Bài 3: Định luật bảo toàn khối lượng. Phương trình hoá học

I. Định luật bảo toàn khối lượng

- Định luật bảo toàn khối lượng được hai nhà khoa học Mikhail Vasilyevich Lomonosove (người Nga, 1711 - 1765) và Antoine Lavoisier (người Pháp, 1743 - 1794) khám phá độc lập với nhau. Bằng thực nghiệm khác nhau nhưng hai ông đã rút ra một kết luận như nhau.

- Định luật bảo toàn khối lượng được phát biểu như sau: 

"Trong một phản ứng hóa học tổng khối lượng của các chất sản phẩm bằng tổng khối lượng của các chất tham gia phản ứng."

- Giải thích: Trong phản ứng hóa học chỉ diễn ra sự thay đổi liên kết giữa các nguyên tử, số nguyên tử của mỗi nguyên tố trước và sau phản ứng không thay đổi, khối lượng nguyên tử không thay đổi. Vì vậy, tổng khối lượng của các chất được bảo toàn.

Ví dụ 1: Một phản ứng được biểu diễn dưới sơ đồ dạng chữ như sau:​

Acetic acid + Sodium hydrogencarbonate → Sodium acetate + Carbon dioxide + Nước.

Tổng khối lượng của các chất tham gia phản ứng (acetic acid và sodium hydrogencarbonate) = Tổng khối lượng của các chất sản phẩm (sodium acetate, carbon dioxide và nước tạo thành).

II. Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng

1. Phương trình bảo toàn khối lượng

- Giả sử có sơ đồ phản ứng hoá học của các chất:

A + B → C + D

- Kí hiệu: m_A, m_B, m_C, m_D lần lượt là khối lượng của các chất đã tham gia và tạo thành sau phản ứng.

- Phương trình bảo toàn khối lượng:

m_A + m_B = m_C + m_D

2. Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng

- Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng để tính khối lượng của các chất trong phản ứng hóa học. Nếu biết khối lượng của (n - 1) chất thì ta tính được khối lượng của chất còn lại (n là tổng số chất phản ứng và chất sản phẩm).

Ví dụ 2: Có sơ đồ phản ứng:

Barium chloride + Sodium sulfate → Barium sulfate + Sodium chloride

Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

m _{barium chloride} + m _{sodium sulfate} = m _{barium sulfate} + m _{sodium chloride}

Nếu biết được khối lượng của ba chất, ta sẽ tính được khối lượng của chất còn lại.

III. Phương trình hoá học

1. Phương trình hoá học là gì?

- Phương trình hóa học là cách thức biểu diễn phản ứng hóa học bằng công thức hóa học của các chất tham gia phản ứng và các chất sản phẩm.

Ví dụ 3: Phản ứng hóa học diễn ra khi cho khí hydrogen tác dụng với khí oxygen tạo thành nước được biểu diễn bằng sơ đồ chữ như sau:

Hydrogen + Oxygen → Nước

Thay tên các chất bằng công thức hoá học, ta được sơ đồ phản ứng:

H₂ + O₂ → H₂O

Tìm hệ số thích hợp để điền vào sơ đồ phản ứng sao cho số nguyên tử của mỗi nguyên tố đều bằng nhau.

2H₂ + O₂ → 2H₂O

2. Các bước lập phương trình hoá học

Việc lập phương trình hóa học có thể được tiến hành theo bốn bước sau:

- Bước 1: Viết sơ đồ của phản ứng gồm công thức hóa học của các chất phản ứng và chất sản phẩm.

- Bước 2: So sánh số nguyên tử của mỗi nguyên tố có trong phân tử các chất tham gia phản ứng và các chất sản phẩm. Nếu có nguyên tố mà số nguyên tử không bằng nhau thì cần phải cân bằng.

- Bước 3: Cân bằng số nguyên tử của mỗi nguyên tố.

- Bước 4: Kiểm tra và viết phương trình hóa học.

Lưu ý: nếu trong các chất phản ứng và các chất sản phẩm có nhóm nguyên tử không thay đổi trước và sau phản ứng (ví dụ nhóm OH, SO₄,...) thì coi cả nhóm như là một đơn vị để cân bằng.

3. Ý nghĩa của phương trình hoá học

- Xét phương trình hoá học: 2H₂ + O₂ → 2H₂O

- Ta có tỉ lệ chung như sau:

+ Số phân tử H₂ : Số phân tử O₂ : Số phân tử H₂O = 2 : 1 : 2. Nghĩa là cứ 2 phân tử H₂ tác dụng với 1 phân tử O₂ tạo ra 2 phân tử H₂O.

+ Hoặc tỉ lệ theo từng cặp chất:

• Cứ 2 phân tử H₂ tác dụng với 1 phân tử O₂.
• Cứ 2 phân tử H₂ tham gia phản ứng tạo ra phân tử H₂O.
• Cứ 1 phân tử O₂ tham gia phản ứng tạo ra 2 phân tử H₂O.

- Như vậy, phương trình hoá học cho biết:

+ Chất tham gia phản ứng và chất sản phẩm.

+ Tỉ lệ về số nguyên tử hoặc số phân tử giữa các chất trong phản ứng. Tỉ lệ này bằng đúng tỉ lệ hệ số của mỗi chất trong phương trình hóa học.

1. Định luật bảo toàn khối lượng: Trong một phản ứng hóa học, tổng khối lượng của các chất sản phẩm bằng tổng khối lượng của các chất tham gia phản ứng.

2. Trong một phản ứng có n chất (bao gồm cả chất tham gia phản ứng và chất sản phẩm), nếu biết khối lượng của (n - 1) chất thì có thể tích được khối lượng của chất còn lại.

3. Phương trình hóa học biểu diễn ngắn gọn phản ứng hóa học bằng các ký hiệu và công thức hoá học.

4. Các bước lập phương trình hóa học:

Bước 1: Viết sơ đồ phản ứng.

Bước 2: So sánh số nguyên tử của mỗi nguyên tố có trong phân tử của các chất tham gia phản ứng và các chất sản phẩm.

Bước 3: Cân bằng số nguyên tử của mỗi nguyên tố.

Bước 4: Kiểm tra và viết phương trình hoá học.

5. Phương trình hóa học cho biết chất tham gia phản ứng, chắc sản phẩm và tỉ lệ về số nguyên tử hoặc số phân tử giữa các chất cũng như từng cặp chất trong phản ứng.