初中化学 05 质量守恒定律、化学方程式

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质量守恒定律

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。这一规律就叫做质量守恒定律。

一、质量守恒定律的微观解释

化学反应的实质是参加反应的各物质的原子重新组合生成其他物质的过程。

在化学反应中，原子的种类没有改变，原子的数目没有增减，原子的质量也没有变化。所以，反应前后各物质的质量总和必然相等。

二、质量守恒定律的验证实验

红磷燃烧实验：在密闭容器中进行红磷燃烧的实验，将一定质量的红磷放入锥形瓶中，用带有导管的橡胶塞塞紧瓶口，导管上系一个气球。点燃红磷后，迅速将橡胶塞塞紧锥形瓶，观察到红磷燃烧产生大量白烟，气球先膨胀后缩小。待装置冷却至室温后，再次称量锥形瓶及其中物质的总质量，发现反应前后总质量不变，从而验证了质量守恒定律。

铁钉与硫酸铜溶液反应实验：将铁钉放入硫酸铜溶液中，一段时间后，观察到铁钉表面有红色物质析出，溶液由蓝色逐渐变为浅绿色。反应前后分别称量烧杯及其中物质的总质量，发现总质量保持不变，也验证了质量守恒定律。

三、质量守恒定律的应用

解释化学反应前后物质的质量变化：根据质量守恒定律，可解释一些看似矛盾的现象。例如，镁条在空气中燃烧后，质量增加了，这是因为镁条与空气中的氧气发生了反应，参加反应的镁条和氧气的质量总和等于反应后生成的氧化镁的质量，所以氧化镁的质量比镁条的质量大。

确定物质的组成元素：通过测定化学反应前后各物质的质量，可以推断反应物或生成物的组成元素。例如，某物质在氧气中完全燃烧，生成二氧化碳和水，根据质量守恒定律可知，该物质中一定含有碳、氢元素，可能含有氧元素。进一步通过计算二氧化碳中碳元素的质量和水中氢元素的质量，与该物质的质量进行比较，可确定该物质中是否含有氧元素。

进行化学方程式的配平：质量守恒定律是化学方程式配平的依据。在书写化学方程式时，必须使方程式两边各原子的种类和数目相等，以保证反应前后物质的质量守恒。通过配平化学方程式，可以正确表示化学反应中各物质之间的质量关系。

根据化学方程式进行简单计算：已知一种反应物或生成物的质量，可以根据化学方程式中各物质的质量比，计算出其他反应物或生成物的质量。

例如，已知氢气在氧气中燃烧的化学方程式为 \(2H_{2}+O_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}2H_{2}O\)，若有\(4g\)氢气完全燃烧，根据氢气与氧气的质量比\((2\times2):32 = 1:8\)，可计算出需要氧气的质量为\(32g\)，生成水的质量为\(36g\)。

四、使用质量守恒定律时的注意事项

质量守恒定律适用于所有的化学反应，而不适用于物理变化。

参加化学反应的各物质的质量是指实际参加反应的物质的质量，未参加反应的物质的质量不能计算在内。

反应生成的各物质的质量是指反应后实际生成的物质的质量，包括沉淀、气体等，对于有气体参加或生成的反应，在验证质量守恒定律时，必须在密闭容器中进行。

质量守恒定律是自然界中的基本规律之一，是初中化学学习的重要内容，对于理解化学反应的本质、进行化学计算以及解决化学实际问题都具有重要意义。

化学方程式

化学方程式是用化学式表示化学反应的式子，它不仅表明了反应物、生成物和反应条件，还通过化学计量数体现了各物质之间的质量关系和微粒个数关系。

一、化学方程式的书写原则

以客观事实为基础：化学方程式必须如实反映客观存在的化学反应，不能凭空臆造事实上不存在的物质和化学反应。

遵循质量守恒定律：在化学方程式中，等号两边的原子种类和数目必须相等，这是书写化学方程式的核心原则，通过配平化学方程式来实现。

二、化学方程式的书写步骤

1、写出反应物和生成物的化学式：根据反应事实，确定反应物和生成物，写出它们的化学式。反应物写在左边，生成物写在右边，中间用短线连接。

例如，氢气在氧气中燃烧生成水，可写成\(H_{2}+O_{2}---H_{2}O\)。

2、配平化学方程式：根据质量守恒定律，在化学式前面配上适当的化学计量数，使等号两边各原子的种类和数目相等。

常用的配平方法有最小公倍数法、观察法、奇数配偶法等。

对于上述氢气燃烧的方程式，通过配平得到\(2H_{2}+O_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}2H_{2}O\)。

3、注明反应条件：在等号上方或下方注明反应所需的条件，如点燃、加热（常用“\(\Delta\)”表示）、高温、催化剂等。

如果反应物中没有气体，而生成物中有气体，要在生成气体的化学式后面标上“\(\uparrow\)”；

如果反应在溶液中进行，生成了沉淀，要在生成沉淀的化学式后面标上“\(\downarrow\)”。

例如，碳酸钙与稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，化学方程式为：

\(CaCO_{3}+2HCl=\!=\!=CaCl_{2}+H_{2}O+CO_{2}\uparrow\)

例如，氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液反应生成氢氧化铜沉淀和硫酸钠，化学方程式为：

\(2NaOH+CuSO_{4}=\!=\!=Na_{2}SO_{4}+Cu(OH)_{2}\downarrow\)

三、化学方程式的意义

1、质的方面：表示反应物、生成物和反应条件，即表明了什么物质参加了反应，生成了什么物质，以及在什么条件下发生的反应。

例如，\(C+O_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}CO_{2}\)表示碳和氧气在点燃的条件下反应生成二氧化碳。

2、量的方面：

（1）宏观意义：表示各物质之间的质量比，即反应物和生成物之间的质量关系。

根据化学方程式中各物质的相对分子质量（或相对原子质量）与化学计量数的乘积之比，可以求出各物质的质量比。

例如，在\(2H_{2}+O_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}2H_{2}O\)中，氢气、氧气和水的质量比为\((2\times2):32:(2\times18)=1:8:9\)，这意味着每\(4\)份质量的氢气与\(32\)份质量的氧气完全反应，生成\(36\)份质量的水。

（2）微观意义：表示各物质之间的微粒个数比，即反应物和生成物之间的分子或原子个数关系。

例如，在\(2H_{2}+O_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}2H_{2}O\)中，氢气、氧气和水的分子个数比为\(2:1:2\)，表示\(2\)个氢分子与\(1\)个氧分子反应生成\(2\)个水分子。

四、化学方程式的读法

质的读法：按物质的名称读出反应物、生成物和反应条件。

例如，\(C+O_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}CO_{2}\)

读作：碳和氧气在点燃的条件下反应生成二氧化碳。

量的读法：读出各物质之间的质量比或微粒个数比。

例如，\(2H_{2}+O_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}2H_{2}O\)

可以读作：每\(4\)份质量的氢气与\(32\)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；

也可以读作：\(2\)个氢分子与\(1\)个氧分子在点燃的条件下反应生成\(2\)个水分子。

五、常见的化学方程式

化合反应：两种或两种以上的物质生成一种物质的反应。例如：

\(2H_{2}+O_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}2H_{2}O\)

\(C+O_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}CO_{2}\)

\(CaO+H_{2}O=\!=\!=Ca(OH)_{2}\)

分解反应：一种物质生成两种或两种以上其他物质的反应。例如：

\(2KMnO_{4}\stackrel{\Delta}{=\!=\!=}K_{2}MnO_{4}+MnO_{2}+O_{2}\uparrow\)

\(CaCO_{3}\stackrel{高温}{=\!=\!=}CaO+CO_{2}\uparrow\)

\(2H_{2}O\stackrel{通电}{=\!=\!=}2H_{2}\uparrow+O_{2}\uparrow\)

置换反应：一种单质和一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应。例如：

\(Zn+H_{2}SO_{4}=\!=\!=ZnSO_{4}+H_{2}\uparrow\)

\(Fe+CuSO_{4}=\!=\!=FeSO_{4}+Cu\)

复分解反应：两种化合物互相交换成分，生成另外两种化合物的反应。例如：

\(HCl+NaOH=\!=\!=NaCl+H_{2}O\)

\(Na_{2}CO_{3}+Ca(OH)_{2}=\!=\!=CaCO_{3}\downarrow+2NaOH\)

化学方程式是化学学习的重要工具，它能够简洁明了地表示化学反应的本质和规律，对于理解化学变化、进行化学计算以及解决化学实际问题都具有重要意义。

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