質(zhì)量守恒定律的七種應(yīng)用

張海青

質(zhì)量守恒定律是建構(gòu)化學(xué)反應(yīng)方程式的理論基礎(chǔ)，也是初中化學(xué)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。為了培養(yǎng)九年級(jí)學(xué)生靈活運(yùn)用質(zhì)量守恒定律解決問題的綜合能力，筆者系統(tǒng)梳理了運(yùn)用質(zhì)量守恒定律解決問題的七種常見情況。

一、解釋現(xiàn)象

用質(zhì)量守恒定律解釋化學(xué)反應(yīng)中的一些現(xiàn)象是該定律最常見的使用情形。

例如：某學(xué)生利用碳酸鈉和稀鹽酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置探究質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)前天平平衡，反應(yīng)后觀察到天平不平衡，由此得出這個(gè)化學(xué)反應(yīng)不遵守質(zhì)量守恒定律。這個(gè)結(jié)論是否正確？為什么？

根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)后的天平在理論上應(yīng)該保持平衡。但具體到這個(gè)化學(xué)變化，因?yàn)榉磻?yīng)中有二氧化碳?xì)怏w生成，并逸散到空氣中，所以導(dǎo)致天平失去平衡?；诖?，在探究質(zhì)量守恒定律的運(yùn)用時(shí)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生明確：當(dāng)化學(xué)反應(yīng)中有氣體參加或者生成時(shí)，反應(yīng)必須在密閉容器中進(jìn)行，否則天平無法保持平衡。

二、推斷物質(zhì)元素組成

根據(jù)質(zhì)量守恒定律，從宏觀上分析，組成物質(zhì)的元素種類在化學(xué)反應(yīng)前后是不變的，據(jù)此我們可以推斷未知物質(zhì)的元素組成。

例如：植物進(jìn)行光合作用可簡(jiǎn)單表示為H2O+CO2=淀粉+O2，由此判斷：淀粉中一定含有____ 元素，可能含有____ 元素。

此題主要考查物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后元素種類的變化情況。根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，在化學(xué)變化中參加反應(yīng)的各物質(zhì)的元素種類是不變的。從上面的化學(xué)反應(yīng)簡(jiǎn)式可知，兩種反應(yīng)物中共含有碳、氫、氧三種元素，且已確定的生成物中有氧氣，由此可以推斷生成物淀粉中一定含有碳元素、氫元素，可能含有氧元素。

三、推導(dǎo)物質(zhì)化學(xué)式

化學(xué)式是描述物質(zhì)組成的化學(xué)符號(hào)，我們可以根據(jù)質(zhì)量守恒定律，推斷未知物質(zhì)的元素組成及化學(xué)式。

例如：生活中的自來水通常用氯氣（Cl2）進(jìn)行殺菌消毒處理，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是Cl2+H2O=x+HClO。則x的化學(xué)式為（?? ）。

A.H2??? B.ClH??? C.HCl??? D.ClO2

根據(jù)質(zhì)量守恒定律的微觀意義，我們可以引導(dǎo)學(xué)生通過辨析得出“物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后，其原子的種類及個(gè)數(shù)都不變”的結(jié)論。在化學(xué)方程式Cl2+H2O=x+HClO中，反應(yīng)物Cl2、H2O和生成物HClO中的各元素原子個(gè)數(shù)相等，由此可以推導(dǎo)出x的化學(xué)式為HCl。整個(gè)推導(dǎo)過程，可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，使學(xué)生享受學(xué)習(xí)的成就感。

四、確定物質(zhì)的質(zhì)量

質(zhì)量守恒定律是質(zhì)量層面的守恒，而不是體積的守恒。我們引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)質(zhì)量守恒定律推導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)中未知物質(zhì)的質(zhì)量時(shí)，不能簡(jiǎn)單地進(jìn)行數(shù)據(jù)上的加減，還應(yīng)考慮反應(yīng)物與生成物之間的質(zhì)量關(guān)系。

例如：在化學(xué)反應(yīng)A+2B=2C+D中，6gA和8gB恰好完全反應(yīng)，生成9gD。若反應(yīng)生成15gC，求參加反應(yīng)的物質(zhì)A的質(zhì)量。

根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，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。由題中化學(xué)反應(yīng)式A+2B=2C+D及物質(zhì)A、B、D的質(zhì)量，可以推算出物質(zhì)C的質(zhì)量為5g，從而得出A、B、C、D四種物質(zhì)之間的質(zhì)量比為6∶8∶5∶9。根據(jù)這個(gè)質(zhì)量比及題目中“反應(yīng)生成15gC”，可以計(jì)算出物質(zhì)A的質(zhì)量為18g。

五、推算化學(xué)計(jì)量數(shù)

化學(xué)計(jì)量數(shù)是化學(xué)反應(yīng)式中物質(zhì)前的系數(shù)，可以揭示化學(xué)反應(yīng)中各反應(yīng)物和生成物之間的關(guān)系，是化學(xué)方程式配平的基礎(chǔ)。根據(jù)質(zhì)量守恒定律可以確定化學(xué)反應(yīng)中具體物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)。

例如：在化學(xué)方程式aC2H6+bO2=mCO2+nH2O中，各化學(xué)計(jì)量數(shù)之間的關(guān)系正確的是（?? ）。

A.2m=a??? B.3n=2a??? C.m=2a??? D.a=n+m

物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的過程中，分子的種類肯定要發(fā)生改變，但分子的個(gè)數(shù)則可能改變也可能不改變，而原子的種類及個(gè)數(shù)是肯定不變的，這從一定程度上決定了物質(zhì)化學(xué)計(jì)量數(shù)之間的關(guān)系。依據(jù)化學(xué)方程式aC2H6+bO2=mCO2+nH2O中碳、氫、氧的原子個(gè)數(shù)不變，可以分別推導(dǎo)出三組等量關(guān)系：2a=m;6a=2n;2b=2m+n。從而確定此題選C。

六、判別化學(xué)反應(yīng)類型

運(yùn)用質(zhì)量守恒定律，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)過程中各物質(zhì)之間的質(zhì)量關(guān)系，可以推斷哪些物質(zhì)是反應(yīng)物、哪些物質(zhì)是生成物，、哪些物質(zhì)是催化劑，從而根據(jù)反應(yīng)物與生成物種類的多少，確定化學(xué)反應(yīng)的基本類型。

例如：把A、B、C、D四種純凈物放在一個(gè)密閉容器內(nèi)，在一定條件下充分反應(yīng)，測(cè)得反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量如下表：

回答下列問題：

①反應(yīng)后D的質(zhì)量為____g;

②物質(zhì)C可能是____;（填“反應(yīng)物”“生成物”或“催化劑”）

③密閉容器中發(fā)生的基本化學(xué)反應(yīng)類型是________ 。

這道題綜合考查了學(xué)生對(duì)基本化學(xué)反應(yīng)類型和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析能力。根據(jù)“在化學(xué)反應(yīng)中參加化學(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”的規(guī)律，可以推算出反應(yīng)后物質(zhì)D的質(zhì)量數(shù)為10.6。物質(zhì)C在反應(yīng)前質(zhì)量不變，則可能是催化劑，也可能沒參加該反應(yīng)。同時(shí)，根據(jù)反應(yīng)前后物質(zhì)的增加（有生成物）與減少（有反應(yīng)物轉(zhuǎn)化）可以判定該反應(yīng)為分解反應(yīng)。

七、辨析微觀反應(yīng)示意圖

教師可以根據(jù)質(zhì)量守恒定律的微觀粒子意義——化學(xué)反應(yīng)前后原子的種類、個(gè)數(shù)、質(zhì)量不變，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)辨析微觀反應(yīng)示意圖。

例如：汽車尾氣催化轉(zhuǎn)換器可減少有害氣體的排放，其中某一反應(yīng)過程的微觀變化如下圖所示。請(qǐng)回答下列問題：

①丙物質(zhì)中碳、氧兩種元素的質(zhì)量比為____;化學(xué)反應(yīng)前后種類沒有發(fā)生改變的微粒是____;（填“分子”或“原子”）

②該反應(yīng)涉及的四種物質(zhì)中有____ 種是氧化物;

③已知丁是一種單質(zhì)，則丁是____ （填化學(xué)式）;

④該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________? 。

要解決這道題，就需要在微觀示意圖和答案之間建立一個(gè)橋梁——質(zhì)量守恒定律。由題中三種粒子分別構(gòu)成物質(zhì)的情況，我們可以確定生成物丙、丁的化學(xué)式分別為CO2、N2，進(jìn)而確定丙物質(zhì)中碳、氧兩種元素的質(zhì)量比為3∶8。根據(jù)質(zhì)量守恒定律的微觀釋義，我們知道化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是“分子的破裂，原子的重新組合”，進(jìn)而確定化學(xué)反應(yīng)前后種類沒有發(fā)生改變的微粒是原子。由質(zhì)量守恒定律的定義可以確定該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CO+2NO[催化劑]2CO2+N2。在該反應(yīng)涉及的四種物質(zhì)中，根據(jù)物質(zhì)分類原則，可以確定其中有3種是氧化物。

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