Giáo án Khoa học tự nhiên 8 (Chân trời sáng tạo) - Bài 5: Định luật bảo toàn khối lượng và phương trình hóa học - Nguyễn Cao Sang

BÀI 5: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG 
VÀ PHƯƠNG TRÌNH HÓA HỌC
I. Định luật bảo toàn khối lượng
1. Nội dung định luật bảo toàn khối lượng
“Trong một phản ứng hoá học, tổng khối lượng của các chất sản phẩm bằng tổng khối lượng của các chất tham gia phản ứng”.
Giải thích:
Trong các phản ứng hoá học, chỉ có liên kết giữa các nguyên tử thay đổi, còn số nguyên tử của mỗi nguyên tố hoá học vẫn giữ nguyên, vì vậy tổng khối lượng của chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng của các sản phẩm.
2. Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng
- Xét phản ứng:
Barium chloride + Sodium sulfate → Barium sulfate + Sodium chloride
Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có:
mBarium chloride + mSodium sulfate = mBarium sulfate + mSodium chloride
Nếu biết khối lượng của ba chất, ta tính được khối lượng của chất còn lại.
- Tổng quát: Nếu trong phản ứng có n chất, khi biết khối lượng đã tham gia và tạo thành của (n – 1) chất, ta sẽ xác định được khối lượng của chất còn lại.
II. Phương trình hoá học
1. Lập phương trình hoá học
- Phương trình hoá học biểu diễn ngắn gọn phản ứng hoá học với chất tham gia phản ứng ở bên trái mũi tên chỉ chiều phản ứng và chất sản phẩm ở bên phải mũi tên.
- Lập phương trình hoá học được thực hiện qua ba bước, được mô tả thông qua ví dụ sau: Lập phương trình hoá học của phản ứng giữa nhôm (aluminium) và oxygen, tạo thành aluminium oxide.
Bước 1: Viết sơ đồ của phản ứng:
Al + O2 →Al2O3
Bước 2: Cân bằng số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở 2 vế:
Số nguyên tử Al và O ở 2 vế đều không bằng nhau, nhưng O có số nguyên tử nhiều hơn nên ta bắt đầu từ nguyên tố này trước. Do O2 có 2 nguyên tử O còn Al2O3 có 3 nguyên tử O nên để cân bằng, ta đặt hệ số 2 trước Al2O3 và hệ số 3 trước O2:
Al + 3O2 →2Al2O3
Để cân bằng tiếp số nguyên tử Al ta cần đặt hệ số 4 trước Al ở vế trái.
Bước 3: Viết phương trình hoá học của phản ứng:
4Al + 3O2 → 2Al2O3
Lưu ý:
- Hệ số viết ngang với kí hiệu của các chất.
- Không thay đổi các chỉ số trong các công thức hoá học đã viết đúng.
Ví dụ: Oxygen phải viết ở dạng phân tử là O2, do đó ta không viết 6O mà phải viết 3O2.
- Nếu trong công thức hoá học, các chất ở 2 vế có những nhóm nguyên tử giống nhau (các nhóm nguyên tử này không bị biến đổi trong phản ứng mà chỉ bị chuyển từ chất này sang chất khác) thì coi nhóm nguyên tử này như một “nguyên tố” để cân bằng.
2. Ý nghĩa của phương trình hoá học
- Phương trình hoá học cho biết trong phản ứng hoá học, lượng các chất tham gia phản ứng và các chất sản phẩm tuân theo một tỉ lệ xác định.
- Ví dụ: Xét phương trình hoá học:
4Al + 3O2 → 2Al2O3
Cứ 4 nguyên tử Al phản ứng với 3 phân tử O2 tạo ra 2 phân tử Al2O3.
Số nguyên tử Al : Số phân tử O2 : Số phân tử Al2O3 = 4 : 3 : 2.
Số mol Al : Số mol O2 : Số mol Al2O3 = 4 : 3 : 2.
Vậy tỉ lệ số mol của các chất đúng bằng tỉ lệ hệ số của chúng trong phương trình hoá học.
Từ tỉ lệ về số mol, ta cũng xác định được tỉ lệ về khối lượng các chất:
Khối lượng Al : Khối lượng O2 : Khối lượng 
Al2O3 = (27 × 4) : (32 × 3) : (102 × 2) = 9 : 8 : 17.
Nghĩa là cứ 9 gam Al phản ứng hết với 8 gam O2 tạo ra 17 gam Al2O3.
B. Câu hỏi sách giáo khoa
Mở đầu trang 24 Bài 5 KHTN lớp 8: Khi các phản ứng hoá học xảy ra, lượng các chất phản ứng giảm dần, lượng các chất sản phẩm tăng dần. Vậy tổng khối lượng các chất trước và sau phản ứng có thay đổi không?
Trả lời:
Trong một phản ứng hoá học, tổng khối lượng của các chất sản phẩm bằng tổng khối lượng của các chất tham gia phản ứng. Hay tổng khối lượng của chất trước và sau phản ứng không thay đổi.
Hoạt động trang 24 KHTN lớp 8: Chuẩn bị: Dung dịch barium chloride, sodium sulfate; cân điện tử, cốc thuỷ tinh
Tiến hành:
- Trên mặt cân đặt 2 cốc: cốc (1) đựng dung dịch barium chloride, cốc (2) đựng dung dịch sodium sulfate. Ghi tổng khối lượng 2 cốc.
- Đổ cốc (1) vào cốc (2), lắc nhẹ để hai dung dịch trộn lẫn với nhau. Quan sát thấy có một chất rắn màu trắng xuất hiện ở cốc (2). Phản ứng xảy ra như sau:
Barium chloride + Sodium sulfate → Barium sulfate + Sodium chloride
Đặt 2 cốc trở lại mặt cân. Ghi khối lượng.
Thực hiện yêu cầu sau:
So sánh tổng khối lượng của các chất trước phản ứng với tổng khối lượng của các chất sau phản ứng.
Trả lời:
Học sinh làm thí nghiệm và rút ra kết luận: Tổng khối lượng của các chất trước phản ứng bằng tổng khối lượng của các chất sau phản ứng.
Câu hỏi trang 25 KHTN lớp 8: Carbon tác dụng với oxygen theo sơ đồ Hình 5.1:
Giải thích tại sao khối lượng carbon dioxide bằng tổng khối lượng carbon và oxygen.
Trả lời:
Khối lượng carbon dioxide bằng tổng khối lượng carbon và oxygen do trong phản ứng hoá học chỉ có liên kết giữa các nguyên tử thay đổi, còn số nguyên tử của mỗi nguyên tố hoá học vẫn giữ nguyên.
Câu hỏi 1 trang 25 KHTN lớp 8: Sau khi đốt cháy than tổ ong (thành phần chính là carbon) thì thu được xỉ than. Xỉ than nặng hay nhẹ hơn than tổ ong? Giải thích.
Trả lời:
Xỉ than nhẹ hơn than tổ ong. Do sau khi đốt cháy than tổ ong (thành phần chính là carbon) sản phầm thu được ngoài xỉ than còn có các khí (thành phần chứa nguyên tố carbon) là carbon monoxide; carbon dioxide.
Câu hỏi 2 trang 25 KHTN lớp 8: Vôi sống (calcium oxide) phản ứng với một số chất có mặt trong không khí như sau:
Calcium oxide + Carbon dioxide → Calcium carbonate
Calcium oxide + Nước → Calcium hydroxide
Khi làm thí nghiệm, một học sinh quên đậy nắp lọ đựng vôi sống (thành phần chính là CaO), sau một thời gian thì khối lượng của lọ sẽ thay đổi như thế nào?
Trả lời:
Sau một thời gian mở nắp lọ, vôi sống sẽ phản ứng với một số chất có mặt trong không khí như carbon dioxide, hơi nước  tạo thành các chất mới có khối lượng lớn hơn khối lượng vôi sống ban đầu. Do đó khối lượng của lọ sẽ tăng lên.
Hoạt động trang 26 KHTN lớp 8: Lập phương trình hoá học của các phản ứng sau:
a) Fe + O2  → Fe3O4
b) Al + HCl → AlCl3 + H2
c) Al2(SO4)3 + NaOH → Al(OH)3 + Na2SO4
d) CaCO3 + HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
Trả lời:
a) Fe + O2 → Fe3O4
Số nguyên tử Fe và O ở hai vế không bằng nhau, nhưng O có số nguyên tử nhiều hơn nên ta bắt đầu từ nguyên tố này trước. Do O2 có 2 nguyên tử O còn Fe3O4 có 4 nguyên tử O nên ta đặt hệ số 2 trước O2; để cân bằng tiếp số nguyên tử Fe ta đặt hệ số 3 vào trước Fe ở vế trái. Phương trình hoá học của phản ứng hoàn thiện như sau:
3Fe + 2O2 → Fe3O4.
b) Al + HCl → AlCl3 + H2
Trước phản ứng có 1 nguyên tử H và 1 nguyên tử Cl trong phân tử HCl; sau phản ứng có 3 nguyên tử Cl trong AlCl3; 2 nguyên tử H trong phân tử H2, do đó ta lấy bội chung nhỏ nhất của 3 và 2 là 6, đặt trước HCl, được:
Al + 6HCl → AlCl3 + H2
Để cân bằng số nguyên tử H ta đặt hệ số 3 trước H2; để cân bằng số nguyên tử Cl ta đặt hệ số 2 trước AlCl3, được:
Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
Cuối cùng để cân bằng số nguyên tử Al ta thêm hệ số 2 trước Al ở vế trái. Phương trình hoá học của phản ứng được hoàn thiện như sau:
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
c) Al2(SO4)3 + NaOH → Al(OH)3 + Na2SO4
Trước tiên ta cân bằng nhóm (SO4) bằng cách đặt hệ số 3 vào trước Na2SO4:
Al2(SO4)3 + NaOH → Al(OH)3 + 3Na2SO4
Để cân bằng tiếp số nguyên tử Na ta thêm hệ số 6 vào trước NaOH.
Al2(SO4)3 + 6NaOH → Al(OH)3 + 3Na2SO4
Cuối cùng thêm hệ số 2 trước Al(OH)3 để đảm bảo cân bằng số nguyên tử Al và nhóm (OH), khi đó phương trình hoá học được thiết lập:
Al2(SO4)3 + 6NaOH → 2Al(OH)3 + 3Na2SO4
d) CaCO3 + HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
Ta thấy trước phản ứng có 1 nguyên tử H; 1 nguyên tử Cl trong phân tử HCl; Sau phản ứng có 2 nguyên tử Cl trong CaCl2; 2 nguyên tử H trong H2O. Để cân bằng số nguyên tử H và Cl ta thêm hệ số 2 trước HCl.
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
Kiểm tra lại thấy các nguyên tử đã được cân bằng, phương trình hoá học được hoàn thiện.
Câu hỏi 1 trang 27 KHTN lớp 8: Sơ đồ của phản ứng hoá học khác với phương trình hoá học ở điểm nào? Nêu ý nghĩa của phương trình hoá học.
Trả lời:
- Sơ đồ của phản ứng hoá học khác với phương trình hoá học ở điểm: sơ đồ hoá học chưa cho biết tỉ lệ về số nguyên tử hoặc số phân tử giữa các chất trong phản ứng.
- Ý nghĩa của phương trình hoá học: Phương trình hoá học cho biết trong phản ứng hoá học, lượng các chất tham gia phản ứng và các chất sản phẩm tuân theo một tỉ lệ xác định.
Câu hỏi 2 trang 27 KHTN lớp 8: Lập phương trình hoá học và xác định tỉ lệ số phân tử của các chất trong sơ đồ phản ứng hoá học sau:
Na2CO3 + Ba(OH)2 → BaCO3 + NaOH
Trả lời:
Ta có bảng sau:
Nguyên tử/ nhóm nguyên tử
Na
(CO3)
Ba
(OH)
Trước phản ứng (số lượng)
2
1
1
2
Sau phản ứng (số lượng)
1
1
1
1
Như vậy để cân bằng số nguyên tử Na và nhóm (OH), chỉ cần thêm hệ số 2 trước NaOH. Khi đó phương trình hoá học cũng đã được thiết lập:
Na2CO3 + Ba(OH)2 → BaCO3 + 2NaOH
Ta có tỉ lệ: Số phân tử Na2CO3 : Số phân tử Ba(OH)2 : Số phân tử BaCO3 : Số phân tử NaOH = 1 : 1 : 1 : 2.
Câu hỏi 3 trang 27 KHTN lớp 8: Giả thiết trong không khí, sắt tác dụng với oxygen tạo thành gỉ sắt (Fe2O3). Từ 5,6 gam sắt có thể tạo ra tối đa bao nhiêu gam gỉ sắt?
Trả lời:
Phương trình hoá học: 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3
Ta có tỉ lệ:
Số mol Fe : Số mol O2 : Số mol Fe2O3 = 4 : 3 : 2.
Từ tỉ lệ mol ta xác định được tỉ lệ khối lượng các chất:
Khối lượng Fe : Khối lượng O2 : Khối lượng Fe2O3
= (56 . 4) : (32 . 3) : (160 . 2) = 7 : 3 : 10.
Vậy cứ 7 gam Fe phản ứng hết với 3 gam O2 tạo ra 10 gam Fe2O3.
Do đó từ 5,6 gam Fe có thể tạo ra tối đa: 5,6.107=85,6.107=8 gam gỉ sắt.
C. Bài tập 
Bài 5.1. Một lá sắt (iron) nặng 28 g để ngoài không khí, xảy ra phản ứng với oxygen, tạo ra gỉ sắt. Sau một thời gian, cân lại lá sắt, thấy khối lượng thu được là 31,2 g. Khối lượng khí oxygen đã phản ứng là
A. 3,2 g. B. 1,6 g. C. 6,4g. D. 24,8 g. ĐA: A
...
Bài 5.2. Muối copper sulfate (CuSO4) ngậm nước khi đun nóng sẽ bị tách nước. Nếu đun 25 g muối ngậm nước, thu được 16 g muối khan thì số mol nước tách ra là
A. 0,25 mol. B. 0,5 mol. C. 1 mol. D. 9 mol. ĐA:B
...
Bài 5.3: Hấp thụ hoàn toàn một lượng khí carbon dioxide (CO2) vào nước vôi trong (dung dịch Ca(OH)2) dư, tạo ra 10 g kết tủa calcium carbonate (CaCO3). Phản ứng xảy ra như sau:
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O
Khối lượng dung dịch nước vôi trong
A. giảm 10 g. B. tăng 10 g. C. giảm 5,6 g. D. tăng 4,4 g. ĐA:C
...
Bài 5.4: Nhúng một thanh Zn vào dung dịch CuSO4, Zn phản ứng tạo muối ZnSO4 và kim loại Cu bám vào thanh Zn. Phản ứng xảy ra như sau:
Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu
Vậy, nếu 13 g Zn phản ứng thì khối lượng thanh kim loại
A. giảm 13 g. B. tăng12,8g. C. tăng 0,2 g. D. giảm 0,2 g. ĐA:D
...
Bài 5.5:Nung một lượng đá vôi (CaCO3) có khối lượng 12 g, thu được hỗn hợp rắn có khối lượng 8,4 g. Khối lượng của khí CO2 thoát ra là
A. 3,6 g. B. 2,8 g. C. 1,2 g. D. 2,4 g. ĐA: A
...
Bài 5.6
a) Viết công thức theo khối lượng đối với phản ứng của kim loại Mg với dung dịch HCl tạo ra chất MgCl2 và khí H2.
b) Cho biết khối lượng của Mg và HCl đã phản ứng lần lượt là 2,4 g và 7,3 g; khối lượng của MgCl2 là 9,5 g. Hãy tính khối lượng của khí H2 bay lên.
...
Bài 5.7: Trên một chiếc cân đĩa, đĩa bên trái đặt một cốc nước, đĩa bên phải để một cốc dung dịch HCl, hai đĩa đang thăng bằng. Cho vào mỗi cốc một viên đá vôi (thành phẩn chính là CaCO3) có khối lượng bằng nhau. Cốc bên trái không có hiện tượng gì. Cốc bên phải quan sát thấy hiện tượng sủi bọt khí trên viên đá vôi, viên đá tan dần.
a) Cốc nào có phản ứng hoá học xảy ra?
b) Sau khi cho đá vôi vào hai cốc, hãy dự đoán về vị trí của hai đĩa cân, hai đĩa cân còn thăng bằng không hay nghiêng về bên nào?
...
Bài 5.8: Hãy giải thích:
a) Khi nung nóng cục đá vôi thì thấy khối lượng giảm đi. Biết phản ứng hoá học xảy ra khi nung đá vôi là:
Đá vôi (rắn) → Calcium dioxide (rắn) + Carbon dioxide (khí)
b) Khi nung nóng miếng đồng trong không khí thì thấy khối lượng tăng lên.
Biết miếng đồng để ngoài không khí sẽ có phản ứng hoá học sau:
Đồng + Oxygen → Copper oxide
...