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蜀麓耕夫山野草堂

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  蜀麓耕夫者, 山野之间一散人也。朝饮一杯清茶, 夜酌二两小酒。闲来读数页诗书, 兴至诌两句心得。望日升月落, 观云卷云舒。虽在王化之内, 不在名利之中。

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【原创】我的第二课堂·课题5.1 质量守恒定律  

2010-11-19 16:09:28|  分类: 我的第二课堂 |  标签: |举报 |字号 订阅

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2010年11月19日 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂

 

课题5.1  质量守恒定律

知识点:

1理解质量定恒定律。

2.能从宏观和微观两个角度阐述质量守恒定律的意义。

3.能掌握用实验验证质量守恒定律的基本方法。

4.能应用质量守恒定律解释现实生活中的一些简单质量问题。

课文详解:

一、质量守恒定律

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。

【概念诠释】1.质量守恒定律反映的是化学反应前后的总质量关系。无论反应物或生成物是固体、气体或液体,都应记入反应前后的总质量中,不能漏掉任何一种物质。

2.概念中的“参加化学反应”的意义是指,仅参加化学反应的那部分反应物的物质总和与反应后生成的各物质的质量总量相等。而未参加反应的那部分物质的质量仍未改变。

因此,化学反应中各种物质的质量存在如下关系:

 

2010年11月19日 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂

 

由于未参加反应的物质的质量在反应前后没有改变,故反应前后的物质总质量不变。即:

反应物的总质量=反就后各种物质的总质量。

例如:8 g氧气与2 g氢气反应,生成9 g水,剩余1 g氢气。

参加反应的物质质量为8 g1 g=生成的物质的总质量9 g

而反应前物质的总质量为8 g2 g10 g

反应后各种物质为9 g水,还有1 g氢气未参加反应而留在反应容器中,故反应后的物质总质量为9 g1 g10 g

反应前物质的总质量8 g2 g=反应后各种物质的总质量9 g1 g

3.质量守恒定律是自然界中普遍遵循的一个原则,在我们生活的环境中,不存在质量守恒定律不成立的情景。因此,不要轻意怀疑其正确性。

【例1】下列实验现象是否违反了质量守恒定律,并加以解释。

过氧化氢溶液与二氧化锰混合制取氧气,反应后物质的总质量减轻了。

铁生锈后,质量增加了。

m g碳在n g氧气中完全燃烧,一定生成(mn) g二氧化碳。

:⑴ 没有违反质量守恒定律。因为反应过程中有氧气放出,导致质量轻减。

    没有违反质量守恒定律。因为有氧气等参加了化学反应,生成的铁锈的质量等于参加反应的铁的质量加上参加反应的其他物质的质量,故生锈后质量增加。

    违反了质量守恒定律。这不是因为质量守恒定律不成立,而是这种说法有问题。物质在发生化学反应时,必须按一定的质量比反应,所以,m g碳和n g氧气不一定能完全反应(也就是说,可能有一种物质有剩余),故生成物二氧化碳的质量有可能是(mn) g,也可能小于(mn) g

2.微观解释

下图是水分解的微观示意图:

2010年11月19日 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂

 

从图中我们可以看出,该反应前后,分子的种类发生了变化(由从分子变成了氧分子和氢分子),但反应前水中含有的氢原子和氧原子,反应后最终产物氧气和氢气中仍然含有氧原子和氢原子,原子种类没有增减;从图中还可以看出,每两个水分子中含有2个氧原子和4个氢原子,反应后生成的一个氧分子中仍含有2个氧原子,生成的2个氢分子中也仍含有4个氢原子。即反应前后,原子的数目也没有增减。

【归纳】化学反应的实质是原子的重新组合。在化学反应中,原子的种类和数目不变,因此,反应前后物质的质量总和不变。

化学反应的实质,在化学学科有着广泛的应用。

【例2】用所学的化学知识回答下列问题:

有人宣称,加少量催化剂即可将水变成含碳元素的燃料油,请加以批驳。

某种物质完全燃烧后,只生成二氧化碳和水,这种物质的组成中一定含有___________元素,可能含有_______元素。

:⑴ 化学反应只是原子的重新组合,在化学反应过程中,元素的种类不变。水中不含碳元素,故通过化学反应,不可能产生含有元素的燃料油。

碳、氢;氧。

(分析:由于生成物有二氧化碳和水,含有碳、氢、氧三种元素,则反应前各物质中元素的种类也一定包含碳、氢、氧三种元素;反应物有某种物质和氧气,氧气中只含有氧元素,故碳、氢元素一定来自这种可燃物,但无法判断是否含有氧元素,故有上述答案。)

二、质量守恒定律的验证

质量守恒定律研究的是物质反应前后总质量的关系,因此,探究实验的实质是称量化学反应前后物质的质量,并加以比较。

1.磷燃烧验

    取出天平,调平衡。待用。
2010年11月19日 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂
        取一块白磷,放入盛水的培养皿中,在水下用小刀切下一粒绿豆大小的白磷,用滤纸吸干表面的水,放入锥形瓶中(为防止白磷燃烧时,灼裂锥形瓶,可以瓶下事先放入少量的细砂)。将盛白磷的锥形瓶、绑有小气球的玻璃管一起放在天平的左盘中,在右盘添加砝码、移动游码,使天平平衡。如右上图所示。

取出锥形瓶及导管,将橡皮塞上的玻璃管放在酒精灯的火焰上灼烧至红热后,迅速用橡皮塞将锥形瓶塞紧,并将白磷引燃。可见白磷燃烧,产生浓厚的白烟。待锥形瓶冷却,白烟沉降后,

    重新放到托盘天平上,观察天平仍然平衡。

2.铁和硫酸铜反应

100 mL烧杯中加入约30 mL稀硫酸铜溶液,将几根打磨光亮的铁钉和盛硫酸铜溶液的烧杯一起放在天平上称量,读出读数,记录。如右图。

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将铁钉浸泡在硫酸铜溶液中,可观察到铁钉表面析出一层紫红色的物质,溶液颜色逐渐变浅。如果时间足够长,可看到溶液的颜色由蓝色变浅绿色(但在学生实验或教师演示实验的时间内,很难保证反应完全,故基本上看不到溶液变浅绿色的现象)。

将反应后烧杯和内容物放到天平上再次称量,读出读数,记录。将两次称量的结果加以比较,质量相等。

碳酸钠与盐酸的反应

把盛有盐酸的小试管小心地放入装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,使小试管中的盐酸与小烧杯中的碳酸钠粉末反应。再把烧杯放在托盘天平上,观察天平是否平衡。如右图。

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    天平不再平衡。说明该实验不能用来验证质量守恒定律。

镁条燃烧

        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,记录称得的质量。在石棉网上方将镁条点燃。
 
                                       2010年11月19日 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂
 

镁条剧烈燃烧,产生耀眼的强光,生成白色固体氧化镁。再将镁条燃烧后的产物和石棉网一起放在托盘天平上称量,记录质量。比较两次称量的质量。天平不平衡,说明该反应不能用于验证质量守恒定律。

实验分析

磷燃烧的实验在密闭容器里反应,物质的总质量不变,可用于验证质量守恒定律。

铁和硫酸铜溶液反应的实验,虽不在密闭容器里进行,但没有生成气体,反应前后各种物质的都在烧杯中,故也可以用于质量守恒定律的验证。

碳酸钠和盐酸的反应,由于有二氧化碳气体产生扩散到反应容器之外,导致反应后物质减少,生成物的总质量小于反应物的总质量。该反应不能用于验证质量守恒定律。

镁条燃烧,参加反应的物质是镁和氧气,生成物是氧化镁(不考虑其他反应物与生成物)。生成的氧化镁的质量大于参加反应的镁的质量。但由于质量时生成的氧化镁大多以白烟的形式扩散到空气中去了,故总质量与参加反应的镁的质量无法比较。

【归纳】从上述讨论可以看出,进行质量守恒定律验证的反应,不能有气体产生(也不能有气体参与反应)。

【延伸讨论】能否用碳酸钠和盐酸反应验证质量守恒定律?

碳酸钠与盐酸反应,生成氯化钠、水和二氧化碳。

Na2CO32HCl == 2NaClH2OCO2

按如图1所示,在锥形瓶中加适量碳酸钠粉末,小试管中加适量的稀盐酸,用气球封住锥形口;称量整个装置的总质量。倾斜装置,使小试管中的稀盐酸倒出与硫酸铜反应。由于有大量二氧化碳生成,致气球胀大,如图2。待反应结束后,再次称量装置的总质量。

 

2010年11月19日 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂

 

可能有不少同学认为这种装置可以得出正确结论。即反应前后所称量的物质的总质量相等。理由是,产生的二氧化碳并没有脱离反应体系。

但我们还应该考虑到,由于气球胀大,在空气中产生了比较大的浮力,导致在天平上称量时,读数减少。故这种实验方案不能用于验证质量守恒定律。

(如:2.12 g碳酸钠与稀盐酸完全反应,可生成二氧化碳0.88 g,在标准状况下,这些二氧化碳的体积为0.02 L,此时所产生的浮力为0.026 g,超出了实验室所用天平的感量。天平显示不平衡。)

三、化学方程式

1.概念

用化学式来表示化学反应的式子叫化学方各式

 

如:2H2O2 【原创】我的第二课堂·课题5.1 质量守恒定律 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂 2H2O 3Fe2O2【原创】我的第二课堂·课题5.1 质量守恒定律 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂 Fe3O4 等,都是化学方程式。

2.化学方程式反映的信息

 

2H2O2 【原创】我的第二课堂·课题5.1 质量守恒定律 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂 2H2O 为例,从该化学方程式中,我们可以看出:

该反应的反应物是氢气(H2)和氧气(O2),生成物是水(H2O);

该反的反应条件为点燃;

该反应中氢气、氧气和水的分子个数比为212

可以通过简计算,得知反应物、生成物各种物质之间的质量比。

 

   2H2O2 【原创】我的第二课堂·课题5.1 质量守恒定律 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂 2H2O

         4 32      36

由此计算结果可知,每4份质量的氢气与32份质量的氧气在点燃条件下完全反应,可生成36份质量的水。

3.化学方程式的读法

化学方程式中,“+”号读作“和”,“=”读作“生成”。

 

2H2O2 【原创】我的第二课堂·课题5.1 质量守恒定律 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂 2H2O反应为例。

读出反应物、生成物的名称:氢气和氧气在点燃条件下生成水。

读出反应中各种物质的微粒个数比:每2个氢分子和1个氧分子在点燃条件下生成2个水分子。

(说明:这种读法读化学方程式时,一定加“每”字)。

读出反应物、生成物的质量比:每4份质量的氢气和32份质量的氧气在点燃条件下反应,生成36份质量的水。

(说明:这种读法读化学方程式时,一定加“每”字)。

【强调】化学方程式的第一种读法,也是我们记忆化学方程式的一种方法。即记住参加反应的物质是什么,生成物是什么,再根据化学式的写法,写出其化学式。至于化学方程式的写法,下节课再学习。

 

 

 

 

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