Bài 5: Định luật bảo toàn khối lượng và phương trình hóa học

Trong một phản ứng hoá học, tổng khối lượng của các chất sản phẩm bằng tổng khối lượng của các chất tham gia phản ứng. Hay tổng khối lượng của chất trước và sau phản ứng không thay đổi.

Học sinh làm thí nghiệm và rút ra kết luận: Tổng khối lượng của các chất trước phản ứng bằng tổng khối lượng của các chất sau phản ứng.

Khối lượng carbon dioxide bằng tổng khối lượng carbon và oxygen do trong phản ứng hoá học chỉ có liên kết giữa các nguyên tử thay đổi, còn số nguyên tử của mỗi nguyên tố hoá học vẫn giữ nguyên.

Xỉ than nhẹ hơn than tổ ong. Do sau khi đốt cháy than tổ ong (thành phần chính là carbon) sản phầm thu được ngoài xỉ than còn có các khí (thành phần chứa nguyên tố carbon) là carbon monoxide; carbon dioxide.

Sau một thời gian mở nắp lọ, vôi sống sẽ phản ứng với một số chất có mặt trong không khí như carbon dioxide, hơi nước … tạo thành các chất mới có khối lượng lớn hơn khối lượng vôi sống ban đầu. Do đó khối lượng của lọ sẽ tăng lên.

a) Fe + \(O_2\)  − − → \(Fe_3O_4\)

Số nguyên tử Fe và O ở hai vế không bằng nhau, nhưng O có số nguyên tử nhiều hơn nên ta bắt đầu từ nguyên tố này trước. Do \(O_2\) có 2 nguyên tử O còn \(Fe_3O_4\) có 4 nguyên tử O nên ta đặt hệ số 2 trước \(O_2\); để cân bằng tiếp số nguyên tử Fe ta đặt hệ số 3 vào trước Fe ở vế trái. Phương trình hoá học của phản ứng hoàn thiện như sau:

3Fe + 2\(O_2\)  → Fe3O4.

b) Al + HCl − − → \(AlCl_3\) + \(H_2\)

Trước phản ứng có 1 nguyên tử H và 1 nguyên tử Cl trong phân tử HCl; sau phản ứng có 3 nguyên tử Cl trong \(AlCl_3\); 2 nguyên tử H trong phân tử \(H_2\), do đó ta lấy bội chung nhỏ nhất của 3 và 2 là 6, đặt trước HCl, được:

Al + 6HCl − − → \(AlCl_3\) + \(H_2\)

Để cân bằng số nguyên tử H ta đặt hệ số 3 trước \(H_2\); để cân bằng số nguyên tử Cl ta đặt hệ số 2 trước \(AlCl_3\), được:

Al + 6HCl − − → 2\(AlCl_3\) + 3\(H_2\)

Cuối cùng để cân bằng số nguyên tử Al ta thêm hệ số 2 trước Al ở vế trái. Phương trình hoá học của phản ứng được hoàn thiện như sau:

2Al + 6HCl → 2\(AlCl_3\) + 3\(H_2\)

c)  \(Al_2(SO_4)_3\)  + NaOH − − → \(Al(OH)_3\) + \(Na_2SO_4\)

Trước tiên ta cân bằng nhóm (\(SO_4\)) bằng cách đặt hệ số 3 vào trước \(Na_2SO_4\):

 \(Al_2(SO_4)_3\)  + NaOH − − → \(Al(OH)_3\) + 3\(Na_2SO_4\)

Để cân bằng tiếp số nguyên tử Na ta thêm hệ số 6 vào trước NaOH.

 \(Al_2(SO_4)_3\)  + 6NaOH − − → \(Al(OH)_3\) + 3\(Na_2SO_4\)

Cuối cùng thêm hệ số 2 trước \(Al(OH)_3\) để đảm bảo cân bằng số nguyên tử Al và nhóm (OH), khi đó phương trình hoá học được thiết lập:

 \(Al_2(SO_4)_3\) + 6NaOH → 2\(Al(OH)_3\) + \(Na_2SO_4\)

d) \(CaCO_3\) + HCl − − → \(CaCl_2\) + \(CO_2\) + \(H_2O\)

Ta thấy trước phản ứng có 1 nguyên tử H; 1 nguyên tử Cl trong phân tử HCl; Sau phản ứng có 2 nguyên tử Cl trong  \(CaCl_2\); 2 nguyên tử H trong \(H_2O\). Để cân bằng số nguyên tử H và Cl ta thêm hệ số 2 trước HCl.

 \(CaCO_3\) + 2HCl → \(CaCl_2\) + \(CO_2\)+ \(H_2O\)

Kiểm tra lại thấy các nguyên tử đã được cân bằng, phương trình hoá học được hoàn thiện.

- Sơ đồ của phản ứng hoá học khác với phương trình hoá học ở điểm: sơ đồ hoá học chưa cho biết tỉ lệ về số nguyên tử hoặc số phân tử giữa các chất trong phản ứng.

- Ý nghĩa của phương trình hoá học: Phương trình hoá học cho biết trong phản ứng hoá học, lượng các chất tham gia phản ứng và các chất sản phẩm tuân theo một tỉ lệ xác định.

Ta có bảng sau:

Như vậy để cân bằng số nguyên tử Na và nhóm (OH), chỉ cần thêm hệ số 2 trước NaOH. Khi đó phương trình hoá học cũng đã được thiết lập:

\(Na_2CO_3\) + \(Ba(OH)_2\)− − → \(BaCO_3\) + 2NaOH

Ta có tỉ lệ: Số phân tử \(Na_2CO_3\) : Số phân tử \(Ba(OH)_2\) : Số phân tử \(BaCO_3\)  : Số phân tử NaOH = 1 : 1 : 1 : 2.

Phương trình hoá học: \(4 \mathrm{Fe}+3 \mathrm{O}_2 \rightarrow 2 \mathrm{Fe}_2 \mathrm{O}_3\)
Ta có tỉ lệ:
Số mol \(\mathrm{Fe}\) : Số mol \(O_2\) : Số mol \(Fe_2O_3\) = 4 : 3 : 2.
Từ tỉ lệ mol ta xác định được tỉ lệ khối lượng các chất:
Khối lượng \(\mathrm{Fe}\) : Khối lượng \(\mathrm{O}_2\) : Khối lượng \(\mathrm{Fe}_2 \mathrm{O}_3\)
\(=(56 \cdot 4):(32 \cdot 3):(160 \cdot 2)=7: 3: 10 \text {. }\)
Vậy cứ 7 gam Fe phản ứng hết với 3 gam \(\mathrm{O}_2\) tạo ra 10 gam \(\mathrm{Fe}_2 \mathrm{O}_3\).
Do đó từ 5,6 gam Fe có thể tạo ra tối đa: \(\frac{5,6.10}{7}=8\) gam gỉ sắt.