质量守恒定律的发现验证

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一、质量守恒定律的发现和定义

1756年，俄国科学家罗蒙诺索夫最早发现了质量守恒定律。接着，法国化学家拉瓦锡通过大量的定量试验，验证了质量守恒定律。之后质量守恒定律被化学界广泛接收。

化学反应中，参加反应的各物质的质量总和等于反应后生成各物质的质量总和，这个规律就叫做质量守恒定律，也称物质不灭定律。质量守恒定律是自然界普遍存在的基本定律之一。

化学反应的过程，就是参加反应的各物质（反应物）的分子，破裂后重新组合为新的分子而生成其他物质的过程。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。在任何与周围隔绝的体系中，不论发生何种变化或过程，其总质量始终保持不变。或者说，任何变化包括化学反应和核反应都不能消除物质，只是改变了物质的原有形态或结构，所以该定律又称物质不灭定律。

二、如何理解质量守恒定律

1、正确理解质量守恒定律要扣住关键词

（1）“化学反应”规定了研究范围，因而不能用来解释物理变化。即一切化学反应都遵循质量守恒定律。

（2）“各物质”：不能遗漏任何一个反应物和生成物，特别是气体和沉淀。

（3）“参加”：不能把“参加反应的各物质”简单的理解为“反应物”因为化学反应中往往存在“某些物质的过量”问题，没有参加反应和反应后剩余的物质不能算。

（4）“反应生成”：不是反应生成的物质不能算。

（5）“质量总和”：指各参加反应的物质的质量总和或生成物的质量总和。

 

另外，质量守恒定律只研究化学反应的质量问题，而颜色、体积、热量等的变化都不在研究范围内。

 

2、从“量”的角度来研究，可理解归纳为“三个守恒、两个一定改变、一个可能改变”

三个守恒：

 

（1）（微观上）原子守恒：反应前后原子的种类、数目、质量都不变；

（2）（宏观上）元素守恒：反应前后元素的种类和质量不变；

（3）（质量上）质量守恒：反应前的物质的总质量等于反应后的物质的总质量。

 

两个一定改变：

 

（1）宏观：物质的种类一定改变；

（2）微观：分子的种类一定改变。

 

一个可能改变：

 

分子的总数可能改变。

三、质量守恒定律的验证

要验证质量守恒定律，对实验的精确度要求极高，一般误差要不超过一千万分之一。例如，把铁钉放在硫酸铜溶液（蓝色）里，当反应结束（会有明显的反应现象）后，剩余物质的质量将严格地等于铁钉的质量和硫酸铜溶液的质量之和。实验证明，物体的质量具有不变性。不论如何分割或溶解，质量始终不变。在任何化学反应中质量也保持不变。燃烧前碳的质量与燃烧时空气中消耗的氧的质量之和准确地等于燃烧后所生成物质的质量。

验证方案一：

在100mL烧杯中加入30mL的稀硫酸铜溶液，用砂纸将几根铁钉打磨干净，将盛有硫酸铜溶液的烧杯和铁钉一起放在托盘天平上称量，记录所称的质量m1。

将铁钉浸到硫酸铜溶液中，观察实验现象。待反应一段时间后溶液颜色改变时，将盛有硫酸铜溶液和铁钉的烧杯放在托盘天平上称量，记录所称的质量m2。比较反应前后的质量。

验证方案二：

在底部铺有细沙的锥形瓶口，放入一粒火柴大的白磷。在锥形瓶口的橡皮塞上安装一根玻璃管，在其上端系牢一个小气球，并使玻璃管下端能与白磷接触。将锥形瓶与玻璃管放在托盘天平上用砝码平衡。然后，取下锥形瓶。将橡皮塞上的玻璃管放到酒精灯火焰上灼烧至红热后，迅速用橡皮塞将锥形瓶塞紧，白磷引燃。待锥形瓶冷却后，重新放到托盘天平上，观察天平是否平衡。

磷 +氧气点燃 =五氧化二磷(P+O2点燃P2O5)

配平：4P+5O2=2(P2O5)（条件：点燃）

P4+5O2=P4O10(条件：点燃）

实验现象白磷燃烧发黄光，并且产生大量白烟，放出热量，并且，天平平衡。这与红磷燃烧相同。

四、质量守恒定律的运用

质量守恒定律的应用主要体现在以下几个方面：

 

1、利用元素守恒定律来推断反应物或生成物的组成元素

例2、某化合物完全燃烧，需要9．6g氧气，同时生成8．8g CO2和5．4g水，则此化合物中（ ）

 

A、只含碳、氢两种元素           B、只含碳、氧两种元素

C、含碳、氢、氧三种元素         D、一定含碳、氢元素，可能含氧元素

 

解析：根据质量守恒定律可知：参加反应的化合物的质量为：8．8g+5．4g-9．6g=4．6g。

 

根据生成CO2和H2O的质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，说明化合物中除了含有碳元素和氢元素外，还含有氧元素，故选C。

2、解释反应前后物质质量的“增重”、“减轻”和“不变”现象，利用质量守恒定律来推断。

 

例：铁丝燃烧后，生成物的质量比铁丝的质量大；高锰酸钾受热分解后，剩余固体的质量比反应物的质量减小。

以上两个反应都遵循质量守恒定律，铁丝燃烧时，参加反应的反应物是铁和空气中的氧气，根据质量守恒定律，生成物的质量等于参加反应的铁和空气中的氧气质量总和，所以生成物的质量比铁丝的质量大。而高锰酸钾分解后，生成锰酸钾（固体）、二氧化锰（固体）和氧气。根据质量守恒定律，反应物高锰酸钾的质量应等于生成物锰酸钾、二氧化锰和氧气的质量之和，由于氧气逸出，所以剩余固体的质量比反应物的质量减小。

3、利用原子守恒定律推断某反应物和生成物的化学式、质量比等

例：人体血液中酒精含量超过20mg／l00mL为酒驾，酒精含量超过80mg／l00mL为醉驾。交警常用一种“酒精检测仪”检测司机是否酒后驾车。其反应原理为C2H6O+4CrO3+6H2SO4＝2X+2CO2↑＋+9H2O，则X的化学式

A、Cr2O3    B、CrSO4    C、Cr2(SO4)3    D、Cr2S3

 

解析：根据化学反应前后原子的种类和数目没有改变，因此2X包括4个铬原子、6个硫原子和24个氧原子，又因为X的化学计量数为2，因此推出X的化学式为Cr2(SO4)3故答案选C。

五、质量守恒定律的适用范围

①质量守恒定律适用的范围是所有化学变化，包括大部分的物理变化；

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。物体体积不一定守恒；

③质量守恒定律中“参加反应的”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质量，反应物中可能有一部分没有参与反应；

④质量守恒定律的推论：化学反应中，反应前各物质的总质量等于反应后各物质的总质量

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