5.1 质量守恒定律 讲义
核心素养 学习目标
1.通过实验认识化学反应中各物质间存在定量关系,化学反应遵循质量守恒定律;理解质量守恒定律的微观本质。 2.通过对化学方程式书写原则的讨论,对学生进行尊重客观事实,遵从客观规律的辩证唯物主义观点的教育。 1.理解质量守恒定律以及守恒的原因。 2.能从微观角度解释质量守恒定律。 3.学会运用质量守恒定律解释和解决一些化学现象和问题。 4.知道化学方程式的定义,了解化学方程式表示的意义。 5.会从质、量、数等方面读化学方程式,并能利用化学方程式求出化学反应中各物质的质量比。
1.质量守恒定律内容:_____化学反应的各物质的_____,等于反应后生成的各物质的_____。
说明:①质量守恒定律只适用于_____变化,不适用于_____变化;
②不参加反应的物质质量及不是生成物的物质质量不能计入“总和”中;
③要考虑空气中的物质是否参加反应或物质(如气体)有无遗漏。
【答案】参加 质量总和 质量总和 化学 物理
2.质量守恒的微观本质:在化学变化中,构成物质的原子重新_____成新的分子。在化学反应前后,原子的_____没有改变,原子的_____没有增减,原子的_____没有变化。所以,参加反应的各物质的质量总和必然等于反应生成的各物质的质量总和。
【答案】组合 种类 数目 质量
3.化学方程式表示的意义
(1)质的方面:表示______、______、______。
(2)量的方面:①宏观:表示反应物和生成物各物质之间的_____;
②微观:表示反应物和生成物各物质之间的粒子_____。
【答案】反应物 生成物 反应条件 质量比 个数比
4.化学方程式的意义及读法
意义 实例() 读法
(1)表示反应物、生成物和反应条件 反应物是______,生成物是______,反应条件是______ 在点燃的条件下,______和______反应生成______
(2)表示反应物、生成物之间的粒子个数比 参加反应的、和生成的的粒子个数比为______ 在点燃的条件下,_______个氢分子和______个氧分子反应, 生成_______个水分子
(3)表示反应物、生成物之间的质量比 参加反应的、和生成的的质量比为______ 在点燃条件下,每______份质量的氢气与______份质量的氧气反应,生成______份质量的水
【答案】氢气和氧气 水 点燃 氢气 氧气 水 2:1:2 2 1 2 1:8:9 1 8 9
知识点1 质量守恒定律
1.反应前后物质的质量关系的探究
方案一:红磷燃烧前后质量的测定
①装置及反应原理
4P+5O2 2P2O5
②实验步骤:
在底部铺有细沙的锥形瓶中,放入一小堆干燥的红磷。在锥形瓶口的橡胶塞上安装一根玻璃管,在其上端系牢一个小气球,并使玻璃管下端能与红磷接蚀。将锥形瓶和玻璃管放在托盘天平上用砝码平衡,记录所称的质量m1。然后,取下锥形瓶,将橡胶塞上的玻璃管放刭酒精灯火焰上灼烧至红热后,迅速用橡胶塞将锥形瓶塞紧,并将红磷引燃。待锥形瓶冷却后,重新放到托盘天平上,记录所称的质量m2。
③实验现象:
红磷燃烧产生大量白烟,发光、放热,开始气球胀大,冷却后变小;反应前后天平指针位置不变(m1=m2)。
④分析和结论:
实验中,红磷和氧气反应生成了五氧化二磷,参加反应的红磷和氧气的总质量等于反应生成的五氧化二磷的质量。
方案二:铁钉与硫酸铜溶液反应前后质量的测定
①装置及反应原理
Fe(铁)+CuSO4(硫酸铜)=FeSO4(硫酸亚铁)+Cu(铜)
②实验步骤:
在锥形瓶中加入适量稀硫酸铜溶液,塞好橡胶塞。将几根铁钉用砂纸打磨干净,将盛有硫酸铜溶液的锥形瓶和铁钉一起放在托盘天平上称量,记录所称的质量m1。 将铁钉浸到硫酸铜溶液中,观察实验现象。待反应一段时问后溶液颜色改变时,将盛有硫酸铜溶液和铁钉的锥形瓶放在托盘天平上称量,记录所称的质量m2。比较反应前后的质量。
③实验现象:
铁钉表面覆盖了一层红色物质,溶液颜色由蓝色逐渐变为浅绿色;天平在反应前后保平衡(m1=m2)。
④分析和结论:
实验中,铁和硫酸铜溶液反应生成了铜和硫酸亚铁溶液,参加化学反应的铁和硫酸铜溶液的质量总和等于反应生成的铁和硫酸亚铁溶液的质量总和。
2.质量守恒定律内容
大量实验证明,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。这个规律就叫做质量守恒定律。
概念解读:
①只适用于化学变化,不能用于物理变化。
②质量守恒定律指的是“质量守恒”,不包括其他方面的守恒。如气体之间的反应,其反应前后,气体体积可能发生变化,不能用质量守恒定律解释。
③质量守恒定律强调“参加反应”的各物质,没有参加反应的物质不能计算。
④“质量总和”包括生成的固体、液体、气体的物质质量总和。
3.验证质量守恒定律的实验
实验一:盐酸与碳酸钠粉末反应前后质量的测定
①装置及反应原理
Na2CO3(碳酸钠)+2HCl(盐酸)=2NaCl(氯化钠)+H2O(水)+CO2↑(二氧化碳)
②实验步骤:
把盛有盐酸的小试管小心地放入盛有碳酸钠粉末的小烧杯中,将小烧杯放在托盘天平上用砝码平衡。取下小烧杯并将其倾斜,使小试瞥中的盐酸进入小烧杯中,观察现象。反应进行一段时问后,再把小烧杯放回托盘天平上,观察天平是否仍然平衡。
③实验现象:
盐酸倒入烧杯后,剧烈反应,有大量的气泡产生,白色粉末逐渐消失;天平向右倾斜。
④分析和结论:
实验发生的反应是盐酸和碳酸钠反应生成氯化钠、水和二氧化碳,生成的二氧化碳是气体,逸散到空气中,使天平左右质量不相等,未平衡。
实验二:镁条燃烧实验
①装置及反应原理
实验原理:2Mg+O2 2MgO
②实验步骤:
取一根用砂纸打磨干净的长镁条和一个石棉网,将它们一起放在托盘天平上称量,记录所称的质量。在石棉网上方将镁条点燃,观察现象。将镁条燃烧后的产物与石棉网一起放在托盘天平上称量,比较反应前后的质量。
③实验现象:
剧烈燃烧,发出耀眼的白光,生成白色固体,放出热量;用天平称量反应前后物质的质量,反应后物质的质量变大。
④分析和结论:
实验发生的反应是镁和空气中的氧气反应生成了氧化镁,氧气参加了反应,使反应后固体物质的质量增大,理论上,反应后的质量与反应前的质量之差就是参加反应的氧气的质量。
规律小结:
目前来说,一切化学反应都遵循质量守恒定律,这一定律不受实验结果的影响。
1. 从宏观和微观角度理解质量守恒定律
宏观:化学反应前后,元素的质量和元素的种类都不变,所以化学反应前后参加反应的各物质的质量总和等于反应生成的各物质的质量总和。
微观:化学反应的本质是分子的破裂、原子的重组,反应过程中原子的种类、数目和质量均不变,所以化学反应前后参加反应的各物质的质量总和与反应生成的各物质的质量总和相等。
2. 规律小结:
依据质量守恒定律,可得出化学反应过程中的“变”与“不变”:
六个“不变”
两个“一定变”
两个“可能变”
典型例题1:下列实验能用来验证质量守恒定律且能看到天平保持平衡现象的是( )
A.在空气中对铜片加热 B.氯化钠和硝酸钾混合
C.铜和硝酸银溶液混合 D.红磷在空气中燃烧
【答案】C
【解析】
A.在空气中对铜片加热生成氧化铜,固体的质量增加,天平不能保持平衡,故选项错误;
B.氯化钠和硝酸钾混合不能发生复分解反应,发生的是物理变化,不能用来验证质量守恒定律,故选项错误;
C.铜和硝酸银溶液混合生成硝酸铜溶液和银,没有物质逸出,反应前后容器中物质的总质量不变,能直接用于验证质量守恒定律,能看到天平保持平衡现象,故选项正确;
D.红磷在空气中燃烧生成五氧化二磷,固体的质量增加,天平不能保持平衡,故选项错误。
故选:C。
【方法与技巧】
解答这类题目,要理解和熟记质量守恒定律及其应用,以及与之相关的知识。根据所给的问题情景或图表信息等,结合所学的相关知识和技能,以及自己的生产或生活经验,细致地分析题意(或图表信息)等各种信息资源,并细心地探究、推理后,按照题目要求进行认真地选择或解答。同时还要注意以下几点:
1.对于质量守恒定律的理解,要抓住概念中的“参加”、“化学反应”、“质量”、“总和”这样四个关键词。由此可知:
没有参加反应的物质的质量不能计算在内;
(2)质量守恒定律的使用范围是使用于所有的化学反应(即化学变化),而对物理变化无效;(3)质量守恒定律是指质量守恒,而非体积守恒等;
(4)质量守恒定律是指各物质的质量总和相等,而非某物质的质量。
2.对于定律成立的原因,可以从化学反应的实质上来推断(即“三不变”造成的)。
3.对于定律的应用,一定要抓住它的含义(即“六不变”),细心地进行套用。
知识点2 质量守恒定律的应用
质量守恒定律是指参加化学反应的各物质的质量总和,等于反应后生成各物质的质量总和。从微观来说,由于化学反应的过程,实际上就是参加反应的各物质分子被破坏;分子分裂成原子;原子再重新组合生成新的分子的过程。该定律成立的原因是:“在化学反应前后,原子的种类、数目和质量三不变”。该定律的含义是:“宏观上的‘反应前后物质总质量、元素的种类、各元素质量’和微观上的‘原子的种类、原子的数目、原子的质量不变’六不变”。质量守恒定律的应用主要有如下四个方面:
1.解释一些实验事实
2.推测一些物质的元素组成
3.推断一些物质的化学式
4.计算有关物质的质量
落实到具体题型上主要有以下的五种题型。
推断物质的元素组成
典型例题2:一定质量的某化合物完全燃烧,需要3.2 g氧气,生成4.4 g二氧化碳和1.8 g水。下列判断错误的是( )
A.该化合物的质量为3.0 g
B.该化合物一定含有碳、氢、氧三种元素
C.该化合物中碳、氢、氧的原子个数比为2:4:1
D.该化合物中碳元素的质量分数是40%
【答案】C
【解析】
A.根据质量守恒定律“反应物的总质量等于生成物的总质量”,设该化合物质量为x,则x+3.2 g=4.4 g+1.8 g,得出x=3.0 g,故A选项正确,不合题意;
B.根据质量守恒定律“反应前后各元素的质量不变”,则生成物中氧元素质量=4.4 g××100%+1.8 g××100%=4.8 g,反应前氧气所含氧元素的质量为3.2 g,因此该化合物中一定含有碳、氢、氧三种元素,B选项正确,不合题意;
C.该化合物中,碳元素的质量为:4.4 g×=1.2 g,氢元素的质量为:1.8 g×=0.2 g,氧元素的质量为:3.0 g-1.2 g-0.2 g=1.6 g,则该化合物中碳、氢、氧的原子个数比为:::=1:2:1,故C选项错误,符合题意;
D.根据该化合物共3.0 g,C元素质量为1.2 g,则该化合物中碳元素的质量分数=×100%=40%,D选项正确,不合题意;
故选C。
确定化学方程式中未知物的化学式
典型例题3:一种焰火火药中所含的硝酸铜在燃放时产生绿色火焰,发生如下反应:
2Cu(NO3)22CuO+O2↑+4X↑。下列有关说法错误的是( )
A.根据质量守恒定律可知X的化学式为NO2 B.该反应的基本反应类型为分解反应
C.Cu(NO3)2中铜元素的化合价为+1价 D.产物中CuO属于氧化物
【答案】C
【解析】
A.由反应的化学方程式2Cu(NO3)22CuO+O2↑+4X↑,可得知反应前后各原子的个数为:反应前 反应后
铜原子 2 2
氮原子 4 0
氧原子 12 4
根据化学变化前后原子的种类、数目不变,生成物X的4个分子中含有4个N原子和8个O原子,则每个X分子由1个N原子和2个O原子构成,物质X的化学式为NO2;
B.分解反应的特征是一种物质反应生成多种物质,该反应符合这一特征,是分解反应;
C.因为化合物中各元素的化合价代数和为零,Cu (NO3)2中硝酸根的化合价是-1价,所以铜元素的化合价为+2;
D.氧化物是由两种元素组成,其中一种是氧元素的化合物,氧化铜符合该特征,是氧化物;故选C。
推断反应中的化学计量数及比值
典型例题4:质量守恒定律是帮我们认识化学反应实质的重要理论。关于反应aA+bB=cC+dD,下列说法正确的是( )
A.化学计量数a与b之和一定等于c与d之和
B.若取x g A和x g B反应,生成C和D的质量总和不一定是2x g
C.反应物A和B的质量比一定等于生成物C和D的质量比
D.反应中一定有元素化合价的改变
【答案】B
【解析】
A.参加反应的A、B的质量总和一定等于生成的C、D的质量总和,但化学计量数a与b之和不一定等于c与d之和,就是化学反应前后分子个数不一定相等。故A选项错误;
B.物质参加化学反应按一定的质量比进行,由于参加反应的A、B的质量比不一定是1∶1,故若取x gA和x gB反应,生成C和D的质量总和不一定是2x g。故B选项正确;
C.参加反应的A、B的质量总和一定等于生成的C、D的质量总和,但反应物A和B的质量比不一定等于生成物C和D的质量比。故C选项错误;
D.化学反应前后各元素的化合价不一定变化。故D选项错误。
判断化学方程式书写是否正确
典型例题5:某反应的观过程如图所示,其中代表一个碳原子,代表一个氧原子,代表一个氢原子。下列说法正确的是
A.该反应是化合反应
B.反应前后氢元素的化合价发生了改变
C.甲醇是一种氧化物
D.甲醇中碳、氢、氧元素的质量比为1:4:1
【答案】B
【分析】
由图可知该反应的化学方程式为CO2+3H2CH3OH+H2O。
【解析】
A.化合反应是指由两种或两种以上的物质反应生成另一种新物质的反应,由反应方程式可知该反应不属于化合反应,故A错误;
B.由反应方程式可知,反应前氢元素的化合价为0价,反应后氢元素存在于化合物中,其化合价一定不为0,故B正确;
C.氧化物是指由两种元素组成,其中一种元素是氧元素的化合物,甲醇中含有碳、氢、氧三种元素,不属于氧化物,故C错误;
D.甲醇中碳、氢、氧元素的质量比为(12×1):(1×4):(16×1)=3:1:4,故D错误。
故选B。
确定某一种物质的质量
典型例题6:一定条件下,在密闭容器内发生某一化学反应,测得反应前后各物质的质量如下表所示。
物质 甲 乙 丙 丁
反应前的质量/g 3.2 16.8 0.8 0.1
反应后的质量/g x 8.4 3.0 1.0
下列说法不正确的是( )
A.x=8.5
B.反应中生成丙与丁的质量比为3:1
C.乙一定是化合物
D.丙和丁的相对分子质量之比可能为22:9
【答案】B
【解析】根据质量守恒定律,3.2+16.8+0.8+0.1= x+8.4+3.0+1.0,x=8.5;甲、丙、丁质量分别增加8.5 g-3.2 g=5.3 g、3.0 g-0.8 g=2.2 g、1.0 g-0.1 g=0.9 g,三者均为反应物;乙物质质量减少16.8 g-8.4 g=8.4 g,为生成物;由分析得:A.由分析可知,x=8.5,正确;B.由分析可知,反应中生成丙与丁的质量比为2.2 g:0.9 g=22:9,错误;C.反应为乙生成甲、丙、丁,则乙一定是化合物,正确;D.若丙、丁之间的化学计量数之比为1:1,则丙和丁的相对分子质量之比为22:9,正确。故选B。
1.下列叙述完全符合质量守恒定律的是( )
A.水结成冰前后,质量保持不变
B.50 mL水和50 mL乙醇混合后总体积小于100 mL
C.在100 g过氧化氢溶液中,含有30 g过氧化氢和70 g水
D.1.2 g碳与3.2 g氧气恰好完全反应可生成4.4 g二氧化碳
【答案】D
【解析】质量守恒定律只能解释化学变化,而A、B、C三项中都没有发生化学变化,只是发生了物理变化,因此不能用质量守恒定律解释,只有D是化学变化,因此可用质量守恒定律解释。
故选D。
2.铜能与浓硝酸反应,反应的化学方程式为:Cu+4HNO3(浓)═Cu(NO3)2+2X↑+2H2O,则X的化学式是( )
A.N2O4 B.NO2 C.NO D.N2O
【答案】B
【解析】反应前后铜原子都是1个,氢原子都是4个,反应前氮原子是4个,反应后应该是4个,其中2个包含在未知物质中,反应前氧原子是12个,反应后应该是12个,其中4个包含在未知物质中,则X的化学式是NO2。
故选:B。
3.甲、乙、丙、丁四种物质混合后,在一定的条件下充分反应,测得反应前后各物质的质量分数如下表所示。说法正确的是( )
甲 乙 丙 丁
反应前质量分数/% 70 15 6.25 8.75
反应后质量分数/% 35 7.5 48.75 8.75
A.丁一定是这个反应的催化剂
B.参加反应的甲和乙的质量之和一定等于生成的丙的质量
C.甲一定是化合物,乙一定是单质
D.该反应可能是分解反应
【答案】B
【解析】A.丁物质在反应前后质量没有变化,所以丁可能是这个反应的催化剂或没有参与该反应。此项不正确;
B.甲和乙的质量反应后减少,为反应的反应物;而丙的质量在反应后增加,为反应的生成物。根据质量守恒定律可知:在参加反应的甲和乙的质量之和一定等于生成的丙的质量。此项正确;
C.反应是由甲和乙生成丙,所以甲不一定是化合物,乙也不一定是单质;
D.反应是由甲和乙生成丙,所以该反应为化合反应。所以应选B项。
4.硫在氧气中燃烧的化学方程式是:S+O2SO2,从这个化学方程式获得的信息错误的是( )
A.反应前后元素种类不变 B.该反应的生成物中含有氧气
C.该反应的反应物是硫和氧气 D.该反应发生所需要的条件是点燃
【答案】B
【解析】A.根据质量守恒定律,反应前后元素种类不变,正确;
B.该反应的生成物中含有氧元素,错误;
C.该反应的反应物是硫和氧气,正确;
D.该反应发生所需要的条件是点燃,正确。
故选B。
5.有关2CO+O22CO2的叙述正确的是( )
A.一氧化碳和氧气混合就生成二氧化碳
B.一氧化碳和氧气在点燃条件下反应生成二氧化碳
C.两个一氧化碳分子和一个氧分子混合就生成两个二氧化碳分子
D.2 g一氧化碳和1 g氧气在点燃条件下反应生成2 g二氧化碳
【答案】B
【解答】A.反应条件是点燃,否则一氧化碳与氧气不反应,故A错;
B.该方程式从质的方面可以读作:一氧化碳和氧气在点燃条件下反应生成二氧化碳,故B正确;
C.从微观方面说,该方程式读作:两个一氧化碳分子和一个氧分子在点燃的条件下,生成两个二氧化碳分子,故C错;
D.计算出各物质的相对分子质量,该方程式可读作:每56份质量的一氧化碳和32份质量的氧气在点燃的条件下生成88份质量的二氧化碳,故D错。
故选:B。
6.关于2H2+O22H2O的读法不正确的是( )
A.氢气与氧气在点燃的条件下生成水
B.每2个氢分子与1个氧分子完全反应,生成2个水分子
C.常温下,每2体积的氢气与l体积的氧气完全反应,生成2体积的水
D.每4份质量的氧气与32份质量的氧气完全反应,生成36份质量的水
【答案】C
【解析】A.由2H2+O22H2O可知,氢气和氧气在点燃条件下反应生成水,正确;
B.由2H2+O22H2O可知,每2个氢分子和1个氧分子在点燃条件下发生反应,生成2个水分子,正确;
C.由2H2+O22H2O可知,每2体积的氢气与l体积的氧气完全反应,但是由于水常温下为液体,所以没法谈体积,错误;
D.由2H2+O22H2O可知:每4份质量的氢气跟32份质量的氧气在点燃的条件下完全反应生成36份质量的水,故选项正确。
故选C。5.1 质量守恒定律 讲义
核心素养 学习目标
1.通过实验认识化学反应中各物质间存在定量关系,化学反应遵循质量守恒定律;理解质量守恒定律的微观本质。 2.通过对化学方程式书写原则的讨论,对学生进行尊重客观事实,遵从客观规律的辩证唯物主义观点的教育。 1.理解质量守恒定律以及守恒的原因。 2.能从微观角度解释质量守恒定律。 3.学会运用质量守恒定律解释和解决一些化学现象和问题。 4.知道化学方程式的定义,了解化学方程式表示的意义。 5.会从质、量、数等方面读化学方程式,并能利用化学方程式求出化学反应中各物质的质量比。
1.质量守恒定律内容:_____化学反应的各物质的_____,等于反应后生成的各物质的_____。
说明:①质量守恒定律只适用于_____变化,不适用于_____变化;
②不参加反应的物质质量及不是生成物的物质质量不能计入“总和”中;
③要考虑空气中的物质是否参加反应或物质(如气体)有无遗漏。
2.质量守恒的微观本质:在化学变化中,构成物质的原子重新_____成新的分子。在化学反应前后,原子的_____没有改变,原子的_____没有增减,原子的_____没有变化。所以,参加反应的各物质的质量总和必然等于反应生成的各物质的质量总和。
3.化学方程式表示的意义
(1)质的方面:表示______、______、______。
(2)量的方面:①宏观:表示反应物和生成物各物质之间的_____;
②微观:表示反应物和生成物各物质之间的粒子_____。
4.化学方程式的意义及读法
意义 实例() 读法
(1)表示反应物、生成物和反应条件 反应物是______,生成物是______,反应条件是______ 在点燃的条件下,______和______反应生成______
(2)表示反应物、生成物之间的粒子个数比 参加反应的、和生成的的粒子个数比为______ 在点燃的条件下,_______个氢分子和______个氧分子反应, 生成_______个水分子
(3)表示反应物、生成物之间的质量比 参加反应的、和生成的的质量比为______ 在点燃条件下,每______份质量的氢气与______份质量的氧气反应,生成______份质量的水
知识点1 质量守恒定律
1.反应前后物质的质量关系的探究
方案一:红磷燃烧前后质量的测定
①装置及反应原理
4P+5O2 2P2O5
②实验步骤:
在底部铺有细沙的锥形瓶中,放入一小堆干燥的红磷。在锥形瓶口的橡胶塞上安装一根玻璃管,在其上端系牢一个小气球,并使玻璃管下端能与红磷接蚀。将锥形瓶和玻璃管放在托盘天平上用砝码平衡,记录所称的质量m1。然后,取下锥形瓶,将橡胶塞上的玻璃管放刭酒精灯火焰上灼烧至红热后,迅速用橡胶塞将锥形瓶塞紧,并将红磷引燃。待锥形瓶冷却后,重新放到托盘天平上,记录所称的质量m2。
③实验现象:
红磷燃烧产生大量白烟,发光、放热,开始气球胀大,冷却后变小;反应前后天平指针位置不变(m1=m2)。
④分析和结论:
实验中,红磷和氧气反应生成了五氧化二磷,参加反应的红磷和氧气的总质量等于反应生成的五氧化二磷的质量。
方案二:铁钉与硫酸铜溶液反应前后质量的测定
①装置及反应原理
Fe(铁)+CuSO4(硫酸铜)=FeSO4(硫酸亚铁)+Cu(铜)
②实验步骤:
在锥形瓶中加入适量稀硫酸铜溶液,塞好橡胶塞。将几根铁钉用砂纸打磨干净,将盛有硫酸铜溶液的锥形瓶和铁钉一起放在托盘天平上称量,记录所称的质量m1。 将铁钉浸到硫酸铜溶液中,观察实验现象。待反应一段时问后溶液颜色改变时,将盛有硫酸铜溶液和铁钉的锥形瓶放在托盘天平上称量,记录所称的质量m2。比较反应前后的质量。
③实验现象:
铁钉表面覆盖了一层红色物质,溶液颜色由蓝色逐渐变为浅绿色;天平在反应前后保平衡(m1=m2)。
④分析和结论:
实验中,铁和硫酸铜溶液反应生成了铜和硫酸亚铁溶液,参加化学反应的铁和硫酸铜溶液的质量总和等于反应生成的铁和硫酸亚铁溶液的质量总和。
2.质量守恒定律内容
大量实验证明,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。这个规律就叫做质量守恒定律。
概念解读:
①只适用于化学变化,不能用于物理变化。
②质量守恒定律指的是“质量守恒”,不包括其他方面的守恒。如气体之间的反应,其反应前后,气体体积可能发生变化,不能用质量守恒定律解释。
③质量守恒定律强调“参加反应”的各物质,没有参加反应的物质不能计算。
④“质量总和”包括生成的固体、液体、气体的物质质量总和。
3.验证质量守恒定律的实验
实验一:盐酸与碳酸钠粉末反应前后质量的测定
①装置及反应原理
Na2CO3(碳酸钠)+2HCl(盐酸)=2NaCl(氯化钠)+H2O(水)+CO2↑(二氧化碳)
②实验步骤:
把盛有盐酸的小试管小心地放入盛有碳酸钠粉末的小烧杯中,将小烧杯放在托盘天平上用砝码平衡。取下小烧杯并将其倾斜,使小试瞥中的盐酸进入小烧杯中,观察现象。反应进行一段时问后,再把小烧杯放回托盘天平上,观察天平是否仍然平衡。
③实验现象:
盐酸倒入烧杯后,剧烈反应,有大量的气泡产生,白色粉末逐渐消失;天平向右倾斜。
④分析和结论:
实验发生的反应是盐酸和碳酸钠反应生成氯化钠、水和二氧化碳,生成的二氧化碳是气体,逸散到空气中,使天平左右质量不相等,未平衡。
实验二:镁条燃烧实验
①装置及反应原理
实验原理:2Mg+O2 2MgO
②实验步骤:
取一根用砂纸打磨干净的长镁条和一个石棉网,将它们一起放在托盘天平上称量,记录所称的质量。在石棉网上方将镁条点燃,观察现象。将镁条燃烧后的产物与石棉网一起放在托盘天平上称量,比较反应前后的质量。
③实验现象:
剧烈燃烧,发出耀眼的白光,生成白色固体,放出热量;用天平称量反应前后物质的质量,反应后物质的质量变大。
④分析和结论:
实验发生的反应是镁和空气中的氧气反应生成了氧化镁,氧气参加了反应,使反应后固体物质的质量增大,理论上,反应后的质量与反应前的质量之差就是参加反应的氧气的质量。
规律小结:
目前来说,一切化学反应都遵循质量守恒定律,这一定律不受实验结果的影响。
1. 从宏观和微观角度理解质量守恒定律
宏观:化学反应前后,元素的质量和元素的种类都不变,所以化学反应前后参加反应的各物质的质量总和等于反应生成的各物质的质量总和。
微观:化学反应的本质是分子的破裂、原子的重组,反应过程中原子的种类、数目和质量均不变,所以化学反应前后参加反应的各物质的质量总和与反应生成的各物质的质量总和相等。
2. 规律小结:
依据质量守恒定律,可得出化学反应过程中的“变”与“不变”:
六个“不变”
两个“一定变”
两个“可能变”
典型例题1:下列实验能用来验证质量守恒定律且能看到天平保持平衡现象的是( )
A.在空气中对铜片加热 B.氯化钠和硝酸钾混合
C.铜和硝酸银溶液混合 D.红磷在空气中燃烧
知识点2 质量守恒定律的应用
质量守恒定律是指参加化学反应的各物质的质量总和,等于反应后生成各物质的质量总和。从微观来说,由于化学反应的过程,实际上就是参加反应的各物质分子被破坏;分子分裂成原子;原子再重新组合生成新的分子的过程。该定律成立的原因是:“在化学反应前后,原子的种类、数目和质量三不变”。该定律的含义是:“宏观上的‘反应前后物质总质量、元素的种类、各元素质量’和微观上的‘原子的种类、原子的数目、原子的质量不变’六不变”。质量守恒定律的应用主要有如下四个方面:
1.解释一些实验事实
2.推测一些物质的元素组成
3.推断一些物质的化学式
4.计算有关物质的质量
落实到具体题型上主要有以下的五种题型。
推断物质的元素组成
典型例题2:一定质量的某化合物完全燃烧,需要3.2 g氧气,生成4.4 g二氧化碳和1.8 g水。下列判断错误的是( )
A.该化合物的质量为3.0 g
B.该化合物一定含有碳、氢、氧三种元素
C.该化合物中碳、氢、氧的原子个数比为2:4:1
D.该化合物中碳元素的质量分数是40%
确定化学方程式中未知物的化学式
典型例题3:一种焰火火药中所含的硝酸铜在燃放时产生绿色火焰,发生如下反应:
2Cu(NO3)22CuO+O2↑+4X↑。下列有关说法错误的是( )
A.根据质量守恒定律可知X的化学式为NO2 B.该反应的基本反应类型为分解反应
C.Cu(NO3)2中铜元素的化合价为+1价 D.产物中CuO属于氧化物
推断反应中的化学计量数及比值
典型例题4:质量守恒定律是帮我们认识化学反应实质的重要理论。关于反应aA+bB=cC+dD,下列说法正确的是( )
A.化学计量数a与b之和一定等于c与d之和
B.若取x g A和x g B反应,生成C和D的质量总和不一定是2x g
C.反应物A和B的质量比一定等于生成物C和D的质量比
D.反应中一定有元素化合价的改变
判断化学方程式书写是否正确
典型例题5:某反应的观过程如图所示,其中代表一个碳原子,代表一个氧原子,代表一个氢原子。下列说法正确的是
A.该反应是化合反应
B.反应前后氢元素的化合价发生了改变
C.甲醇是一种氧化物
D.甲醇中碳、氢、氧元素的质量比为1:4:1
确定某一种物质的质量
典型例题6:一定条件下,在密闭容器内发生某一化学反应,测得反应前后各物质的质量如下表所示。
物质 甲 乙 丙 丁
反应前的质量/g 3.2 16.8 0.8 0.1
反应后的质量/g x 8.4 3.0 1.0
下列说法不正确的是( )
A.x=8.5
B.反应中生成丙与丁的质量比为3:1
C.乙一定是化合物
D.丙和丁的相对分子质量之比可能为22:9
1.下列叙述完全符合质量守恒定律的是( )
A.水结成冰前后,质量保持不变
B.50 mL水和50 mL乙醇混合后总体积小于100 mL
C.在100 g过氧化氢溶液中,含有30 g过氧化氢和70 g水
D.1.2 g碳与3.2 g氧气恰好完全反应可生成4.4 g二氧化碳
2.铜能与浓硝酸反应,反应的化学方程式为:Cu+4HNO3(浓)═Cu(NO3)2+2X↑+2H2O,则X的化学式是( )
A.N2O4 B.NO2 C.NO D.N2O
3.甲、乙、丙、丁四种物质混合后,在一定的条件下充分反应,测得反应前后各物质的质量分数如下表所示。说法正确的是( )
甲 乙 丙 丁
反应前质量分数/% 70 15 6.25 8.75
反应后质量分数/% 35 7.5 48.75 8.75
A.丁一定是这个反应的催化剂
B.参加反应的甲和乙的质量之和一定等于生成的丙的质量
C.甲一定是化合物,乙一定是单质
D.该反应可能是分解反应
4.硫在氧气中燃烧的化学方程式是:S+O2SO2,从这个化学方程式获得的信息错误的是( )
A.反应前后元素种类不变 B.该反应的生成物中含有氧气
C.该反应的反应物是硫和氧气 D.该反应发生所需要的条件是点燃
5.有关2CO+O22CO2的叙述正确的是( )
A.一氧化碳和氧气混合就生成二氧化碳
B.一氧化碳和氧气在点燃条件下反应生成二氧化碳
C.两个一氧化碳分子和一个氧分子混合就生成两个二氧化碳分子
D.2 g一氧化碳和1 g氧气在点燃条件下反应生成2 g二氧化碳
6.关于2H2+O22H2O的读法不正确的是( )
A.氢气与氧气在点燃的条件下生成水
B.每2个氢分子与1个氧分子完全反应,生成2个水分子
C.常温下,每2体积的氢气与l体积的氧气完全反应,生成2体积的水
D.每4份质量的氧气与32份质量的氧气完全反应,生成36份质量的水