Phản ứng hóa học — Các loại, cách cân bằng và ví dụ

Phản ứng hóa học xảy ra khi các chất phản ứng biến thành những chất mới gọi là sản phẩm vì các nguyên tử được sắp xếp lại thành những tổ hợp mới. Nếu bạn xác định được chất phản ứng, sản phẩm và số lượng nguyên tử, bạn thường có thể phân loại phản ứng và cân bằng phương trình của nó.

Trong một phương trình hóa học thông thường, các nguyên tử được sắp xếp lại chứ không được tạo ra hay mất đi. Đó là lý do việc cân bằng rất quan trọng: số nguyên tử của mỗi nguyên tố phải bằng nhau ở hai vế, dù bản thân các chất đã thay đổi.

Điều gì thay đổi trong một phản ứng hóa học

Phản ứng hóa học thường liên quan đến một hoặc nhiều thay đổi sau:

• liên kết bị phá vỡ và liên kết mới được hình thành
• các ion trao đổi “đối tác”
• electron được chuyển từ chất này sang chất khác
• năng lượng được hấp thụ hoặc giải phóng

Bạn không cần phải làm rõ mọi chi tiết ngay lập tức. Câu hỏi đầu tiên hữu ích hơn và đơn giản hơn là: điều gì đã thay đổi giữa chất phản ứng và sản phẩm?

Các loại phản ứng hóa học phổ biến

Sách giáo khoa không phân loại phản ứng hoàn toàn giống nhau, và một phản ứng có thể phù hợp với nhiều nhãn khác nhau. Đây là những nhóm cơ bản chính dành cho người mới học.

Phản ứng hóa hợp

Phản ứng hóa hợp kết hợp các chất đơn giản hơn để tạo thành một sản phẩm.

$$\mathrm{2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO}$$

Phản ứng phân hủy

Phản ứng phân hủy tách một hợp chất thành các chất đơn giản hơn.

$$\mathrm{2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2}$$

Phản ứng thế đơn

Trong phản ứng thế đơn, một nguyên tố thay thế nguyên tố khác trong một hợp chất. Phản ứng có thực sự xảy ra hay không còn phụ thuộc vào các chất tham gia và điều kiện phản ứng.

$$\mathrm{Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2}$$

Phản ứng trao đổi kép

Trong phản ứng trao đổi kép, các ion trong hai hợp chất trao đổi “đối tác” với nhau. Nhiều phản ứng tạo kết tủa và một số phản ứng axit–bazơ thường được giới thiệu theo cách này.

$$\mathrm{AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl + NaNO_3}$$

Phản ứng cháy

Phản ứng cháy là phản ứng trong đó một chất tác dụng với oxi. Với hiđrocacbon trong điều kiện cháy hoàn toàn, các sản phẩm thường là $\mathrm{CO_2}$ và $\mathrm{H_2O}$.

$$\mathrm{CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O}$$

Phản ứng oxi hóa – khử

Phản ứng oxi hóa – khử nghĩa là quá trình oxi hóa và quá trình khử xảy ra đồng thời thông qua sự chuyển electron. Nhiều phản ứng kim loại đẩy kim loại khác ra khỏi hợp chất và nhiều phản ứng cháy cũng là phản ứng oxi hóa – khử.

Sự chồng lấp đó rất quan trọng. Các loại phản ứng là những nhãn hữu ích, không phải những chiếc hộp tách biệt hoàn toàn.

Ví dụ có lời giải: Cân bằng một phản ứng cháy

Bắt đầu với phương trình chưa cân bằng:

$$\mathrm{CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O}$$

Đây là phản ứng cháy vì metan đang phản ứng với oxi.

Bây giờ hãy cân bằng số nguyên tử, từng nguyên tố một. Để oxi lại sau vì nó xuất hiện trong nhiều hơn một sản phẩm.

Cacbon đã cân bằng sẵn: mỗi vế có $1$ nguyên tử cacbon.

Hiđro chưa cân bằng. Vế trái có $4$ nguyên tử hiđro, nhưng vế phải chỉ có $2$. Đặt hệ số $2$ trước nước:

$$\mathrm{CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$$

Bây giờ đếm lại oxi. Vế phải có $2$ nguyên tử oxi trong $\mathrm{CO_2}$ và thêm $2$ nguyên tử nữa trong $\mathrm{2H_2O}$, tổng cộng là $4$. Vì vậy, đặt hệ số $2$ trước $\mathrm{O_2}$:

$$\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$$

Kiểm tra số lượng cuối cùng:

• cacbon: $1$ ở cả hai vế
• hiđro: $4$ ở cả hai vế
• oxi: $4$ ở cả hai vế

Bây giờ phương trình đã được cân bằng.

Cách cân bằng phương trình hóa học một cách chắc chắn

Với hầu hết các phương trình cơ bản, cách làm sau hoạt động rất tốt:

1. Viết đúng công thức hóa học trước.
2. Đếm số nguyên tử của từng nguyên tố ở cả hai vế.
3. Thay đổi hệ số, không thay đổi chỉ số.
4. Đếm lại sau mỗi lần thay đổi.
5. Kết thúc với bộ hệ số nguyên tối giản.

Bước mà nhiều người bỏ qua quá sớm là đếm lại. Một phương trình có thể trông gần đúng nhưng vẫn chưa cân bằng.

Những lỗi thường gặp khi cân bằng phản ứng

Thay đổi chỉ số thay vì hệ số

Việc đổi $\mathrm{H_2O}$ thành $\mathrm{H_2O_2}$ không phải là cân bằng phương trình. Nó biến nước thành hiđro peoxit, tức là một chất khác.

Xem các loại phản ứng là tuyệt đối

Một số phản ứng phù hợp với nhiều hơn một nhãn. Một phản ứng cháy cũng có thể là phản ứng oxi hóa – khử.

Quên rằng điều kiện phản ứng rất quan trọng

Sản phẩm có thể phụ thuộc vào các điều kiện như lượng oxi, nhiệt độ, dung môi hoặc chất xúc tác. Ví dụ, cháy hoàn toàn và cháy không hoàn toàn không tạo ra cùng một sản phẩm.

Nghĩ rằng phương trình cân bằng cho biết tốc độ phản ứng

Việc cân bằng cho bạn tỉ lệ nguyên tử. Nó không cho biết phản ứng xảy ra nhanh đến mức nào. Tốc độ phụ thuộc vào động học và điều kiện phản ứng.

Phản ứng hóa học xuất hiện ở đâu

Phản ứng hóa học giải thích hiện tượng gỉ sét, pin, tiêu hóa, tổng hợp công nghiệp, ăn mòn, sự cháy và nhiều phép thử trong phòng thí nghiệm. Chúng cũng là nền tảng cho các chủ đề học sau này như stoichiometry, cân bằng hóa học, nhiệt hóa học và điện hóa học.

Thử một bài tương tự

Hãy thử phân loại và cân bằng hai phương trình sau:

$$\mathrm{2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl}$$ $$\mathrm{CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2}$$

Với mỗi phương trình, trước tiên hãy tự hỏi hai câu: loại biến đổi nào đang xảy ra, và phương trình đã cân bằng chưa? Thói quen đó sẽ giúp bạn đọc phản ứng hóa học dễ hơn nhiều.