Chào các em, cô rất vui được cùng các em giải bài tập này. Đây là một dạng bài cân bằng phương trình hóa học nâng cao một chút vì có chứa ẩn số, nhưng các em đừng lo lắng nhé. Chỉ cần chúng ta nắm vững nguyên tắc của Định luật Bảo toàn khối lượng và làm theo từng bước thì sẽ giải quyết được thôi.

Nguyên tắc vàng của chúng ta là: Số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vế của phương trình phải bằng nhau.

Chúng ta sẽ tiến hành cân bằng theo các bước sau:

Bước 1: Rút gọn công thức phân tử của hợp chất hữu cơ

Hợp chất \(C_xH_y(COOH)_2\) nhìn có vẻ phức tạp. Để dễ dàng cho việc cân bằng, chúng ta hãy xác định tổng số nguyên tử của mỗi nguyên tố (C, H, O) trong một phân tử của nó.
– Số nguyên tử Cacbon (C): có \(x\) nguyên tử C trong nhóm \(C_x\) và 2 nguyên tử C trong 2 nhóm \((COOH)\).
Vậy tổng số nguyên tử C là \(x + 2\).
– Số nguyên tử Hiđro (H): có \(y\) nguyên tử H trong nhóm \(H_y\) và 2 nguyên tử H trong 2 nhóm \((COOH)\).
Vậy tổng số nguyên tử H là \(y + 2\).
– Số nguyên tử Oxi (O): có \(2 \times 2 = 4\) nguyên tử O trong 2 nhóm \((COOH)\).
Vậy tổng số nguyên tử O là 4.

Như vậy, công thức phân tử của hợp chất có thể được viết gọn lại là \(C_{(x+2)}H_{(y+2)}O_4\).
Phương trình của chúng ta bây giờ có dạng:
\(C_{(x+2)}H_{(y+2)}O_4 + O_2 \longrightarrow CO_2 + H_2O\)

Bước 2: Cân bằng số nguyên tử Cacbon (C)

– Vế trái (VT): có \((x+2)\) nguyên tử C trong 1 phân tử \(C_{(x+2)}H_{(y+2)}O_4\).
– Vế phải (VP): có 1 nguyên tử C trong 1 phân tử \(CO_2\).
Để số nguyên tử C ở hai vế bằng nhau, ta phải đặt hệ số \((x+2)\) trước \(CO_2\).
Phương trình tạm thời là:
\(C_{(x+2)}H_{(y+2)}O_4 + O_2 \longrightarrow (x+2)CO_2 + H_2O\)

Bước 3: Cân bằng số nguyên tử Hiđro (H)

– Vế trái (VT): có \((y+2)\) nguyên tử H trong 1 phân tử \(C_{(x+2)}H_{(y+2)}O_4\).
– Vế phải (VP): có 2 nguyên tử H trong 1 phân tử \(H_2O\).
Để có \((y+2)\) nguyên tử H ở vế phải, ta cần lấy \(\frac{y+2}{2}\) phân tử \(H_2O\).
Vậy ta đặt hệ số \(\frac{y+2}{2}\) trước \(H_2O\).
Phương trình tạm thời là:
\[C_{(x+2)}H_{(y+2)}O_4 + O_2 \longrightarrow (x+2)CO_2 + \frac{y+2}{2}H_2O\]

Bước 4: Cân bằng số nguyên tử Oxi (O)

Đây là bước cuối cùng và cần cẩn thận nhất. Chúng ta sẽ đếm tổng số nguyên tử Oxi ở vế phải, sau đó cân bằng với vế trái.
– Vế phải (VP):
Số nguyên tử O trong \((x+2)CO_2\) là \(2 \times (x+2) = 2x + 4\).
Số nguyên tử O trong \(\frac{y+2}{2}H_2O\) là \(1 \times \frac{y+2}{2} = \frac{y+2}{2}\).
Tổng số nguyên tử O ở vế phải là: \(2x + 4 + \frac{y+2}{2}\).

– Vế trái (VT):
Tổng số nguyên tử O ở vế trái cũng phải bằng \(2x + 4 + \frac{y+2}{2}\).
Ta đã có sẵn 4 nguyên tử O trong phân tử \(C_{(x+2)}H_{(y+2)}O_4\).
Vậy, số nguyên tử O cần lấy từ \(O_2\) là:
\((2x + 4 + \frac{y+2}{2}) – 4 = 2x + \frac{y+2}{2}\).
Vì phân tử Oxi là \(O_2\) (có 2 nguyên tử), nên số phân tử \(O_2\) cần lấy là:
\[\frac{2x + \frac{y+2}{2}}{2} = x + \frac{y+2}{4}\]
Vậy ta đặt hệ số \(x + \frac{y+2}{4}\) trước \(O_2\).
Phương trình của chúng ta là:
\[C_{(x+2)}H_{(y+2)}O_4 + (x + \frac{y+2}{4})O_2 \longrightarrow (x+2)CO_2 + \frac{y+2}{2}H_2O\]

Bước 5: Khử mẫu số để có hệ số nguyên

Phương trình trên đã cân bằng, nhưng các hệ số lại ở dạng phân số (\(\frac{y+2}{2}\) và \(\frac{y+2}{4}\)). Để có các hệ số nguyên, ta sẽ nhân tất cả các hệ số của phương trình với mẫu số chung lớn nhất, ở đây là 4.

– Hệ số của \(C_{(x+2)}H_{(y+2)}O_4\): \(1 \times 4 = 4\).
– Hệ số của \(O_2\): \((x + \frac{y+2}{4}) \times 4 = 4x + (y+2) = 4x+y+2\).
– Hệ số của \(CO_2\): \((x+2) \times 4 = 4x+8\).
– Hệ số của \(H_2O\): \((\frac{y+2}{2}) \times 4 = (y+2) \times 2 = 2y+4\).

Kết quả cuối cùng

Sau khi thay các hệ số nguyên vào, ta có phương trình hóa học đã được cân bằng hoàn chỉnh. Ta sẽ viết lại phương trình với công thức ban đầu của đề bài:

\(4C_xH_y(COOH)_2 + (4x+y+2)O_2 \longrightarrow (4x+8)CO_2 + (2y+4)H_2O\)

Để chắc chắn, các em có thể kiểm tra lại số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vế, chúng sẽ bằng nhau. Cô hy vọng phần giải thích này giúp các em hiểu rõ hơn về cách cân bằng các phương trình phức tạp. Chúc các em học tốt