{Na}_2\text{CO}_3(aq) + 2\,\text{HCl}(aq) \rightarrow 2\,\text{NaCl}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) + \text{CO}_2(g)

Loại bỏ các ion khán giả

\text{Na}^+

và

\text{Cl}^-

, phương trình ion thu gọn là

\text{CO}_3^{2-}(aq) + 2\,\text{H}^+(aq) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(l) + \text{CO}_2(g)

2Bước 2:

Bạn nắm chắc chưa?

Quiz câu thật từ ngân hàng đề

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.

Tạo tài khoản miễn phí

Học tiếp từ đây

Bài học chứa thuật ngữ nàyPhản ứng hóa học · bài “Giới thiệu phản ứng hóa học” — khoá AP Chemistry

Cần trướcđịnh luật bảo toàn khối lượng (sắp có)công thức hóa học (sắp có)

Dẫn tớitỉ lượng hoá học biểu thức hằng số cân bằng

Liên quanhệ số tỉ lượng

Mục tiêu và lộ trình unit xem miễn phí — làm bài tập và lưu tiến độ cần tài khoản 0đ.

Thường xuyên

Tính số mol

\text{HCl}

đã dùng tới điểm tương đương (equivalence point):

n_{\text{HCl}} = (0.0274\ \text{L})(0.150\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}) = 4.11\times 10^{-3}\ \text{mol}

Đây là đại lượng duy nhất ta biết trực tiếp, nên mọi bước sau đều xuất phát từ nó.

3Bước 3: Dùng tỉ lệ mol (mole ratio) lấy từ hệ số của phương trình cân bằng: cứ 2 mol

\text{HCl}

phản ứng với 1 mol

\text{Na}_2\text{CO}_3

. Do đó

n_{\text{Na}_2\text{CO}_3} = \frac{4.11\times 10^{-3}}{2} = 2.055\times 10^{-3}\ \text{mol}

Số mol này nằm trọn trong

50.0\ \text{mL}

dung dịch ban đầu.

4Bước 4: Chia cho thể tích tính bằng lít để ra nồng độ:

M = \frac{2.055\times 10^{-3}\ \text{mol}}{0.0500\ \text{L}} = 0.0411\ M

Nếu cần khối lượng chất tan, nhân thêm khối lượng mol

105.99\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}

được

0.218\ \text{g}

\text{Na}_2\text{CO}_3

5Bước 5: Xét giả thiết sai ở ý (c): nếu dùng tỉ lệ 1:1, học sinh kia sẽ lấy

n_{\text{Na}_2\text{CO}_3} = 4.11\times 10^{-3}\ \text{mol}

và tính ra

0.0822\ M

. Con số ấy lớn gấp đôi giá trị đúng, vì phép tính đã bỏ qua việc mỗi ion

\text{CO}_3^{2-}

nhận tới hai proton.

Phản ứng chuẩn độ là $\text{Na}_2\text{CO}_3 + 2\,\text{HCl} \rightarrow 2\,\text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$ , và nồng độ dung dịch $\text{Na}_2\text{CO}_3$ ban đầu là $0.0411\ M$ . Cách hiểu 1:1 cho kết quả $0.0822\ M$ , tức cao gấp hai lần so với thực tế. Ví dụ này cho thấy phương trình cân bằng không chỉ là một thủ tục hình thức: hệ số 2 trước $\text{HCl}$ chính là con số quyết định đáp án đúng hay sai.