Bài học

Ôn tập: chất, phản ứng và phương trình hóa học

Em sẽ làm được gì?

Học xong bài này, em phân biệt được biến đổi vật lí với biến đổi hóa học, nhận ra dấu hiệu của một phản ứng đang xảy ra, dùng định luật bảo toàn khối lượng để tính khối lượng chất còn thiếu, và cân bằng đúng một phương trình hóa học (PTHH).

Cần nhớ trước

Bài này ôn lại nội dung của Khóa 1 (chất và sự biến đổi của chất), Khóa 2 (phản ứng hóa học) và Khóa 3 (định luật bảo toàn khối lượng, phương trình hóa học). Còn mơ hồ chỗ nào thì quay lại các khóa đó trước, đừng cố học tiếp khi nền chưa vững.

Khởi động

Thắp một cây nến lên, em sẽ thấy nến chảy lỏng chảy xuống, còn phần bấc thì cháy sáng, tỏa nhiệt và bốc khói đen. Trước khi đọc tiếp, thử tự hỏi xem: nến chảy lỏng và bấc nến cháy có phải cùng MỘT loại biến đổi hay không? Giữ câu trả lời trong đầu, ta đối chiếu ngay ở phần dưới.

Biến đổi, phản ứng và bảo toàn khối lượng — những ý cốt lõi

Câu hỏi về ngọn nến ở trên thực chất gồm hai biến đổi khác nhau xảy ra đồng thời. Nến chảy lỏng do nhiệt độ tăng là biến đổi vật lí, vì paraffin lỏng vẫn là chất y hệt paraffin rắn, chỉ khác trạng thái — nếu để nguội, nó sẽ đông cứng trở lại y như cũ. Ngược lại, bấc nến cháy sinh ra khí carbon dioxide, hơi nước và muội than (khói đen) — đây là biến đổi hóa học, vì các chất mới đã xuất hiện và ta không thể biến khói cùng hơi nước trở lại thành nến ban đầu.

Câu hỏi về ngọn nến ở trên thực chất gồm **hai biến đổi khác nhau** xảy ra đồng thời. Nến chảy lỏng do nhiệt độ tăng là **biến đổi vật lí**, vì paraffin lỏng vẫn là chất y hệt paraffin rắn, chỉ khác trạng thái — nếu để nguội, nó sẽ đông cứng trở lại y như cũ. Ngược lại, bấc nến cháy sinh ra khí carbon dioxide, hơi nước và muội than (khói đen) — đây là **biến đổi hóa học**, vì các chất mới đã xuất hiện và ta không thể biến khói cùng hơi nước trở lại thành nến ban đầu.

Muốn nhận ra một phản ứng hóa học đang xảy ra, em dựa vào các dấu hiệu quen thuộc: xuất hiện chất khí (sủi bọt), xuất hiện kết tủa (chất rắn không tan lắng xuống), đổi màu dung dịch, tỏa nhiệt hoặc thu nhiệt, hoặc phát sáng. Không phải mọi thay đổi bên ngoài đều là dấu hiệu hóa học: bẻ gãy, nghiền nhỏ, hay đổi hình dạng chỉ là biến đổi vật lí vì chất vẫn giữ nguyên bản chất, không sinh chất mới.

Muốn nhận ra một phản ứng hóa học đang xảy ra, em dựa vào các dấu hiệu quen thuộc: xuất hiện **chất khí** (sủi bọt), xuất hiện **kết tủa** (chất rắn không tan lắng xuống), **đổi màu** dung dịch, **tỏa nhiệt** hoặc **thu nhiệt**, hoặc **phát sáng**. Không phải mọi thay đổi bên ngoài đều là dấu hiệu hóa học: bẻ gãy, nghiền nhỏ, hay đổi hình dạng chỉ là biến đổi vật lí vì chất vẫn giữ nguyên bản chất, không sinh chất mới.

Khi một phản ứng hóa học xảy ra, tổng khối lượng các chất không hề mất đi hay tự sinh thêm — đó là nội dung của định luật bảo toàn khối lượng: tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các chất tạo thành. Cơ sở của định luật này nằm ở cấp độ nguyên tử: trong phản ứng hóa học, chỉ có sự sắp xếp lại các nguyên tử để tạo phân tử chất mới, số nguyên tử mỗi nguyên tố được giữ nguyên, không tự sinh ra hay mất đi.

Khi một phản ứng hóa học xảy ra, tổng khối lượng các chất không hề mất đi hay tự sinh thêm — đó là nội dung của **định luật bảo toàn khối lượng**: tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các chất tạo thành. Cơ sở của định luật này nằm ở cấp độ nguyên tử: trong phản ứng hóa học, chỉ có sự **sắp xếp lại** các nguyên tử để tạo phân tử chất mới, số nguyên tử mỗi nguyên tố được giữ nguyên, không tự sinh ra hay mất đi.

Để phương trình hóa học phản ánh đúng định luật bảo toàn khối lượng, ta phải cân bằng: thêm hệ số thích hợp đặt trước công thức hóa học sao cho số nguyên tử mỗi nguyên tố ở hai vế bằng nhau. Lưu ý quan trọng nhất: chỉ được thêm hệ số, tuyệt đối không được thay đổi chỉ số trong công thức hóa học — vì làm vậy sẽ biến chất này thành một chất hoàn toàn khác (ví dụ đổi $O_2$ thành $O_3$ là biến oxygen thành ozone, hai chất khác nhau).

Để phương trình hóa học phản ánh đúng định luật bảo toàn khối lượng, ta phải **cân bằng**: thêm **hệ số** thích hợp đặt trước công thức hóa học sao cho số nguyên tử mỗi nguyên tố ở hai vế bằng nhau. Lưu ý quan trọng nhất: chỉ được thêm hệ số, **tuyệt đối không** được thay đổi **chỉ số** trong công thức hóa học — vì làm vậy sẽ biến chất này thành một chất hoàn toàn khác (ví dụ đổi $O_2$ thành $O_3$ là biến oxygen thành ozone, hai chất khác nhau).

Mạch kiến thức nửa đầu Hóa 8: chất → phản ứng → bảo toàn khối lượng → cân bằng PTHH.

Ví dụ

Ví dụ 1 — Dùng định luật bảo toàn khối lượng

1
Đốt cháy hoàn toàn 4 gam lưu huỳnh (S) trong bình chứa khí oxygen, người ta xác định đã dùng hết đúng 4 gam khí oxygen. Hỏi khối lượng khí sulfur dioxide ( $SO_2$ ) sinh ra là bao nhiêu gam?
Đốt cháy hoàn toàn 4 gam lưu huỳnh (S) trong bình chứa khí oxygen, người ta xác định đã dùng hết đúng 4 gam khí oxygen. Hỏi khối lượng khí sulfur dioxide ($SO_2$) sinh ra là bao nhiêu gam?
2
Đây là biến đổi hóa học vì chất mới ( $SO_2$ ) đã sinh ra, khác hẳn lưu huỳnh và oxygen ban đầu — nên định luật bảo toàn khối lượng áp dụng được cho toàn bộ hệ phản ứng.
Đây là biến đổi hóa học vì chất mới ($SO_2$) đã sinh ra, khác hẳn lưu huỳnh và oxygen ban đầu — nên định luật bảo toàn khối lượng áp dụng được cho toàn bộ hệ phản ứng.
3
Theo định luật bảo toàn khối lượng: $m_S + m_{O_2} = m_{SO_2}$ . Thay số: $m_{SO_2} = 4 + 4 = 8$ (gam).
Theo định luật bảo toàn khối lượng: $m_S + m_{O_2} = m_{SO_2}$. Thay số: $m_{SO_2} = 4 + 4 = 8$ (gam).
4
Khối lượng sản phẩm (8 g) lớn hơn khối lượng mỗi chất tham gia riêng lẻ — điều này hợp lí vì phân tử $SO_2$ chứa nguyên tử của cả lưu huỳnh lẫn oxygen.
Khối lượng sản phẩm (8 g) lớn hơn khối lượng mỗi chất tham gia riêng lẻ — điều này hợp lí vì phân tử $SO_2$ chứa nguyên tử của cả lưu huỳnh lẫn oxygen.
5
Khối lượng khí $SO_2$ sinh ra là 8 gam.
Khối lượng khí $SO_2$ sinh ra là 8 gam.

Ví dụ

Ví dụ 2 — Bài tổng hợp: nung đá vôi trong lò

1
Trong sản xuất vôi sống, người ta nung 50 gam đá vôi (thành phần chính là $CaCO_3$ ) ở nhiệt độ cao, thu được vôi sống ( $CaO$ ) và khí carbon dioxide ( $CO_2$ ) thoát ra theo phương trình $CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$ . Sau khi nung xong, khối lượng chất rắn còn lại trong lò là 28 gam. a) Quá trình nung đá vôi là biến đổi vật lí hay hóa học? Vì sao? b) Tính khối lượng khí $CO_2$ đã thoát ra khỏi lò. c) Nếu nung trong một hệ kín (không cho khí thoát ra ngoài) thì tổng khối lượng của cả hệ có đổi không?
Trong sản xuất vôi sống, người ta nung 50 gam đá vôi (thành phần chính là $CaCO_3$) ở nhiệt độ cao, thu được vôi sống ($CaO$) và khí carbon dioxide ($CO_2$) thoát ra theo phương trình $CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$. Sau khi nung xong, khối lượng chất rắn còn lại trong lò là 28 gam. a) Quá trình nung đá vôi là biến đổi vật lí hay hóa học? Vì sao? b) Tính khối lượng khí $CO_2$ đã thoát ra khỏi lò. c) Nếu nung trong một hệ kín (không cho khí thoát ra ngoài) thì tổng khối lượng của cả hệ có đổi không?
2
Đây là biến đổi hóa học vì $CaCO_3$ đã biến thành hai chất hoàn toàn khác là $CaO$ và $CO_2$ — không thể phục hồi lại đá vôi ban đầu chỉ bằng cách làm nguội chất rắn còn lại.
Đây là biến đổi hóa học vì $CaCO_3$ đã biến thành hai chất hoàn toàn khác là $CaO$ và $CO_2$ — không thể phục hồi lại đá vôi ban đầu chỉ bằng cách làm nguội chất rắn còn lại.
3
Áp dụng $m_{CaCO_3} = m_{CaO} + m_{CO_2}$ , ta có $50 = 28 + m_{CO_2}$ , suy ra $m_{CO_2} = 50 - 28 = 22$ (gam).
Áp dụng $m_{CaCO_3} = m_{CaO} + m_{CO_2}$, ta có $50 = 28 + m_{CO_2}$, suy ra $m_{CO_2} = 50 - 28 = 22$ (gam).
4
Nếu nung trong hệ kín, không cho khí $CO_2$ thoát ra ngoài, thì tổng khối lượng của TOÀN BỘ hệ (chất rắn + khí) trước và sau phản ứng vẫn không đổi, đúng theo định luật bảo toàn khối lượng. Khối lượng chất rắn trong lò hở có vẻ "giảm đi" chỉ vì một phần khối lượng đã chuyển thành khí và thoát ra khỏi hệ mà ta đang cân.
Nếu nung trong hệ kín, không cho khí $CO_2$ thoát ra ngoài, thì tổng khối lượng của TOÀN BỘ hệ (chất rắn + khí) trước và sau phản ứng vẫn **không đổi**, đúng theo định luật bảo toàn khối lượng. Khối lượng chất rắn trong lò hở có vẻ "giảm đi" chỉ vì một phần khối lượng đã chuyển thành khí và thoát ra khỏi hệ mà ta đang cân.
5
Bài toán cho thấy định luật bảo toàn khối lượng luôn đúng cho toàn bộ hệ phản ứng; khi chỉ cân phần chất rắn còn lại trong lò hở, khối lượng có vẻ giảm vì khí đã thoát ra ngoài, chứ không phải khối lượng bị "mất đi".

Ví dụ

Ví dụ 3 — Cân bằng phương trình hóa học

1
Cân bằng phương trình: $Al + O_2 \rightarrow Al_2O_3$ .
Cân bằng phương trình: $Al + O_2 \rightarrow Al_2O_3$.
2
Vế phải có 2 nguyên tử Al và 3 nguyên tử O (trong $Al_2O_3$ ) ứng với MỘT phân tử $Al_2O_3$ ; vế trái mới có 1 Al và 2 O — chưa cân bằng.
Vế phải có 2 nguyên tử Al và 3 nguyên tử O (trong $Al_2O_3$) ứng với MỘT phân tử $Al_2O_3$; vế trái mới có 1 Al và 2 O — chưa cân bằng.
3
Để có số O là bội chung của 2 và 3, ta lấy 2 phân tử $Al_2O_3$ (6 nguyên tử O), cần 3 phân tử $O_2$ ; khi đó cần 4 nguyên tử Al: $4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$ .
Để có số O là bội chung của 2 và 3, ta lấy 2 phân tử $Al_2O_3$ (6 nguyên tử O), cần 3 phân tử $O_2$; khi đó cần 4 nguyên tử Al: $4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$.
4
Vế trái: 4 Al, 6 O ( $3\times2$ ). Vế phải: 4 Al ( $2\times2$ ), 6 O ( $2\times3$ ). Hai vế bằng nhau ở mọi nguyên tố → đã cân bằng đúng.
Vế trái: 4 Al, 6 O ($3\times2$). Vế phải: 4 Al ($2\times2$), 6 O ($2\times3$). Hai vế bằng nhau ở mọi nguyên tố → đã cân bằng đúng.
5
$4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$ .
$4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Lỗi thường gặp

Khi cân bằng, nhiều bạn tự ý đổi chỉ số cho nhanh, kiểu viết $O_3$ để "có 3 oxygen". Đây là sai lầm nghiêm trọng: chỉ số là một phần của công thức hóa học, đổi chỉ số nghĩa là đổi hẳn sang chất khác. Một lỗi khác là quên đối chiếu khối lượng hai vế khi bài toán bảo toàn khối lượng có nhiều chất tham gia, dẫn đến cộng thiếu hoặc cộng thừa một chất.

Khi cân bằng, nhiều bạn tự ý đổi **chỉ số** cho nhanh, kiểu viết $O_3$ để "có 3 oxygen". Đây là sai lầm nghiêm trọng: chỉ số là một phần của công thức hóa học, đổi chỉ số nghĩa là đổi hẳn sang chất khác. Một lỗi khác là quên đối chiếu khối lượng hai vế khi bài toán bảo toàn khối lượng có nhiều chất tham gia, dẫn đến cộng thiếu hoặc cộng thừa một chất.

Ghi nhớ

Biến đổi hóa học tạo ra chất mới, biến đổi vật lí thì không. Nhận biết phản ứng hóa học qua khí, kết tủa, đổi màu, tỏa hoặc thu nhiệt. Định luật bảo toàn khối lượng: tổng khối lượng chất tham gia bằng tổng khối lượng sản phẩm. Cân bằng PTHH bằng cách thêm hệ số, giữ nguyên chỉ số.

Bây giờ em đã cân bằng đúng PTHH, câu hỏi tiếp theo là: từ khối lượng chất này, làm sao tính ra khối lượng hay thể tích của chất kia trong cùng phản ứng? Đó là việc của số mol — chủ đề bài ôn tập tiếp theo.