第十节 化学反应中的质量关系和化学反应方程式.docx

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第十节化学反应中的质量关系和化学反应方程式

化学反应中的质量关系和化学反应方程式

主讲：

黄冈中学化学高级教师　舒宝生

一、知识概述

1、理解质量守恒定律；

2、了解化学方程式及其意义；

3、掌握化学方程式的书写与配平。

二、重难点知识剖析

（一）质量守恒定律

1、质量守恒定律的实验探究

　　活动与探究：

（1）氢氧化钠与硫酸铜反应前后质量关系

　　实验装置：

如图所示。

　　实验步骤：

向锥形瓶内加入约半滴管的硫酸铜溶液；在锥形瓶口安装好单孔塞（孔的大小要求能放入胶头滴管）；用另一支胶头滴管吸取约半滴管氢氧化钠溶液后，插在单孔胶塞上；将锥形瓶放在托盘天平上，用砝码调节，使天平平衡；挤压胶头滴管，使氢氧化钠溶液流下。

　　实验现象：

产生蓝色絮状物（沉淀）；天平平衡。

　　实验分析：

　　实验结论：

参加反应的氢氧化钠和硫酸铜的质量之和等于生成的硫酸钠与氢氧化铜的质量之和。

（2）盐酸与大理石反应前后质量关系

　　实验装置：

如图所示．

　　实验步骤：

向锥形瓶中加入少量澄清石灰水；在小试管中加入3～5粒大理石，然后放入锥形瓶中；用胶头滴管吸取约半滴管的盐酸溶液后，插入单孔胶塞内（注意要严密），在锥形瓶口处塞紧；将锥形瓶放在托盘天平上，用砝码调节，使天天平衡；挤压胶头滴管，使盐酸溶液流下。

　　实验现象：

大理石表面有气体产生，澄清石灰水变浑浊。

　　实验分析：

　　实验结论：

天平平衡，反应前各物质的总质量=反应后各物质的总质量。

2、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。

　　使用质量守恒定律必须注意：

对于反应前的物质来讲，一定要强调是指“参加反应”的物质，不要把没有参加反应的反应物的质量计算在反应前的物质质量总和中。

同样对于反应后的物质来讲，一定要强调是指“反应后生成”的物质，不是反应生成的物质不能计算在生成物的总和中。

3、用微粒的观点认识质量守恒定律

　　从微观上看，化学反应的实质是反应物的分子化分为原子，原子又重新组合成新物质的分子。

在一切化学反应中，反应前后，原子的种类不变，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。

　　化学反应前后，可用“六个不变，三个一定改变，两个可能改变”概括。

4、质量守恒定律的本质：

　　化学反应前后，原子的种类、质量和个数不变。

5、质量守恒定律的适用范围：

（1）质量守恒定律的适用范围是化学变化而不是物理变化；

（2）质量守恒定律揭示的是质量守恒而不是其他方面的守恒；

　　（3）质量守恒定律中“参加化学反应的各物质的质量总和”不是各物质质量的简单相加，而是指真正参与了反应的那一部分物质的质量。

（二）化学方程式

1、化学方程式的定义

　　化学方程式：

用化学式表示化学反应的式子。

　　例如：

铁在氧气中燃烧的化学方程式：

3Fe＋2O2

Fe3O4。

（1）化学方程式的意义

　　①表示反应物、生成物以及反应条件。

　　②表示反应物、生成物之间的质量关系。

　　③化学方程式也能说明反应物、生成物的各粒子的相对数量关系。

（2）化学方程式的读法

　　化学方程式的读法是从左到右，先读反应物，后读生成物。

如反应物和生成物不止一种，反应物之间的“＋”号读作“跟”“与”或“和”，生成物之间的“＋”读作“和”，“==”读作“生成”。

如反应是在一定的条件下发生的，还应读出反应条件。

　　例如：

　　　3Fe　＋　2O2　

　Fe3O4

　　相对质量：

　168　　　64　　　　　232

　　从质的方面读：

铁与氧气在点燃的条件下生成四氧化三铁。

　　从量的方面读：

每168份质量的铁与64份质量的氧气在点燃的条件下生成232份质量的四氧化三铁。

　　注意：

化学方程式不宜从粒子个数方面来读，因为任何一个化学反应都是有大量的粒子参与进行的，并非一个或几个粒子的“行为”。

2、化学方程式的书写

　　活动与探究：

书写铁在氧气中燃烧的化学方程式。

　　活动过程：

（1）根据实验事实，在式子的左右两边写出反应物和生成物的化学式，并在左右两边之间画一条短线。

　　例如：

Fe＋O2——Fe3O4

（2）配平化学方程式，并检查。

　　使式子左、右两边的铁原子和氧原子的总数分别相等，同时将短线改成“==”。

　　例如：

3Fe＋2O2=Fe3O4。

　　（3）注明化学反应发生的条件和生成物的状态。

　　①一般加热用“△”，温度较高时写“高温”，需要点燃的写“点燃”。

　　例如：

3Fe＋2O2

Fe3O4

　　②书写化学方程式时，常用“↑”表示反应中有气体放出，用“↓”表示在溶液中有沉淀生成，具体使用方法：

　　a．因为“↑”和“↓”是生成物的状态符号，所以，无论反应物是气体还是固体，都不应该标出“↑”或“↓”。

　　b．若反应物中无气态物质，则反应生成的气体物质后须标出“↑”，若反应物中有气态物质，则不能标出。

　　例如：

Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑；S＋O2

SO2

　　c．若反应在溶液中进行，当生成物中有沉淀析出时，要在该物质化学式的后面标出“↓”，若反应不在溶液中进行，不论生成物中有无难溶的物质，都不标出。

如：

　　CuSO4＋2NaOH==Na2SO4＋Cu（OH）2↓

　　注意：

（1）书写化学方程式必须以客观事实为依据，必须符合质量守恒定律，不能凭空臆造不存在的化学反应或方程式；

（2）“加热”一般是指不超过酒精灯火焰温度的加热方式，“高温”则是指超过酒精灯火焰温度的加热方式。

3、配平化学方程式的常用方法

　　配平化学方程式的方法有多种，下面是常用的三种方法。

（1）最小公倍数法

　　①找出短线左右两边只出现一次的元素。

　　②若只出现一次的元素不止一种，只选每边一个分子（原子或离子）中原子个数相差较多的元素或最小公倍数大的元素。

　　③找出最小公倍数。

　　④通过计算得出化学方程式中各物质的化学计量数。

　　⑤标明化学计量数。

　　⑥检查。

（2）观察法

　　①从化学式比较复杂的一种生成物推求出有关各反应物的化学计量数和其他生成物的化学计量数。

　　②根据求得的化学式的化学计量数，再找出其他化学式的化学计量数。

　　（3）奇偶数配平法（或奇数配偶法）

　　①找出方程式里左右两端出现次数较多的元素。

　　②该元素的原子在各端的总数为一奇一偶，选定这一元素作为配平的起点。

　　③由已推求出的化学计量数决定其他化学式的化学计量数。

三、典型例题

例1、用X表示某化合物的化学式，X在一定条件下有如下反应：

X＋6O2

6CO2＋6H2O。

下列说法正确的是（　）

A．X由碳、氢两种元素组成

B．X中碳、氢两种元素的质量比为1∶2

C．X的相对分子质量是174

D．X中碳元素的质量分数为40%

解析：

　　先根据反应前后原子的种类、原子的数目不变可得出：

X的化学式为C6H12O6。

答案：

D

例2、将一定质量的a、b、c、d四种物质放入一密闭容器中，在一定条件下反应一段时间后，测得反应后各物质的质量如下：

物质

a

b

c

d

反应前质量/g

6.4

3.2

4.0

0.5

反应后质量/g

待测

2.56

7.2

0.5

下列说法中错误的是（　）

A．a和b是反应物，d可能是催化剂

B．反应后a物质的质量为4.64g

C．c物质中元素的种类，一定等于a、b两种物质中元素的种类

D．若物质a与物质b的相对分子质量之比为2∶1，则反应中a与b的化学计量数之比为2∶1

解析：

　　根据反应前后质量增减可确定其是反应物还是生成物。

b减少0.64g，是反应物；c增加3.2g，是生成物；d的质量不变，可能不参与反应或是催化剂。

根据质量守恒定律知：

a为反应物，且反应2.56g，则反应后容器中a为3.84g。

答案：

B

例3、（内江）有人认为，选用合适的催化剂，通过化学反应可直接把水转变成汽油，从而解决能源紧缺问题．你同意这个观点吗？

并简要说明理由。

解析：

　　水中含氢、氧元素，油是碳氢化合物，必含碳、氢元素，根据质量守恒定律可知，在化学反应前后元素的种类和质量都不发生变化，故水变油是不可能的。

答案：

　　不同意；化学反应前后元素种类不变（或原子种类不变）水与油的所含元素不同，所以经过化学变化不会由水变成油。

例4、（呼伦贝尔）甲型H1N1流感病毒正威胁着人类的健康和安全．“达菲”（C16H28O4N2）是目前世界上治疗甲型H1N1流感病毒的良药．生产“达菲”的主要原料是莽草酸，可从茴香中提取．请回答下列问题：

（1）“达菲”分子中，碳、氢、氧、氮四种元素的原子个数比为___________________；

（2）“达菲”中，氢、氧、氮三种元素的质量比为_______________________________；

　　（3）莽草酸完全燃烧，仅生成二氧化碳和水，则由此可推断莽草酸中一定含有_________元素。

解析：

（1）根据“达菲”化学式C16H28O4N2，“达菲”分子中，碳、氢、氧、氮四种元素的原子个数比=16∶28：

4∶2=8∶14∶2∶1；

（2）根据“达菲”化学式C16H28O4N2，“达菲”中，氢、氧、氮三种元素的质量比=（1×28）∶（16×4）∶（14×2）=7∶16∶7；

　　（3）莽草酸完全燃烧，仅生成二氧化碳和水，根据可燃物燃烧的规律，可判断断莽草酸中一定含有C、H两种元素，可能含有O元素；

答案：

（1）8∶14∶2∶1；

（2）7∶16∶7；（3）C、H（或碳、氢）．

-返回-

同步测试

一、选择题

1、下列变化属于化学变化，并且能用质量守恒定律解释的是（D　）

A．5g水受热变成5g水蒸气

B．5g蔗糖溶解到95g水中形成100g蔗糖溶液

C．100mI水加入100mL酒精，体积小于200mL

D．木炭燃烧后质量变小

2、镁在氧气中燃烧生成氧化镁，化学反应方程式为：

2Mg＋O2

2MgO，这个反应中，镁、氧气、氧化镁的质量比是（C　）

A．24∶32∶56　　　　　　　　　　B．24∶32∶40

C．48∶32∶80　　　　　　　　　　D．48∶32∶64

3、在反应A＋B=C＋D中，已知25gA与10gB恰好反应生成5gC，当反应有6gD生成时，参加反应的A是（　B）

A．10g　　　　　　　　　　　　　B．5g

C．20g　　　　　　　　　　　　　D．25g

4、化学反应前后，肯定没有变化的是（C　）

①原子的数目　②分子的数目　③元素的种类④物质的总质量　⑤物质的种类

A．①④　　　　　　　　　　　　　B．①③⑤

C．①③④　　　　　　　　　　　　D．①②③④⑤

5、下图所示的实验中不能用于证明质量守恒定律的是（D　）

A．

　　　　　　　　B．

C．

　　　　　　　D．

6、“神舟”五号安全返回，标志着我国载人航天技术取得历史性突破。

火箭使用的燃料为偏二甲肼[（CH3）2N2H2]，其主要反应方程式为：

（CH3）2N2H2＋N2O4→X＋CO2＋H2O,由此可知X中一定含有的元素是（D　）

A．碳　　　　　　　　　　　　　B．氢

C．氧　　　　　　　　　　　　　D．氮

7、“绿色奥运”是2008年北京奥运会的主题之一。

为减轻污染，北京市为汽车加装了“三效催化净化器”，可将尾气中的CO、NO转化为参与大气循环的无毒混合气体，该气体是（A　）

A．CO2和N2　　　　　　　　　　B．CO2和NO2

C．CO2和O2　　　　　　　　　　D．CO2和NH3

8、物质X（●）和物质Y（O）的化学反应如下图所示．

下列能描述这个反应的化学方程式是（A　）

A．X+2Y=XY2　　　　　　　　　B．3X+8Y=X3Y8

C．3X+6Y=X3Y6　　　　　　　　D．3X+8Y=3XY2+2Y

9、卫星运载火箭的动力由高氯酸铵（NH4ClO4）分解提供。

高氯酸铵分解有可能排入大气的物质是（A　）

A．H2O　　　　　　　　　　　B．SO2

C．CO2　　　　　　　　　　　D．CO

10、某化合物完全燃烧，消耗11.2g氧气，生成8.8g二氧化碳和5.4g水。

对该化合物的组成判断正确的是（B　）

A．含有C、H、O三种元素

B．只含有C、H两种元素

C．只含有C、O两种元素

D．无法确定

显示提示

提示：

　　6、D　因化学反应前后元素的种类不变，结合反应的化学方程式分析，可知X中一定含有的元素是氮。

　　9、A　化学反应前后元素的种类不变，而NH4ClO4中不含S、C元素，所以B、C、D选项错误。

　　10、B　由于生成二氧化碳和水，根据质量守恒定律知：

该物质含碳、氢两种元素。

8.8g二氧化碳含氧8.8×（32/44）=6.4g，5.4g水含氧5.4×（16/18）=4.8g，共含氧6.4＋4.8=11.2g，而该有机物完全燃烧，刚好11.2g氧气，说明该化合物不含氧。

二、综合题

11、如图所示，是测定白磷燃烧前后质量的变化情况，用来验证质量守恒定律的实验。

试回答：

（1）白磷燃烧时观察到的现象是_____________________________。

（2）左盘锥形瓶口在微热前后均要用瓶塞塞紧，为什么？

　　①__________________________；

　　②__________________________。

　　（3）微热时，若不盖上瓶塞，待燃烧完毕再盖上瓶塞，对测定结果的影响是________（填“偏高”、“偏低”或“不变”）。

显示答案

　　11、

（1）产生白烟，放出大量的热，生成白色固体

（2）①防止空气进入锥形瓶；②使天平平衡，验证质量守恒定律

　　（3）偏高

12、为探索物质在化学变化前后的质量关系，科学家做了大量的实验。

1673年，英国物理学家波义耳做了一个有名的实验，他将金属放在密闭容器里煅烧，煅烧后他立即打开容器盖进行称量，结果发现反应后的固体质量增加了。

该实验导致波义耳未能发现质量守恒定律，请你简要分析一下原因是什么？

显示答案

　　12、由于波义耳在煅烧后立即打开容器盖进行称量，就使外界的空气进入容器，金属在高温情况下结合空气中的氧气，故反应后的固体质量增加了，因此导致波义耳未能发现质量守恒定律。

13、小新用在空气中燃烧镁带的实验来探究质量守恒定律：

（1）镁带燃烧的化学表达式为__________。

（2）完全燃烧后，称量留下固体的质量比反应前镁带的质量还轻，联系实验过程分析，其原因可能有：

__________。

显示答案

　　13、

（1）2Mg＋O2

2MgO

（2）镁带燃烧时有一缕白烟向空气中扩散，造成氧化镁的损失。

14、写出下列反应的化学方程式，并完成题内填空

（1）写出加热碱式碳酸铜的化学方程式__________。

（2）将一枚生锈的铁钉（铁锈的主要成分是三氧化二铁），投入适量的稀硫酸中，溶液的颜色由无色变为黄色，观察一段时间发现铁钉表面有气泡冒出，请写出上述反应的化学方程式。

（写出其中一个化学方程式即可）

　　（3）镁在空气中燃烧时，发出耀眼的白光，反应的化学方程式是_______。

利用这一特殊现象，可用镁制造_______。

　　（4）硫在纯氧中燃烧火焰颜色为______。

做此实验前可在集气瓶中放适量的氢氧化钠溶液，用来吸收燃烧产物，此反应化学方程式为__________。

显示答案

　　14、

（1）Cu2（OH）2CO3

2CuO＋H2O＋CO2↑；

（2）Fe＋H2SO4＝FeSO4＋H2↑

　　（3）2Mg＋O2

2MgO；照明弹、闪光灯、焰火等

　　（4）蓝紫色；2NaOH＋SO2＝Na2SO3＋H2O

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课外拓展

解读“质量守恒定律”

　　“质量守恒定律”是自然界客观存在的普遍规律，揭示了化学反应过程中反应物和生成物之间的质量关系。

　　“质量守恒定律”作为初中化学课程的第一定律，我们首次学会利用定量分析的研究方法，通过实验探究的科学方法，来认识化学反应中的质量关系，由于这个科学结论在生活、生产及科学实验中具有重要的地位作用，同时考虑到新课程试题经常考查有关该定律的广泛应用，因而我们要全面、科学解读“质量守恒定律”。

　　一、完整记忆定律的内容

　　无数实验证明，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。

这个定律就叫做质量守恒定律。

二、全面理解定律的内涵

1、“化学反应”是理解定律的先决条件

　　质量守恒定律的适用范围只是研究化学反应（化学变化）中的质量关系，不能适用物理变化，因而一切化学反应都遵循质量守恒定律。

例如1Kg干冰升华变成气态二氧化碳质量仍然为1Kg，虽然质量保持不变，但是不用质量守恒定律解释说明，由于干冰升华只是物态变化而发生物理变化，没有发生化学变化。

2、“参加”和“生成”是分析定律的突破口

　　首先要弄清楚反应前、后各物质的质量总和，指明的应该是什么。

对于反应前的物质而言，这里一定要强调“反应物”必须是指实际“参加反应”的各物质，那么就不能将没有真实“参加反应”的物质质量纳入其中。

例如2g氢气在8g氧气中充分燃烧，只能生成9g水，是因为只有1g氢气与8氧气完全化合，反应物中只能认定1g氢气和8氧气,还有1g剩余的氢气不能认为反应物。

　　其次，对于“生成物”而言，应该是指反应后生成的各物质，其中包括生成物中出现的气体或者沉淀，也要将其纳入生成物质量总和之中。

3、“质量总和”是应用定律的关键所在

　　实验探究“质量守恒定律”，应当选择在密封环境体系中。

如果有一部分反应物是气体，只要参加了化学反应，那就一定要将其考虑到反应物的“质量总和”。

如镁条在空气中燃烧后，生成白色氧化镁粉末的质量比原来镁条的质量增加，符合质量守恒定律，是因为镁条与氧气发生了化合反应，要考虑到把氧气作为化学反应中的反应物之一。

　　如果生成物中出现气体或者沉淀，也要将其纳入生成物质量总和。

又如高锰酸钾受热分解后，其剩余固体的质量比原反应物的质量小，一定符合质量守恒定律，是因为高锰酸钾受热发生分解反应，生成并放出气态的氧气。

4、质量总和“守恒（相等）”是研究定律的终极目标

　　质量守恒定律研究化学反应过程中反应物和生成物之间的质量总和关系，只是适合“质量守恒”，不涉及体积守恒、分子数目守恒等。

例如利用太阳能分解水：

2H2O=2H2↑+O2↑，反应物分子总数为2时，生成物分子总数却为3，这就说明化学反应前后分子数目可以发生变化，而反应前后物质状态不同，水为液体，氧气和氢气是气体，体积就更不会守恒了。

三、合理解释定律的实质

　　化学反应的过程，就是参加反应的各物质（反应物）的原子，重新组合而生成其他物质（生成物）的过程。

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，原子的质量也没有改变。

所以物质在发生化学反应前后，各物质的质量总和必然相等。

四、梳理有关定律的知识拓展

　　我们可以从宏观和微观两个不同角度，解释说明“质量守恒定律”的具体内容方面进行有关知识的创新拓展，可以分为三个层面加以详细分析：

1、一定不发生改变的六个要素

　　宏观方面有：

（1）物质质量总和，

（2）元素种类，（3）元素质量

　　微观方面有：

（1）原子种类，

（2）原子数目，（3）原子质量

2、一定发生变化的两个要素

宏观方面是指物质种类（化学反应中生成其他物质）；微观方面只有分子种类发生改变。

3、有可能变化的只有分子数目（微观）。

五、积极推广定律的广泛应用

1、依据质量守恒定律的原理，合理解释生活、生产和化学实验中一些现象，揭示和反驳伪科学，如水变油，点石成金等。

2、确定物质所含的元素种类及质量，正确书写物质的化学式以及物质变化的化学方程式等。

3、引导我们从定量分析的角度认识化学反应，合理进行化学工艺、工业生产等，严格按照“订单”生产一定量的优质产品。

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中考解析

例1、（内江）有人认为，选用合适的催化剂，通过化学反应可直接把水转变成汽油，从而解决能源紧缺问题．你同意这个观点吗？

并简要说明理由。

解析：

　　水中含氢、氧元素，油是碳氢化合物，必含碳、氢元素，根据质量守恒定律可知，在化学反应前后元素的种类和质量都不发生变化，故水变油是不可能的。

答案：

　　不同意；化学反应前后元素种类不变（或原子种类不变）水与油的所含元素不同，所以经过化学变化不会由水变成油。

例2、（呼伦贝尔）甲型H1N1流感病毒正威胁着人类的健康和安全．“达菲”（C16H28O4N2）是目前世界上治疗甲型H1N1流感病毒的良药．生产“达菲”的主要原料是莽草酸，可从茴香中提取．请回答下列问题：

（1）“达菲”分子中，碳、氢、氧、氮四种元素的原子个数比为___________________；

（2）“达菲”中，氢、氧、氮三种元素的质量比为_______________________________；

　　（3）莽草酸完全燃烧，仅生成二氧化碳和水，则由此可推断莽草酸中一定含有_________元素。

解析：

（1）根据“达菲”化学式C16H28O4N2，“达菲”分子中，碳、氢、氧、氮四种元素的原子个数比=16∶28：

4∶2=8∶14∶2∶1；

（2）根据“达菲”化学式C16H28O4N2，“达菲”中，氢、氧、氮三种元素的质量比=（1×28）∶（16×4）∶（14×2）=7∶16∶7；

　　（3）莽草酸完全燃烧，仅生成二氧化碳和水，根据可燃物燃烧的规律，可判断断莽草酸中一定含有C、H两种元素，可能含有O元素；

答案：

（1）8∶14∶2∶1；

（2）7∶16∶7；（3）C、H（或碳、氢）．

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