Để giải đúng và nhanh các bài toán hóa học ta cần biết và cân bằng nhanh các phản ứng có
trong bài đó. Có rất nhiều phương pháp để cân bằng, dưới đây xin giới thiệu một số
phương pháp đó (Từ dễ đến khó):
1. Phương pháp nguyên tử nguyên tố:
Đây là một phương pháp khá đơn giản. Khi cân bằng ta cố ý viết các đơn chất khí (H2,
O2, C12, N2 ) dưới dạng nguyên tử riêng biệt rồi lập luận qua một số bước.
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, như vậy 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: 4P + 5O2 > 2P2O5
2. Phương pháp hóa trị tác dụng:
Hóa trị tác dụng là hóa trị của nhóm nguyên tử hay nguyên tử của các nguyên tố trong
chất tham gia và tạo thành trong PUHH.
Áp dụng phương pháp này cần tiến hành các bước sau:
+ Xác định hóa trị tác dụng:
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:
Đặt các hệ số vào các công thức của các chất tham gia phản ứng, không phân biệt số
+ Có mặt ít nhất trong các chất ở phản ứng đó.
+ Liên quan gián tiếp nhất đến nhiều chất trong phản ứng.
+ Chưa thăng bằng về nguyên tử ở hai vế.
Phương pháp cân bằng này tiến hành qua ba bước:
a. Chọn nguyên tố tiêu biểu.
b. Cân bằng nguyên tố tiêu biểu.
c. Cân bằng các nguyên tố khác theo nguyên tố này.
Ví dụ: KMnO4 + HCl > KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O
a. Chọn nguyên tố tiêu biểu: O
b. 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 hễ 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:
Theo phương pháp này đầu tiên cân bằng số nguyên tử kim loại, sau đến phi kim và cuối
cùng là H, sau cùng đưa các hệ số đã biết để cân bằng nguyên tử O.
Ví dụ 1. NH3 + O2 > NO + H2O
Phản ứng này không có kim loại, nguyên tử phi kim N đã cân bằng. Vậy 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:
4NH3 + 5O2 > 4NO + 6H2O
Việc cân bằng qua ba bước:
a. Xác định sự thay đổi số oxi hóa.
b. Lập thăng bằng electron.
c. Đặt các hệ số tìm được vào phản ứng và tính các hệ số còn lại.
Ví dụ. Cân bằng phản ứng:
FeS + HNO3 > Fe(NO3)3 + N2O + H2SO4 + H2O
a. 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)
b. 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.
c. 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 ion - electron:
Phương pháp cân bằng ion - electron cũng giống như phương pháp cân bằng electron
nhưng khác ở chỗ viết các chất oxi hóa và chất khử dưới dạng ion, thể hiện đúng sự tồn lại
của chúng trong dung dịch.
Có 3 trường hợp có thể xẩy ra:
a. Phản ứng trong dung dịch axit, nếu quá trình oxi hóa hoặc khử:
+ Thiếu oxi: Mỗi O-2 được bù bằng 1H2O và thêm 2H+ ở vế sau.
+ Thừa oxi: Mỗi O-2 được ghi bằng 1H2O và thêm 2H+ ở vế trước.
b. Phản ứng trong dung dịch bazo, nếu quá trình oxi hóa hoặc khử:
+ Thiếu oxi: Mỗi O-2 được bù bằng 2OH- và thêm 1H2O ở vế sau.
+ Thừa oxi: Mỗi O-2 được ghi bằng 2OH- và thêm 1H2O ở vế trước
Dùng để xác định hệ số phân tử của chất tham gia và thu được sau phản ứng hoá học, ta
coi 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 hoá học.
Ví dụ: Cân bằng phản ứng:
Cu + HNO3 > Cu(NO3)2 + NO + H2O
Kí hiều các hệ số phải tìm là các chữ a, b, c, d, e và ghi vào phương trình ta thu được:
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. Hay nói một cách tổng quát, ta có n ẩn số và n – 1 phương trình.
Như vậy khi lập một hệ phương trình đại số để cân bằng một phương trình hoá học, nếu
có bao nhiêu chất trong phương trình hoá học thì có bấy nhiêu ẩn số và nếu có bao nhiêu
nguyên tố tạo nên các hợp chất đó thì có bấy nhiêu phương trình.
Từ nhận xét trên, chúng tôi thử dùng phương pháp này để cân bằng hầu hết các phương
+ O: 7b + 4c = 4e + 12f + g (5)
Từ phương trình (1) ta có: a + c = g
Từ phương trình (2) ta có: d = a + c - e - 3f
Từ phương trình (3) và (4) ta có: b = e = f
Thay các giá trị của e và f bằng b và của g bằng a + c vào hệ 5 phương trình trên ta được:
7b + 4c = 4b + 12b + a + c
> a = 3c - 9b
Do a > 0 nên c > 3b
Cho b và c một số giá trị thích hợp rồi tìm giá trị của các ẩn còn lại ta được bảng sau:
- Với a = 3:
+ b = 1, c = 4 > d = 3, e = 1, f = 1, g = 7
+ b = 2, c = 7 > d = 2, e = 2, f = 2, g = 10
+ b = 3, c = 10 > d = 1, e = 3, f = 3, g = 13
- Với a = 6:
+ b = 1, c = 5 > d = 7, e = 1, f = 1, g = 11
+ b = 2, c = 8 > d = 6, e = 2, f = 2, g = 14
+ b = 3, c = 11 > d = 5, e = 3, f = 3, g = 17
- Với a = 9:
+ b = 1, c = 6 > d = 11, e = 1, f = 1, g = 15
+ b = 2, c = 9 > d = 10, e = 2, f = 2, g = 18
+ b = 3, c = 12 > d = 9, e = 3, f = 3, g = 11
Ghi vào phương trình phản ứng hóa học các hệ số đã xác định ta được nhiều phương trình
với cặp hệ số các chất khác nhau:
3H2S + K2Cr2O7 + 4H2SO4 > 3S + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O (1)
6H2S + K2Cr2O7 + 5H2SO4 > 7S + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 11H2O (2)
9H2S + K2Cr2O7 + 6H2SO4 > 11S + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 15H2O (3)
Ở đây ta thấy các hệ số của (2) và (3) không phải là bội số của các hệ số của (1). Về mặt
toán học tất cả các phương trình hóa học trên đều đúng nhưng với quan điểm hóa học ta
chỉ dùng những hệ số của (1).