第三章 物質構成的奧秘 第二節 定量認識化學變化

第二節 定量認識化學變化

教學目標 ：

知識與技能：

1．理解并能運用質量守恒定律；

2．能正確書寫簡單的化學反應方程式，并據此進行簡單的計算。

過程與方法：

1．進一步理解科學探究的過程；

2．認識書寫化學方程式的依據，理解內容和形式的辨證關系。

情感態度價值觀：

認識定量研究對化學科學發展的意義。

教學內容：

1．無數實驗證明，參加化學反應的各物質的質量總和等于反應后生成的各物質的質量總和。這個規律叫做質量守恒定律（law of conservation of mass）。

2．在化學變化中，組成物質的元素種類不變、原子數目不變、各原子質量不變。因此，參加化學反應的各物質的質量總和等于反應后生成的各物質的質量總和。

3．用化學方程式可以表示化學變化。書寫化學方程式遵循的原則是：（1）以客觀事實為依據；（2）符合質量守恒定律。

4．依據化學方程式進行化學反應簡單計算的方法。

教學重點和難點：

教學重點：

1．質量守恒定律的理解、應用和成立原因；

2．化學反應方程式的書寫及配平

3．有關化學方程式的計算

教學難點 ：

1．化學方程式的配平

2．化學方程式的計算

探究活動：

質量守恒定律的發現及成立原因

教學過程 ：

一、質量守恒定律

1．探究學習：質量守恒原理的證明

發現問題：酒精燈內的液體燃燒后會逐漸減少，生銹的鐵釘質量比原先質量增加，鐵與硫酸銅溶液反應后總質量卻沒有變；那么化學反應前后物質的總質量會發生什么變化？增加，減少還是不變？

提出假設：化學變化前后質量的總質量不變。

設計實驗：

（1）參照課本P96頁圖4-13 氫氧化鈉溶液和硫酸銅溶液反應

現象：在藍色的硫酸銅溶液中，滴入無色氫氧化鈉溶液后，錐形瓶中產生藍色沉淀，天平保持平衡。

文字表達式：硫酸銅(CuSO4) + 氫氧化鈉(NaOH) → 硫酸鈉(Na2SO4) + 氫氧化銅[Cu(OH)2]

結論：參加反應的硫酸銅和氫氧化鈉質量總和等于生成物硫酸鈉和氫氧化銅質量之和。

  （2）參照課本P96頁圖4-14 碳酸鈣和稀鹽酸反應

現象：膠皮滴管中的稀鹽酸滴入到小試管中的碳酸鈣上，產生大量氣泡，錐形瓶中的氫氧化鈣溶液逐漸變渾濁，天平仍然保持平衡狀態。

文字表達式：碳酸鈣(CaCO3) + 鹽酸(HCl) → 氯化鈣(CaCl2) + 二氧化碳(H2O) + 水(H2O)

            二氧化碳(H2O) + 氫氧化鈣[Ca(OH)2] → 碳酸鈣(CaCO3) + 水(H2O)

結論：化學反應前后質量總量沒有發生改變。

形成結論：參加化學反應的各物質的質量總和等于反應后生成的各物質的質量總和，即質量守恒定律（law of conservation of mass）

2．質量守恒定律成立的原因

（1）根據化學反應的本質，原子的重組，即參加反應的各原子的種類、數目不變，質量也基本不變

（2）在宏觀上，元素的種類和質量也不變

3．質量守恒定律的適用范圍

（1）必須在化學反應中，如：100g酒精和100g水混合形成200g酒精溶液，并不能用質量守恒定律解釋

（2）在利用質量守恒定律時，一定要注意是參加反應的總質量和生成物的總質量才相等

如：酒精燃燒后，質量逐漸減少，用質量守恒定律來解釋的話，參加反應的酒精和氧氣的質量總和應該與生成的二氧化碳及水的總質量相等，而二氧化碳和水散失在空氣中，無法稱得質量，所以質量減少。

而鐵釘生銹后質量會增加，則是因為參加反應的鐵和氧氣的質量總和等于生成的鐵銹的質量，當然鐵銹的質量就會大于原先金屬鐵的質量

例題：4.6g某物質R在空氣燃燒后，能夠生成8.8gCO2和5.4gH2O，請你分析該物質的元素組成

分析：我們可以用化學式表示該反應：R+O2→CO2+H2O，生成物中含有碳、氫、氧三種元素，所以根據質量守恒原理，反應物中的碳、氫、氧元素質量應該和生成物中的質量分別相等。首先能夠判斷在反應物R中，一定含有碳、氫元素，可能含有氧元素。我們就要根據質量來算了：

m(C)=m(CO2)×ω(C)＝8.8g× =2.4g；m(H)＝m(H2O)×ω(H)=5.4g× ＝0.6g

故，氫元素與碳元素質量總和只有3g，而R中有4.6g，所以在該物質中氧元素就要占1.6g。

綜合上述，該物質中含有碳、氫、氧三種元素。

二、化學方程式的書寫

1．化學方程式的原則

（1）嚴格遵循質量守恒定律，即需要化學方程式配平

（2）嚴格尊重實驗事實，不可主觀臆造

2．化學方程式的意義

以P為例： 4P     +    5O2       點燃===     2P2O5

          4×31       5×32        2×142

（1）磷和氧氣在點燃的情況下，完全燃燒，生成了五氧化二磷

（2）每4個磷原子在點燃條件下能與5個氧分子完全反應，生成2個五氧化二磷分子

（3）每124份質量的磷在點燃的情況下，能與160份質量氧氣完全反應，生成284份質量五氧化二磷

3．化學方程式的配平

書寫化學方程式必須遵守質量守恒定律。因此，在化學方程式兩邊的化學式前面要配適當的化學計量數，使化學方程式左、右兩邊每一種元素的原子總數相等。化學方程式配平后，短線改成等號。

配平化學方程式的方法有多種，這里介紹幾種簡單的方法

（1）最小公倍數法

例如配平化學方程式：NH3+Cl2—N2+NH4Cl

觀察上式：左邊有3H，右邊有4H，氫原子的最小公倍數是12。因此，在NH3前配上化學計量數4，在NH4Cl前配上化學計量數3，即：4NH3+Cl2—N2+3NH4Cl

上式中：右邊有3Cl，所以在左邊的Cl2前配“3/2”（使Cl原子個數相等）；左邊有4N，右邊的3NH4Cl中有3N，所以在N2前應配“1/2”（使N原子數相等），即：4NH3+ Cl2— N2+3NH4Cl

上式兩邊分別乘以2，使各項化學計量數變成最小整數比，即：8NH3+3Cl2==N2+6NH4Cl

（2）觀察法

先找出化學方程式中原子數目多的化學式，令該化學式的化學計量數為1

例如：配平化學方程式NH3+O2—NO+H2O

NH3的原子數目比較多，令其化學計量數為1；依據“等號”兩邊各種原子的數目相等確定其他各項的化學計量數。上式中有1N和3H，所以右邊的NO前面應配“1”（使N原子個數相等），H2O前面應配“ ”（使H原子的個數相等），此時，右邊有5O，所以左邊的O2前面應配“ ”（使氧原子個數相等），即：

NH3+ O2—NO+ H2O，將其化學方程式前的化學計量數轉化為最小整數比：4NH3+5O2==4NO+6H2O

注：注明反應條件和生成物的狀態

（1）許多化學反應需要一定的條件才能發生，因此，需要在化學方程式中注明反應發生的基本條件。如把點燃、加熱（常用“△”號表示）、催化劑、通電等，寫在“等號”的上方或下方

（2）如果化學反應中有氣體生成，在該氣體物質的化學式右邊要注“↑”；如果生成物中有不溶于水的固體時，則在該固體物質的化學式右邊要注“↓”號。

（3）如果反應物和生成物中都有氣體時，氣體生成物中就不需注“↑”；同樣，如果反應物和生成物都有不溶于水的固體時，固體生成物也不需注“↓”。

書寫化學方程式常見的錯誤

（1）       寫錯物質的化學式；

（2）       隨意臆造生成物或事實上不存在的化學反應；

（3）       化學方程式沒有配平；

（4）       漏標或錯標氣體生成物或沉淀生成物的記號；

（5）       錯寫或漏寫反應必需的條件。

練習：

1．C2H6 + O2 — CO2 + H2O     2．Al + MnO2  — Al2O3 + Mn

3．C2H2 + O2 — CO2 + H2O     4．Fe + H2O — Fe3O4 + H2

5．Fe2O3 + CO — Fe + CO2     6．Mg + N2 — Mg3N2

7．NO2 + H2O — HNO3 + NO   8．KNO3 + S + C — K2S + N2 + CO2

9．FeS+ O2 — Fe2O3 + SO2     10．Fe2O3 + HCl — FeCl3 + H2O

三．根據化學方程式的計算

1．根據化學方程式計算的步驟

（1）設：根據題意設未知數；

（2）寫：書寫正確的化學方程式；

（3）找：找出已知量和未知量的質量關系；

（4）列：列出比例式并求解；

（5）答：檢查結果，簡明作答。

2．根據化學方程式計算應該注意的事項

（1）正確書寫化學方程式，準確列出有關反應物或生成物的質量比；

（2）列式時，各物質的質量單位必須統一，對應關系要正確；

（3）反應物、生成物都必須是純凈物，如果是混合物，應該不純物的質量按題意轉化為純凈物的質量；

（4）解題的過程要完整，規范

（5）設未知數是要指明物理量，不要帶單位。

例題：某實驗室中需要1.6g氧氣進行實驗。若用電解水的方法制取這些氧氣，需要消耗水多少克？同時可生成氫氣多少克？

解：設消耗水的質量為x，得到氫氣的質量為y

2H2O通電===2H2↑+O2↑

36     4    32

x      y    1.6g

 ，x=1.8g； ，y=0.2g

答：電解消耗1.8g水，同時生成0.2g氫氣。

常見題型

1．利用質量守恒定律的相關信息，如何求反應物的質量及相互質量比？

例1 已知在反應3A+2B=2C+D中，反應物A、B的質量比為3：4。當反應生成C和D的質量共140g時，B消耗的質量為_________g。

分析：此題能根據質量守恒定律，由于生成物C和D的質量共140g，所以A和B的質量之和也應為140g。由于反應物A、B的質量比為3：4，則可將物質總質量視為7份（3+4=7），A占其中3份，B占其中4份。所以消耗B的質量為140÷7×4＝80g。

例2 在化學反應3X+4Y=2Z中，已知X和Z的相對分子質量分別是32和102，則Y的相對分子質量為_____。

分析：此題是根據質量守恒定律確定Y的相對分子質量。解題時，首先要確定4Y的值，即3×32＋4Y＝2×102  4Y＝2×102－3×32＝108  Y＝27

2．已知反應物（或生成物）的質量（或密度、體積），如何求另一反應物（或生成物）的質量（或體積）？

例3 中國登山協會為紀念我們首次攀登珠穆朗瑪峰成功50周年，再次組織攀登珠峰活動。阿旺扎西等一行登山運動員于2003年5月21日13：40成功登頂。假如每位運動員沖頂時消耗自帶的液氧4.8g。求：

（1）這些氧氣在標準狀況下的體積是多少升？（標準狀況下氧氣密度為1.43g/L）

（2）若在實驗室用高錳酸鉀為原料制取相同質量的氧氣，需要多少千克的高錳酸鉀？

（3）用這種方法給登山運動員供氧，是否可行？簡述理由。

答：（1）4.8kg氧氣在標準狀況下的體積為

（2）設需要高錳酸鉀的質量的質量為x

     2KMnO4 △=== K2MnO4 + MnO2 + O2↑

       316                      32

        x                      4.8kg

        

（3）不行。此法成本太高，經濟上不合算；或在實驗室制如此多氧氣，耗時太長。

分析：此題難度不高，主要考查學生有關化學方程式計算的兩個重要的注意點：1．氣體體積和氣體質量的換算（即氣體體積=氣體質量÷氣體密度）；2．化學方程式中單位的換算，如題目中出現“kg”與“g”之間的換算。此題中不僅僅是一道有知識背景的簡單計算，還考查了學生仔物質制備時是否考慮原料成本和反應時間的因素。

3．已知混合物中的一反應物（或生成物）的質量，如何求混合物中另一反應物（或生成物）的質量？

例4 煅燒含碳酸鈣80%的石灰石100t，生成二氧化碳多少噸？若石灰石中的雜質全部進入生石灰中，可以得到這樣的生石灰多少噸？

解：設生成二氧化碳的質量為x

CaCO3 高溫=== CaO + CO2↑

100