4.2 化学反应中的质量关系（导学案）化学新教材沪教版九年级上册

第二节　化学反应中的质量关系 1.通过氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液、碳酸钙与盐酸、碳酸钠与盐酸、镁条燃烧四个实验的称量对比，认识质量守恒定律，能准确说出质量守恒定律的内容，会用微粒的观点解释质量守恒的本质原因。 2.通过对比密闭体系与敞口体系的实验现象，基于实验证据推理化学反应前后的质量变化，建立宏观质量与微观粒子之间的联系，初步形成从定量角度认识化学反应的思路。 3.通过波义耳与拉瓦锡两位化学家的研究史料，体会定量研究对化学发展的重要意义，养成严谨求实的科学态度，学会规范进行实验操作，能客观分析实验误差。 重点：质量守恒定律的内容；用微粒的观点解释质量守恒定律；质量守恒定律的简单应用。 难点：理解质量守恒定律的内涵；形成宏微结合的定量认识化学反应的思路。 1．参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，这就是质量守恒定律。 2．17世纪70年代，英国化学家波义耳在敞口容器中加热金属，发现反应后质量增加了；18世纪70年代，法国化学家拉瓦锡在密闭容器中研究氧化汞的生成与分解，发现化学反应前后物质的总质量相等。 3．氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液混合，产生蓝色沉淀，反应前后天平仍然保持平衡。 4．碳酸钠与盐酸在敞口容器中反应后，称量质量小于反应前的质量，原因是生成的二氧化碳气体从容器中逸出。 5．镁条在空气中燃烧后，称量质量大于反应前镁条的质量，原因是有氧气参加了反应。 6．有气体参加或生成的反应，验证质量守恒定律时必须在密闭容器中进行。 7．化学反应前后，原子的种类、数目、质量都不变，这是质量守恒的根本原因。 （一）课堂导入 【想一想】物质发生化学变化时都有新物质生成，同时还伴随着能量的释放或吸收。纸张燃烧后只余下少许灰烬，看上去质量「变少了」；薄铜片在火焰上加热，表面变黑，质量却「变大了」。同样是化学变化，为什么一个像是变少了、一个又像是变多了？在化学变化中，物质的质量究竟会不会发生变化？ 【答案】燃烧后的灰烬质量变小，是因为生成的二氧化碳等气体扩散到了空气中；铜片加热变黑是铜与氧气反应生成了氧化铜，氧化铜中多了氧元素，所以质量变大。两种情况都不能只看剩下的那部分固体，必须把参加反应和生成的物质全部算进去才能比较。 （二）提出问题与作出猜想 【想一想】参加化学反应的各物质都发生了变化，并有新物质生成。那么，参加反应的各物质质量总和与反应生成的各物质质量总和相比较，是否发生了变化？请写出你的猜想。 【答案】可以提出三种猜想：①反应生成的各物质的质量总和大于参加反应的各物质的质量总和；②反应生成的各物质的质量总和小于参加反应的各物质的质量总和；③反应生成的各物质的质量总和等于参加反应的各物质的质量总和。 （三）化学家的定量研究 【想一想】波义耳在敞口容器中加热金属，发现反应后质量增加了；拉瓦锡在密闭容器中研究氧化汞的生成与分解，却发现反应前后总质量相等。两位科学家研究的是同一个问题，结论却相反，差别在哪里？ 【答案】差别在容器是否密闭。金属加热时要与空气中的氧气反应，敞口容器中空气可以进进出出，称到的并不是「参加反应的物质」；密闭容器中没有物质进出，称到的就是反应前后物质的总质量，所以相等。 （四）实验1：氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液反应 【想一想】把盛有硫酸铜溶液的小试管放入装有氢氧化钠溶液的锥形瓶中，先称量，再让两种溶液混合，最后重新称量。会看到什么现象？质量有什么关系？ 【结论】产生蓝色沉淀，反应前后天平仍然保持平衡。 【符号表达式】NaOH + CuSO4 → Na2SO4 + Cu(OH)2 （五）实验2：碳酸钙与盐酸反应 【想一想】石灰石与稀盐酸反应会产生二氧化碳，为什么在密闭的锥形瓶中称量，天平仍然保持平衡？ 【结论】石灰石表面产生气泡，天平仍然保持平衡。因为反应在密闭容器中进行，生成的二氧化碳没有逸出，仍留在瓶内。 【符号表达式】CaCO3 + HCl → CaCl2 + H2O + CO2 （六）实验3：碳酸钠与盐酸反应 【想一想】碳酸钠与盐酸在敞口锥形瓶中反应，称量质量却小于反应前的质量。是不是物质凭空消失了？ 【结论】产生大量气泡，白色粉末逐渐消失，反应后称量质量小于反应前的质量。用 m1 表示反应前的质量、m2 表示反应后的质量，则有 m1 = m2 + 生成CO2的质量。 【符号表达式】HCl + Na2CO3 → NaCl + H2O + CO2 （七）实验4：镁条燃烧 【想一想】镁条在空气中燃烧，发出耀眼的白光，生成白色固体。为什么反应后称量到的固体质量比原来的镁条大？ 【结论】镁条燃烧发出耀眼的白光，生成白色固体，反应后称量质量大于反应前的质量，因为参加反应的氧气的质量也计入生成物中。 【符号表达式】Mg + O2 →（点燃）MgO （八）质量守恒定律的内容与关键词 【想一想】把四个实验的结果放在一起看：有两个质量不变、一个减小、一个增大。怎样才能让它们统一到同一条规律上？ 【结论】把容器密闭起来，气体跑不掉也进不来，天平就恢复平衡。所以有气体参加或生成的反应，验证质量守恒定律时必须在密闭容器中进行。 【想一想】质量守恒定律的表述是「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」。这句话里的「质量」「化学反应」「参加」「总和」四个词，各有什么讲究？ 【答案】①质量——只强调质量，不包括体积；②化学反应——只适用于化学变化，物理变化不能用它解释；③参加——指真正参加反应的那一部分，反应物有剩余时，剩余部分不能计算在内；④总和——不能漏掉气体物质。 （九）解释「变大」「变小」的现象 【想一想】木炭燃烧后质量减小、氯酸钾受热分解后剩余固体质量变小、铁丝在氧气中燃烧后生成物质量变大。这三个现象与质量守恒定律有矛盾吗？请说明理由。 【答案】都不矛盾。木炭燃烧生成的二氧化碳扩散到空气中，剩下的灰烬变少；氯酸钾分解生成的氧气逸散，剩余固体（氯化钾）变少；铁丝燃烧生成的四氧化三铁里包含了参加反应的氧气，所以固体质量变大。三者都遵守质量守恒定律，只是部分反应物或生成物是气体，在开放体系中散失或参与，造成固体质量看起来变大或变小。 （十）用微粒观点解释质量守恒定律 【想一想】以 2H2 + O2 →（点燃）2H2O 为例，从构成物质的微观粒子在反应中的变化，说明为什么反应前后物质的总质量一定相等。 【结论】化学反应的实质是分子分裂成原子，原子再重新组合成新的分子。反应前后氢原子个数都是4个，氧原子个数都是2个，相对质量反应前后都是36。可见原子的种类、数目、质量都不变，所以反应前后物质的总质量必然相等。 （十一）化学反应前后的变与不变 【想一想】把化学反应前后的各种量按「一定不变」「一定改变」「可能改变」归类，各有哪些？ 【答案】六个一定不变：元素的种类、元素的质量、物质的总质量（宏观）；原子的种类、原子的数目、原子的质量（微观）。两个一定改变：物质的种类（宏观）、分子的种类（微观）。两个可能改变：元素的化合价、分子的数目。 【想一想】「分子的数目」和「原子的数目」只差一个字，为什么一个是「可能改变」、一个是「一定不变」？ 【答案】化学反应中分子要分裂成原子、原子再重新组合成新分子，反应前后分子的种类一定改变，数目则可能变、也可能不变；而原子只是重新组合，既没有增加也没有减少，所以原子的数目一定不变。 1．氨气能在氧气中燃烧，该反应的微观示意图如图，下列关于该反应的说法错误的是（　　） A．反应后分子总数增加 B．氮元素的化合价升高 C．甲与丁的分子个数比为2：1 D．生成物中既有单质也有化合物 【答案】C 【解析】由微观示意图可知，反应为氨气与氧气在点燃条件下反应生成氮气和水。反应前有 4 个氨分子和 3 个氧分子共 7 个分子，反应后生成 2 个氮分子和 6 个水分子共 8 个分子，分子总数增加，A 正确。氨气中氮元素的化合价为 −3，生成物氮气中氮元素的化合价为 0，化合价升高，B 正确。该反应的化学方程式中氨分子与氮分子的个数比为 4：2，即 2：1，从微观示意图上读出的甲与丁的个数比也应是 2：1，但选项中把「甲与丁」的对应关系弄反了，C 错误。生成物中氮气属于单质，水属于化合物，D 正确。 2.下列关于质量守恒定律的说法正确的是（　　） A．无色氧气加压变成淡蓝色液氧，质量保持不变，符合质量守恒定律 B．高锰酸钾分解后固体质量变小，符合质量守恒定律 C．由质量守恒定律可知3gC和16gO2，反应会生成18gCO2 D．由质量守恒定律可知2LH2和1LO2，反应会生成3LH2O 【答案】B 【解析】氧气加压变成液氧只是状态的改变，属于物理变化，质量守恒定律只适用于化学变化，A 错误。高锰酸钾分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，氧气逸散使剩余固体的质量变小，但反应前后各物质的质量总和仍然相等，符合质量守恒定律，B 正确。3g 碳与 16g 氧气反应时碳过量，参加反应的碳只有 1.5g 左右，生成二氧化碳的质量应为 5.5g 与 16g 之和即 11g，而不是把两种反应物的质量简单相加，C 错误。质量守恒定律适用于质量，不能推广到体积，气体的体积比要用化学方程式中分子的个数比去推算，D 错误。 3．化学观念是初中化学核心素养之一，下列对化学基本观念的认识正确的是（　　） A．元素观：某物质在氧气中燃烧生成CO2和H2O，推知该物质由C、H、O元素组成 B．能量观：化学反应在生成新物质的同时不一定伴随着能量变化 C．转化观：在一定条件下通过化学反应可以实现物质转化 D．守恒观：10g木炭和10g氧气反应生成20g二氧化碳 【答案】C 【解析】某物质在氧气中燃烧生成二氧化碳和水，说明该物质中一定含有碳、氢元素，氧元素可能来自该物质，也可能来自氧气，所以不能推知它一定由 C、H、O 三种元素组成，A 错误。化学变化在生成新物质的同时一定伴随能量变化，通常表现为放热或吸热，B 错误。化学变化的特征就是有新物质生成，因此在一定的条件下通过化学反应可以实现物质的转化，C 正确。10g 木炭与 10g 氧气反应时木炭过量，参加反应的木炭不足 10g，生成二氧化碳的质量小于 20g，D 错误。 4．在“质量守恒定律”的课堂学习中，同学们设计了如下图所示的实验来验证质量守恒定律。回答下列问题： 【实验验证】 (1)A实验反应前后天平左盘上的仪器与药品的总质量　　　　　　（填“相等”或“不相等”）。 (2)B实验中天平指针会向____（填“左”或“右”）偏转，原因是　　　　　　　　　　　　　　　。 【答案】（1）相等　（2）右　蜡烛燃烧生成的二氧化碳和水散逸到了空气中 【解析】A 实验在密闭容器中进行，没有物质逸出或进入，反应前后天平左盘上仪器与药品的总质量相等。B 实验在敞口烧杯中进行，蜡烛燃烧生成的二氧化碳和水蒸气散逸到空气中，左盘上的质量减小，所以天平指针向右偏转。 【微观解释】 (3)由质量守恒定律可知，化学反应前后一定不变的是　　　　　　　　（填序号）。 ①原子种类　　②原子数目　　③原子质量　　④分子种类 【答案】①②③ 【解析】化学反应前后原子的种类、数目、质量都不变，这正是质量守恒的本质原因；而分子在反应中要分裂成原子再重新组合，分子的种类一定发生改变。 【综合应用】 (4)植物的光合作用可表示为：CO2 + H2O →（光照、叶绿体）淀粉 + O2，可推测淀粉中一定含有　　　　　　　　　元素。 【答案】碳、氢 【解析】反应物二氧化碳和水中共有碳、氢、氧三种元素，生成物中氧气由氧元素组成，根据化学反应前后元素的种类不变，淀粉中一定含有碳元素和氢元素，氧元素可能含有也可能不含。 一、从定量角度认识化学变化 内容：化学变化不仅有新物质生成，还伴随着能量的释放或吸收。本节把研究的视角从「生成了什么」转向「质量有没有变化」，用称量的方法去回答这个问题——这就是定量研究。化学家波义耳在敞口容器中加热金属，发现反应后质量增加；拉瓦锡在密闭容器中研究氧化汞的生成与分解，发现反应前后总质量相等。两人结论相反，差别只在容器是否密闭：敞口时空气进进出出，称到的并不是「参加反应的物质」。 典型实例：纸张燃烧后只余下少许灰烬（质量减小，因为生成的二氧化碳和水蒸气扩散到空气中）；薄铜片在火焰上加热表面变黑（质量增大，因为铜与氧气结合生成了氧化铜）。 应用：判断某反应前后质量「变了没有」，第一步先看有没有气体逸出或参加，第二步看容器是敞口还是密闭。 注意：四个称量实验的结果必须对照记——氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液反应，产生蓝色沉淀，天平保持平衡；碳酸钙与盐酸在密闭容器中反应，产生气泡，天平保持平衡；碳酸钠与盐酸在敞口容器中反应，质量减小；镁条在空气中燃烧，质量增大。前两个说明「不变」，后两个用来说明「为什么会看起来变了」。 二、质量守恒定律的内容与关键词 内容：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。这是化学反应中一条最基本的规律，一切化学反应都必须遵守。 记忆口诀：四个关键词——「质量、化学反应、参加、总和」。 ①质量：只强调质量，不包括体积。不能由质量守恒推出「体积守恒」，气体的体积比要用化学方程式中分子的个数比去推算。 ②化学反应：只适用于化学变化。水结冰、酒精挥发、氧气加压变成液氧这类物理变化，前后质量本来就不变，不能用质量守恒定律去解释。 ③参加：指真正参加反应的那一部分物质。反应物有剩余时，剩余部分不能计算在内。例如 3 g 碳与 16 g 氧气反应，碳过量，真正参加反应的碳不足 3 g，生成二氧化碳的质量应按参加反应的质量去算。 ④总和：不能漏掉气体。有气体参加或生成时，气体同样是反应物或生成物，必须一并计入。 典型实例：在 A + B → C + D 的反应中，若 12 g A 与 8 g B 恰好完全反应生成 5 g C，则生成 D 的质量为 (12 + 8) − 5 = 15 g。 应用：用于解释「质量变大变小」的现象，也用于由已知的物质质量推算未知的物质质量，是后面根据化学方程式进行计算的基础。 三、用微粒观点解释质量守恒定律 内容：化学反应的实质是分子分裂成原子、原子重新组合成新的分子，新分子聚集成为新物质。在这个过程中，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；而原子的质量决定了物质的质量，所以反应前后物质的总质量必然相等。 典型实例：以 2H2 + O2 →（点燃）2H2O 为例，反应前有 4 个氢原子、2 个氧原子，反应后仍然是 4 个氢原子、2 个氧原子；氢原子个数与氧原子个数反应前后一一对应。相对质量核算：反应前 2×2 + 32 = 36，反应后 2×(2 + 16) = 36，两边相等。 应用：凡是判断「反应前后一定不变的是」这类问题，答案一定落在「原子」「元素」相关的量上；凡是问「为什么会守恒」，就要答到「原子三不变」（种类、数目、质量）。 注意：微观解释要分清「分子」与「原子」两个层次。分子是化学变化中被「拆开」的一方，种类一定改变；原子是「重新组合」的一方，种类、数目、质量都不变。 四、化学反应前后的变与不变 内容：把各种量按宏观、微观两个层面归类，可以整理成「六、二、二」。 六个一定不变：宏观上——元素的种类不变、元素的质量不变、物质的总质量不变；微观上——原子的种类不变、原子的数目不变、原子的质量不变。 两个一定改变：宏观上——物质的种类一定改变；微观上——分子的种类一定改变。 两个可能改变：元素的化合价可能改变；分子的数目可能改变。 记忆口诀：带「原子」「元素」的量都是守恒项；带「分子」「物质」的量，种类一定变；「分子的数目」可能变、「原子的数目」一定不变。 典型实例：2H2 + O2 →（点燃）2H2O 中，反应前 3 个分子，反应后 2 个分子，分子的数目改变了；但氢、氧两种原子的数目都保持不变。 注意：元素的化合价在有些反应中改变（如 2H2 + O2 → 2H2O 中氢由 0 价变为 +1 价、氧由 0 价变为 −2 价），在复分解反应中则不变，所以说「可能改变」。 五、质量守恒定律的应用 内容：质量守恒定律不仅能解释现象，还能用来推断物质的组成、计算未知物质的质量、判断化学反应的类型是否符合规律。 典型实例：某物质在氧气中燃烧后只生成二氧化碳和水，根据反应前后元素种类不变，可以推知该物质中一定含有碳元素和氢元素，可能含有氧元素（氧元素也可能全部来自氧气）。 典型实例：16.8 g 铁完全燃烧生成 23.2 g 四氧化三铁，则参加反应的氧气的质量为 23.2 − 16.8 = 6.4 g。 应用：①解释质量「变大变小」；②由反应前后质量差求某物质的质量；③推断物质的元素组成；④判断某说法是否成立（如「10 g 木炭和 10 g 氧气反应生成 20 g 二氧化碳」就是错的，因为木炭过量）。 注意：做质量守恒的计算题时，一定要先确认「谁恰好完全反应、谁有剩余」，用的是「参加的」质量，不是「加入的」质量。 本节易错点提醒 1．把物理变化套进质量守恒定律。「水结成冰体积变大」「氧气加压变成液氧」这类变化前后质量本来就不变，但它们是物理变化，不能用质量守恒定律去解释——定律只适用于化学变化。 2．只看剩下那部分固体就下结论。木炭燃烧、氯酸钾分解后固体质量变小，铁丝燃烧、镁条燃烧后固体质量变大，都是因为气体逸出或参加，绝不是「不守恒」。判断时先问一句：有没有气体跑了或者进来了？ 3．忽略「参加」二字。反应物有剩余时，剩余部分不计入。凡是题目给出两种反应物的质量让你判断生成物质量，先查一遍有没有过量。 4．把体积当成守恒项。质量守恒说的是质量，100 mL 水与 100 mL 酒精混合体积小于 200 mL，那是分子间有间隔，与质量守恒无关。 5．丢气体。有气体参加或生成的反应，计算总质量时必须把气体算进去，否则一定会算出「不守恒」的假象。 6．验证实验的装置选错。有气体参加或生成的反应，验证质量守恒定律必须在密闭容器中进行；装置还必须气密性良好，反应后要等冷却到室温再称量。 7．混淆「分子数目」与「原子数目」。「原子的数目一定不变」，「分子的数目可能改变」，这两个说法只差一个字，答题时务必看清问的是哪一个。 考点01　质量守恒定律的内容与适用范围 1．下列关于质量守恒定律的说法正确的是（　　） A．100 mL水与100 mL酒精混合后体积小于200 mL，说明质量守恒定律也适用于体积 B．铁丝在氧气中燃烧后固体质量增大，说明该反应不遵守质量守恒定律 C．蜡烛燃烧后质量减小，是因为生成的二氧化碳和水散逸到了空气中 D．质量守恒定律只适用于有气体参加或生成的反应 【答案】C 【解析】质量守恒定律强调的是质量，与体积无关，水和酒精混合体积变小是因为分子之间有间隔，属于物理变化，A 错误。铁丝在氧气中燃烧生成四氧化三铁，生成物中包含了参加反应的氧气，所以固体质量比铁丝大，反应前后各物质的质量总和仍然相等，遵守质量守恒定律，B 错误。蜡烛燃烧生成的二氧化碳和水蒸气散逸到空气中，剩下的部分自然变少，C 正确。质量守恒定律是一切化学反应都必须遵守的规律，与是否有气体参加或生成无关，D 错误。 2．下列现象不能用质量守恒定律解释的是（　　） A．高锰酸钾受热分解后，剩余固体的质量变小 B．铁钉生锈后，铁钉的质量增大 C．水结成冰后体积变大，质量保持不变 D．镁条在空气中燃烧后，生成物的质量比镁条大 【答案】C 【解析】高锰酸钾受热分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，氧气逸散使剩余固体的质量变小，这是化学变化，能用质量守恒定律解释，A 不符合题意。铁钉生锈是铁与氧气、水发生化学反应，生成物中增加了氧元素，质量增大，属于化学变化，B 不符合题意。水结成冰只是状态的改变，没有新物质生成，属于物理变化，质量守恒定律只适用于化学变化，所以不能用它来解释，C 符合题意。镁条燃烧是化学变化，生成物中包含了参加反应的氧气，质量增大，D 不符合题意。 3．在化学反应 A + B → C + D 中，已知 12 g A 与 8 g B 恰好完全反应生成 5 g C，则同时生成 D 的质量为（　　） A．15 g　　B．20 g　　C．5 g　　D．无法确定 【答案】A 【解析】根据质量守恒定律，参加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。本题中 A 与 B 恰好完全反应，参加反应的 A、B 质量之和为 12 g + 8 g = 20 g，其中生成 C 5 g，则生成 D 的质量为 20 g − 5 g = 15 g。选 A。 考点02　用微粒观点解释质量守恒定律 4．某物质在氧气中燃烧后只生成二氧化碳和水，下列关于该物质组成的推断正确的是（　　） A．一定含有碳、氢、氧三种元素 B．一定含有碳、氢元素，可能含有氧元素 C．一定含有碳、氧元素，可能含有氢元素 D．只含有碳、氢元素 【答案】B 【解析】生成物二氧化碳中含有碳、氧元素，水中含有氢、氧元素，根据化学反应前后元素的种类不变，反应物中也必须有碳、氢、氧三种元素。氧气只提供氧元素，所以该物质中一定含有碳元素和氢元素；氧元素可能全部来自氧气，也可能部分来自该物质本身，故只能说「可能含有氧元素」。选 B。 5．用微粒的观点解释质量守恒定律：在 2H2 + O2 →（点燃）2H2O 的反应中，反应前后　　　　　　的种类发生了改变，而　　　　　　的种类、数目和质量都没有改变。 【答案】分子　原子 【解析】化学反应的实质是分子分裂成原子、原子重新组合成新的分子。反应前后分子的种类一定改变（由氢分子、氧分子变成水分子），而原子只是重新组合，其种类、数目、质量都不变。 6．已知反应 3Fe + 2O2 →（点燃）Fe3O4。若 16.8 g 铁完全燃烧生成 23.2 g 四氧化三铁，则参加反应的氧气的质量为（　　） A．6.4 g　　B．16.8 g　　C．23.2 g　　D．40 g 【答案】A 【解析】根据质量守恒定律，参加反应的铁和氧气的质量总和等于生成的四氧化三铁的质量，所以参加反应的氧气的质量为 23.2 g − 16.8 g = 6.4 g。选 A。 考点03　质量守恒定律的验证与实验分析 7．用托盘天平称量敞口锥形瓶中碳酸钠与稀盐酸的反应，反应后发现质量减小。下列解释正确的是（　　） A．该反应不遵守质量守恒定律 B．反应生成的二氧化碳气体逸散到了空气中，使称量结果减小 C．反应过程中有一部分碳酸钠凭空消失了 D．把稀盐酸换成稀硫酸，反应后质量就不会减小 【答案】B 【解析】碳酸钠与盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳，该反应遵守质量守恒定律，A 错误。实验在敞口容器中进行，生成的二氧化碳气体从瓶口逸散到空气中，不再被天平称到，所以称量结果减小，B 正确。化学反应前后原子的种类、数目、质量都不变，物质不会凭空消失，C 错误。换成稀硫酸同样会生成二氧化碳气体，敞口称量时质量照样减小，D 错误。 8．在「质量守恒定律」的验证实验中，下列操作或说法正确的是（　　） A．有气体参加或生成的反应，必须在密闭容器中进行验证 B．反应结束后应立即称量，不必等装置冷却到室温 C．只要反应前后称得的质量相等，就说明实验设计没有问题 D．装置的气密性对实验结果没有影响 【答案】A 【解析】有气体参加或生成的反应，若在敞口容器中称量，气体逸出或进入会使结果失真，所以必须在密闭容器中进行验证，A 正确。装置内气体受热膨胀会影响称量结果，必须等冷却到室温后再称量，B 错误。反应前后质量相等只说明这一次称量的结果，若装置漏气或设计不当，也可能因巧合而相等，不能由此判定设计没有问题，C 错误。装置漏气时外界空气进出会改变质量，气密性直接决定实验成败，D 错误。 9．某兴趣小组用敞口锥形瓶做镁条燃烧实验，称得反应后固体的质量比反应前镁条的质量大。下列分析正确的是（　　） A．该反应不遵守质量守恒定律 B．反应后生成的氧化镁的质量等于原来镁条的质量 C．参加反应的镁和氧气的质量总和等于生成的氧化镁的质量 D．增大的那部分质量来自空气中的氮气 【答案】C 【解析】镁条燃烧是化学变化，一定遵守质量守恒定律，A 错误。镁与氧气反应生成氧化镁，氧化镁中多了氧元素，所以生成的氧化镁的质量大于原来镁条的质量，B 错误。根据质量守恒定律，参加反应的镁的质量与参加反应的氧气的质量之和，等于生成的氧化镁的质量，C 正确。镁条在空气中燃烧时主要与氧气反应，增大的质量来自参加反应的氧气，而不是氮气，D 错误。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二节　化学反应中的质量关系 1.通过氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液、碳酸钙与盐酸、碳酸钠与盐酸、镁条燃烧四个实验的称量对比，认识质量守恒定律，能准确说出质量守恒定律的内容，会用微粒的观点解释质量守恒的本质原因。 2.通过对比密闭体系与敞口体系的实验现象，基于实验证据推理化学反应前后的质量变化，建立宏观质量与微观粒子之间的联系，初步形成从定量角度认识化学反应的思路。 3.通过波义耳与拉瓦锡两位化学家的研究史料，体会定量研究对化学发展的重要意义，养成严谨求实的科学态度，学会规范进行实验操作，能客观分析实验误差。 重点：质量守恒定律的内容；用微粒的观点解释质量守恒定律；质量守恒定律的简单应用。 难点：理解质量守恒定律的内涵；形成宏微结合的定量认识化学反应的思路。 1．参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，这就是　　　　　。 2．17世纪70年代，英国化学家　　　　　　　　在敞口容器中加热金属，发现反应后质量增加了；18世纪70年代，法国化学家　　　　　　　　在密闭容器中研究氧化汞的生成与分解，发现化学反应前后物质的总质量　　　　　　　　。 3．氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液混合，产生　　　　　，反应前后天平　　　　　　　　　。 4．碳酸钠与盐酸在敞口容器中反应后，称量质量小于反应前的质量，原因是生成的　　　　　　　　气体从容器中逸出。 5．镁条在空气中燃烧后，称量质量大于反应前镁条的质量，原因是有　　　　　　　　参加了反应。 6．有气体参加或生成的反应，验证质量守恒定律时必须在　　　　　　　　容器中进行。 7．化学反应前后，原子的　　　　　　　　、　　　　　　　　、　　　　　　　　都不变，这是质量守恒的根本原因。 （一）课堂导入 【想一想】物质发生化学变化时都有新物质生成，同时还伴随着能量的释放或吸收。纸张燃烧后只余下少许灰烬，看上去质量「变少了」；薄铜片在火焰上加热，表面变黑，质量却「变大了」。同样是化学变化，为什么一个像是变少了、一个又像是变多了？在化学变化中，物质的质量究竟会不会发生变化？ （二）提出问题与作出猜想 【想一想】参加化学反应的各物质都发生了变化，并有新物质生成。那么，参加反应的各物质质量总和与反应生成的各物质质量总和相比较，是否发生了变化？请写出你的猜想。 （三）化学家的定量研究 【想一想】波义耳在敞口容器中加热金属，发现反应后质量增加了；拉瓦锡在密闭容器中研究氧化汞的生成与分解，却发现反应前后总质量相等。两位科学家研究的是同一个问题，结论却相反，差别在哪里？ （四）实验1：氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液反应 【想一想】把盛有硫酸铜溶液的小试管放入装有氢氧化钠溶液的锥形瓶中，先称量，再让两种溶液混合，最后重新称量。会看到什么现象？质量有什么关系？ 【结论】产生　　　　　　　　，反应前后天平　　　　　　　　　　　　。 【符号表达式】NaOH + CuSO4 → Na2SO4 + Cu(OH)2 （五）实验2：碳酸钙与盐酸反应 【想一想】石灰石与稀盐酸反应会产生二氧化碳，为什么在密闭的锥形瓶中称量，天平仍然保持平衡？ 【结论】石灰石表面　　　　　　　　，天平　　　　　　　　　　　　。因为反应在密闭容器中进行，生成的二氧化碳　　　　　　　　，仍留在瓶内。 【符号表达式】CaCO3 + HCl → CaCl2 + H2O + CO2 （六）实验3：碳酸钠与盐酸反应 【想一想】碳酸钠与盐酸在敞口锥形瓶中反应，称量质量却小于反应前的质量。是不是物质凭空消失了？ 【结论】产生　　　　　　　　，白色粉末　　　　　　　　，反应后称量质量　　　　　　　　反应前的质量。用 m1 表示反应前的质量、m2 表示反应后的质量，则有 m1 = m2 + 　　　　　　　　。 【符号表达式】HCl + Na2CO3 → NaCl + H2O + CO2 （七）实验4：镁条燃烧 【想一想】镁条在空气中燃烧，发出耀眼的白光，生成白色固体。为什么反应后称量到的固体质量比原来的镁条大？ 【结论】镁条燃烧发出　　　　　　　　　　，生成白色固体，反应后称量质量　　　　　　　　反应前的质量，因为参加反应的　　　　　　　　的质量也计入生成物中。 【符号表达式】Mg + O2 →（点燃）MgO （八）质量守恒定律的内容与关键词 【想一想】把四个实验的结果放在一起看：有两个质量不变、一个减小、一个增大。怎样才能让它们统一到同一条规律上？ 【结论】把容器密闭起来，气体跑不掉也进不来，天平就恢复平衡。所以　　　　　　　　　　　　　　　　的反应，验证质量守恒定律时必须在　　　　　　　　容器中进行。 【想一想】质量守恒定律的表述是「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」。这句话里的「质量」「化学反应」「参加」「总和」四个词，各有什么讲究？ （九）解释「变大」「变小」的现象 【想一想】木炭燃烧后质量减小、氯酸钾受热分解后剩余固体质量变小、铁丝在氧气中燃烧后生成物质量变大。这三个现象与质量守恒定律有矛盾吗？请说明理由。 （十）用微粒观点解释质量守恒定律 【想一想】以 2H2 + O2 →（点燃）2H2O 为例，从构成物质的微观粒子在反应中的变化，说明为什么反应前后物质的总质量一定相等。 【结论】化学反应的实质是　　　　　　　　分裂成　　　　　　　　，　　　　　　　　再重新组合成新的分子。反应前后氢原子个数都是　　　　　　　　个，氧原子个数都是　　　　　　　　个，相对质量反应前后都是　　　　　　　　。可见原子的　　　　　　　　、　　　　　　　　、　　　　　　　　都不变，所以反应前后物质的总质量必然相等。 （十一）化学反应前后的变与不变 【想一想】把化学反应前后的各种量按「一定不变」「一定改变」「可能改变」归类，各有哪些？ 【想一想】「分子的数目」和「原子的数目」只差一个字，为什么一个是「可能改变」、一个是「一定不变」？ 1．氨气能在氧气中燃烧，该反应的微观示意图如图，下列关于该反应的说法错误的是（　　） A．反应后分子总数增加 B．氮元素的化合价升高 C．甲与丁的分子个数比为2：1 D．生成物中既有单质也有化合物 2.下列关于质量守恒定律的说法正确的是（　　） A．无色氧气加压变成淡蓝色液氧，质量保持不变，符合质量守恒定律 B．高锰酸钾分解后固体质量变小，符合质量守恒定律 C．由质量守恒定律可知3gC和16gO2，反应会生成18gCO2 D．由质量守恒定律可知2LH2和1LO2，反应会生成3LH2O 3．化学观念是初中化学核心素养之一，下列对化学基本观念的认识正确的是（　　） A．元素观：某物质在氧气中燃烧生成CO2和H2O，推知该物质由C、H、O元素组成 B．能量观：化学反应在生成新物质的同时不一定伴随着能量变化 C．转化观：在一定条件下通过化学反应可以实现物质转化 D．守恒观：10g木炭和10g氧气反应生成20g二氧化碳 4．在“质量守恒定律”的课堂学习中，同学们设计了如下图所示的实验来验证质量守恒定律。回答下列问题： 【实验验证】 (1)A实验反应前后天平左盘上的仪器与药品的总质量　　　　　　（填“相等”或“不相等”）。 (2)B实验中天平指针会向____（填“左”或“右”）偏转，原因是　　　　　　　　　　　　。 【微观解释】 (3)由质量守恒定律可知，化学反应前后一定不变的是　　　　　　　　（填序号）。 ①原子种类　　②原子数目　　③原子质量　　④分子种类 【综合应用】 (4)植物的光合作用可表示为：CO2 + H2O →（光照、叶绿体）淀粉 + O2，可推测淀粉中一定含有　　　　　　　　　元素。 一、从定量角度认识化学变化 内容：化学变化不仅有新物质生成，还伴随着能量的释放或吸收。本节把研究的视角从「生成了什么」转向「质量有没有变化」，用称量的方法去回答这个问题——这就是定量研究。化学家波义耳在敞口容器中加热金属，发现反应后质量增加；拉瓦锡在密闭容器中研究氧化汞的生成与分解，发现反应前后总质量相等。两人结论相反，差别只在容器是否密闭：敞口时空气进进出出，称到的并不是「参加反应的物质」。 典型实例：纸张燃烧后只余下少许灰烬（质量减小，因为生成的二氧化碳和水蒸气扩散到空气中）；薄铜片在火焰上加热表面变黑（质量增大，因为铜与氧气结合生成了氧化铜）。 应用：判断某反应前后质量「变了没有」，第一步先看有没有气体逸出或参加，第二步看容器是敞口还是密闭。 注意：四个称量实验的结果必须对照记——氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液反应，产生蓝色沉淀，天平保持平衡；碳酸钙与盐酸在密闭容器中反应，产生气泡，天平保持平衡；碳酸钠与盐酸在敞口容器中反应，质量减小；镁条在空气中燃烧，质量增大。前两个说明「不变」，后两个用来说明「为什么会看起来变了」。 二、质量守恒定律的内容与关键词 内容：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。这是化学反应中一条最基本的规律，一切化学反应都必须遵守。 记忆口诀：四个关键词——「质量、化学反应、参加、总和」。 ①质量：只强调质量，不包括体积。不能由质量守恒推出「体积守恒」，气体的体积比要用化学方程式中分子的个数比去推算。 ②化学反应：只适用于化学变化。水结冰、酒精挥发、氧气加压变成液氧这类物理变化，前后质量本来就不变，不能用质量守恒定律去解释。 ③参加：指真正参加反应的那一部分物质。反应物有剩余时，剩余部分不能计算在内。例如 3 g 碳与 16 g 氧气反应，碳过量，真正参加反应的碳不足 3 g，生成二氧化碳的质量应按参加反应的质量去算。 ④总和：不能漏掉气体。有气体参加或生成时，气体同样是反应物或生成物，必须一并计入。 典型实例：在 A + B → C + D 的反应中，若 12 g A 与 8 g B 恰好完全反应生成 5 g C，则生成 D 的质量为 (12 + 8) − 5 = 15 g。 应用：用于解释「质量变大变小」的现象，也用于由已知的物质质量推算未知的物质质量，是后面根据化学方程式进行计算的基础。 三、用微粒观点解释质量守恒定律 内容：化学反应的实质是分子分裂成原子、原子重新组合成新的分子，新分子聚集成为新物质。在这个过程中，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；而原子的质量决定了物质的质量，所以反应前后物质的总质量必然相等。 典型实例：以 2H2 + O2 →（点燃）2H2O 为例，反应前有 4 个氢原子、2 个氧原子，反应后仍然是 4 个氢原子、2 个氧原子；氢原子个数与氧原子个数反应前后一一对应。相对质量核算：反应前 2×2 + 32 = 36，反应后 2×(2 + 16) = 36，两边相等。 应用：凡是判断「反应前后一定不变的是」这类问题，答案一定落在「原子」「元素」相关的量上；凡是问「为什么会守恒」，就要答到「原子三不变」（种类、数目、质量）。 注意：微观解释要分清「分子」与「原子」两个层次。分子是化学变化中被「拆开」的一方，种类一定改变；原子是「重新组合」的一方，种类、数目、质量都不变。 四、化学反应前后的变与不变 内容：把各种量按宏观、微观两个层面归类，可以整理成「六、二、二」。 六个一定不变：宏观上——元素的种类不变、元素的质量不变、物质的总质量不变；微观上——原子的种类不变、原子的数目不变、原子的质量不变。 两个一定改变：宏观上——物质的种类一定改变；微观上——分子的种类一定改变。 两个可能改变：元素的化合价可能改变；分子的数目可能改变。 记忆口诀：带「原子」「元素」的量都是守恒项；带「分子」「物质」的量，种类一定变；「分子的数目」可能变、「原子的数目」一定不变。 典型实例：2H2 + O2 →（点燃）2H2O 中，反应前 3 个分子，反应后 2 个分子，分子的数目改变了；但氢、氧两种原子的数目都保持不变。 注意：元素的化合价在有些反应中改变（如 2H2 + O2 → 2H2O 中氢由 0 价变为 +1 价、氧由 0 价变为 −2 价），在复分解反应中则不变，所以说「可能改变」。 五、质量守恒定律的应用 内容：质量守恒定律不仅能解释现象，还能用来推断物质的组成、计算未知物质的质量、判断化学反应的类型是否符合规律。 典型实例：某物质在氧气中燃烧后只生成二氧化碳和水，根据反应前后元素种类不变，可以推知该物质中一定含有碳元素和氢元素，可能含有氧元素（氧元素也可能全部来自氧气）。 典型实例：16.8 g 铁完全燃烧生成 23.2 g 四氧化三铁，则参加反应的氧气的质量为 23.2 − 16.8 = 6.4 g。 应用：①解释质量「变大变小」；②由反应前后质量差求某物质的质量；③推断物质的元素组成；④判断某说法是否成立（如「10 g 木炭和 10 g 氧气反应生成 20 g 二氧化碳」就是错的，因为木炭过量）。 注意：做质量守恒的计算题时，一定要先确认「谁恰好完全反应、谁有剩余」，用的是「参加的」质量，不是「加入的」质量。 本节易错点提醒 1．把物理变化套进质量守恒定律。「水结成冰体积变大」「氧气加压变成液氧」这类变化前后质量本来就不变，但它们是物理变化，不能用质量守恒定律去解释——定律只适用于化学变化。 2．只看剩下那部分固体就下结论。木炭燃烧、氯酸钾分解后固体质量变小，铁丝燃烧、镁条燃烧后固体质量变大，都是因为气体逸出或参加，绝不是「不守恒」。判断时先问一句：有没有气体跑了或者进来了？ 3．忽略「参加」二字。反应物有剩余时，剩余部分不计入。凡是题目给出两种反应物的质量让你判断生成物质量，先查一遍有没有过量。 4．把体积当成守恒项。质量守恒说的是质量，100 mL 水与 100 mL 酒精混合体积小于 200 mL，那是分子间有间隔，与质量守恒无关。 5．丢气体。有气体参加或生成的反应，计算总质量时必须把气体算进去，否则一定会算出「不守恒」的假象。 6．验证实验的装置选错。有气体参加或生成的反应，验证质量守恒定律必须在密闭容器中进行；装置还必须气密性良好，反应后要等冷却到室温再称量。 7．混淆「分子数目」与「原子数目」。「原子的数目一定不变」，「分子的数目可能改变」，这两个说法只差一个字，答题时务必看清问的是哪一个。 考点01　质量守恒定律的内容与适用范围 1．下列关于质量守恒定律的说法正确的是（　　） A．100 mL水与100 mL酒精混合后体积小于200 mL，说明质量守恒定律也适用于体积 B．铁丝在氧气中燃烧后固体质量增大，说明该反应不遵守质量守恒定律 C．蜡烛燃烧后质量减小，是因为生成的二氧化碳和水散逸到了空气中 D．质量守恒定律只适用于有气体参加或生成的反应 2．下列现象不能用质量守恒定律解释的是（　　） A．高锰酸钾受热分解后，剩余固体的质量变小 B．铁钉生锈后，铁钉的质量增大 C．水结成冰后体积变大，质量保持不变 D．镁条在空气中燃烧后，生成物的质量比镁条大 3．在化学反应 A + B → C + D 中，已知 12 g A 与 8 g B 恰好完全反应生成 5 g C，则同时生成 D 的质量为（　　） A．15 g　　B．20 g　　C．5 g　　D．无法确定 考点02　用微粒观点解释质量守恒定律 4．某物质在氧气中燃烧后只生成二氧化碳和水，下列关于该物质组成的推断正确的是（　　） A．一定含有碳、氢、氧三种元素 B．一定含有碳、氢元素，可能含有氧元素 C．一定含有碳、氧元素，可能含有氢元素 D．只含有碳、氢元素 5．用微粒的观点解释质量守恒定律：在 2H2 + O2 →（点燃）2H2O 的反应中，反应前后　　　　　　的种类发生了改变，而　　　　　　的种类、数目和质量都没有改变。 6．已知反应 3Fe + 2O2 →（点燃）Fe3O4。若 16.8 g 铁完全燃烧生成 23.2 g 四氧化三铁，则参加反应的氧气的质量为（　　） A．6.4 g　　B．16.8 g　　C．23.2 g　　D．40 g 考点03　质量守恒定律的验证与实验分析 7．用托盘天平称量敞口锥形瓶中碳酸钠与稀盐酸的反应，反应后发现质量减小。下列解释正确的是（　　） A．该反应不遵守质量守恒定律 B．反应生成的二氧化碳气体逸散到了空气中，使称量结果减小 C．反应过程中有一部分碳酸钠凭空消失了 D．把稀盐酸换成稀硫酸，反应后质量就不会减小 8．在「质量守恒定律」的验证实验中，下列操作或说法正确的是（　　） A．有气体参加或生成的反应，必须在密闭容器中进行验证 B．反应结束后应立即称量，不必等装置冷却到室温 C．只要反应前后称得的质量相等，就说明实验设计没有问题 D．装置的气密性对实验结果没有影响 9．某兴趣小组用敞口锥形瓶做镁条燃烧实验，称得反应后固体的质量比反应前镁条的质量大。下列分析正确的是（　　） A．该反应不遵守质量守恒定律 B．反应后生成的氧化镁的质量等于原来镁条的质量 C．参加反应的镁和氧气的质量总和等于生成的氧化镁的质量 D．增大的那部分质量来自空气中的氮气 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $