Giáo án Bài 5. Định luật bảo toàn khối lượng và phương trình hóa học

HS xác định được vấn đề cần giải quyết: khi có chất khí thoát ra, khối lượng cân có còn bằng tổng khối lượng ban đầu hay không.

GV mở mô phỏng cân điện tử và bình tam giác chứa đá vôi cùng dung dịch acid hydrochloric, đặt trên cân đã trừ bì, ở hai trường hợp:

• Trường hợp 1: bình để hở.
• Trường hợp 2: miệng bình bịt bằng quả bóng.
  GV đặt câu hỏi: “Ở bình hở, số cân sau phản ứng sẽ thay đổi thế nào? Vì sao? Ở bình có quả bóng, khí đi đâu và số cân ra sao?”
  HS dự đoán bằng cách ghi ra vở, sau đó quan sát mô phỏng để kiểm chứng.

Dự đoán và kết quả quan sát được ghi vào vở:

• Bình hở: khí CO₂ bay ra ngoài nên cân giảm $2{,}2\ \mathrm{g}$.
• Bình bịt bóng: bóng phồng lên, khí CO₂ được giữ trong bóng và cân giữ nguyên $150{,}00\ \mathrm{g}$.
  Vấn đề rút ra: khối lượng có được bảo toàn hay không và khi nào cần xét đầy đủ các chất trong hệ.

HS nêu được nội dung định luật bảo toàn khối lượng và giải thích được kết quả cân trong bình hở.

Nhóm 4 HS quan sát mô phỏng: hai cốc dung dịch BaCl₂ và Na₂SO₄ trên cân chỉ $100{,}00\ \mathrm{g}$, đổ hai dung dịch vào nhau và quan sát kết tủa trắng BaSO₄. HS hoàn thành Phiếu học tập số 1, sau đó đối chiếu với thí nghiệm đá vôi trong bình hở ở hoạt động mở đầu.
Nhiệm vụ: (1) Số cân trước và sau phản ứng có thay đổi không? (2) Trong bình hở, đã có chất nào thoát ra khỏi hệ? (3) Hãy phát biểu định luật bảo toàn khối lượng bằng lời của em.

Kết quả trên Phiếu học tập số 1:

• Thí nghiệm BaCl₂ với Na₂SO₄: cân vẫn chỉ $100{,}00\ \mathrm{g}$; kết tủa BaSO₄ và dung dịch NaCl đều nằm trong hệ được xét đầy đủ.
• Thí nghiệm đá vôi trong bình hở: khí CO₂ thoát ra khỏi hệ nên cân giảm $2{,}2\ \mathrm{g}$; khi tính đủ khối lượng khí thì tổng khối lượng vẫn bằng khối lượng ban đầu.
  Kiến thức rút ra: Bảo toàn khối lượng: tổng khối lượng chất phản ứng bằng tổng khối lượng sản phẩm trong hệ được xét đầy đủ.

HS giải thích được hệ số phương trình, cân bằng được phương trình $\mathrm{H_2 + O_2 \rightarrow H_2O}$, nêu được tỉ lệ $2:1:2$ và phân biệt được sửa chỉ số với chỉnh hệ số.

Kĩ thuật trạm (2 trạm, nhóm 4 HS):

• Trạm 1: Quan sát mô hình phân tử $\mathrm{H_2 + O_2 \rightarrow H_2O}$ trên mô phỏng NeoEdu. Đếm số nguyên tử H và O ở hai vế, thử thêm hệ số để cân bằng.
• Trạm 2: Đọc hai cách sửa phương trình (sửa chỉ số hay chỉnh hệ số), ghi vào Phiếu học tập số 2 cách nào giữ đúng bản chất chất.
  Sau khi xong, nhóm thống nhất phương trình cân bằng và tỉ lệ số mol.

Kết quả trên Phiếu học tập số 2:

• Phương trình chưa cân bằng: $\mathrm{H_2 + O_2 \rightarrow H_2O}$ có hai vế $2\mathrm{H}$ và $1\mathrm{O}$ hoặc $2\mathrm{O}$ không cân.
• Cân bằng bằng hệ số: $2\mathrm{H_2} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{H_2O}$; hai vế đều có $4\mathrm{H}$ và $2\mathrm{O}$; tỉ lệ số mol $\mathrm{H_2} : \mathrm{O_2} : \mathrm{H_2O} = 2:1:2$.
• Không được sửa $\mathrm{H_2O}$ thành $\mathrm{H_2O_2}$ vì làm đổi chất.
  Kiến thức rút ra:
• Hệ số phương trình: điều chỉnh số hạt để bảo toàn nguyên tử từng nguyên tố.
• Phương trình hóa học: biểu diễn chất và tỉ lệ số mol theo hệ số.
• Sửa chỉ số đổi chất; chỉ chỉnh hệ số trước công thức, giữ đúng bản chất sản phẩm.

HS củng cố khái niệm bảo toàn khối lượng, hệ số, phương trình hóa học; nhận diện được cách cân bằng sai.

GV đưa lần lượt các câu hỏi (Bài tập 1–5 và Bài tập 8 trong bài học). HS giơ thẻ xanh (Đúng) hoặc thẻ đỏ (Sai), sau đó giải thích ngắn. Với câu 5, HS điền thuật ngữ vào chỗ trống. Với câu 8, HS nêu lí do khoa học bác bỏ, hệ quả và phát biểu sửa đúng.

Đề và đáp án:

1. Bảo toàn khối lượng có đặc điểm nào? Đáp án: tổng khối lượng chất phản ứng bằng sản phẩm trong hệ được xét đầy đủ (chọn phương án C, không chọn phương án A và B).
2. Hệ số phương trình có đặc điểm nào? Đáp án: điều chỉnh số hạt để bảo toàn nguyên tử từng nguyên tố (phương án A).
3. Ghép khái niệm với đặc điểm: Bảo toàn khối lượng – tổng khối lượng chất phản ứng bằng sản phẩm trong hệ được xét đầy đủ; Hệ số phương trình – điều chỉnh số hạt để bảo toàn nguyên tử từng nguyên tố; Phương trình hóa học – biểu diễn chất và tỉ lệ số mol theo hệ số.
4. Muốn cân bằng phương trình có thể sửa $\mathrm{H_2O}$ thành $\mathrm{H_2O_2}$: Sai.
5. “Biểu diễn chất và tỉ lệ số mol theo hệ số” mô tả: phương trình hóa học.
6. Lí do khoa học: sửa chỉ số đổi chất; chỉ chỉnh hệ số trước công thức, giữ đúng bản chất sản phẩm. Hệ quả: sẽ biến nước thành hydrogen peroxide và mô tả sai sản phẩm. Phát biểu đúng: muốn cân bằng phải chỉnh hệ số, không được sửa chỉ số.

HS vận dụng định luật bảo toàn khối lượng để giải thích kết quả cân trong tình huống thực tế và nêu điều kiện cần để áp dụng định luật.

GV nêu tình huống: “Nung một chất giải phóng khí trong cốc mở thì thấy khối lượng cốc giảm. Có trái định luật bảo toàn khối lượng không?” HS trả lời cá nhân trong 3 phút rồi chia sẻ cặp đôi. Nhiệm vụ: nêu lí do, chỉ rõ phần khí đã đi đâu, nêu điều kiện để kiểm chứng định luật trong thực tế.

Câu trả lời mẫu: Không trái định luật. Khí đã thoát ra khỏi phần cân nên khối lượng còn lại giảm. Muốn kiểm chứng đầy đủ, phải cộng khối lượng khí với chất còn lại để đủ cả hệ, hoặc giữ khí trong hệ kín. Chỉ GV thao tác nung, HS quan sát và ghi kết quả để đảm bảo an toàn.