Bài học

Cân bằng phương trình hóa học

Em sẽ làm được gì?

Học xong bài này, em cân bằng được các phương trình hóa học đơn giản bằng cách thêm hệ số thích hợp trước công thức, mà không sửa chỉ số trong công thức.

Cần nhớ trước

Cần nhớ sơ đồ phản ứng (Chương 3) và định luật bảo toàn khối lượng (Chương 1–2) — số nguyên tử mỗi loại phải khớp hai bên vì nguyên tử không sinh ra hay mất đi.

Sơ đồ $H_2 + O_2 \rightarrow H_2O$ mà em đã lập ở chương trước vi phạm định luật bảo toàn khối lượng theo cách đếm nguyên tử: bên trái có 2 nguyên tử oxygen, bên phải chỉ có 1. Nếu để nguyên như vậy, sơ đồ này ngầm nói rằng một nguyên tử oxygen đã “biến mất” — điều không thể xảy ra. Nhiệm vụ của bài học hôm nay là làm cho số nguyên tử mỗi loại bằng nhau ở hai bên, biến sơ đồ phản ứng thành phương trình hóa học thật sự.

Sơ đồ $H_2 + O_2 \rightarrow H_2O$ mà em đã lập ở chương trước vi phạm định luật bảo toàn khối lượng theo cách đếm nguyên tử: bên trái có 2 nguyên tử oxygen, bên phải chỉ có 1. Nếu để nguyên như vậy, sơ đồ này ngầm nói rằng một nguyên tử oxygen đã “biến mất” — điều không thể xảy ra. Nhiệm vụ của bài học hôm nay là làm cho **số nguyên tử mỗi loại bằng nhau ở hai bên**, biến sơ đồ phản ứng thành phương trình hóa học thật sự.

Quy tắc và các bước cân bằng

Quy tắc vàng: chỉ được thêm hệ số (con số đặt phía trước công thức, nhân với cả công thức đó), tuyệt đối không được sửa chỉ số (con số nhỏ nằm trong công thức, như số 2 trong $H_2O$ ). Lí do rất đơn giản: sửa chỉ số nghĩa là đổi thành phần của chất, tức là đổi sang một chất hoàn toàn khác.

Các bước cân bằng một phương trình:

Đếm số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở cả hai bên.
Thêm hệ số để cân nguyên tố chưa khớp — nên cân từng nguyên tố một, và thường để nguyên tố xuất hiện ở nhiều chất (như oxygen) cân sau cùng.
Kiểm tra lại toàn bộ các nguyên tố sau khi chỉnh; nếu mọi hệ số đều chia hết cho cùng một số, hãy rút gọn về bộ hệ số nhỏ nhất.

**Quy tắc vàng:** chỉ được thêm **hệ số** (con số đặt phía trước công thức, nhân với cả công thức đó), **tuyệt đối không được sửa chỉ số** (con số nhỏ nằm trong công thức, như số 2 trong $H_2O$). Lí do rất đơn giản: sửa chỉ số nghĩa là đổi thành phần của chất, tức là đổi sang một chất hoàn toàn khác. Các bước cân bằng một phương trình: 1. **Đếm** số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở cả hai bên. 2. **Thêm hệ số** để cân nguyên tố chưa khớp — nên cân **từng nguyên tố một**, và thường để nguyên tố xuất hiện ở nhiều chất (như oxygen) cân sau cùng. 3. **Kiểm tra lại toàn bộ** các nguyên tố sau khi chỉnh; nếu mọi hệ số đều chia hết cho cùng một số, hãy rút gọn về bộ hệ số nhỏ nhất.

Phân biệt hệ số và chỉ số

Hệ số là số to đặt trước công thức (nhân cả công thức, ví dụ số 2 trong $2H_2O$ nghĩa là 2 phân tử nước). Chỉ số là số nhỏ trong công thức (chỉ số nguyên tử của một nguyên tố trong một phân tử, ví dụ số 2 trong $H_2O$ nghĩa là mỗi phân tử nước có 2 nguyên tử H). Khi cân bằng, ta chỉ được động vào hệ số, không bao giờ động vào chỉ số.

**Hệ số** là số to đặt *trước* công thức (nhân cả công thức, ví dụ số 2 trong $2H_2O$ nghĩa là 2 phân tử nước). **Chỉ số** là số nhỏ *trong* công thức (chỉ số nguyên tử của một nguyên tố trong một phân tử, ví dụ số 2 trong $H_2O$ nghĩa là mỗi phân tử nước có 2 nguyên tử H). Khi cân bằng, ta chỉ được động vào **hệ số**, không bao giờ động vào **chỉ số**.

Vì sao lại cấm tuyệt đối việc sửa chỉ số? Hãy hình dung công thức hóa học giống như “tên riêng” của một chất — nó ghi rõ đúng bao nhiêu nguyên tử mỗi loại tạo nên một phân tử của chất đó. Đổi chỉ số cũng giống như đổi tên một người: $H_2O$ (nước) và $H_2O_2$ (oxy già) là hai chất có tính chất hoàn toàn khác nhau, dù chỉ lệch nhau một nguyên tử oxygen. Ngược lại, hệ số chỉ nói về số lượng phân tử đang có, không làm thay đổi bản chất của chất — thêm hệ số 2 trước $H_2O$ vẫn là nước, chỉ là có 2 phân tử nước thay vì 1.

Vì sao lại cấm tuyệt đối việc sửa chỉ số? Hãy hình dung công thức hóa học giống như “tên riêng” của một chất — nó ghi rõ đúng bao nhiêu nguyên tử mỗi loại tạo nên một phân tử của chất đó. Đổi chỉ số cũng giống như đổi tên một người: $H_2O$ (nước) và $H_2O_2$ (oxy già) là hai chất có tính chất hoàn toàn khác nhau, dù chỉ lệch nhau một nguyên tử oxygen. Ngược lại, hệ số chỉ nói về **số lượng phân tử** đang có, không làm thay đổi bản chất của chất — thêm hệ số 2 trước $H_2O$ vẫn là nước, chỉ là có 2 phân tử nước thay vì 1.

Cân từng nguyên tố một, chỉ thêm hệ số: kết quả cuối cùng là

2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O

.Cân từng nguyên tố một, chỉ thêm hệ số: kết quả cuối cùng là $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$.

Ví dụ

Ví dụ 1 — Cân bằng phản ứng tạo nước

1
$H_2 + O_2 \rightarrow H_2O$ .
$H_2 + O_2 \rightarrow H_2O$.
2
Bên trái có 2 nguyên tử O, bên phải chỉ có 1. Thêm hệ số 2 trước $H_2O$ : $H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$ → lúc này O: $2 = 2$ , đã khớp.
Bên trái có 2 nguyên tử O, bên phải chỉ có 1. Thêm hệ số 2 trước $H_2O$: $H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$ → lúc này O: $2 = 2$, đã khớp.
3
Sau khi thêm hệ số 2, bên phải có $2 \times 2 = 4$ nguyên tử H, còn bên trái chỉ có 2. Thêm hệ số 2 trước $H_2$ : $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$ → H: $4 = 4$ .
Sau khi thêm hệ số 2, bên phải có $2 \times 2 = 4$ nguyên tử H, còn bên trái chỉ có 2. Thêm hệ số 2 trước $H_2$: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$ → H: $4 = 4$.
4
Phương trình $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$ đã cân bằng: H (4=4), O (2=2). Không hệ số nào còn chia hết cho số chung, nên đây là kết quả cuối cùng.
Phương trình $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$ đã cân bằng: H (4=4), O (2=2). Không hệ số nào còn chia hết cho số chung, nên đây là kết quả cuối cùng.

Ví dụ

Ví dụ 2 — Cân bằng phản ứng kẽm với dung dịch acid (dạng đề thi)

1
$Zn + HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$ .
$Zn + HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$.
2
Nguyên tố clo (Cl) bên phải có 2 (trong $ZnCl_2$ ), bên trái chỉ có 1 (trong $HCl$ ). Thêm hệ số 2 trước $HCl$ : $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$ .
Nguyên tố clo (Cl) bên phải có 2 (trong $ZnCl_2$), bên trái chỉ có 1 (trong $HCl$). Thêm hệ số 2 trước $HCl$: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$.
3
Hydrogen (H): bên trái $2 \times 1 = 2$ , bên phải $2$ (trong $H_2$ ) → khớp. Kẽm (Zn): bên trái $1$ , bên phải $1$ → khớp.
Hydrogen (H): bên trái $2 \times 1 = 2$, bên phải $2$ (trong $H_2$) → khớp. Kẽm (Zn): bên trái $1$, bên phải $1$ → khớp.
4
Phương trình $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$ đã cân bằng đầy đủ ở cả ba nguyên tố Zn, H, Cl.
Phương trình $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$ đã cân bằng đầy đủ ở cả ba nguyên tố Zn, H, Cl.

Lỗi thường gặp

Lỗi kinh điển nhất là sửa chỉ số để cân cho “nhanh” — ví dụ đổi $O_2$ thành $O$ , hay đổi $H_2O$ thành $H_2O_2$ . Làm như vậy là đổi hẳn sang chất khác (oxygen nguyên tử tự do, hoặc oxy già), khiến phương trình sai hoàn toàn dù nhìn có vẻ “cân” về số lượng. Quy tắc duy nhất: chỉ được thêm hệ số. Một lỗi khác là quên kiểm tra lại toàn bộ các nguyên tố sau khi vừa chỉnh xong một nguyên tố, vì việc cân nguyên tố này có thể vô tình làm lệch nguyên tố khác.

Lỗi kinh điển nhất là **sửa chỉ số** để cân cho “nhanh” — ví dụ đổi $O_2$ thành $O$, hay đổi $H_2O$ thành $H_2O_2$. Làm như vậy là đổi hẳn sang chất khác (oxygen nguyên tử tự do, hoặc oxy già), khiến phương trình sai hoàn toàn dù nhìn có vẻ “cân” về số lượng. Quy tắc duy nhất: **chỉ được thêm hệ số**. Một lỗi khác là quên kiểm tra lại toàn bộ các nguyên tố sau khi vừa chỉnh xong một nguyên tố, vì việc cân nguyên tố này có thể vô tình làm lệch nguyên tố khác.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Cân bằng phương trình = thêm hệ số để số nguyên tử mỗi loại bằng nhau hai bên; tuyệt đối không sửa chỉ số trong công thức. Nên cân từng nguyên tố một, ưu tiên nguyên tố xuất hiện ở nhiều chất cân sau cùng, và luôn kiểm tra lại toàn bộ sau khi hoàn thành.

Hai ví dụ trong bài mới chỉ là bước khởi động. Bài tiếp theo sẽ luyện thêm một số phương trình phức tạp hơn — có hệ số lớn hơn, cần bội chung để cân nhiều nguyên tố cùng lúc — và rèn kĩ năng kiểm tra bằng cách đếm nguyên tử hai bên một cách có hệ thống.