Phản ứng tổng hợp: Dự đoán sản phẩm và cân bằng phương trình
Tìm hiểu cách nhận biết phản ứng tổng hợp, dự đoán sản phẩm, viết đúng công thức hóa học và cân bằng phương trình mà không thay đổi chỉ số dưới. Có ví dụ có lời giải và câu hỏi theo phong cách HSC kèm đáp án.
Đốt dải magie trong oxi, bạn thu được một chất rắn màu trắng là magie oxit. Phương trình ban đầu trông khá đơn giản:
\[ \ce{Mg + O2 -> ?} \]
Trước khi đọc tiếp, hãy dự đoán sản phẩm. Oxi tham gia dưới dạng \(\ce{O2}\), vậy sản phẩm có phải là \(\ce{MgO2}\) không?
Không. Sản phẩm là \(\ce{MgO}\). Khác biệt nhỏ này cho thấy kỹ năng cốt lõi trong phản ứng tổng hợp: bạn phải xác định đúng công thức hóa học trước khi cân bằng phương trình. Nếu cố cân bằng trước, bạn rất dễ tạo ra một hợp chất thực ra không tồn tại dưới dạng mà bạn đã viết.
01Phản ứng tổng hợp thực sự thể hiện điều gì
Phản ứng tổng hợp xảy ra khi hai hoặc nhiều chất phản ứng kết hợp để tạo thành một chất sản phẩm.
Dạng cơ bản là:
\[ \ce{A + B -> AB} \]
Ở đây, \(A\) và \(B\) chỉ đơn giản đại diện cho các chất phản ứng. Chúng không có nghĩa là một tiểu phân \(A\) nhất thiết phải kết hợp với đúng một tiểu phân \(B\).
Một cách hình dung hơi ngộ nghĩnh là hai người đến buổi dạ hội của trường riêng lẻ rồi ra về với tư cách một cặp. Phần hữu ích của phép so sánh này là các nhóm ban đầu tách biệt đã kết hợp thành một nhóm mới. Tuy nhiên, phép so sánh nhanh chóng mất tác dụng. Các nguyên tử không nhất thiết kết hợp theo tỉ lệ một-một, và tỉ lệ phụ thuộc vào cấu trúc hóa học cũng như, đối với hợp chất ion, điện tích.
Ví dụ:
\[ \ce{2Na + Cl2 -> 2NaCl} \]
Có hai chất phản ứng là natri và clo, nhưng chỉ có một chất sản phẩm là natri clorua.
Lưu ý rằng sản phẩm có hệ số 2. Điều đó không có nghĩa là có hai sản phẩm khác nhau. Cả hai đơn vị vẫn là cùng một chất, \(\ce{NaCl}\).
Tổng hợp là một kiểu phản ứng, không phải sự đảm bảo
Nhận biết kiểu phản ứng này rất hữu ích, nhưng đừng áp dụng nó quá mức.
Việc nhìn thấy hai chất ở vế trái không chứng minh rằng chúng sẽ phản ứng, và biết một phản ứng là phản ứng tổng hợp không phải lúc nào cũng cho bạn biết chính xác sản phẩm. Một số nguyên tố có thể tạo thành nhiều hợp chất khác nhau, và sản phẩm có thể phụ thuộc vào điều kiện phản ứng.
Vì vậy, câu hỏi hữu ích không chỉ là:
“Có hai chất phản ứng phải không?”
Mà là:
“Các chất phản ứng này có kết hợp để tạo thành một sản phẩm có thể xác định được không, và tôi có đủ thông tin hóa học để xác định công thức của sản phẩm đó không?”
Câu hỏi thứ hai sẽ trở nên quan trọng ở phần sau.
02Công thức trước, cân bằng sau
Giả sử nhôm phản ứng với oxi.
Một lỗi phổ biến là nhìn thấy \(\ce{O2}\) rồi lập tức cố gắn hai nguyên tử oxi với mỗi nguyên tử nhôm. Điều đó có thể dẫn đến \(\ce{AlO2}\).
Nhưng \(\ce{O2}\) mô tả oxi nguyên tố trước phản ứng. Nó không cho bạn biết tỉ lệ nhôm với oxi bên trong hợp chất mới.
Đối với sản phẩm ion, tỉ lệ được xác định bởi điện tích.
Nhôm thường tạo ion \(\mathrm{Al}^{3+}\). Ion oxit là \(\mathrm{O}^{2-}\).
Tổng điện tích dương và âm phải cân bằng. Tổ hợp nhỏ nhất thỏa mãn điều này là:
- 2 ion nhôm: tổng điện tích \(+6\)
- 3 ion oxit: tổng điện tích \(-6\)
Vì vậy, công thức là:
\[ \ce{Al2O3} \]
Chỉ sau khi xác định đúng công thức này, bạn mới nên cân bằng toàn bộ phương trình.
Từ đó có thể xây dựng một trình tự hữu ích:
- Xác định sản phẩm có khả năng hình thành.
- Viết đúng công thức hóa học của sản phẩm.
- Viết phương trình chưa cân bằng.
- Chỉ sử dụng hệ số để cân bằng.
- Đếm từng loại nguyên tử để kiểm tra đáp án.
Thứ tự này rất quan trọng.
03Dự đoán các sản phẩm tổng hợp phổ biến
Đối với những phản ứng tổng hợp đơn giản hơn mà bạn gặp trong Hóa học lớp 11, danh tính của các chất phản ứng thường cho bạn một gợi ý khá rõ về sản phẩm.
| Chất phản ứng | Kiểu sản phẩm thường gặp | Ví dụ |
|---|---|---|
| kim loại + phi kim | hợp chất ion | \(\ce{2Na + Cl2 -> 2NaCl}\) |
| kim loại + oxi | oxit kim loại | \(\ce{2Mg + O2 -> 2MgO}\) |
| phi kim + oxi | oxit phi kim | \(\ce{C + O2 -> CO2}\) |
| một số oxit kim loại + nước | hiđroxit kim loại | \(\ce{CaO + H2O -> Ca(OH)2}\) |
| một số oxit phi kim + nước | axit oxi | \(\ce{CO2 + H2O -> H2CO3}\) |
Đây là những quy luật hữu ích, không phải các định luật áp dụng trong mọi trường hợp. Ví dụ, không phải mọi oxit kim loại đều dễ dàng phản ứng với nước, và một số nguyên tố tạo thành nhiều oxit khác nhau.
Hãy sử dụng thông tin trong câu hỏi, kiến thức của bạn về các ion và hợp chất phổ biến, cũng như bất kỳ điều kiện phản ứng nào được nêu.
04Đừng quên các phân tử đơn chất
Một số phi kim tồn tại tự nhiên dưới dạng phân tử gồm hai nguyên tử khi chúng xuất hiện ở dạng đơn chất tinh khiết.
Những chất đáng ghi nhớ là:
| Nguyên tố | Công thức |
|---|---|
| hiđro | \(\ce{H2}\) |
| nitơ | \(\ce{N2}\) |
| oxi | \(\ce{O2}\) |
| flo | \(\ce{F2}\) |
| clo | \(\ce{Cl2}\) |
| brom | \(\ce{Br2}\) |
| iot | \(\ce{I2}\) |
Điều này ảnh hưởng đến vế chất phản ứng trong phương trình của bạn.
Ví dụ, khí clo là \(\ce{Cl2}\), không phải \(\ce{Cl}\):
\[ \ce{Ca + Cl2 -> CaCl2} \]
Nhưng một khi clo trở thành thành phần của canxi clorua, công thức \(\ce{CaCl2}\) được xác định bởi điện tích ion, chứ không phải bởi việc clo nguyên tố ban đầu tồn tại dưới dạng \(\ce{Cl2}\).
05Hệ số và chỉ số dưới có chức năng hoàn toàn khác nhau
Sự khác biệt này là nguyên nhân của một phần lớn các lỗi khi cân bằng.
Xét:
\[ \ce{2MgO} \]
Chỉ số dưới trong \(\ce{MgO}\) thực chất cho biết có 1 nguyên tử magie cho mỗi 1 nguyên tử oxi. Chỉ số dưới là một phần của bản chất hợp chất.
Hệ số 2 cho biết có hai đơn vị công thức \(\ce{MgO}\).
Thay đổi hệ số làm thay đổi lượng của một chất.
Thay đổi chỉ số dưới làm thay đổi chính chất đó thành một chất khác.
Ví dụ:
- \(\ce{MgO}\) là magie oxit.
- \(\ce{MgO2}\) có thành phần khác và không thể được dùng thay thế chỉ vì nó khiến phương trình dễ cân bằng hơn.
Đó là lý do phương trình sau là đúng:
\[ \ce{2Mg + O2 -> 2MgO} \]
Bạn cân bằng hai nguyên tử oxi bằng cách đặt số 2 ở phía trước \(\ce{MgO}\), chứ không phải thay đổi công thức của nó.
Nếu ý tưởng về sự bảo toàn đứng sau việc cân bằng vẫn chưa thật chắc chắn, bạn nên xem lại Sự sắp xếp lại các nguyên tử trong phản ứng: Hướng dẫn Hóa học HSC. Một phương trình hóa học đúng vì các nguyên tử được sắp xếp lại, chứ không được tạo ra hoặc phá hủy.
Ví dụ có lời giải: Canxi phản ứng với clo
Kim loại canxi phản ứng với khí clo để tạo thành canxi clorua. Hãy dự đoán sản phẩm và viết phương trình hóa học cân bằng.
Bước 1
Canxi là kim loại và clo là phi kim, vì vậy ta dự đoán sẽ tạo thành một hợp chất ion.
Canxi tạo ion \(\mathrm{Ca}^{2+}\), còn clo tạo ion \(\mathrm{Cl}^{-}\).
Bước 2
Một ion \(\mathrm{Ca}^{2+}\) cần hai ion \(\mathrm{Cl}^{-}\) để tổng điện tích bằng không.
Do đó, sản phẩm là:
\[ \ce{CaCl2} \]
Bước 3
Canxi nguyên tố là \(\ce{Ca}\), còn clo nguyên tố là phân tử hai nguyên tử, \(\ce{Cl2}\).
Vì vậy, phương trình chưa cân bằng là:
\[ \ce{Ca + Cl2 -> CaCl2} \]
Bước 4
Có:
- 1 nguyên tử Ca ở mỗi vế
- 2 nguyên tử Cl ở mỗi vế
Vì vậy, phương trình đã cân bằng:
\[ \boxed{\ce{Ca(s) + Cl2(g) -> CaCl2(s)}} \]
Các hệ số là \(1:1:1\). Một lượng canxi phản ứng với một lượng tương đương các phân tử clo để tạo thành canxi clorua.
Ví dụ có lời giải: Nhôm phản ứng với oxi
Kim loại nhôm phản ứng với khí oxi để tạo thành nhôm oxit. Hãy dự đoán sản phẩm và viết phương trình hóa học cân bằng.
Bước 1
Nhôm thường tạo \(\mathrm{Al}^{3+}\), còn oxi tạo \(\mathrm{O}^{2-}\).
Để cân bằng điện tích, ta cần 2 ion nhôm và 3 ion oxit:
\[ 2(+3) + 3(-2) = 0 \]
Do đó, nhôm oxit là:
\[ \ce{Al2O3} \]
Bước 2
Oxi nguyên tố tồn tại dưới dạng \(\ce{O2}\):
\[ \ce{Al + O2 -> Al2O3} \]
Bước 3
Mỗi phân tử \(\ce{O2}\) có 2 nguyên tử oxi và mỗi đơn vị công thức \(\ce{Al2O3}\) có 3 nguyên tử oxi.
Số nhỏ nhất chia hết cho cả 2 và 3 là 6.
Vì vậy, dùng 3 phân tử \(\ce{O2}\) và 2 đơn vị công thức \(\ce{Al2O3}\):
\[ \ce{Al + 3O2 -> 2Al2O3} \]
Lúc này có 6 nguyên tử oxi ở cả hai vế.
Bước 4
Hai đơn vị công thức \(\ce{Al2O3}\) chứa 4 nguyên tử nhôm, vì vậy đặt số 4 trước nhôm:
\[ \boxed{\ce{4Al(s) + 3O2(g) -> 2Al2O3(s)}} \]
Phương trình giờ thể hiện sự bảo toàn của cả hai nguyên tố:
- Al: \(4 = 4\)
- O: \(6 = 6\)
Phần quan trọng không nằm ở phép tính số học. Điều quan trọng là tách riêng hai nhiệm vụ: điện tích ion xác định công thức \(\ce{Al2O3}\), sau đó các hệ số cân bằng số nguyên tử.
06Vì sao một phản ứng tổng hợp cũng có thể thuộc một loại phản ứng khác
Các loại phản ứng có thể chồng lấp lên nhau.
Đốt magie là một ví dụ điển hình:
\[ \ce{2Mg + O2 -> 2MgO} \]
Đây là phản ứng tổng hợp vì hai chất phản ứng kết hợp để tạo thành một chất sản phẩm.
Nó cũng có thể được mô tả là phản ứng cháy vì magie phản ứng với oxi và giải phóng năng lượng.
Vì vậy, tên các loại phản ứng là những cách mô tả kiểu phản ứng. Chúng không nhất thiết là những nhóm loại trừ lẫn nhau, trong đó mỗi phản ứng chỉ có thể thuộc đúng một loại.
Điều này quan trọng khi câu hỏi yêu cầu bạn giải thích cách phân loại. Hãy chỉ ra đặc điểm liên quan trong phương trình thay vì chỉ dựa vào tên gọi.
07Lỗi dễ mắc nhất: thay đổi sản phẩm để cân bằng dễ hơn
Hãy tưởng tượng bạn được cho:
\[ \ce{Al + O2 -> Al2O3} \]
Một học sinh nhận thấy oxi xuất hiện theo nhóm hai ở vế trái và nhóm ba ở vế phải. Học sinh đó đổi sản phẩm thành \(\ce{AlO2}\), thu được:
\[ \ce{Al + O2 -> AlO2} \]
Bây giờ phương trình trông dễ cân bằng hơn.
Phép tính đã trở nên dễ hơn vì bản chất hóa học đã bị thay đổi.
Công thức hóa học không phải là một công cụ ghi chép có thể tùy ý điều chỉnh. \(\ce{Al2O3}\) cho bạn biết thành phần của nhôm oxit. Một khi công thức đó đã được xác định, khi cân bằng bạn chỉ được thay đổi hệ số.
Hãy coi chỉ số dưới như một phần trong tên của một người và hệ số như số người có tên đó. Nếu bạn cần ba người tên Alex, bạn viết “3 Alex”. Bạn không đổi tên Alex thành “Alex3”. Hơi ngớ ngẩn một chút, nhưng phép so sánh này thể hiện đúng sự khác biệt.
08Khi không thể dự đoán sản phẩm chỉ từ kiểu phản ứng
Giả sử một câu hỏi nói:
Sắt phản ứng với oxi trong một phản ứng tổng hợp. Hãy dự đoán chính xác công thức của oxit sắt.
Có một vấn đề.
Sắt có thể tạo hợp chất ở nhiều trạng thái oxi hóa. Các oxit sắt bao gồm \(\ce{FeO}\), \(\ce{Fe2O3}\) và \(\ce{Fe3O4}\). Chỉ riêng câu “sắt phản ứng với oxi” không đủ để xác định oxit nào đã được tạo thành.
Vì vậy, bạn không nên tự suy ra một sản phẩm chỉ vì câu hỏi trông giống một kiểu phản ứng tổng hợp quen thuộc.
Nếu câu hỏi cho biết sắt(III) oxit được tạo thành, trạng thái oxi hóa sẽ cung cấp thông tin còn thiếu. Sắt(III) nghĩa là \(\mathrm{Fe}^{3+}\), cho công thức \(\ce{Fe2O3}\), và phương trình cân bằng là:
\[ \ce{4Fe + 3O2 -> 2Fe2O3} \]
Đây là một giới hạn quan trọng của mô hình đơn giản \(A+B\rightarrow AB\). Mô hình này giúp bạn nhận biết cấu trúc của phản ứng tổng hợp, nhưng hóa học vẫn quyết định \(AB\) thực sự là chất gì.
09Một phương pháp đáng tin cậy trong điều kiện thi cử
Khi cần dự đoán và cân bằng một phản ứng tổng hợp, hãy thực hiện theo thứ tự sau:
- Xác định đúng các chất phản ứng. Hãy nhớ các phân tử đơn chất hai nguyên tử như \(\ce{O2}\), \(\ce{N2}\) và \(\ce{Cl2}\).
- Xác định xem có dự kiến tạo thành một chất sản phẩm hay không.
- Xác định công thức sản phẩm dựa trên kiến thức hóa học. Với sản phẩm ion, hãy sử dụng điện tích của các ion.
- Không thay đổi công thức đó trong khi cân bằng.
- Thêm hệ số cho đến khi mỗi nguyên tố có cùng số nguyên tử ở hai vế.
- Rút gọn các hệ số về tỉ lệ số nguyên nhỏ nhất.
- Kiểm tra xem bạn có thực sự có đủ thông tin để dự đoán sản phẩm hay không.
Chính bước kiểm tra cuối cùng ngăn việc nhận biết quy luật biến thành đoán mò.
10Câu hỏi và lời giải
Câu hỏi 1
Kim loại liti phản ứng với brom tạo thành liti bromua. Hãy dự đoán công thức sản phẩm và viết phương trình hóa học cân bằng.
Lời giải 1
Phương trình cân bằng là:
\[ \boxed{\ce{2Li + Br2 -> 2LiBr}} \]
Liti tạo ion \(\mathrm{Li}^{+}\) và brom tạo ion \(\mathrm{Br}^{-}\), vì vậy các ion kết hợp theo tỉ lệ \(1:1\). Do đó, công thức sản phẩm là \(\ce{LiBr}\).
Brom nguyên tố tồn tại dưới dạng phân tử hai nguyên tử, vì vậy chất phản ứng phải được viết là \(\ce{Br2}\). Bắt đầu với
\[ \ce{Li + Br2 -> LiBr} \]
có hai nguyên tử brom ở vế trái nhưng chỉ có một ở vế phải. Đặt hệ số 2 trước \(\ce{LiBr}\), sau đó cân bằng liti:
\[ \ce{2Li + Br2 -> 2LiBr} \]
Bây giờ có 2 nguyên tử Li và 2 nguyên tử Br ở mỗi vế.
Câu hỏi 2
Magie phản ứng với khí nitơ tạo thành magie nitrua. Hãy dự đoán công thức sản phẩm và viết phương trình hóa học cân bằng.
Lời giải 2
Sản phẩm là \(\ce{Mg3N2}\), và phương trình cân bằng là:
\[ \boxed{\ce{3Mg + N2 -> Mg3N2}} \]
Magie tạo \(\mathrm{Mg}^{2+}\), còn ion nitrua là \(\mathrm{N}^{3-}\).
Tổng điện tích dương và âm nhỏ nhất có cùng độ lớn là 6:
\[ 3(+2)=+6 \]
và
\[ 2(-3)=-6 \]
Vì vậy, ba ion magie kết hợp với hai ion nitrua, tạo thành \(\ce{Mg3N2}\).
Nitơ nguyên tố đã tồn tại dưới dạng \(\ce{N2}\). Một đơn vị công thức \(\ce{Mg3N2}\) chứa ba nguyên tử magie, vì vậy cần hệ số 3 trước \(\ce{Mg}\).
Tỉ lệ hệ số \(3:1:1\) mô tả lượng các chất tham gia phản ứng. Các chỉ số dưới 3 và 2 trong \(\ce{Mg3N2}\) mô tả thành phần của hợp chất.
Câu hỏi 3
Natri oxit phản ứng với nước theo một phản ứng tổng hợp, tạo thành natri hiđroxit.
Hãy viết phương trình cân bằng. Một học sinh lập luận rằng đây không thể là phản ứng tổng hợp vì phương trình cân bằng có hệ số 2 trước sản phẩm. Hãy giải thích xem học sinh đó có đúng không.
Lời giải 3
Phương trình cân bằng là:
\[ \boxed{\ce{Na2O + H2O -> 2NaOH}} \]
Kết luận của học sinh là không đúng. Đây vẫn là phản ứng tổng hợp vì chỉ có một chất sản phẩm, natri hiđroxit.
Đếm số nguyên tử trước khi cân bằng:
\[ \ce{Na2O + H2O -> NaOH} \]
Vế trái có tổng cộng 2 nguyên tử Na, 2 nguyên tử H và 2 nguyên tử O. Đặt hệ số 2 trước natri hiđroxit:
\[ \ce{Na2O + H2O -> 2NaOH} \]
Bây giờ cả hai vế đều có:
- 2 nguyên tử Na
- 2 nguyên tử H
- 2 nguyên tử O
Hệ số 2 có nghĩa là hai đơn vị công thức, hoặc hai mol khi xét ở quy mô vĩ mô, natri hiđroxit được tạo thành trong mỗi phản ứng theo tỉ lượng. Nó không tạo ra một loại sản phẩm thứ hai.
Cạm bẫy ở đây là nhầm lẫn giữa số lượng tiểu phân sản phẩm và số loại chất sản phẩm.
Câu hỏi 4
Một học sinh được yêu cầu viết phản ứng giữa nhôm và oxi. Học sinh đó viết:
\[ \ce{2Al + O2 -> 2AlO} \]
Phương trình của học sinh đã cân bằng. Hãy giải thích vì sao nó vẫn sai về mặt hóa học và đưa ra phương trình cân bằng đúng.
Lời giải 4
Phương trình của học sinh đã cân bằng số nguyên tử, nhưng công thức sản phẩm không đúng. Phương trình đúng là:
\[ \boxed{\ce{4Al + 3O2 -> 2Al2O3}} \]
Việc cân bằng số nguyên tử chỉ có ý nghĩa sau khi bản thân các chất đã được viết đúng.
Nhôm tạo ion \(\mathrm{Al}^{3+}\) và ion oxit là \(\mathrm{O}^{2-}\). Vì vậy, một hợp chất ion trung hòa cần hai ion nhôm và ba ion oxit:
\[ 2(+3)+3(-2)=0 \]
nên công thức đúng là \(\ce{Al2O3}\), không phải \(\ce{AlO}\).
Bắt đầu từ:
\[ \ce{Al + O2 -> Al2O3} \]
dùng 6 nguyên tử oxi vì đây là bội chung nhỏ nhất của 2 và 3:
\[ \ce{Al + 3O2 -> 2Al2O3} \]
Hai đơn vị \(\ce{Al2O3}\) chứa bốn nguyên tử nhôm, cho:
\[ \ce{4Al + 3O2 -> 2Al2O3} \]
Cạm bẫy ở đây là cho rằng một phương trình cân bằng số nguyên tử thì nhất thiết phải đúng về mặt hóa học. Sự bảo toàn nguyên tử là điều kiện cần, nhưng công thức của các chất cũng phải đúng.
Câu hỏi 5
Một nhà hóa học quan sát thấy sắt và oxi là hai chất phản ứng duy nhất trong một phản ứng và chỉ thu được một sản phẩm rắn.
Một học sinh kết luận rằng công thức sản phẩm chắc chắn phải là \(\ce{Fe2O3}\) vì đây là phản ứng tổng hợp.
Kết luận đó có được chứng minh từ thông tin đã cho không? Nếu phân tích sau đó cho thấy sản phẩm là sắt(III) oxit, hãy viết phương trình cân bằng.
Lời giải 5
Kết luận ban đầu không được chứng minh từ thông tin đã cho. Nếu sau đó sản phẩm được xác định là sắt(III) oxit, phương trình cân bằng là:
\[ \boxed{\ce{4Fe + 3O2 -> 2Fe2O3}} \]
Quan sát này đúng là hỗ trợ việc phân loại phản ứng là phản ứng tổng hợp: hai chất phản ứng kết hợp để tạo thành một chất sản phẩm.
Tuy nhiên, kiểu phản ứng này không xác định chính xác công thức. Sắt có thể có nhiều trạng thái oxi hóa và tạo thành nhiều oxit khác nhau. Vì vậy, chỉ biết sắt và oxi phản ứng với nhau là không đủ để chứng minh rằng sản phẩm là \(\ce{Fe2O3}\).
Khi sản phẩm được xác định là sắt(III) oxit, tình huống sẽ khác. Sắt(III) tương ứng với \(\mathrm{Fe}^{3+}\), còn oxit là \(\mathrm{O}^{2-}\), cho công thức \(\ce{Fe2O3}\).
Phương trình chưa cân bằng là:
\[ \ce{Fe + O2 -> Fe2O3} \]
Cân bằng ta được:
\[ \ce{4Fe + 3O2 -> 2Fe2O3} \]
Giả định ẩn quan trọng ở đây là cho rằng cách phân loại phản ứng bằng cách nào đó đã xác định trạng thái oxi hóa của sắt. Thực tế không phải vậy.
Câu hỏi 6
Quá trình tổng hợp magie nitrua được biểu diễn bởi:
\[ \ce{3Mg + N2 -> Mg3N2} \]
Hãy tưởng tượng một mô hình tiểu phân chứa 8 nguyên tử magie và 3 phân tử nitơ. Giả sử phản ứng tiếp diễn cho đến khi một chất phản ứng không thể tiếp tục phản ứng.
Có thể tạo thành bao nhiêu đơn vị công thức \(\ce{Mg3N2}\), và những tiểu phân nào còn lại chưa phản ứng?
Lời giải 6
Tối đa có thể tạo thành 2 đơn vị công thức \(\ce{Mg3N2}\). Sau phản ứng, còn lại 2 nguyên tử Mg và 1 phân tử \(\ce{N2}\) chưa phản ứng.
Phương trình cân bằng cho biết tỉ lệ tiểu phân cần thiết:
\[ \ce{3Mg + N2 -> Mg3N2} \]
Mỗi đơn vị công thức magie nitrua cần:
- 3 nguyên tử Mg
- 1 phân tử \(\ce{N2}\)
Để tạo 2 đơn vị công thức:
\[ \ce{6Mg + 2N2 -> 2Mg3N2} \]
Bắt đầu với 8 nguyên tử Mg và 3 phân tử \(\ce{N2}\), ta còn:
\[ 8-6=2 \]
nguyên tử Mg, và
\[ 3-2=1 \]
phân tử \(\ce{N2}\).
Một đơn vị công thức thứ ba sẽ cần thêm 3 nguyên tử Mg, nhưng chỉ còn 2 nguyên tử. Vì vậy, magie là chất phản ứng giới hạn trong mô hình tiểu phân này.
Đây là điểm mà việc cân bằng bắt đầu làm được nhiều hơn là chỉ chỉnh sửa một phương trình cho gọn gàng. Các hệ số cho ta một tỉ lệ định lượng giữa các tiểu phân phản ứng và, về sau, giữa các lượng chất phản ứng tính theo mol. Mối liên hệ đó là bước tiếp theo từ phản ứng tổng hợp sang phép tính hóa học lượng chất và các phép tính về chất phản ứng giới hạn.