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九年級化學(xué)5.1質(zhì)量守恒定律教案
課題5.1質(zhì)量守恒定律知識點：
1.理解質(zhì)量定恒定律。
2.能從宏觀和微觀兩個角度闡述質(zhì)量守恒定律的意義。
3.能掌握用實驗驗證質(zhì)量守恒定律的基本方法。
4.能應(yīng)用質(zhì)量守恒定律解釋現(xiàn)實生活中的一些簡單質(zhì)量問題。
課文詳解：
一、質(zhì)量守恒定律
1.概念
參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和。這個規(guī)律就叫做質(zhì)量守恒定律。
【概念詮釋】1.質(zhì)量守恒定律反映的是化學(xué)反應(yīng)前后的總質(zhì)量關(guān)系。無論反應(yīng)物或生成物是固體、氣體或液體，都應(yīng)記入反應(yīng)前后的總質(zhì)量中，不能漏掉任何一種物質(zhì)。
2.概念中的"參加化學(xué)反應(yīng)"的意義是指，僅參加化學(xué)反應(yīng)的那部分反應(yīng)物的物質(zhì)總和與反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總量相等。而未參加反應(yīng)的那部分物質(zhì)的質(zhì)量仍未改變。
因此，化學(xué)反應(yīng)中各種物質(zhì)的質(zhì)量存在如下關(guān)系：
由于未參加反應(yīng)的物質(zhì)的質(zhì)量在反應(yīng)前后沒有改變，故反應(yīng)前后的物質(zhì)總質(zhì)量不變。即：
反應(yīng)物的總質(zhì)量=反就后各種物質(zhì)的總質(zhì)量。
例如：8 g氧氣與2 g氫氣反應(yīng)，生成9 g水，剩余1 g氫氣。
參加反應(yīng)的物質(zhì)質(zhì)量為8 g+1 g=生成的物質(zhì)的總質(zhì)量9 g
而反應(yīng)前物質(zhì)的總質(zhì)量為8 g+2 g=10 g；
反應(yīng)后各種物質(zhì)為9 g水，還有1 g氫氣未參加反應(yīng)而留在反應(yīng)容器中，故反應(yīng)后的物質(zhì)總質(zhì)量為9 g+1 g=10 g。
反應(yīng)前物質(zhì)的總質(zhì)量8 g+2 g=反應(yīng)后各種物質(zhì)的總質(zhì)量9 g+1 g。
3.質(zhì)量守恒定律是自然界中普遍遵循的一個原則，在我們生活的環(huán)境中，不存在質(zhì)量守恒定律不成立的情景。因此，不要輕意懷疑其正確性。
【例1】下列實驗現(xiàn)象是否違反了質(zhì)量守恒定律，并加以解釋。
⑴過氧化氫溶液與二氧化錳混合制取氧氣，反應(yīng)后物質(zhì)的總質(zhì)量減輕了。
⑵鐵生銹后，質(zhì)量增加了。
⑶mg碳在ng氧氣中完全燃燒，一定生成(m+n)g二氧化碳。
答：⑴沒有違反質(zhì)量守恒定律。因為反應(yīng)過程中有氧氣放出，導(dǎo)致質(zhì)量輕減。
⑵沒有違反質(zhì)量守恒定律。因為有氧氣等參加了化學(xué)反應(yīng)，生成的鐵銹的質(zhì)量等于參加反應(yīng)的鐵的質(zhì)量加上參加反應(yīng)的其他物質(zhì)的質(zhì)量，故生銹后質(zhì)量增加。
⑶違反了質(zhì)量守恒定律。這不是因為質(zhì)量守恒定律不成立，而是這種說法有問題。物質(zhì)在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，必須按一定的質(zhì)量比反應(yīng)，所以，mg碳和ng氧氣不一定能完全反應(yīng)(也就是說，可能有一種物質(zhì)有剩余)，故生成物二氧化碳的質(zhì)量有可能是(m+n)g，也可能小于(m+n)g。
2.微觀解釋
下圖是水分解的微觀示意圖：
從圖中我們可以看出，該反應(yīng)前后，分子的種類發(fā)生了變化(由從分子變成了氧分子和氫分子)，但反應(yīng)前水中含有的氫原子和氧原子，反應(yīng)后最終產(chǎn)物氧氣和氫氣中仍然含有氧原子和氫原子，原子種類沒有增減；從圖中還可以看出，每兩個水分子中含有2個氧原子和4個氫原子，反應(yīng)后生成的一個氧分子中仍含有2個氧原子，生成的2個氫分子中也仍含有4個氫原子。即反應(yīng)前后，原子的數(shù)目也沒有增減。
【歸納】化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)是原子的重新組合。在化學(xué)反應(yīng)中，原子的種類和數(shù)目不變，因此，反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量總和不變。
化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)，在化學(xué)學(xué)科有著廣泛的應(yīng)用。
【例2】用所學(xué)的化學(xué)知識回答下列問題：
⑴有人宣稱，加少量催化劑即可將水變成含碳元素的燃料油，請加以批駁。
⑵某種物質(zhì)完全燃燒后，只生成二氧化碳和水，這種物質(zhì)的組成中一定含有_元素，可能含有_元素。
答：⑴化學(xué)反應(yīng)只是原子的重新組合，在化學(xué)反應(yīng)過程中，元素的種類不變。水中不含碳元素，故通過化學(xué)反應(yīng)，不可能產(chǎn)生含有元素的燃料油。
⑵碳、氫；氧。
(分析：由于生成物有二氧化碳和水，含有碳、氫、氧三種元素，則反應(yīng)前各物質(zhì)中元素的種類也一定包含碳、氫、氧三種元素；反應(yīng)物有某種物質(zhì)和氧氣，氧氣中只含有氧元素，故碳、氫元素一定來自這種可燃物，但無法判斷是否含有氧元素，故有上述答案。)
二、質(zhì)量守恒定律的驗證
質(zhì)量守恒定律研究的是物質(zhì)反應(yīng)前后總質(zhì)量的關(guān)系，因此，探究實驗的實質(zhì)是稱量化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量，并加以比較。
1.磷燃燒驗
取出天平，調(diào)平衡。待用。取一塊白磷，放入盛水的培養(yǎng)皿中，在水下用小刀切下一粒綠豆大小的白磷，用濾紙吸干表面的水，放入錐形瓶中(為防止白磷燃燒時，灼裂錐形瓶，可以瓶下事先放入少量的細砂)。將盛白磷的錐形瓶、綁有小氣球的玻璃管一起放在天平的左盤中，在右盤添加砝碼、移動游碼，使天平平衡。如右上圖所示。取出錐形瓶及導(dǎo)管，將橡皮塞上的玻璃管放在酒精燈的火焰上灼燒至紅熱后，迅速用橡皮塞將錐形瓶塞緊，并將白磷引燃�？梢姲琢兹紵a(chǎn)生濃厚的白煙。待錐形瓶冷卻，白煙沉降后，
重新放到托盤天平上，觀察天平仍然平衡。2.鐵和硫酸銅反應(yīng)
在100 mL燒杯中加入約30 mL稀硫酸銅溶液，將幾根打磨光亮的鐵釘和盛硫酸銅溶液的燒杯一起放在天平上稱量，讀出讀數(shù)，記錄。如右圖。
將鐵釘浸泡在硫酸銅溶液中，可觀察到鐵釘表面析出一層紫紅色的物質(zhì)，溶液顏色逐漸變淺。如果時間足夠長，可看到溶液的顏色由藍色變淺綠色(但在學(xué)生實驗或教師演示實驗的時間內(nèi)，很難保證反應(yīng)完全，故基本上看不到溶液變淺綠色的現(xiàn)象)。
將反應(yīng)后燒杯和內(nèi)容物放到天平上再次稱量，讀出讀數(shù)，記錄。將兩次稱量的結(jié)果加以比較，質(zhì)量相等。
⑶碳酸鈉與鹽酸的反應(yīng)
把盛有鹽酸的小試管小心地放入裝有碳酸鈉粉末的小燒杯中，將小燒杯放在托盤天平上用砝碼平衡。取下小燒杯并將其傾斜，使小試管中的鹽酸與小燒杯中的碳酸鈉粉末反應(yīng)。再把燒杯放在托盤天平上，觀察天平是否平衡。如右圖。
天平不再平衡。說明該實驗不能用來驗證質(zhì)量守恒定律。⑷鎂條燃燒
取一根用砂紙打磨干凈的長鎂條和一個石棉網(wǎng)，將它們一起放在托盤天平上稱量，記錄稱得的質(zhì)量。在石棉網(wǎng)上方將鎂條點燃。
鎂條劇烈燃燒，產(chǎn)生耀眼的強光，生成白色固體氧化鎂。再將鎂條燃燒后的產(chǎn)物和石棉網(wǎng)一起放在托盤天平上稱量，記錄質(zhì)量。比較兩次稱量的質(zhì)量。天平不平衡，說明該反應(yīng)不能用于驗證質(zhì)量守恒定律。
【實驗分析】
磷燃燒的實驗在密閉容器里反應(yīng)，物質(zhì)的總質(zhì)量不變，可用于驗證質(zhì)量守恒定律。
鐵和硫酸銅溶液反應(yīng)的實驗，雖不在密閉容器里進行，但沒有生成氣體，反應(yīng)前后各種物質(zhì)的都在燒杯中，故也可以用于質(zhì)量守恒定律的驗證。
碳酸鈉和鹽酸的反應(yīng)，由于有二氧化碳氣體產(chǎn)生擴散到反應(yīng)容器之外，導(dǎo)致反應(yīng)后物質(zhì)減少，生成物的總質(zhì)量小于反應(yīng)物的總質(zhì)量。該反應(yīng)不能用于驗證質(zhì)量守恒定律。
鎂條燃燒，參加反應(yīng)的物質(zhì)是鎂和氧氣，生成物是氧化鎂(不考慮其他反應(yīng)物與生成物)。生成的氧化鎂的質(zhì)量大于參加反應(yīng)的鎂的質(zhì)量。但由于質(zhì)量時生成的氧化鎂大多以白煙的形式擴散到空氣中去了，故總質(zhì)量與參加反應(yīng)的鎂的質(zhì)量無法比較。
【歸納】從上述討論可以看出，進行質(zhì)量守恒定律驗證的反應(yīng)，不能有氣體產(chǎn)生(也不能有氣體參與反應(yīng))。
【延伸討論】能否用碳酸鈉和鹽酸反應(yīng)驗證質(zhì)量守恒定律?
碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)，生成氯化鈉、水和二氧化碳。
Na2CO3+2HCl==2NaCl+H2O+CO2↑
按如圖1所示，在錐形瓶中加適量碳酸鈉粉末，小試管中加適量的稀鹽酸，用氣球封住錐形口；稱量整個裝置的總質(zhì)量。傾斜裝置，使小試管中的稀鹽酸倒出與硫酸銅反應(yīng)。由于有大量二氧化碳生成，致氣球脹大，如圖2。待反應(yīng)結(jié)束后，再次稱量裝置的總質(zhì)量。
可能有不少同學(xué)認為這種裝置可以得出正確結(jié)論。即反應(yīng)前后所稱量的物質(zhì)的總質(zhì)量相等。理由是，產(chǎn)生的二氧化碳并沒有脫離反應(yīng)體系。
但我們還應(yīng)該考慮到，由于氣球脹大，在空氣中產(chǎn)生了比較大的浮力，導(dǎo)致在天平上稱量時，讀數(shù)減少。故這種實驗方案不能用于驗證質(zhì)量守恒定律。
(如：2.12 g碳酸鈉與稀鹽酸完全反應(yīng)，可生成二氧化碳0.88 g，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，這些二氧化碳的體積為0.02 L，此時所產(chǎn)生的浮力為0.026 g，超出了實驗室所用天平的感量。天平顯示不平衡。)
三、化學(xué)方程式
1.概念
用化學(xué)式來表示化學(xué)反應(yīng)的式子叫化學(xué)方各式。
如：2H2+O2 2H2O，3Fe+2O2Fe3O4等，都是化學(xué)方程式。
2.化學(xué)方程式反映的信息
以2H2+O22H2O為例，從該化學(xué)方程式中，我們可以看出：
⑴該反應(yīng)的反應(yīng)物是氫氣(H2)和氧氣(O2)，生成物是水(H2O)；
⑵該反的反應(yīng)條件為點燃；
⑶該反應(yīng)中氫氣、氧氣和水的分子個數(shù)比為2∶1∶2；
⑷可以通過簡計算，得知反應(yīng)物、生成物各種物質(zhì)之間的質(zhì)量比。
2H2+O22H2O 4∶32∶36
由此計算結(jié)果可知，每4份質(zhì)量的氫氣與32份質(zhì)量的氧氣在點燃條件下完全反應(yīng)，可生成36份質(zhì)量的水。
3.化學(xué)方程式的讀法
化學(xué)方程式中，"+"號讀作"和"，"="讀作"生成"。
以2H2+O2 2H2O反應(yīng)為例。
⑴讀出反應(yīng)物、生成物的名稱：氫氣和氧氣在點燃條件下生成水。
⑵讀出反應(yīng)中各種物質(zhì)的微粒個數(shù)比：每2個氫分子和1個氧分子在點燃條件下生成2個水分子。
(說明：這種讀法讀化學(xué)方程式時，一定加"每"字)。
⑶讀出反應(yīng)物、生成物的質(zhì)量比：每4份質(zhì)量的氫氣和32份質(zhì)量的氧氣在點燃條件下反應(yīng)，生成36份質(zhì)量的水。
(說明：這種讀法讀化學(xué)方程式時，一定加"每"字)。
【強調(diào)】化學(xué)方程式的第一種讀法，也是我們記憶化學(xué)方程式的一種方法。即記住參加反應(yīng)的物質(zhì)是什么，生成物是什么，再根據(jù)化學(xué)式的寫法，寫出其化學(xué)式。至于化學(xué)方程式的寫法，下節(jié)課再學(xué)習(xí)。
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