PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

I – Định luật bảo toàn khối lượng

1. Nội dung định luật

Vào thế kỉ XVIII, hai nhà khoa học M. V. Lomonosov (người Nga) và A. L. Lavoisier (người Pháp) đã tiến hành nhiều thí nghiệm được cân đo chính xác và đưa ra định luật:

“Trong một phản ứng hoá học, tổng khối lượng của các chất sản phẩm bằng tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng.”

Giải thích: Trong phản ứng hoá học, chỉ có liên kết giữa các nguyên tử thay đổi, còn số nguyên tử của mỗi nguyên tố vẫn giữ nguyên và khối lượng nguyên tử không đổi. Do đó tổng khối lượng được bảo toàn.

Câu hỏi củng cố:

Vì sao khi phản ứng hoá học xảy ra có chất mới tạo thành nhưng tổng khối lượng không đổi?

Trả lời: Vì trong phản ứng hoá học chỉ có liên kết giữa các nguyên tử thay đổi (liên kết cũ bị phá vỡ, liên kết mới hình thành), còn bản thân các nguyên tử không bị mất đi hay sinh ra thêm. Số nguyên tử mỗi nguyên tố trước và sau phản ứng bằng nhau, nên khối lượng được bảo toàn.

2. Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng

Xét phản ứng tổng quát có $n$ chất tham gia. Theo định luật:

$$m_{\text{chất PƯ 1}} + m_{\text{chất PƯ 2}} + \ldots = m_{\text{SP 1}} + m_{\text{SP 2}} + \ldots$$

Quy tắc: Nếu biết khối lượng của $(n – 1)$ chất trong phản ứng, ta tính được khối lượng của chất còn lại.

Ví dụ trong sách:

Phản ứng: Barium chloride + Sodium sulfate → Barium sulfate + Sodium chloride

$$m_{BaCl_2} + m_{Na_2SO_4} = m_{BaSO_4} + m_{NaCl}$$

Biết $m_{BaCl_2} = 20{,}8$ g; $m_{Na_2SO_4} = 14{,}2$ g; $m_{BaSO_4} = 23{,}3$ g.

$$\Rightarrow m_{NaCl} = 20{,}8 + 14{,}2 – 23{,}3 = 11{,}7 \text{ (g)}$$

Câu hỏi củng cố:

Khi nung thanh Iron trong không khí, khối lượng tăng hay giảm? Khi nung đá vôi thì sao?

Trả lời:

• Nung thanh Iron: khối lượng tăng vì Iron kết hợp thêm Oxygen từ không khí tạo thành Iron oxide (chất rắn bám trên thanh Iron).
• Nung đá vôi: khối lượng giảm vì sản phẩm gồm vôi sống (rắn, còn lại) và khí $CO_2$ (bay đi). Chỉ còn lại vôi sống nên khối lượng nhẹ hơn ban đầu.

Trộn 2 dung dịch $Na_2SO_4$ và $BaCl_2$, khối lượng dung dịch sau phản ứng so với ban đầu thay đổi thế nào?

Trả lời: Ít hơn. Phản ứng tạo kết tủa $BaSO_4$ (chất rắn không tan, lắng xuống đáy). Tổng khối lượng tất cả các chất (dung dịch + kết tủa) vẫn bằng ban đầu theo định luật bảo toàn, nhưng riêng khối lượng phần dung dịch thì giảm vì một phần khối lượng đã chuyển vào kết tủa.

II – Phương trình hoá học

1. Lập phương trình hoá học

Phương trình hoá học biểu diễn ngắn gọn phản ứng hoá học bằng công thức hoá học, với chất tham gia ở bên trái mũi tên và sản phẩm ở bên phải mũi tên.

Nguyên tắc: Tổng số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vế phải bằng nhau.

Ba bước lập phương trình hoá học:

Bước 1 – Viết sơ đồ phản ứng (thay tên chất bằng công thức hoá học):

$$Al + O_2 \longrightarrow Al_2O_3$$

Bước 2 – Cân bằng số nguyên tử mỗi nguyên tố ở hai vế bằng cách đặt hệ số thích hợp trước các công thức:

• O có 2 nguyên tử bên trái ($O_2$), 3 nguyên tử bên phải ($Al_2O_3$). Bội chung nhỏ nhất của 2 và 3 là 6. Đặt hệ số 3 trước $O_2$ và 2 trước $Al_2O_3$:

$$Al + 3O_2 \longrightarrow 2Al_2O_3$$

• Bên phải có $2 \times 2 = 4$ nguyên tử Al → đặt hệ số 4 trước Al bên trái.

Bước 3 – Viết phương trình hoá học hoàn chỉnh:

$$4Al + 3O_2 \longrightarrow 2Al_2O_3$$

Lưu ý quan trọng khi cân bằng:

• Hệ số viết ngang với kí hiệu các chất (trước công thức, không phải dưới).
• Không được thay đổi chỉ số trong công thức hoá học đã viết đúng. Ví dụ: oxygen phải viết $O_2$ nên ta viết $3O_2$ chứ không viết $6O$.
• Nếu hai vế có nhóm nguyên tử giống nhau (ví dụ $SO_4$, $OH$, $CO_3$…), coi cả nhóm như một “nguyên tố” để cân bằng cho nhanh.

Một số phương trình cần luyện tập (SGK):

a) $3Fe + 2O_2 \longrightarrow Fe_3O_4$

b) $2Al + 6HCl \longrightarrow 2AlCl_3 + 3H_2$

c) $Al_2(SO_4)_3 + 6NaOH \longrightarrow 2Al(OH)_3 + 3Na_2SO_4$

d) $CaCO_3 + 2HCl \longrightarrow CaCl_2 + CO_2 + H_2O$

2. Ý nghĩa của phương trình hoá học

Phương trình hoá học cho biết lượng các chất tham gia và sản phẩm tuân theo một tỉ lệ xác định.

Xét phương trình: $4Al + 3O_2 \longrightarrow 2Al_2O_3$

• Tỉ lệ số nguyên tử/phân tử: Cứ 4 nguyên tử Al phản ứng với 3 phân tử $O_2$ tạo ra 2 phân tử $Al_2O_3$.
• Tỉ lệ số mol: Số mol Al : Số mol $O_2$ : Số mol $Al_2O_3$ = 4 : 3 : 2.

Quy tắc: Tỉ lệ về số mol các chất đúng bằng tỉ lệ hệ số của chúng trong phương trình hoá học.

• Tỉ lệ về khối lượng:

$$m_{Al} : m_{O_2} : m_{Al_2O_3} = (27 \times 4) : (32 \times 3) : (102 \times 2) = 108 : 96 : 204 = 9 : 8 : 17$$

Nghĩa là cứ 9 gam Al phản ứng hết với 8 gam $O_2$ tạo ra 17 gam $Al_2O_3$.

Phân biệt sơ đồ phản ứng và phương trình hoá học:

PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Tính khối lượng chất còn lại bằng định luật bảo toàn khối lượng

Phương pháp:

Bước 1 – Viết công thức khối lượng theo định luật bảo toàn:

$$\sum m_{\text{chất phản ứng}} = \sum m_{\text{sản phẩm}}$$

Bước 2 – Thay các giá trị đã biết vào, giải tìm khối lượng chất chưa biết.

Ví dụ 1:

Cho 2,4 gam Magnesium cháy trong không khí thu được 4,2 gam Magnesium Oxide. Tính khối lượng Oxygen đã phản ứng.

Hướng dẫn giải:

Phản ứng: Magnesium + Oxygen → Magnesium Oxide

Áp dụng ĐLBT khối lượng:

$$m_{Mg} + m_{O_2} = m_{MgO}$$

$$\Rightarrow m_{O_2} = m_{MgO} – m_{Mg} = 4{,}2 – 2{,}4 = 1{,}8 \text{ (gam)}$$

Ví dụ 2:

Nung đá vôi ($CaCO_3$) thu được 16,8 kg Calcium Oxide và 13,2 kg khí $CO_2$. Tính khối lượng đá vôi cần dùng.

Hướng dẫn giải:

Phản ứng: $CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$

$$m_{CaCO_3} = m_{CaO} + m_{CO_2} = 16{,}8 + 13{,}2 = 30 \text{ (kg)}$$

Ví dụ 3:

Khử hoàn toàn 12 gam CuO bằng 4,2 gam khí CO thu được 6,6 gam $CO_2$ và đồng. Tính khối lượng đồng.

Hướng dẫn giải:

$$m_{CuO} + m_{CO} = m_{Cu} + m_{CO_2}$$

$$\Rightarrow m_{Cu} = m_{CuO} + m_{CO} – m_{CO_2} = 12 + 4{,}2 – 6{,}6 = 9{,}6 \text{ (gam)}$$

Dạng 2: Giải thích sự thay đổi khối lượng trong thực tế

Phương pháp:

Xác định phản ứng xảy ra → xác định đâu là chất rắn còn lại, đâu là chất khí bay đi hoặc chất từ bên ngoài kết hợp vào → giải thích tăng/giảm.

Nguyên tắc:

• Chất rắn + Oxygen (từ không khí) → oxide rắn → khối lượng tăng.
• Chất rắn → sản phẩm rắn + khí bay đi → khối lượng giảm.

Ví dụ 1:

Sau khi đốt cháy than tổ ong, xỉ than nặng hơn hay nhẹ hơn than ban đầu?

Hướng dẫn giải:

Khi đốt than: $C + O_2 \rightarrow CO_2$

Carbon cháy kết hợp với Oxygen tạo thành $CO_2$ (khí, bay đi). Xỉ than chỉ còn lại phần tạp chất không cháy được. Do phần carbon đã biến thành khí bay đi, nên xỉ than nhẹ hơn than tổ ong ban đầu.

Ví dụ 2:

Một bình cầu kín chứa bột Magnesium và khí Oxygen. Nung nóng bình rồi để nguội, cân lại. Khối lượng có thay đổi không? Nếu mở khóa bình rồi cân thì sao?

Hướng dẫn giải:

a) Bình kín: Phản ứng: $Mg + O_2 \rightarrow MgO$

Bình kín nên không có chất nào ra vào. Theo ĐLBT khối lượng, tổng khối lượng các chất trong bình không thay đổi → cân cho kết quả như cũ.

b) Mở khóa bình: Khi phản ứng xảy ra, Oxygen trong bình bị tiêu thụ → áp suất trong bình giảm. Khi mở khóa, không khí bên ngoài tràn vào cân bằng áp suất → khối lượng bình tăng lên.

Dạng 3: Lập phương trình hoá học

Phương pháp:

Bước 1: Viết sơ đồ phản ứng (công thức hoá học các chất).

Bước 2: Cân bằng – bắt đầu từ nguyên tố có số nguyên tử nhiều nhất và chênh lệch nhất giữa hai vế. Tìm bội chung nhỏ nhất (BCNN) để đặt hệ số.

Bước 3: Kiểm tra lại – đếm số nguyên tử mỗi nguyên tố ở hai vế phải bằng nhau.

Mẹo: Nếu có nhóm nguyên tử giống nhau hai vế (ví dụ $SO_4$, $OH$, $CO_3$), coi cả nhóm như một đơn vị để cân bằng.

Ví dụ 1:

Lập phương trình hoá học: $Fe + O_2 \longrightarrow Fe_3O_4$

Hướng dẫn giải:

Bước 1 – Sơ đồ: $Fe + O_2 \longrightarrow Fe_3O_4$

Bước 2 – Cân bằng:

• Bên phải có 4 nguyên tử O → cần 2 phân tử $O_2$ bên trái: $Fe + 2O_2 \longrightarrow Fe_3O_4$
• Bên phải có 3 nguyên tử Fe → đặt hệ số 3 trước Fe: $3Fe + 2O_2 \longrightarrow Fe_3O_4$

Bước 3 – Kiểm tra: Fe: 3 = 3 ✓; O: $2 \times 2 = 4$ = 4 ✓

$$\boxed{3Fe + 2O_2 \longrightarrow Fe_3O_4}$$

Ví dụ 2:

Lập phương trình hoá học: $Al_2(SO_4)_3 + NaOH \longrightarrow Al(OH)_3 + Na_2SO_4$

Hướng dẫn giải:

Bước 1 – Sơ đồ: $Al_2(SO_4)_3 + NaOH \longrightarrow Al(OH)_3 + Na_2SO_4$

Bước 2 – Nhận thấy nhóm $SO_4$ và nhóm $OH$ xuất hiện ở cả hai vế → coi mỗi nhóm như một đơn vị.

• $SO_4$: bên trái có 3 (trong $Al_2(SO_4)_3$), bên phải có 1 (trong $Na_2SO_4$) → hệ số 3 trước $Na_2SO_4$.
• $Na$: bên phải có $3 \times 2 = 6$ → hệ số 6 trước $NaOH$.
• $OH$: bên trái có 6 (từ $6NaOH$), bên phải có 3 (trong $Al(OH)_3$) → hệ số 2 trước $Al(OH)_3$.
• $Al$: bên trái có 2, bên phải có 2 ✓

Bước 3 – Phương trình:

$$\boxed{Al_2(SO_4)_3 + 6NaOH \longrightarrow 2Al(OH)_3 + 3Na_2SO_4}$$

Ví dụ 3:

Lập phương trình hoá học: $Na_2CO_3 + Ba(OH)_2 \longrightarrow BaCO_3 + NaOH$

Hướng dẫn giải:

Bước 1 – Sơ đồ: $Na_2CO_3 + Ba(OH)_2 \longrightarrow BaCO_3 + NaOH$

Bước 2 – Cân bằng:

• $CO_3$: 1 bên trái = 1 bên phải ✓
• $Ba$: 1 = 1 ✓
• $Na$: bên trái có 2 → hệ số 2 trước $NaOH$
• $OH$: bên trái có 2 (trong $Ba(OH)_2$), bên phải có 2 (từ $2NaOH$) ✓

Bước 3 – Phương trình:

$$\boxed{Na_2CO_3 + Ba(OH)_2 \longrightarrow BaCO_3 + 2NaOH}$$

Tỉ lệ: $Na_2CO_3 : Ba(OH)_2 : BaCO_3 : NaOH = 1 : 1 : 1 : 2$

Dạng 4: Tính khối lượng dựa vào phương trình hoá học và ĐLBT khối lượng (nâng cao)

Phương pháp:

Khi bài toán cho nhiều chất (hỗn hợp) hoặc yêu cầu tính khối lượng khi có phản ứng tạo khí, kết tủa:

Bước 1 – Viết phương trình phản ứng (hoặc sơ đồ).

Bước 2 – Áp dụng ĐLBT khối lượng: $\sum m_{\text{trước}} = \sum m_{\text{sau}}$

Bước 3 – Thay số, giải tìm ẩn.

Ví dụ 1:

Đốt cháy hoàn toàn 13,4 gam hỗn hợp gồm Fe, Al, Cu trong 2,479 lít khí $O_2$ (đktc). Sau phản ứng thu được $m$ gam chất rắn. Tính $m$ (biết Oxygen phản ứng hết).

Hướng dẫn giải:

Bước 1 – Tính khối lượng $O_2$:

$$n_{O_2} = \frac{2{,}479}{24{,}79} = 0{,}1 \text{ (mol)} \quad \Rightarrow \quad m_{O_2} = 0{,}1 \times 32 = 3{,}2 \text{ (gam)}$$

Bước 2 – Áp dụng ĐLBT khối lượng:

Hỗn hợp kim loại + $O_2$ → hỗn hợp oxide (chất rắn)

$$m_{\text{rắn}} = m_{\text{hh kim loại}} + m_{O_2} = 13{,}4 + 3{,}2 = 16{,}6 \text{ (gam)}$$

Ví dụ 2:

Đốt cháy 1,6 gam chất M cần 6,4 gam $O_2$, thu được $CO_2$ và $H_2O$ theo tỉ lệ $m_{CO_2} : m_{H_2O} = 11 : 9$. Tính khối lượng $CO_2$ và $H_2O$.

Hướng dẫn giải:

Bước 1 – Gọi $m_{CO_2} = 11a$, $m_{H_2O} = 9a$.

Bước 2 – ĐLBT khối lượng:

$$m_M + m_{O_2} = m_{CO_2} + m_{H_2O}$$

$$1{,}6 + 6{,}4 = 11a + 9a$$

$$8 = 20a \quad \Rightarrow \quad a = 0{,}4$$

Bước 3:

$$m_{CO_2} = 11 \times 0{,}4 = 4{,}4 \text{ (gam)}$$

$$m_{H_2O} = 9 \times 0{,}4 = 3{,}6 \text{ (gam)}$$

Ví dụ 3:

Khi nung đá vôi, biết rằng 90% khối lượng đá vôi là $CaCO_3$. Sau phản ứng thu được 11,2 tấn $CaO$ và 8,8 tấn $CO_2$. Tính khối lượng đá vôi lấy đem nung.

Hướng dẫn giải:

Bước 1 – ĐLBT khối lượng cho phần $CaCO_3$ phản ứng:

$$m_{CaCO_3} = m_{CaO} + m_{CO_2} = 11{,}2 + 8{,}8 = 20 \text{ (tấn)}$$

Bước 2 – $CaCO_3$ chiếm 90% khối lượng đá vôi:

$$m_{\text{đá vôi}} = \frac{m_{CaCO_3}}{90\%} = \frac{20}{0{,}9} \approx 22{,}22 \text{ (tấn)}$$

Dạng 5: Bài tập tự luận tổng hợp – Viết công thức khối lượng và tính toán

Phương pháp:

Bước 1 – Viết phương trình chữ (hoặc phương trình hoá học).

Bước 2 – Viết công thức khối lượng theo ĐLBT.

Bước 3 – Thay số và tính.

Ví dụ 1:

Xét thí nghiệm: 208 g $BaCl_2$ tác dụng với 142 g $Na_2SO_4$ tạo thành $BaSO_4$ và $NaCl$.

a) Viết công thức khối lượng.

b) Tổng khối lượng sản phẩm là bao nhiêu?

c) Nếu thu được 233 g $BaSO_4$, tính $m_{NaCl}$.

Hướng dẫn giải:

a) $m_{BaCl_2} + m_{Na_2SO_4} = m_{BaSO_4} + m_{NaCl}$

b) Tổng khối lượng sản phẩm = tổng khối lượng chất phản ứng:

$$208 + 142 = 350 \text{ (gam)}$$

c) $m_{NaCl} = 350 – 233 = 117$ (gam)

Ví dụ 2:

Bình cầu kín chứa CaO. Cho vôi sống tác dụng với nước, biết cứ 56 g CaO hợp vừa đủ với 18 g $H_2O$. Bỏ 2,8 g CaO vào cốc chứa 400 mL nước tinh khiết.

a) Tính khối lượng $Ca(OH)_2$ tạo thành.

b) Tính khối lượng dung dịch $Ca(OH)_2$.

Hướng dẫn giải:

a) Tỉ lệ: 56 g CaO + 18 g $H_2O$

Với 2,8 g CaO → lượng nước cần:

$$m_{H_2O} = \frac{18 \times 2{,}8}{56} = 0{,}9 \text{ (gam)}$$

ĐLBT khối lượng:

$$m_{Ca(OH)2} = m{CaO} + m_{H_2O} = 2{,}8 + 0{,}9 = 3{,}7 \text{ (gam)}$$

b) Khối lượng dung dịch = khối lượng CaO + khối lượng 400 mL nước (nước tinh khiết có $D = 1$ g/mL nên $m = 400$ g):

$$m_{dd} = 2{,}8 + 400 = 402{,}8 \text{ (gam)}$$

PHẦN 3: SƠ ĐỒ TƯ DUY

1. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG

• 1.1. Nội dung
  • Tổng khối lượng sản phẩm = tổng khối lượng chất phản ứng
  • $\sum m_{\text{trước PƯ}} = \sum m_{\text{sau PƯ}}$
• 1.2. Giải thích
  • Chỉ có liên kết giữa các nguyên tử thay đổi
  • Số nguyên tử mỗi nguyên tố giữ nguyên
  • Khối lượng nguyên tử không đổi
• 1.3. Áp dụng
  • Biết $(n-1)$ khối lượng → tính khối lượng chất còn lại
  • Giải thích tăng/giảm khối lượng: chất khí bay đi (giảm), chất ngoài kết hợp vào (tăng)

2. PHƯƠNG TRÌNH HOÁ HỌC

• 2.1. Khái niệm
  • Biểu diễn ngắn gọn phản ứng bằng công thức hoá học + hệ số cân bằng
  • Chất phản ứng (trái) → Sản phẩm (phải)
• 2.2. Ba bước lập phương trình
  • B1: Viết sơ đồ phản ứng
  • B2: Cân bằng số nguyên tử mỗi nguyên tố (đặt hệ số)
  • B3: Viết phương trình hoàn chỉnh, kiểm tra
• 2.3. Lưu ý khi cân bằng
  • Hệ số viết ngang với kí hiệu
  • Không thay đổi chỉ số trong công thức
  • Nhóm nguyên tử giống nhau → coi như một đơn vị
• 2.4. Ý nghĩa
  • Tỉ lệ số mol = tỉ lệ hệ số trong PTHH
  • Từ tỉ lệ mol → tỉ lệ khối lượng
  • Biết lượng chất này → tính được lượng chất kia

Cô Trần Thị Thanh Thảo

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu