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  4. 验证质量守恒定律化学反应方程式的配平质量守恒定律

化学反应都遵守质量守恒定律,请根据质量守恒定律的相关知识完成下列问题:(1)下列各项中,在化学反应前后一定不变的是____________(填数字序号)。①元素的种类②物质的种类③原

一、题文

化学反应都遵守质量守恒定律,请根据质量守恒定律的相关知识完成下列问题:
(1)下列各项中,在化学反应前后一定不变的是____________(填数字序号)。
①元素的种类 ②物质的种类 ③原子的种类 ④分子的种类 ⑤原子的数目 ⑥分子的数目
(2)应用质量守恒定律配平化学方程式:
(3)实验室常用下图所示实验验证质量守恒定律。
四位同学设计了如下A、B、C、D四个实验,并按下图实验操作来验证质量守恒定律,实验中观察到B、C实验前后天平依然保持平衡,某同学认为B、C实验都能验证质量守恒定律,你认为他的说法________(填“是”或“否”)正确;而A、D实验天平不平衡,其中D实验天平不平衡的原因是_____________。

考点提示:验证质量守恒定律,化学反应方程式的配平,质量守恒定律

二、答案

(1)①③⑤
(2)
(3)否;产生的二氯化碳逸散到空气中

三、考点梳理

知名教师分析,《化学反应都遵守质量守恒定律,请根据质量守恒定律的相关知识完成下列问题:(1)下列各项中,在化学反应前后一定不变的是____________(填数字序号)。①元素的种类②物质的种类③原》这道题主要考你对 验证质量守恒定律化学反应方程式的配平质量守恒定律 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:验证质量守恒定律,化学反应方程式的配平,质量守恒定律

考点名称:验证质量守恒定律
  • 验证质量守恒定律:

    通过研究体系体积的变化对探究质量守恒定律的影响,增强学生对质量守恒定律的理解,从而养成实事求是、勇于探索的科学态度。
  • 质量守值定律的实验探究:

    (1)实验装置
    ①无气态物质参加或生成的反应可在敞口装置中进行,如Fe+CuSO4==FeSO4+Cu
    ②有气态物质参加或生成的反应,应在密闭容器中进行,如白磷燃烧,NaOH与CO2反应,Zn与稀硫酸反应等。
    ③为确保实验成功,有时在装置上系一个气球来保证装置的密闭。如白磷燃烧实验,但也要考虑气球最终不能恢复原状,则装置在空气中受到的浮力会改变,装置对天平托盘的压力会改变,影响对质量守恒定律的探究。

    (2)实验方案及结论
    方案一方案二
    实验现象白磷燃烧,产生大量白烟,放出热量,天平平衡铁钉表面覆盖一层红色物质,溶液由蓝色逐渐变为浅绿色,天平平衡
    反应前总质量m1m1
    反应后总质量m2m2
    反应前后总质量的关系m1=m2m1=m2
    分析磷+氧气五氧化二磷
    容器密闭,物质没有进入或散失
    铁+硫酸铜→铜+硫酸亚铁
    反应无气体参加,无气体生成,没有物质从烧杯中散失
    结论分析比较两个方案的实验结果,可以发现反应前后物质的质量总和不变
考点名称:化学反应方程式的配平
  • 化学方程式的配平:
          根据质量守恒定律,反应前后原子的种类和数目不变,在反应物和生成物的化学式前配上适当的化学计址数,使各种元素的原子个数在反应前后相等。
  • 配平常用方法:
    (1)最小公倍数法
    ①找出化学方程式左、右两边各出现一次,且原子个数既不相等又相对较多的元素,求出最小公倍数。
    ②用最小公倍数分别除以含有该元素的化学式中该元素的原子个数,其商就是化学式前的化学计量数。
    ③由已有的化学计量数,确定其他化学式的化学计量数。如配平:P+O2P2O5,反应前有1个氧分子(即2个氧原子),反应后有5个氧原子,最小公倍数为2× 5=10,O2的化学计量数为10/2=5,P2O5的化学计量数为10/5=2,那么P的化学计量数为4,把短线改为等号:4P+5O22P2O5

    (2)观察法:
    如配平:CO+Fe2O3Fe+CO2,观察发现此反应的1个特点是1个CO分子结合1个氧原子生成1个CO2分子,而Fe2O3中提供了3个氧原子,需要与3个CO分子结合生成3个CO2分子,因此CO,CO2前均配上化学计量数3,Fe的化学计量数为2,把短线改为等号:3CO+Fe2O32Fe+3CO2

    (3)奇数配偶法
    配平方法的要点:找出化学方程式两边出现次数最多而且在化学式中原子个数总是一奇一偶的元素,在原子个数是奇数的化学式前配上最小的偶数2,使原子个数由奇数变为偶数并加以配平,若2配不平,再换成4。如配平:FeS2+O2Fe2O3+SO2。 氧元素是该化学方程式中出现次数最多的元素, Fe2O3中的氧原子个数为奇数(3个),先在Fe2O3前配化学计量数2,接着在FeS2前面配上化学计量数4,使两边的铁原子个数相等。4FeS2+O22Fe2O3+SO2;再在SO2前面配上化学计战数8,使两边S原子个数相等,4FeS2+O22Fe2O3+8SO2;那么生成物各物质前的化学计量数都已确定,氧原子个数也确定,一共22 个,所以在O2前面必须加上化学计量数11才能使化学方程式配平,最后将短线改成等号,即4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2

    (4)定一法
    定一法又叫原子守恒法,它适用于配平较复杂的化学方程式,其配平步骤为:
    ①将式中最复杂的化学式的化学计量数定为1,作为配平起点;
    ②根据原子个数守恒确定其他物质的化学计量数 (可为分数);
    ③若配平后化学计量数出现分数,则在式子两边同乘其分母数,使化学计量数之比变成最简整数比。例如:配平CH3OH+O2CO2+H2O。

    (5)待定系数法
    C2H2+O2CO2+H2O
    设化学式前的化学计量数分别为a,b,c,d,
    aC2H2+bO2==cCO2+H2O.
    根据质量守恒定律有:
    碳原子数:2a=c
    氢原子数:2a=2d
    氧原子数:2b=2c+d
    解得a:b:c:d==2:5:4:2
    化学方程式为2C2H2+5O24CO2+2H2O

    配平步骤:
    a.所给化学方程式中,化学式CH3OH最复杂,将其化学计量数定为1,作为配平起点;
    b.通过观察,根据碳原子守恒,在CO2前配上化学计量数1,根据氢原子守恒,在H2O前配上化学计量数2,故生成物中含有氧原子数为1×2+2×1=4,而反应物CH3OH中有一个氧原子,故O2前化学计量数为(4一1)/3 =3/2
    c.通分化整,将式子两边化学式前的化学计量数都同乘2,去掉O2前化学计量数的分母,化学方程式即配平。
    配平结果:2CH3OH+3O22CO2+4H2O
考点名称:质量守恒定律
  • 质量守恒定律的概念及对概念的理解:
    (1)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。这个规律就叫做质量守恒定律。

    (2)对概念的理解:
    ①质量守恒定律只适用于化学反应,不能用于物理变化例如,将2g水加热变成2g水蒸气,这一变化前后质量虽然相等,但这是物理变化,不能说它遵守质量守恒定律。
    ②质量守恒定律指的是“质量守恒”,不包括其他方面的守恒,如对反应物和生成物均是气体的反应来说,反应前后的总质量守恒,但是其体积却不一定守恒。
    ③质量守恒定律中的第一个“质量”二字,是指“参加”化学反应的反应物的质量,不是所有反应物质量的任意简单相加。
    例如,2g氢气与8g氧气在点燃的条件下,并非生成10g水,而是1g氢气与8g氧气参加反应,生成9g水
    ④很多化学反应中有气体或沉淀生成,因此“生成的各物质质量总和”包括了固态、液态和气态三种状态的物质,不能把生成的特别是逸散到空气中的气态物质计算在“总质量”之外而误认为化学反应不遵循质量守恒定律
  • 质量守恒定律的微观实质:
    (1)化学反应的实质在化学反应过程中,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:


    (2)质量守恒的原因在化学反应中,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,反应前后的质量总和必然相等。例如,水通电分解生成氢气和氧气,从微观角度看:当水分子分解时,生成氢原子和氧原子,每两个氢原子结合成一个氢分子,每两个氧原子结合成一个氧分子。

     
  • 质量守恒定律的延伸和拓展理解:

    质量守恒定律要抓住“六个不变”,“两个一定变”“两个可能变”。
    六个不变宏观反应前后的总质量不变
    元素的种类不变
    元素的质量不变
    微观原子的种类不变
    原子的数目不变
    原子的质量不变
    两个一定变物质的种类一定变
    构成物质的分子种类一定变
    两个可能变分子的总数可能变
    元素的化合价可能变

    如从水电解的微观示意图能得出的信息:
    ①在化学反应中,分子可以分成原子,原子又重新组合成新的分子;
    ②一个水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的,或一个氧分子由两个氧原子构成、一个氧分子由两个氢原子构成。或氢气、氧气是单质,水是化合物
    ③原子是化学变化中的最小粒子。
    ④水是由氢、氧两种元素组成的。
    ⑤在化学反应,氧元素的种类不变。
    ⑥在化学反应中,原子的种类、数目不变。
    ⑦参加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。
  • 质量守恒定律的发现:
    1. 早在300多年前,化学家们就对化学反应进行定量研究。1673年,英国化学家波义耳(RobertBoyle, 1627-1691)在一个敞口的容器中加热金属,结果发现反应后容器中物质的质量增加了。

    2. 1756年,俄国化学家罗蒙诺索夫把锡放在密闭的容器里锻烧,锡发生变化,生成白色的氧化锡,但容器和容器里物质的总质量,在锻烧前后并没有发生变化。经过反复实验,都得到同样的结果,于是他认为在化学变化中物质的质量是守恒的。

    3. 1774年,法国化学家拉瓦锡用精确的定量实验法,在密封容器中研究氧化汞的分解与合成中各物质质量之间的关系,得到的结论是: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。

    4. 后来.人们用先进的测址仪器做了大量精度极高的实验,确认拉瓦易的结论是正确的。从此,质量守恒定律被人们所认识。

    质量守恒定律的应用:
    (1)解释问题
    ①解释化学反应的本质—生成新物质,不能产生新元素(揭示伪科学的谎言问题)。
    ②解释化学反应前后物质的质量变化及用质量差确定某反应物或生成物。

    (2)确定反应物或生成物的质量
    确定反应物或生成物的质量时首先要遵循参加反应的各种物质的质量总量等于生成的各种物质的质量总和;其次各种物质的质量比等于相对分子质量与化学计量数的乘积之比。

    (3)确定物质的元素组成
    理解在化学反应前后,元素的种类不发生改变。可通过计算确定具体的元素质量。

    (4)确定反应物或生成物的化学式
    比较反应前后各种原子个数的多少,找出原子个数的差异。但不能忘记化学式前的化学计量数。

    (5)确定某物质的相对分子质量(或相对原子质量)
    运用质量守恒定律确定某物质的相对分子质量 (或相对原子质量)时,首先寻找两种已知质量的物质,再根据化学方程式中各物质间的质量成正比即可计算得出。注意观察物质化学式前面的化学计量数。

    (6)确定化学反应的类型
    判定反应的类型,首先根据质量守恒定律判断反应物、生成物的种类和质量(从数值上看,反应物质量减少,生成物质最增加)。如果是微观示意图,要对比观察减少的粒子和增加的粒子的种类和数目再进行判断。

    (7)判断化学方程式是否正确
    根据质量守恒定律判断化学方程式的对与否关键是看等号两边的原子总数是否相等,同时注意化学式书写是否有误。

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