1756年,俄國科學(xué)家羅蒙諾索夫最早發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量守恒定律。接著,法國化學(xué)家拉瓦錫通過大量的定量試驗,驗證了質(zhì)量守恒定律。之后質(zhì)量守恒定律被化學(xué)界廣泛接收。
化學(xué)反應(yīng)中,參加反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成各物質(zhì)的質(zhì)量總和,這個規(guī)律就叫做質(zhì)量守恒定律,也稱物質(zhì)不滅定律。質(zhì)量守恒定律是自然界普遍存在的基本定律之一。
化學(xué)反應(yīng)的過程,就是參加反應(yīng)的各物質(zhì)(反應(yīng)物)的分子,破裂后重新組合為新的分子而生成其他物質(zhì)的過程。在化學(xué)反應(yīng)中,反應(yīng)前后原子的種類沒有改變,數(shù)目沒有增減,原子的質(zhì)量也沒有改變。在任何與周圍隔絕的體系中,不論發(fā)生何種變化或過程,其總質(zhì)量始終保持不變?;蛘哒f,任何變化包括化學(xué)反應(yīng)和核反應(yīng)都不能消除物質(zhì),只是改變了物質(zhì)的原有形態(tài)或結(jié)構(gòu),所以該定律又稱物質(zhì)不滅定律。
1、正確理解質(zhì)量守恒定律要扣住關(guān)鍵詞
(1)“化學(xué)反應(yīng)”規(guī)定了研究范圍,因而不能用來解釋物理變化。即一切化學(xué)反應(yīng)都遵循質(zhì)量守恒定律。
(2)“各物質(zhì)”:不能遺漏任何一個反應(yīng)物和生成物,特別是氣體和沉淀。
(3)“參加”:不能把“參加反應(yīng)的各物質(zhì)”簡單的理解為“反應(yīng)物”因為化學(xué)反應(yīng)中往往存在“某些物質(zhì)的過量”問題,沒有參加反應(yīng)和反應(yīng)后剩余的物質(zhì)不能算。
(4)“反應(yīng)生成”:不是反應(yīng)生成的物質(zhì)不能算。
(5)“質(zhì)量總和”:指各參加反應(yīng)的物質(zhì)的質(zhì)量總和或生成物的質(zhì)量總和。
另外,質(zhì)量守恒定律只研究化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)量問題,而顏色、體積、熱量等的變化都不在研究范圍內(nèi)。
2、從“量”的角度來研究,可理解歸納為“三個守恒、兩個一定改變、一個可能改變”
三個守恒:
(1)(微觀上)原子守恒:反應(yīng)前后原子的種類、數(shù)目、質(zhì)量都不變;
(2)(宏觀上)元素守恒:反應(yīng)前后元素的種類和質(zhì)量不變;
(3)(質(zhì)量上)質(zhì)量守恒:反應(yīng)前的物質(zhì)的總質(zhì)量等于反應(yīng)后的物質(zhì)的總質(zhì)量。
兩個一定改變:
(1)宏觀:物質(zhì)的種類一定改變;
(2)微觀:分子的種類一定改變。
一個可能改變:
分子的總數(shù)可能改變。
要驗證質(zhì)量守恒定律,對實驗的精確度要求極高,一般誤差要不超過一千萬分之一。例如,把鐵釘放在硫酸銅溶液(藍色)里,當(dāng)反應(yīng)結(jié)束(會有明顯的反應(yīng)現(xiàn)象)后,剩余物質(zhì)的質(zhì)量將嚴(yán)格地等于鐵釘?shù)馁|(zhì)量和硫酸銅溶液的質(zhì)量之和。實驗證明,物體的質(zhì)量具有不變性。不論如何分割或溶解,質(zhì)量始終不變。在任何化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量也保持不變。燃燒前碳的質(zhì)量與燃燒時空氣中消耗的氧的質(zhì)量之和準(zhǔn)確地等于燃燒后所生成物質(zhì)的質(zhì)量。
驗證方案一:
在100mL燒杯中加入30mL的稀硫酸銅溶液,用砂紙將幾根鐵釘打磨干凈,將盛有硫酸銅溶液的燒杯和鐵釘一起放在托盤天平上稱量,記錄所稱的質(zhì)量m1。
將鐵釘浸到硫酸銅溶液中,觀察實驗現(xiàn)象。待反應(yīng)一段時間后溶液顏色改變時,將盛有硫酸銅溶液和鐵釘?shù)臒旁谕斜P天平上稱量,記錄所稱的質(zhì)量m2。比較反應(yīng)前后的質(zhì)量。
驗證方案二:
在底部鋪有細沙的錐形瓶口,放入一粒火柴大的白磷。在錐形瓶口的橡皮塞上安裝一根玻璃管,在其上端系牢一個小氣球,并使玻璃管下端能與白磷接觸。將錐形瓶與玻璃管放在托盤天平上用砝碼平衡。然后,取下錐形瓶。將橡皮塞上的玻璃管放到酒精燈火焰上灼燒至紅熱后,迅速用橡皮塞將錐形瓶塞緊,白磷引燃。待錐形瓶冷卻后,重新放到托盤天平上,觀察天平是否平衡。
磷 +氧氣點燃 =五氧化二磷(P+O2點燃P2O5)
配平:4P+5O2=2(P2O5)(條件:點燃)
P4+5O2=P4O10(條件:點燃)
實驗現(xiàn)象白磷燃燒發(fā)黃光,并且產(chǎn)生大量白煙,放出熱量,并且,天平平衡。這與紅磷燃燒相同。
質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
1、利用元素守恒定律來推斷反應(yīng)物或生成物的組成元素
例2、某化合物完全燃燒,需要9.6g氧氣,同時生成8.8g CO2和5.4g水,則此化合物中( )
A、只含碳、氫兩種元素 B、只含碳、氧兩種元素
C、含碳、氫、氧三種元素 D、一定含碳、氫元素,可能含氧元素
解析:根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知:參加反應(yīng)的化合物的質(zhì)量為:8.8g+5.4g-9.6g=4.6g。
根據(jù)生成CO2和H2O的質(zhì)量可以求出化合物中:m(C)=8.8g ××100%=2.4g,
m(H)=5.4g××100%=0.6g,m(C)+ m(H)=2.4g+0.6g=3g<4.6g,說明化合物中除了含有碳元素和氫元素外,還含有氧元素,故選C。
2、解釋反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量的“增重”、“減輕”和“不變”現(xiàn)象,利用質(zhì)量守恒定律來推斷。
例:鐵絲燃燒后,生成物的質(zhì)量比鐵絲的質(zhì)量大;高錳酸鉀受熱分解后,剩余固體的質(zhì)量比反應(yīng)物的質(zhì)量減小。
以上兩個反應(yīng)都遵循質(zhì)量守恒定律,鐵絲燃燒時,參加反應(yīng)的反應(yīng)物是鐵和空氣中的氧氣,根據(jù)質(zhì)量守恒定律,生成物的質(zhì)量等于參加反應(yīng)的鐵和空氣中的氧氣質(zhì)量總和,所以生成物的質(zhì)量比鐵絲的質(zhì)量大。而高錳酸鉀分解后,生成錳酸鉀(固體)、二氧化錳(固體)和氧氣。根據(jù)質(zhì)量守恒定律,反應(yīng)物高錳酸鉀的質(zhì)量應(yīng)等于生成物錳酸鉀、二氧化錳和氧氣的質(zhì)量之和,由于氧氣逸出,所以剩余固體的質(zhì)量比反應(yīng)物的質(zhì)量減小。
3、利用原子守恒定律推斷某反應(yīng)物和生成物的化學(xué)式、質(zhì)量比等
例:人體血液中酒精含量超過20mg/l00mL為酒駕,酒精含量超過80mg/l00mL為醉駕。交警常用一種“酒精檢測儀”檢測司機是否酒后駕車。其反應(yīng)原理為C2H6O+4CrO3+6H2SO4=2X+2CO2↑++9H2O,則X的化學(xué)式
A、Cr2O3 B、CrSO4 C、Cr2(SO4)3 D、Cr2S3
解析:根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后原子的種類和數(shù)目沒有改變,因此2X包括4個鉻原子、6個硫原子和24個氧原子,又因為X的化學(xué)計量數(shù)為2,因此推出X的化學(xué)式為Cr2(SO4)3故答案選C。
①質(zhì)量守恒定律適用的范圍是所有化學(xué)變化,包括大部分的物理變化;
②質(zhì)量守恒定律揭示的是質(zhì)量守恒而不是其他方面的守恒。物體體積不一定守恒;
③質(zhì)量守恒定律中“參加反應(yīng)的”不是各物質(zhì)質(zhì)量的簡單相加,而是指真正參與了反應(yīng)的那一部分質(zhì)量,反應(yīng)物中可能有一部分沒有參與反應(yīng);
④質(zhì)量守恒定律的推論:化學(xué)反應(yīng)中,反應(yīng)前各物質(zhì)的總質(zhì)量等于反應(yīng)后各物質(zhì)的總質(zhì)量