Làm sao cân bằng một phương trình hóa học?

Vì sao phương trình phải cân bằng

Phương trình hóa học là cách ngắn gọn để mô tả một phản ứng. Các chất ban đầu, gọi là chất phản ứng, đặt ở bên trái, và các chất mới, gọi là sản phẩm, đặt ở bên phải. Mũi tên nghĩa là “phản ứng tạo thành”.

Trong một phản ứng, nguyên tử không được tạo ra hay bị phá hủy; chúng chỉ đổi bạn kết hợp. Đây là định luật bảo toàn khối lượng, mà nhà hóa học người Pháp Antoine Lavoisier đã chứng minh bằng những thí nghiệm cẩn thận vào cuối những năm 1700. Mọi nguyên tử bên trái vẫn phải có mặt ở bên phải, nên số nguyên tử của mỗi nguyên tố, và tổng khối lượng, không đổi.

Quy tắc vàng: đổi hệ số, không đổi chỉ số dưới

Hệ số là một số đặt trước công thức. Nó cho biết có bao nhiêu phân tử hay đơn vị của chất đó tham gia, nên thay đổi nó chỉ đơn giản là thay đổi lượng chất.

Không bao giờ được thay đổi chỉ số dưới, vì nó biến chất thành một chất khác. H₂O là nước, nhưng H₂O₂ là hiđro peoxit, một hóa chất hoàn toàn khác.

Một phương pháp từng bước

Bước 1: viết công thức đúng cho tất cả chất phản ứng và sản phẩm. Bước 2: đếm số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở cả hai vế. Bước 3: thêm hệ số để cân bằng từng nguyên tố một. Bắt đầu với một nguyên tố chỉ xuất hiện trong một chất ở mỗi vế. Thường sẽ có ích nếu điều chỉnh các đơn chất, như O₂ hoặc Fe, sau cùng, vì thay đổi hệ số của chúng không làm xáo trộn nguyên tố nào khác. Bước 4: đếm lại mọi nguyên tố. Bước 5: đảm bảo các hệ số là những số nguyên nhỏ nhất có thể.

Ví dụ 1: tạo ra nước

Bắt đầu với H₂ + O₂ → H₂O. Vế trái có 2 nguyên tử H và 2 nguyên tử O, nhưng vế phải có 2 H và chỉ 1 O. Đặt số 2 trước H₂O để có 2 nguyên tử oxi ở vế phải: H₂ + O₂ → 2H₂O.

Bây giờ vế phải có 4 H, nhưng vế trái chỉ có 2, nên đặt số 2 trước H₂: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Kiểm tra: 4 H và 2 O ở mỗi vế. Đã cân bằng.

Khối lượng cũng khớp. Hai mol H₂ (4,032 g) cộng một mol O₂ (31,998 g) cho 36,030 g, đúng bằng khối lượng của hai mol H₂O (2 × 18,015 = 36,030 g).

Ví dụ 2: đốt cháy metan

Metan, CH₄, là thành phần chính của khí thiên nhiên. Khi cháy, nó phản ứng với oxi tạo ra cacbon đioxit và nước: CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O.

Cacbon đã cân bằng, với 1 nguyên tử ở mỗi vế. Hiđro thì chưa: có 4 ở vế trái và 2 ở vế phải, nên viết 2H₂O. Bây giờ đếm oxi ở vế phải: 2 trong CO₂ cộng 2 trong 2H₂O là 4. Để có 4 nguyên tử oxi ở vế trái, viết 2O₂. Phương trình đã cân bằng là CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O, với 1 C, 4 H và 4 O ở mỗi vế.

Ví dụ 3: sắt bị gỉ

Sắt phản ứng với oxi tạo thành sắt(III) oxit: Fe + O₂ → Fe₂O₃. Gỉ sắt thật còn chứa nước, nhưng phương trình đơn giản hơn này cho thấy phản ứng chính.

Cả hai chất phản ứng ở đây đều là đơn chất, nên hãy bắt đầu với chất khó hơn, oxi: O₂ có 2 nguyên tử oxi và Fe₂O₃ có 3. Số nhỏ nhất mà cả 2 và 3 đều chia hết là 6, nên viết 3O₂ (6 nguyên tử oxi) và 2Fe₂O₃ (6 nguyên tử oxi). Vế phải bây giờ có 2 × 2 = 4 nguyên tử sắt, nên viết 4Fe ở vế trái. Phương trình đã cân bằng là 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃, với 4 Fe và 6 O ở mỗi vế.