第12讲 微观模型图、质量守恒定律
一、质量守恒定律与化学式的推断
二、利用质量守恒定律的计算
三、质量守恒定律与微观示意图的分析
四、化学方程式的书写及判断
五、质量守恒定律的验证
【考点一】质量守恒定律的理解及化学式的推断
【命题规律】
1．考查要点：①质量守恒定律的微观解释；②化学反应过程中的变与不变；③利用质量守恒定律书写某未知物质的化学式。；
2．命题形式：主要以选择题的形式考查，填空及简答题中也有涉及。
1．质量守恒定律概念
参加化学反应的各物质的质量总和，等于反应后生成的各物质的质量总和，这个规律叫做质量守恒定律。
2．利用原子、分子知识解释质量守恒的原因
（1）化学反应的实质
化学反应的过程，就是参加反应的各物质（反应物）的原子重新组合而生成其他物质（生成物）的过程。由分子构成的物质在化学反应中的变化过程可表示为：
分子原子新分子新物质
（2）质量守恒的原因
①宏观上：化学反应前后元素的种类没有改变，元素的质量也不变，所以反应前后物质的质量总和必然相等。
②微观上：在化学反应中，反应前后原子的种类没有改变，数目没有增减，原子本身的质量也没有改变。所以，化学反应前后物质的质量总和必然相等。
（3）理解质量守恒定律要抓住“六个不变”“两个一定变”“两个可能变”。
3．适用范围
（1）质量守恒定律应用于化学变化，不能应用于物理变化。
（2）质量守恒定律说的是“质量守恒”而不是其他方面的守恒。
（3）化学反应中，各反应物之间要按一定的质量比相互作用，因此参加反应的各物质的质量总和不是任意比例的反应物质量的简单相加。
（4）不参加反应的物质质量以及不是生成物的物质质量不能计入“总和”中。
4．质量守恒的根本原因（即本质）：
从微观角度分析：化学反应的实质就是反应物的分子分解成原子，原子又重新组合成新的分子，在反应前后原子的种类没变，原子的数目没有增减，原子的质量没有变化，所以化学反应前后各物质的质量总和必然相等。
【典例精讲】
1.（2021·江苏盐城）铜制品长期暴露在空气中表面生成铜锈（主要成分Cu2（OH）2CO3），下列物质与铜制品生锈无关的是（ ）
A．N2 B．O2
C．H2O D．CO2
【答案】A
【解析】表面生成铜锈主要成分Cu2（OH）2CO3，由Cu、O、H、C元素组成，不含氮元素，故与铜制品生锈无关的是氮气，故选A。
2．（2021河北石家庄市第四十中学二模）取一定质量的Fe（OH）3固体加热至550℃完全分解为Fe2O3和H2O，温度提高到1400°C时，Fe2O3继续分解为复杂的铁的氧化物和O2；将产生的气体先通过浓硫酸，浓硫酸质量增加5.4克，再通过灼热的铜网，铜网质量增加0.8克（产生的气体均被完全吸收）。则所得复杂的铁的氧化物化学式为（ ）
A．FeO B．Fe3O4
C．Fe4O5 D．Fe5O7
【答案】C
【解析】浓硫酸具有吸水性，增加质量就是生成水的质量5.4g，反应前后元素种类质量不变，水中氢元素质量等于氢氧化铁中氢元素质量，则氢氧化铁的质量为；氢氧化铁中铁、氧元素的质量分别为为、；氢氧化铁分解失去氧元素的质量为水中氧元素质量和被铜网反应的氧元素质量之和，质量为；则得到复杂的铁的氧化物中铁、氧元素质量分别为11.2g、9.6g-5.6g=4g，设化学式为FexOy：
即化学式为Fe4O5。故选C。
3.（2021·海南中考真题）火药是我国古代四大发明之一，《天工开物》记载：“凡硫黄配硝而后，火药成声”。其反应的化学方程式为：。则X的化学式为（ ）
A．O2 B．SO2
C．NO2 D．N2
【答案】D
【解析】由质量守恒定律：反应前后，原子种类、数目均不变，则每个X分子由2个氮原子构成，则物质X的化学式为N2。故选：D。
4．（2021·河南中考真题）黑火药爆炸事件的反应为：，则X是（ ）
A．K2S B．K2SO3
C．K2SO4 D．K2S2O3
【答案】A
【解析】根据质量守恒定律，化学反应前后，原子的种类和数目不变，反应物中含S、C、K、N、O的个数分别是1、3、2、2、6，生成物中含S、C、K、N、O的个数分别是0、3、0、2、6，故生成物中还应含1个S、2个K，故X的化学式为：K2S。故选A。
5.（2021·湖南湘潭）石笋和钟乳石的形成蕴含许多化学原理，其反应之一为： 则X的化学式为（ ）
A．CaCO3 B．Ca（OH）2
C．CaO D．CaH2
【答案】A
【解析】根据质量守恒，反应前后原子个数不变，反应前碳原子为1个，氢原子为2个，氧原子为3个，反应后钙原子为1个，氢原子为2个，碳原子为2个，氧原子为6个，所以左侧少了1个钙原子,1个碳原子，3个氧原子，所以化学式为CaCO3，故选A。
6．（2021·河北省卷）利用催化剂将废气中的二氧化碳转化为燃料X，是实现“碳中和”的路径之一，该反应的化学方程式为CO2＋3H2X＋H2O，X的化学式为（ ）
A．CO B．CH4
C．CH3OH D．C2H5OH
【答案】C
【解析】根据质量守恒定律，反应前后原子的种类、数目不变，反应前C、H、O的原子个数分别为1、6、2，反应后C、H、O的原子个数分别为0、2、1，所以1个X分子中含有1个碳原子、4个氢原子和1个氧原子，X的化学式为CH3OH；故选C。
7．（2021·江苏扬州）FeCl3溶液用于制作印刷电路板，反应为。X的化学式是（ ）
A．Fe B．FeCl2
C．Fe（OH）2 D．Fe（OH）3
【答案】B
【解析】根据质量守恒定律，反应前后原子的种类数目不发生变化，反应前原子种类数目为Fe：2，Cl：6，Cu：1，反应后不包括X原子的种类数目为Cu：1，Cl：2，因此X中原子的种类数目为Fe：2，Cl：4，因此X为FeCl2。故选B。
[方法指导]
解答此类题型的关键就是理解质量守恒定律，利用化学反应前后同种原子的数目差异或根据元素或化学式前的计量数，推出未知物质中的原子数目，进而推出其化学式。
【考点二】利用质量守恒定律的计算
【命题规律】
1．考查要点：本考点主要以文字叙述形式或图表形式展示化学反应过程中部分物质的质量，要求学生判断:①某物质的质量:②某些物质间的质量比:③某物质的类别，如反应物、生成物、催化剂、单质、化合物等；④反应类型。
2．命题形式：主要以选择题和填空及简答题的形式考查，计算题中也有涉及。
【典例精讲】
8.（2021·湖北随州）化学学习常用化学思维去认识和理解世界，下列说法错误的个数有（ ）
物质 甲 乙 丙 丁
反应前质量/g 10 5 12 20
反应后质量/g 8 5 30 x
（1）反应中甲和丙的质量比为1：8
（2）x=4
（3）该反应为化合反应
（4）乙可能是催化剂
（5）若甲与丁的化学计量数之比为2：3；则其相对分子质量之比为3：16。
A．1个 B．2个
C．3个 D．4个
【答案】D
【解析】（1）反应中甲和丙的质量比为(10-8)：(30-12)=1：9，错误；（2）x=4，正确；（3）该反应中甲、丁质量减少为反应物，丙质量增加为生成物，反应符合多变一特点，为化合反应，正确；（4）乙质量反应前后不变，可能不参与反应、可能是催化剂，正确；（5）反应的甲与丁质量比为(10-8)：(20-4)=1：8；若甲与丁的化学计量数之比为2：3；设甲、丁相对分子质量分别为a、b，则有=，解得=，正确；
故选D。
9．（2021·天津市）将16g纯净物R在足量氧气中完全燃烧，生成44g二氧化碳和36g水。下列判断正确的是（ ）
A．R只含碳、氢元素 B．消耗氧气32g
C．R含碳、氢、氧三种元素 D．R中碳元素的质量分数为70%
【答案】A
【解析】化学反应前后元素种类质量不变；R中碳、氢元素质量等于二氧化碳、水中碳、氢元素质量，分别为、，12+4=16g，故R只含碳、氢元素。由分析得：A. R只含碳、氢元素，正确；B. 根据质量守恒定律，消耗氧气为44+36-16=64g，错误；C. R含碳、氢、氧三种元素，错误；D. R中碳元素的质量分数为，错误。故选A。
10．（2021·湖南怀化）已知某纯净物2.3g在足量的氧气中充分燃烧后，生成4.4g二氧化碳和2.7g水。下列关于该纯净物组成的说法正确的是（ ）
A．只含有碳、氢元素
B．一定含有碳、氢、氧三种元素
C．一定含有碳、氢元素，可能含有氧元素
D．一定含有碳元素，可能含有氢、氧元素
【答案】B
【解析】已知某纯净物2.3g在足量的氧气中充分燃烧后，生成4.4g二氧化碳和2.7g水。根据质量守恒定律，化学反应前后，元素的种类和质量不变，故该纯净物中一定含C、H元素，碳元素的质量为：，氢元素的质量为： ，1.2g+0.3g=1.5g＜2.3g，故该纯净物中一定含氧元素。故选B。
11．（2020江苏扬州）一定质量的CH4可与常见物质M反应，同时放出少量热量；将所得产物Cu2O与O2反应又生成M，同时放出较多热量。其反应原理如下图所示。下列说法正确的是（ ）
A．M中铜元素的质量分数比Cu2O中的高
B．理论上反应每生成44gCO2，同时生成18gH2O
C．理论上每16gCH4参与反应，最终消耗64gO2
D．过程①可将CH4中的部分能量储存于Cu2O中
【答案】C
【解析】如图所示，CH4与常见物质M反应生成Cu2O、二氧化碳和水，Cu2O与O2反应生成M，则M为CuO，则有：A、CuO中铜元素的质量分数为，Cu2O中铜元素的质量分数为，Cu2O中铜元素的质量分数比CuO中的高，A选项说法不正确，不符合题意；
B、根据反应过程、由元素守恒可知生成物二氧化碳中的碳元素来自于甲烷，水中的氢元素来自于甲烷，44gCO2中碳元素的质量为，则参加反应的甲烷的质量为，设16g甲烷反应生成水的质量为，由氢元素守恒则有，解得，因此理论上反应每生成44gCO2，同时生成36gH2O，B选项说法不正确，不符合题意；C、由反应过程可知，CH4与常见物质CuO反应生成Cu2O、二氧化碳和水，反应的方程式为，由方程式可知每16份质量的甲烷与640份质量的氧化铜恰好反应，Cu2O与O2反应生成CuO，反应的方程式为，由方程式可知每32份质量的氧气参与反应生成320份质量的氧化铜，由两个反应之间的关系可知理论上每16份质量的CH4参与反应，最终消耗64份质量的O2，即理论上每16gCH4参与反应，最终消耗64gO2，C选项说法正确，符合题意；D、过程①CH4与常见物质M反应生成Cu2O、二氧化碳和水，该过程释放能量，可将反应物CH4和M中的部分能量储存于Cu2O、二氧化碳和水中，D选项说法不正确，不符合题意。故选C。
12．（2021·山东潍坊）在一密闭容器中，有甲、乙、丙、丁四种物质，反应前各物质的质量关系如下图刻度纸所示（例如：丙的质量为5g，丁的质量为3g），充分反应后，在同一张刻度纸上再次记录各物质的质量变化：刻度线Ⅰ向左移动16格；刻度线Ⅱ向左移动8格；刻度线Ⅲ向左移动8格。下列说法正确的是（ ）
A．该反应是化合反应 B．丙一定是催化剂
C．反应后丁的质量为8g D．反应生成的乙和丁的质量比为1∶1
【答案】D
【解析】根据题意反应前后各物质质量变化如下表：
物质 甲 乙 丙 丁
反应前（g） 16 2 5 3
反应后（g） 0 10 5 11
发生变化的量（g） 16 8 0 8
A、根据分析，反应中甲物质的质量减少16g，乙物质的质量增加8g，丙物质的质量没有发生变化，丁物质的质量增加8g。化学反应中反应物的质量减少，生成物的质量增加，因此该反应的反应物是甲，生成物是乙和丁，符合“一变多”的特点，属于分解反应，选项A不正确；B、该反应中丙物质的质量没有发生变化，化学反应中，质量不变的物质可能是催化剂，也可能是不参加反应的其他物质，因此丙不一定是催化剂，选项B不正确；C、反应中生成丁的质量为8g，反应前丁的质量为3g，因此反应后丁的质量为11g，选项C不正确；D、该反应中生成的乙和丁质量都是8g，因此反应生成的乙和丁的质量比为：8g∶8g=1∶1，选项D正确。故选D。
13．（2020黑龙江龙东）四种物质在一定的条件下充分混合反应，测得反应前后各物质的质量分数如图所示．则有关说法中不正确的（ ）
A．丁一定是化合物
B．乙可能是这个反应的催化剂
C．生成的甲、丙两物质的质量比为8: 1
D．参加反应的丁的质量一定等于生成甲和丙的质量之和
【答案】C
【解析】A．丁发生分解反应，故丁一定是化合物，正确；B．乙可能是这个反应的催化剂，正确；C．生成的甲、丙两物质的质量比为（19%-17%）：（41%-25%）=8：16=1：2，错误；D．根据质量守恒定律，参加反应的丁的质量一定等于生成甲和丙的质量之和，正确。故选C。
[方法指导]
解答此类题型的关键是利用质量守恒定律的质量关系,结合图表或文字叙述中各物质在反应前后的质量差，先确定反应物和生成物，如果质量没有变化，可能是催化剂，也可能是杂质。未测物质根据所有增加量的和必须等于所有减少量的和来推断其是反应物还是生成物，然后写出反应的字母表达式。再在表达式对应物质下列出各物质质量变化的差,结合质量守恒定律来推导反应的类型、质量比等。
【考点三】质量守恒定律与微观示意图的分析
【命题规律】
1．考查要点：此考点主要考查内容有:
①化学反应前后物质质量、原子、分子的种类和数目的变(或不变)；②物质类别的判断；③反应类型；①化学方程式的书写；⑤元素种类的判断等。
2．命题形式：以选择题和填空题为主。
【典例精讲】
14．（2021·湖南湘潭）根据如下微观示意图分析，下列结论正确的是（ ）
A．反应前后原子种类不变 B．丙物质的相对分子质量是18g
C．参加反应的甲与乙分子个数比为1：1 D．反应前后各元素的化合价均不变
【答案】A
【解析】A、由图可知，反应前后原子种类数目不变，A正确。B、相对分子质量单位是“1”不是“g”，B错误。C、由微观示意图可知，反应化学方程式2C2H6+7O24CO2+6H2O，故参加反应的甲与乙分子个数比为2：7，C错误。D、反应前氧气为单质，氧元素0价，反应后氧元素-2价，化合价改变，D错误。
故选：A。
15．（2021·四川成都）工业上用CH4和CO2制取合成气会产生积碳，如图是抗积碳示意图。有关说法错误的是（ ）
A．Ni基双金属催化剂可重复使用
B．反应前后元素的化合价均改变
C．反应前后原子种类和数目不变
D．合成气可合成多种化工产品，价值大
【答案】B
【解析】A、Ni基双金属在反应中作为催化剂，催化剂在反应前后质量和化学性质不发生变化，可重复使用，正确；B、该反应为，反应后碳元素的化合价有+4价变为+2价，氧元素的化合价在反应前后都是-2价，未发生变化，氢元素的化合价由+1价变为0价，因此错误；C、根据质量守恒定律反应前后原子种类和数目不变，正确；D、合成气为一氧化碳和氢气混合气体，可合成多种化工产品，价值大，正确；故选B。
16．（2021·四川德阳）2021年2月13日，重庆合川区一名小女孩在玩耍时，将鞭炮扔进下水道导致多个井盖被炸开，下水道里发生爆炸的是沼气，沼气的主要成分是甲烷，甲烷在空气中完全燃烧的微观示意图如下图所示。以下说法错误的是（ ）
A．甲烷与空气的混合气体点燃可能发生爆炸
B．生成物水中氢元素与氧元素的质量比为2:1
C．一个甲烷分子由一个碳原子和四个氢原子构成
D．由微观示意图可知，该反应前、后元素种类不变
【答案】B
【解析】根据微观示意图可以看出，该反应是甲烷和氧气在点燃条件下反应生成二氧化碳和水，反应的化学方程式为：；A、甲烷是易燃气体，与空气的混合气体点燃可能发生爆炸，说法正确；B、由反应的化学方程式可知，生成物水中氢元素与氧元素的质量比=，说法错误；C、由甲烷分子图示可知，一个甲烷分子由一个碳原子和四个氢原子构成，说法正确；D、由微观示意图可知，该反应前、后元素种类不变，说法正确；故选B。
17．（2021·湖北武汉）将氯化氢转化为氯气的技术是当今研究的热点。一定条件下，甲与乙反应生成丙和丁，相关物质的分子模型如下表所示(其中：表示氢原子，表示氧原子，表示氯原子)。
物质 甲 乙 丙 丁
分子模型
下列说法正确的是（ ）
A．该反应体现了甲的氧化性
B．上表中涉及两种含氧化合物
C．该反应中乙、丁的质量比为73：36
D．该反应中所有元素的化合价均发生了改变
【答案】A
【解析】由题意知，甲与乙反应生成丙和丁，即氧气和氯化氢在一定条件下反应生成氯气和水，反应的化学方程式为O2+4HCl2Cl2+2H2O；A、由反应的化学方程式可知，该反应中氧气提供氧，体现了氧气的氧化性，选项说法正确；B、甲（O2）属于单质，乙（HCl）中不含氧元素，不属于含氧化合物，丙（Cl2）属于单质，丁（H2O）由氢、氧两种元素组成的化合物，属于含氧化合物，选项说法不正确；C、应中乙、丁的质量比为(35.5×4):(18×2) =71:18，选项说法不正确；D、该反应中有氧气参与反应，并有氯气生成，所以氧元素、氯元素反应前后元素的化合价均发生了改变，而氢元素的化合价没有发生改变，反应前后都为+1价，选项说法不正确。故选A。
18．（2021·云南昆明）甲醛是一种防腐剂，下图是甲醛燃烧的微观示意图。有关说法错误的是（ ）
A．该反应为置换反应
B．参加反应的两种物质的质量比为15：16
C．生成物均由两种元素组成
D．反应前后分子总数不变
【答案】A
【解析】由微观示意图可知，反应物中有一个“”没有参加反应，反应化学方程式CH2O+O2
CO2+H2O。A、由分析可知，生成物是两种化合物，该反应不属于置换反应，说法错误。B、由微观示意图可知，该反应化学方程式为CH2O+O2CO2+H2O，故参加反应的两种物质的质量比为30：32=15：16，说法正确。C、由微观示意图可知生成物为二氧化碳和水，生成物均由两种元素组成，说法正确。D、由化学方程式可知反应前后分子总数不变，说法正确。故选：A。
19．（2021·浙江宁波）如图是物质甲和乙反应生成丙的微观示意图。下列说法正确的是（ ）
A．该反应属于化合反应
B．甲、乙、丙都是有机物
C．该反应中参加反应的甲和乙质量比为1:1
D．该反应在反应前后原子的种类发生了改变
【答案】A
【解析】A、由微观示意图可知，该反应是由两种物质生成一种物质的反应，属于化合反应，A正确。B、含碳元素的化合物属于有机物，乙为H2O，不含碳元素属于无机物，B错误。C、根据微观示意图可知，该反应中参加反应的甲和乙分子个数比为1：1，质量比为28：18=14：9，C错误。D、由图可知，该反应在反应前后原子的种类没有发生改变，D错误。故选A。
[方法指导]
解答反应微观示意图题的技巧:
1．抵消化学反应前后相同的物质(即由相同小球组成，且结构也相同的物质)。
2．若小球代表的原子已知，则可以根据反应示意图，配平后写出反应的化学方程式；若小球代表的原子未知，则根据原子的种类和数目不变进行配平，然后根据反应特征判断基本反应类型。3．根据化学方程式或质量守恒定律判断元素的种类、原子的种类和个数、分子的种类和个数是否发生变化。
4．利用化学反应中小球的组合形式判断化学反应的实质。
【考点四】化学方程式的书写及判断
【命题规律】
1．考查要点：本考点考查的内容包括:
①化学方程式的书写；②判断化学方程式的正误；③化学方程式与反应类型的判断:④微观示意图与化学方程式的综合考查。
2．命题形式：题型主要有选择题和填空题。
【典例精讲】
20．（2021·四川广安）下列化学方程式书写完全正确的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】C
【解析】A、铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁，该反应的化学方程式为：，不符合题意；B、铁和稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，该反应的化学方程式为：，不符合题意；C、氧化铁和稀盐酸反应生成氯化铁和水，该反应的化学方程式为：，符合题意；D、铝和硫酸铜反应生成硫酸铝和铜，该反应的化学方程式为：，不符合题意。故选C。
21．（2021·上海）用氯酸钾制取，下列化学方程式正确的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】C
【解析】A、此选项方程式中是高氯酸钾，所以A错误；B、此选项中方程式没有配平，所以B错误；C、，化学方程式是正确的，所以C正确；D、此选项中反应条件缺少加热符号，所以D错误；故选C。
22．（2021·湖北黄石）下列反应的化学方程式书写正确的是（ ）
A．高炉炼铁：
B．盐酸除铁锈：
C．小苏打治疗胃酸过多：
D．铝制品耐腐蚀：
【答案】A
【解析】A、高炉炼铁：，A正确。B、铁锈主要成分是氧化铁，化学方程式，B错误。C、小苏打是碳酸氢钠，化学方程式,C错误。D、铝和氧气反应生成氧化铝，，D错误。故选：A。
23．（2021·湖南邵阳）下列化学反应方程式书写正确的是（ ）
A．Mg+O2MgO2
B．
C．CaCO3=CaO+CO2
D．CO+Fe2O3Fe+CO2
【答案】B
【详解】
A、氧化镁化学式错误，镁和氧气点燃生成氧化镁，，错误；
B、化学方程式完全正确；
C、漏写反应条件和物质状态符号，碳酸钙高温分解为氧化钙和二氧化碳气体，，错误；
D、没有配平，一氧化碳在高温下和氧化铁反应生成二氧化碳和铁，，错误。
故选B。
24．（2021·山东济宁）下列化学方程式的书写和对反应类型的判断，都正确的是（ ）
A． 化合反应
B． 分解反应
C． 置换反应
D． 复分解反应
【答案】A
【解析】A、该化学方程式中化学式书写、配平等都正确，该反应反应物是两种，生成物是一种，符合“多变一”的特征，属于化合反应，符合题意；B、该化学方程式没有配平，化学方程式书写不正确，但反应物是一种，生成物是两种，符合“一变多”的特征，属于分解反应，反应类型判断正确，不符合题意；C、该化学方程式书写正确，但反应物是两种化合物，不属于置换反应，反应类型判断错误，不符合题意；D、假设氯化钾和硝酸“互相交换成分”，得到的是硝酸钾和盐酸，因为没有沉淀、气体或水生成，不符合复分解反应发生的条件，所以不能发生反应，该化学方程式是错误的。不能发生的反应也无反应类型可言，不符合题意。故选A。
25．（2021·天津）写出下列反应的化学方程式。
(1)硫在氧气中燃烧________________。
(2)锌与稀硫酸反应________________。
(3)过氧化氢溶液在二氧化锰催化下分解制取氧气________________。
【答案】
【解析】（1）硫在氧气中燃烧生成二氧化硫，该反应的化学方程式为：；（2）锌与稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，该反应的化学方程式为：；（3）过氧化氢在二氧化锰的催化下分解为水和氧气，该反应的化学方程式为：。
26．（2021·湖北荆州）我国力争在2060年前实现“碳中和”（二氧化碳的排放与吸收平衡，实现“零排放”），保护环境。实现“碳中和”通常可采取如下措施：
（1）碳减排：使用氢能源汽车可以有效减少二氧化碳的排放。单质硼（B）可与物质X反应制取氢气，化学方程式为：，则X的化学式为______，B（OH）3中B的化合价为______。
（2）碳“捕捉”与封存：碳“捕捉”可用氢氧化钠溶液吸收空气中的二氧化碳，该反应的化学方程式为______。
（3）碳转化：一定条件下，可将二氧化碳在催化剂表面转化成某种有机清洁燃料，其反应原理如图所示：该反应的化学方程式为______。
【答案】H2O +3
【解析】（1）化学反应前后原子种类数目 不变；反应后硼、氧、氢原子数目分别为2、6、12，反应前硼、氧、氢原子数目分别为2、0、0，故X的化学式为H2O；B（OH）3中氢氧根化合价为负一价，设硼元素化合价为x，化合物中正负化合价代数和为零；则x +(-1)×3=0，x=+3。（2）氢氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠和水：。（3）由图示可知，氢气和二氧化碳在催化剂作用下生成水和CH4O，方程式为。
[名师点拨]
在解答此类题时，首先分析应用的原理是否正确，然后再根据化学方程式的书写规则进行判断。化学方程式的正误判断方法:先看化学式是否正确，再看是否配平，最后看反应条件、气体和沉淀符号是否正确标注。
[方法指导]
书写化学方程式要注意三点。首先了要正确书写反应物、生成物的化学式；其次要配平，使每种原子的数目在反应前后相等；最后要注明反应条件、标明生成物的状态。
【考点五】质量守恒定律的验证
方案一：红磷燃烧前后质量的测定
1.实验装置
2.反应原理:4 P+5O2 4P2O5 （用化学方程式表示）。
3.实验现象:
红磷燃烧，产生大量 白烟，发光、放热，开始小气球__鼓起___，冷却后小气球_变瘪___，反应前后天平指针位置___平衡__。
4.实验结论：
参加反应的各物质的质量总和等于生成物的各物质的质量总和。
考查热点：
（1）锥形瓶底部要铺一层细沙的目的是： 防止锥形瓶炸裂 。
（2）气球的作用：
①调节锥形瓶内的压强，起缓冲作用；
②起密封作用，防止实验时锥形瓶内外的物质发生交换。
（3）天平的使用应遵循左物右码，且称量前后在左右托盘中各放一张相同的纸
（4）红磷燃烧的操作不能再天平上进行，原因是：
①会烫坏天平；
②红磷燃烧时气球膨胀变大，气球因受到空气浮力而导致测量不准。
方案二：铁钉与硫酸铜溶液反应前后质量的测定
1.实验装置图：
2.反应原理：Fe+CuSO4====Cu+FeSO4 （用化学方程式表示）
3.实验现象：
铁钉表面覆盖一层 红色 固体，溶液由 蓝色 变为 浅绿 色。反应前后天平的指针位置 不变 。
4.实验的结论：
参加反应的各物质的质量总和等于生成物的各物质的质量总和。
考查热点：
（1）实验前应将铁钉表面 用砂纸打磨干净 ，以除去铁钉表面的 氧化物 和污物。
（2）实验室配制的硫酸铜溶液常显酸性，若将装置中的橡胶塞去掉，能否验证质量守恒定律？
不能，因为硫酸铜溶液常显酸性，可与铁反应生成 氢气，而逸出，导致天平不平衡 。
27．（2022浙江杭州第十三中学期末）如图是探究质量守恒定律的实验装置图，回答下列问题：
(1)该实验 (填“能”或“不能”)探究质量守恒定律，原因是 。
(2)要用如图继续探究质量守恒定律,若药品不变,改变装置的方法是 ；若装置不变,改变药品,可选用的一组药品是 (举一例).
【答案】(1)不能；二氧化碳气体逸散于空气中；(2)反应在密闭容器中进行；硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液
【解析】 (1)烧杯中的现象是固体逐渐减少，产生气体；生成的二氧化碳气体逸散于空气中，因此反应后观察到天平不平衡，该反应遵守质量守恒定律；在反应物不变的前提下，要保持天平平衡，应将反应在密闭容器中进行。故答案为(1)不能;二氧化碳气体逸散于空气中；(2)反应在密闭容器中进行；硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液。
28. （2021南京市金陵江文学校二模）大量实验证明，化学反应符合质量守恒定律。
（1）如图是铁钉与硫酸铜溶液反应的实验。
①反应一段时间，观察到的现象是______。
②该反应的化学方程式是______。
③溶液中减少的铜元素质量等于反应生成的______的质量。
（2）取足量的铁、锌，各加入相同质量相同溶质质量分数的稀盐酸，完全反应后，铁、锌均有剩余，下列说法正确的是______。
A.生成氢气的质量相等 B.生成的氯化亚铁和氯化锌的质量相等
C.参加反应的铁和锌的质量相等 D.参加反应的稀盐酸中HCl的质量相等
（3）经计算3g镁和100g质量分数7.3%的盐酸充分反应可生成氢气0.2g，但经实验测生成氢气的质量大于0.2g，则可能的原因是过量的镁与______发生反应。
【答案】天平平衡、有红色固体析出，溶液由蓝色变为浅绿色 铜 AD 水
【解析】（1）①铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，反应一段时间，观察到的现象是：天平平衡、有红色固体析出，溶液由蓝色变为浅绿色；②铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，故该反应的化学方程式是：；③根据质量守恒定律，化学反应前后，元素的种类和质量不变，故溶液中减少的铜元素质量等于反应生成的铜的质量；（2）A、金属过量，酸不足，加入酸的质量和溶质质量分数相同，反应生成氢气的质量与酸中氢元素的质量相同，故最后生成氢气的质量相等，符合题意；B、铁与稀盐酸反应：，锌与稀盐酸反应： ，氯化亚铁的相对分子质量小于氯化锌，故生成的氯化亚铁的质量小于氯化锌，不符合题意；C、根据化学方程式可知，金属过量，酸不足，消耗相同质量的酸，由于铁的相对原子质量小，参加反应的铁质量小，不符合题意；D、酸不足，金属过量，稀盐酸完全反应，稀盐酸的质量和溶质质量分数相同，故参加反应的稀盐酸中HCl的质量相等，符合题意。故选AC；（3）镁和稀盐酸反应：，参加反应的镁与HCl的质量比为：24:73，故100g质量分数7.3%的盐酸消耗2.4g镁，生成0.2g氢气，实际结果，生成氢气的质量大于0.2g，根据质量守恒定律，化学反应前后，元素的种类不变，盐酸中除了氯化氢，还有水中含有氢元素，故可能是过量的镁与水发生反应。第12讲 微观模型图、质量守恒定律
一、质量守恒定律与化学式的推断
二、利用质量守恒定律的计算
三、质量守恒定律与微观示意图的分析
四、化学方程式的书写及判断
五、质量守恒定律的验证
【考点一】质量守恒定律的理解及化学式的推断
【命题规律】
1．考查要点：①质量守恒定律的微观解释；②化学反应过程中的变与不变；③利用质量守恒定律书写某未知物质的化学式。；
2．命题形式：主要以选择题的形式考查，填空及简答题中也有涉及。
1．质量守恒定律概念
参加化学反应的各物质的 ，等于反应后生成的各物质的 ，这个规律叫做质量守恒定律。
2．利用原子、分子知识解释质量守恒的原因
（1）化学反应的实质
化学反应的过程，就是参加反应的各物质（反应物）的 的过程。由分子构成的物质在化学反应中的变化过程可表示为：
分子原子新分子新物质
（2）质量守恒的原因
①宏观上：化学反应前后 没有改变，元素的 也不变，所以反应前后物质的质量总和必然相等。
②微观上：在化学反应中，反应前后 没有改变， ， 也没有改变。所以，化学反应前后物质的质量总和必然相等。
（3）理解质量守恒定律要抓住“六个不变”“两个一定变”“两个可能变”。
3．适用范围
（1）质量守恒定律应用于 ，不能应用于 。
（2）质量守恒定律说的是“ ”而不是其他方面的守恒。
（3）化学反应中，各反应物之间要按一定的质量比相互作用，因此参加反应的各物质的质量总和不是任意比例的反应物质量的简单相加。
（4）不参加反应的物质质量以及不是生成物的物质质量不能计入“ ”中。
4．质量守恒的根本原因（即本质）：
从微观角度分析：化学反应的实质就是反应物的 分解成 ，原子又 成新的 ，在反应前后原子的 没变，原子的 没有增减，原子的 没有变化，所以化学反应前后各物质的质量总和必然相等。
【典例精讲】
1.（2021·江苏盐城）铜制品长期暴露在空气中表面生成铜锈（主要成分Cu2（OH）2CO3），下列物质与铜制品生锈无关的是（ ）
A．N2 B．O2
C．H2O D．CO2
2．（2021河北石家庄市第四十中学二模）取一定质量的Fe（OH）3固体加热至550℃完全分解为Fe2O3和H2O，温度提高到1400°C时，Fe2O3继续分解为复杂的铁的氧化物和O2；将产生的气体先通过浓硫酸，浓硫酸质量增加5.4克，再通过灼热的铜网，铜网质量增加0.8克（产生的气体均被完全吸收）。则所得复杂的铁的氧化物化学式为（ ）
A．FeO B．Fe3O4
C．Fe4O5 D．Fe5O7
3.（2021·海南中考真题）火药是我国古代四大发明之一，《天工开物》记载：“凡硫黄配硝而后，火药成声”。其反应的化学方程式为：。则X的化学式为（ ）
A．O2 B．SO2
C．NO2 D．N2
4．（2021·河南中考真题）黑火药爆炸事件的反应为：，则X是（ ）
A．K2S B．K2SO3
C．K2SO4 D．K2S2O3
5.（2021·湖南湘潭）石笋和钟乳石的形成蕴含许多化学原理，其反应之一为： 则X的化学式为（ ）
A．CaCO3 B．Ca（OH）2
C．CaO D．CaH2
6．（2021·河北省卷）利用催化剂将废气中的二氧化碳转化为燃料X，是实现“碳中和”的路径之一，该反应的化学方程式为CO2＋3H2X＋H2O，X的化学式为（ ）
A．CO B．CH4
C．CH3OH D．C2H5OH
7．（2021·江苏扬州）FeCl3溶液用于制作印刷电路板，反应为。X的化学式是（ ）
A．Fe B．FeCl2
C．Fe（OH）2 D．Fe（OH）3
[方法指导]
解答此类题型的关键就是理解质量守恒定律，利用化学反应前后同种原子的数目差异或根据元素或化学式前的计量数，推出未知物质中的原子数目，进而推出其化学式。
【考点二】利用质量守恒定律的计算
【命题规律】
1．考查要点：本考点主要以文字叙述形式或图表形式展示化学反应过程中部分物质的质量，要求学生判断:①某物质的质量:②某些物质间的质量比:③某物质的类别，如反应物、生成物、催化剂、单质、化合物等；④反应类型。
2．命题形式：主要以选择题和填空及简答题的形式考查，计算题中也有涉及。
【典例精讲】
8.（2021·湖北随州）化学学习常用化学思维去认识和理解世界，下列说法错误的个数有（ ）
物质 甲 乙 丙 丁
反应前质量/g 10 5 12 20
反应后质量/g 8 5 30 x
（1）反应中甲和丙的质量比为1：8
（2）x=4
（3）该反应为化合反应
（4）乙可能是催化剂
（5）若甲与丁的化学计量数之比为2：3；则其相对分子质量之比为3：16。
A．1个 B．2个
C．3个 D．4个
9．（2021·天津市）将16g纯净物R在足量氧气中完全燃烧，生成44g二氧化碳和36g水。下列判断正确的是（ ）
A．R只含碳、氢元素 B．消耗氧气32g
C．R含碳、氢、氧三种元素 D．R中碳元素的质量分数为70%
10．（2021·湖南怀化）已知某纯净物2.3g在足量的氧气中充分燃烧后，生成4.4g二氧化碳和2.7g水。下列关于该纯净物组成的说法正确的是（ ）
A．只含有碳、氢元素
B．一定含有碳、氢、氧三种元素
C．一定含有碳、氢元素，可能含有氧元素
D．一定含有碳元素，可能含有氢、氧元素
11．（2020江苏扬州）一定质量的CH4可与常见物质M反应，同时放出少量热量；将所得产物Cu2O与O2反应又生成M，同时放出较多热量。其反应原理如下图所示。下列说法正确的是（ ）
A．M中铜元素的质量分数比Cu2O中的高
B．理论上反应每生成44gCO2，同时生成18gH2O
C．理论上每16gCH4参与反应，最终消耗64gO2
D．过程①可将CH4中的部分能量储存于Cu2O中
12．（2021·山东潍坊）在一密闭容器中，有甲、乙、丙、丁四种物质，反应前各物质的质量关系如下图刻度纸所示（例如：丙的质量为5g，丁的质量为3g），充分反应后，在同一张刻度纸上再次记录各物质的质量变化：刻度线Ⅰ向左移动16格；刻度线Ⅱ向左移动8格；刻度线Ⅲ向左移动8格。下列说法正确的是（ ）
A．该反应是化合反应 B．丙一定是催化剂
C．反应后丁的质量为8g D．反应生成的乙和丁的质量比为1∶1
13．（2020黑龙江龙东）四种物质在一定的条件下充分混合反应，测得反应前后各物质的质量分数如图所示．则有关说法中不正确的（ ）
A．丁一定是化合物
B．乙可能是这个反应的催化剂
C．生成的甲、丙两物质的质量比为8: 1
D．参加反应的丁的质量一定等于生成甲和丙的质量之和
[方法指导]
解答此类题型的关键是利用质量守恒定律的质量关系,结合图表或文字叙述中各物质在反应前后的质量差，先确定反应物和生成物，如果质量没有变化，可能是催化剂，也可能是杂质。未测物质根据所有增加量的和必须等于所有减少量的和来推断其是反应物还是生成物，然后写出反应的字母表达式。再在表达式对应物质下列出各物质质量变化的差,结合质量守恒定律来推导反应的类型、质量比等。
【考点三】质量守恒定律与微观示意图的分析
【命题规律】
1．考查要点：此考点主要考查内容有:
①化学反应前后物质质量、原子、分子的种类和数目的变(或不变)；②物质类别的判断；③反应类型；①化学方程式的书写；⑤元素种类的判断等。
2．命题形式：以选择题和填空题为主。
【典例精讲】
14．（2021·湖南湘潭）根据如下微观示意图分析，下列结论正确的是（ ）
A．反应前后原子种类不变 B．丙物质的相对分子质量是18g
C．参加反应的甲与乙分子个数比为1：1 D．反应前后各元素的化合价均不变
15．（2021·四川成都）工业上用CH4和CO2制取合成气会产生积碳，如图是抗积碳示意图。有关说法错误的是（ ）
A．Ni基双金属催化剂可重复使用
B．反应前后元素的化合价均改变
C．反应前后原子种类和数目不变
D．合成气可合成多种化工产品，价值大
16．（2021·四川德阳）2021年2月13日，重庆合川区一名小女孩在玩耍时，将鞭炮扔进下水道导致多个井盖被炸开，下水道里发生爆炸的是沼气，沼气的主要成分是甲烷，甲烷在空气中完全燃烧的微观示意图如下图所示。以下说法错误的是（ ）
A．甲烷与空气的混合气体点燃可能发生爆炸
B．生成物水中氢元素与氧元素的质量比为2:1
C．一个甲烷分子由一个碳原子和四个氢原子构成
D．由微观示意图可知，该反应前、后元素种类不变
17．（2021·湖北武汉）将氯化氢转化为氯气的技术是当今研究的热点。一定条件下，甲与乙反应生成丙和丁，相关物质的分子模型如下表所示(其中：表示氢原子，表示氧原子，表示氯原子)。
物质 甲 乙 丙 丁
分子模型
下列说法正确的是（ ）
A．该反应体现了甲的氧化性
B．上表中涉及两种含氧化合物
C．该反应中乙、丁的质量比为73：36
D．该反应中所有元素的化合价均发生了改变
18．（2021·云南昆明）甲醛是一种防腐剂，下图是甲醛燃烧的微观示意图。有关说法错误的是（ ）
A．该反应为置换反应
B．参加反应的两种物质的质量比为15：16
C．生成物均由两种元素组成
D．反应前后分子总数不变
19．（2021·浙江宁波）如图是物质甲和乙反应生成丙的微观示意图。下列说法正确的是（ ）
A．该反应属于化合反应
B．甲、乙、丙都是有机物
C．该反应中参加反应的甲和乙质量比为1:1
D．该反应在反应前后原子的种类发生了改变
[方法指导]
解答反应微观示意图题的技巧:
1．抵消化学反应前后相同的物质(即由相同小球组成，且结构也相同的物质)。
2．若小球代表的原子已知，则可以根据反应示意图，配平后写出反应的化学方程式；若小球代表的原子未知，则根据原子的种类和数目不变进行配平，然后根据反应特征判断基本反应类型。3．根据化学方程式或质量守恒定律判断元素的种类、原子的种类和个数、分子的种类和个数是否发生变化。
4．利用化学反应中小球的组合形式判断化学反应的实质。
【考点四】化学方程式的书写及判断
【命题规律】
1．考查要点：本考点考查的内容包括:
①化学方程式的书写；②判断化学方程式的正误；③化学方程式与反应类型的判断:④微观示意图与化学方程式的综合考查。
2．命题形式：题型主要有选择题和填空题。
【典例精讲】
20．（2021·四川广安）下列化学方程式书写完全正确的是（ ）
A． B．
C． D．
21．（2021·上海）用氯酸钾制取，下列化学方程式正确的是（ ）
A． B．
C． D．
22．（2021·湖北黄石）下列反应的化学方程式书写正确的是（ ）
A．高炉炼铁：
B．盐酸除铁锈：
C．小苏打治疗胃酸过多：
D．铝制品耐腐蚀：
23．（2021·湖南邵阳）下列化学反应方程式书写正确的是（ ）
A．Mg+O2MgO2
B．
C．CaCO3=CaO+CO2
D．CO+Fe2O3Fe+CO2
24．（2021·山东济宁）下列化学方程式的书写和对反应类型的判断，都正确的是（ ）
A． 化合反应
B． 分解反应
C． 置换反应
D． 复分解反应
25．（2021·天津）写出下列反应的化学方程式。
(1)硫在氧气中燃烧________________。
(2)锌与稀硫酸反应________________。
(3)过氧化氢溶液在二氧化锰催化下分解制取氧气________________。
26．（2021·湖北荆州）我国力争在2060年前实现“碳中和”（二氧化碳的排放与吸收平衡，实现“零排放”），保护环境。实现“碳中和”通常可采取如下措施：
（1）碳减排：使用氢能源汽车可以有效减少二氧化碳的排放。单质硼（B）可与物质X反应制取氢气，化学方程式为：，则X的化学式为______，B（OH）3中B的化合价为______。
（2）碳“捕捉”与封存：碳“捕捉”可用氢氧化钠溶液吸收空气中的二氧化碳，该反应的化学方程式为______。
（3）碳转化：一定条件下，可将二氧化碳在催化剂表面转化成某种有机清洁燃料，其反应原理如图所示：该反应的化学方程式为______。
[名师点拨]
在解答此类题时，首先分析应用的原理是否正确，然后再根据化学方程式的书写规则进行判断。化学方程式的正误判断方法:先看化学式是否正确，再看是否配平，最后看反应条件、气体和沉淀符号是否正确标注。
[方法指导]
书写化学方程式要注意三点。首先了要正确书写反应物、生成物的化学式；其次要配平，使每种原子的数目在反应前后相等；最后要注明反应条件、标明生成物的状态。
【考点三】质量守恒定律的验证
方案一：红磷燃烧前后质量的测定
1.实验装置
2.反应原理: （用化学方程式表示）。
3.实验现象:
红磷燃烧，产生大量 ，发光、放热，开始小气球 ，冷却后小气球 ，反应前后天平指针位置 。
4.实验结论：
参加反应的各物质的质量总和等于生成物的各物质的质量总和。
考查热点：
（1）锥形瓶底部要铺一层细沙的目的是： 。
（2）气球的作用：
① ；
② 。
（3）天平的使用应遵循 物 码，且称量前后在左右托盘中各
（4）红磷燃烧的操作不能再天平上进行，原因是：
①会烫坏天平；
②红磷燃烧时气球膨胀变大，气球因受到空气浮力而导致测量不准。
方案二：铁钉与硫酸铜溶液反应前后质量的测定
1.实验装置图：
2.反应原理： （用化学方程式表示）
3.实验现象：
铁钉表面覆盖一层 固体，溶液由 变为 色。反应前后天平的指针位置 。
4.实验的结论：
参加反应的各物质的质量总和等于生成物的各物质的质量总和。
考查热点：
（1）实验前应将铁钉表面 ，以除去铁钉表面的 和污物。
（2）实验室配制的硫酸铜溶液常显酸性，若将装置中的橡胶塞去掉，能否验证质量守恒定律？
。
27．（2022浙江杭州第十三中学期末）如图是探究质量守恒定律的实验装置图，回答下列问题：
(1)该实验 (填“能”或“不能”)探究质量守恒定律，原因是 。
(2)要用如图继续探究质量守恒定律,若药品不变,改变装置的方法是 ；若装置不变,改变药品,可选用的一组药品是 (举一例).
28. （2021南京市金陵江文学校二模）大量实验证明，化学反应符合质量守恒定律。
（1）如图是铁钉与硫酸铜溶液反应的实验。
①反应一段时间，观察到的现象是______。
②该反应的化学方程式是______。
③溶液中减少的铜元素质量等于反应生成的______的质量。
（2）取足量的铁、锌，各加入相同质量相同溶质质量分数的稀盐酸，完全反应后，铁、锌均有剩余，下列说法正确的是______。
A.生成氢气的质量相等 B.生成的氯化亚铁和氯化锌的质量相等
C.参加反应的铁和锌的质量相等 D.参加反应的稀盐酸中HCl的质量相等
（3）经计算3g镁和100g质量分数7.3%的盐酸充分反应可生成氢气0.2g，但经实验测生成氢气的质量大于0.2g，则可能的原因是过量的镁与______发生反应。
