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第五单元　化学方程式
学业要求:根据《义务教育化学课程标准(2022年版)》描述编写
能选取实验证据说明质量守恒定律,并阐释其微观本质;
能基于质量守恒定律和比例关系推断化学反应的相关信息;
能根据化学方程式进行简单的计算,并解决生产、生活中的简单问题;
能利用化学反应及绿色环保理念设计实验方案,完成常见物质的制备、检验等任务。
质量守恒定律(5年5考)
1.含义:　 　的各物质的　 　,等于反应后　 　的各物质的　 　。
说明:①质量守恒定律只适用于　 　,不适用于
　 　;②没有　 　的物质质量不是
　 　的质量,　 　计入“总和”中;③要考虑空气中的物质是否参加反应或物质(如气体)有无遗漏。
不能
物理变化
化学变化
质量总和
生成
质量总和
参加化学反应
反应生成的物质
参加反应
2.微观解释:在化学反应前后,原子的　 　、　 　、
　 　均保持不变(原子的“三不变”)。
3.化学反应前后的变与不变
质量
数目
种类
宏观 微观
一定不变 (1)　 　 的总质量不变 (2)元素　 　、　 　不变 原子的　 　、　 　、　 　都不变
一定改变 　 　一定改变 　 　一定改变
可能改变 　 　可能改变 　 　可能改变
反应物、生成物
种类
质量
物质的种类
元素的化合价
种类
数目
质量
分子种类
分子总数
4.质量守恒定律的应用:
(1)推断化学反应类型。
(2)推断化学反应中某物质的化学式。
(3)推断化学方程式的正误。
(4)推断化学反应中某物质的质量。
(5)解释一些化学变化中质量变化的原因。
5.质量守恒定律的实验探究装置的选择要求:
验证质量守恒定律时,凡是有　 　的化学反应,必须在　 　进行,否则,反应后剩余物质量会　 　,但化学反应仍然遵守　 　。(无气态物质参与反应时,反应可在敞口容器中进行)
质量守恒定律
密闭容器中
气体参加或生成
增大或减小
化学方程式(5年5考)
1.定义:用　 　表示化学反应的式子,能直接反映质量守恒定律。
2.化学方程式表示的意义:
化学式
质 观察角度 表示反应的　 　、　 　和　 　,如碳和氧气在点燃条件下完全反应生成二氧化碳
量 宏观 表示反应物、生成物之间的　 　,如每　 份质量的碳和　 　份质量的氧气完全反应生成　 　份质量的二氧化碳
微观 表示参加反应的各粒子的个数比,如1个碳原子和1个氧分子完全反应,生成1个二氧化碳分子
条件
反应物
生成物
质量比
12　
32
44
3.化学方程式的读法:
以2H2+O2 2H2O为例。
①从反应物、生成物和反应条件的角度:氢气与氧气在点燃条件下反应生成水。
②从各物质的质量比的角度:每　 　的氢气与
　 　 的氧气在点燃的条件下反应生成
　 　的水。
36份质量
32份质量
4份质量
③从各物质的微粒个数比的角度:每　 　 与
　 　在点燃条件下反应生成　 　。
2个水分子
1个氧分子
2个氢分子
4.书写原则:
(1)以　 　 为基础。
(2)遵守　 　(标准:两边原子的种类和数目相等)。
质量守恒定律
客观事实
5.书写的步骤:
(1)写:写出　 　的化学式。
(2)配:　 　化学方程式。
(3)注:注明反应条件和　 　的状态,如沉淀用
　 　表示,气体用　 　表示。
(4)等:将横线改为等号。
(5)查:检查化学方程式是否正确。
↑
生成物
配平
反应物、生成物
↓
化学方程式的配平方法:
a.最小公倍数法
最小公倍数法配平化学方程式的步骤:
(1)确定配平的起点元素:横线两边出现次数最少,且原子个数的最小公倍数最大的元素作为起点元素。
(2)确定起点元素原子个数的最小公倍数。
(3)确定含有起点元素的化学式的系数:用最小公倍数除以化学式中起点元素原子的个数的商作为该化学式前面的系数。
　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
(4)确定其他化学式前面的系数的顺序:依次确定含有除起点元素以外,横线两边出现次数由少到多的元素的化学式前面的系数。
(5)最后将各系数调整为最简整数比。
b.归一法(待定系数法)
归一法,也叫待定系数法。配平依据是化学反应前后各种元素的原子数目相等,其原理就是质量守恒定律。具体配平步骤是先令化学式最烦琐的化学计量数为1,其他物质化学式的化学计量数依次为x、y、z等,然后再根据各种元素的原子个数在反应前后相等,解出x、y、z等值,若x、y、z等的值有为分数的,要去分母化为整数,最后把所解之值代入化学方程式即可配平。
c.观察法
通过对某物质的化学式分析来判断配平时化学计量数的方法。
例如:配平Fe2O3+CO Fe+CO2。在反应中,每一个CO结合一个氧原子生成一个CO2分子,而Fe2O3则一次性提供三个氧原子,因而必须由三个CO分子来接受这三个氧原子,生成三个CO2分子,即Fe2O3+3C OFe+3CO2,最后配平化学方程式:Fe2O3+3CO2 2Fe+3CO2,这种配平方法是通过观察分析Fe2O3化学式中的氧原子个数来决定CO的化学计量数的,故称为观察法。
d.奇数变偶数法
选择反应前后化学式中原子个数为一奇一偶的元素作配平起点,将奇数变成偶数,然后再配平其他元素原子的方法称为奇数变偶数法。
例如:甲烷(CH4)燃烧的化学方程式的配平,就可以采用奇数变偶数法:CH4+O2 H2O+CO2,反应前O2中氧原子为偶数,而反应后H2O中氧原子个数为奇数,先将H2O前配以2使氧原子个数由奇数变为偶数:CH4+O2 2H2O+CO2,再配平其他元素的原子:
CH4+2O2 2H2O+CO2。
需要注意的是,不论用何种方法配平化学方程式,只能改动化学式前面的化学计量数,决不能改动化学式中元素符号右下角的数字。因为改动元素符号右下角的数字即意味着改动了反应物与生成物的构成,就可能出现根本不存在的物质或改变了原有化学变化的反应物或生成物,出现根本不存在的化学变化。
微观反应示意图(5年5考)
化学变化在生产和生活中普遍存在,如铁的生锈、节日的焰火、酸碱中和等。宏观上可以看到各种化学变化都产生了新物质,这是化学变化的特征。从微观上理解化学变化的实质:化学反应前后　 　都没有变化,仅仅是
　 　发生了改变。例如对于分子构成的物质来说,就是原子重新　 　。
组合成了新物质的分子
原子与原子之间的结合方式
原子的种类、数目、质量
利用化学方程式的计算(5年5考)
1.依据:利用化学方程式能反映物质间的质量比,且质量比呈正比例关系。
2.步骤:①设,设未知量为x;②写,根据题意正确书写出化学方程式;③找,根据化学方程式找出已知量与未知量的质量比;④列,列出比例式,并求出未知数;⑤答,写出答案。
①由于化学方程式只能反映物质间的质量比,因此代入化学方程式中的各个量必须是质量。
②由于化学方程式中各物质是纯净物,因此代入化学方程式中的量必须是纯净物的质量。
③单位必须统一。
重难点一、质量守恒及微观示意图
工业上使用一种国产催化剂在低温条件下生产氢气的反应过程如下图所示:
下列说法正确的是 ( )
A.该反应过程中出现了四种氧化物
B.该反应中只有C、H两种元素的化合价发生了改变
C.该反应中H2O、CO2的个数比为2∶1
D.该反应为置换反应
B
由微观反应示意图可知,该反应是由水和一氧化碳在低温、催化剂的条件下反应生成二氧化碳和氢气,化学方程式为CO+H2O H2+CO2。A.由氧化物的定义可知反应过程中的一氧化碳、水和二氧化碳属于氧化物,只有三种氧化物;B.该反应中C的化合价由+2变成+4,H的化合价由+1变成0,O的化合价没有变化;C.由化学方程式可知,参加反应的水分子与二氧化碳分子的个数比为1∶1;D.该反应为两种化合物生成一种单质和一种化合物,不属于置换反应。
科学思维是化学学科的核心素养之一。我国科学家合成了一种特殊的催化剂,使甲烷高效转化为乙烯,下图是其微观反应示意图。
(1)写出该反应的化学方程式:　 　。
2CH4 C2H4+2H2
(2)生成物中单质和化合物的质量比为　 　(填最简整数比)。
(3)从微观角度解释,该反应遵循质量守恒定律的原因是
　 　。
反应前后原子的种类、个数、质量都不变
1∶7
【解析】 (1)由微观反应示意图可知,该反应是由甲烷在催化剂的作用下分解为乙烯(C2H4)和氢气,反应的化学方程式为2CH4 C2H4+2H2。
(2)由反应的化学方程式可知,生成物中单质和化合物的质量比为(2×2)∶(12×2+1×4)=1∶7。
(3)从微观角度解释,该反应前后原子的种类、个数、质量都不变,所以该反应遵循质量守恒定律。
微观示意图试题的解题技巧
①抵消化学反应前后相同的物质(即由相同的小球组成,且结构也相同的物质)。
②若小球代表的原子已知,则可以根据微观反应示意图写出相应反应的化学方程式;若小球代表的原子未知,可对不同原子进行命名,如用“A、B、C”等字母代表不同原子,然后写出反应前后的化学式并配平化学方程式。
③根据化学方程式逐项判断正误。
重难点二、质量守恒定律的验证
请仔细观察下图,下图是测定化学反应前后质量变化的情况的实验,用以验证质量守恒定律。试回答:
A　 B　 C
(1)实验A中锥形瓶底部预先铺一层薄薄的细沙的目的是
　 　。
(2)实验A中观察到锥形瓶内红磷燃烧,产生大量的
　 　,气球发生的变化是　 　,装置放回天平后天平　 　(选填“平衡”、“向左偏”或“向右偏”),可用于验证质量守恒定律。

平衡
白烟
防止红磷燃烧时放热炸裂瓶底
先膨胀后缩小
(4)实验B中,最终天平不平衡的原因是碳酸钠和盐酸反应生成的　 　 气体逸散到空气中,最终没有称量到所有生成物的总质量。
(5)该同学实验后反思:在探究化学反应前后物质的总质量是否发生改变时,对于有气体参加或有气体生成的反应一定要在　 　装置中进行。
密闭
CO2(或二氧化碳)
(1)实验A中锥形瓶底部预先铺一层薄薄的细沙的目的是防止红磷燃烧时放热炸裂瓶底。
(2)实验A中观察到锥形瓶内红磷燃烧,产生大量的白烟;红磷燃烧放热,锥形瓶内气体膨胀,气球变大,燃烧消耗氧气,冷却至室温,瓶内压强减小,气球变小,故气球发生的变化为先膨胀后缩小;装置放回天平后天平平衡,可用于验证质量守恒定律。
(3)A装置属于密闭装置,反应前后容器中物质总质量均不变,B装置中碳酸钠与稀盐酸反应生成了二氧化碳气体,气体逸出,质量减小,天平不平衡,反应前后容器中物质总质量不相等,C装置中铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜,反应前后容器中物质总质量不变;化学变化均遵循质量守恒定律。
(4)实验B中,最终天平不平衡的原因是碳酸钠和盐酸反应生成的二氧化碳气体逸散到空气中,最终没有称量到所有生成物的总质量。
(5)在探究化学反应前后物质的总质量是否发生改变时,对于有气体参加或有气体生成的反应一定要在密闭装置中进行。
定律是对自然现象或关系的描述,通常可用数学方式加以表达。在学习“质量守恒定律”时,小丽查阅到以下材料:
(1)波义耳实验中,金属灰增加的质量是
　 　。
参加反应的氧气质量
(2)质量守恒定律的发现过程,带给我们的启示有
　 　(填字母)。
A.要善于总结前人的成果和经验
B.实验的成功与否,取决于药品的选择
C.定量方法是科学研究的重要方法
受上述研究启发,小丽对相关实验进行了深入探究。
AC
(3)在白磷燃烧前后质量测定实验中(如图),气球的作用有
　 　。
缓冲气压,防止瓶塞因压强过大而冲出(合理即可)
(4)小丽认为,蜡烛燃烧后剩下的固体质量比燃烧前少了,因此该现象不符合质量守恒定律。请你设计一个能说服小丽的简明实验思路:
。
　在密闭装置中完成蜡烛燃烧,并测量蜡烛燃烧前后整个装置的质量,比较两者的质量大小。　
质量守恒定律的理解
①质量守恒定律适用于一切化学变化,不适用于物理变化。
②计算反应物的总质量时,若反应物有剩余,剩余的物质没有参加反应,就不能计算在内,有气体参加或生成的反应,气体也要计算在内。
③在探究化学反应前后物质的总质量是否发生改变时,对于有气体参加或有气体生成的反应,一定要在密闭装置中进行。

重难点三、运用质量守恒定律计算及判断
密闭容器中有甲、乙、丙、丁四种物质,在一定条件下发生化学反应,测得反应前后有关数据如下表所示,下列说法正确的是 ( )
A.m=20
B.乙一定是化合物
C.丙一定是该反应的催化剂
D.容器中甲和丁的质量之和一定等于乙的质量
B
物质 甲 乙 丙 丁
反应前质量/g 30 40 30 25
反应后质量/g m 70 30 15
由表格可知:丁在反应前后质量减少了10 g,乙在反应前后质量增加了30 g,丙在反应前后质量不变,根据质量守恒定律可知:甲为反应物,参加反应的质量为30 g-10 g=20 g,故m=10。
由分析可知,m=10,故A错误;由分析可知,甲和丁为反应物,乙为生成物,该反应为化合反应,说明乙一定为化合物,故B正确;由分析可知,丙在反应前后质量不变,说明丙可能是催化剂,也可能是杂质,故C错误;根据质量守恒定律及分析可知,参加反应的甲和丁的质量之和等于生成的乙的质量,故D错误。
在一个密闭容器中,有甲、乙、丙、丁、戊五种物质, 在一定条件下发生反应,测得反应前后各物质的质量变化量如图所示(图中正数表示物质质量的增加量,负数表示物质质量的减少量,0表示物质质量不变),下列说法正确的是 ( )
B
A.戊一定是该反应的催化剂
B.参加反应的乙、丙的质量比一定为48∶23
C.该反应前后分子的数目一定不变
D.该反应中甲、丁的相对分子质量之比一定为44 ∶27
【解析】 由表中数据分析可知,反应前后的甲质量增加了44 g,故是生成物,生成的质量为44 g;同理可以确定乙是反应物,故参加反应的乙的质量为48 g;丙是反应物,参加反应的质量为23 g,丁是生成物,生成的质量为27 g。戊的质量不变,可能作该反应的催化剂,也可能没有参加反应。综上,该反应的反应物是乙和丙,生成物是甲和丁。A.戊的质量不变,可能作该反应的催化剂,也可能没有参加反应,选项错误;B.参加反应的乙、丙的质量比为48 g∶23 g=48∶23,选项正确;C.由于无法确定化学计量数之比,无法确定该反应前后分子的数目,选项错误;D.由于无法确定化学计量数之比,故无法确定该反应中甲、丁的相对分子质量比,选项错误。

有关质量守恒定律的计算思路
解此类题目时,先根据质量守恒定律将待测值求出,再根据反应前后各物质的质量变化情况判断出反应物和生成物,写出反应表达式,最后根据题目进行解答。
需要特别注意的是①反应前后质量未发生改变的物质可能是该反应的催化剂,但不是一定为催化剂,也有可能是未参与反应的物质;②列入式中计算的量是该反应的实际改变量。

重难点四、根据化学方程式进行计算
小明同学欲测定一瓶标签破损的稀硫酸中溶质的质量分数,现取10 g稀硫酸样品,将5%的NaOH溶液逐滴加入样品中,边加边搅拌,随着NaOH溶液加入,溶液的pH变化如下图所示。请分析并计算:
(1)配制50 g溶质质量分数为5%的NaOH溶液,主要步骤为计算、称量、量取和　 　。
(2)在a点时,溶液中溶质有　 　(填字母)。
A.Na2SO4　　　　　　B.NaOH
C.Na2SO4和H2SO4 D.Na2SO4和NaOH
(3)恰好完全反应时,消耗NaOH溶液的质量为　 　g。
16
C
溶解
(4)求此稀硫酸中溶质的质量分数(根据化学方程式进行计算并写出规范的步骤)。
解:设10 g该稀硫酸中溶质的质量为x。
H2SO4+2NaOH Na2SO4+2H2O
98　 80
x　　 16 g×5%
=
x=0.98 g
此稀硫酸中溶质的质量分数=×100%=9.8%
答:此稀硫酸中溶质的质量分数为9.8%。
(1)用固体配制一定溶质质量分数的溶液,主要实验步骤为计算、称量、量取和溶解。
(2)a点时,pH<7,此时稀硫酸还未完全反应,氢氧化钠和稀硫酸反应生成了硫酸钠和水,故a点时,溶液中的溶质为硫酸钠和硫酸。
(3)由图可知,恰好完全反应时,消耗氢氧化钠溶液的质量为16 g。
(4)根据恰好完全反应时消耗的氢氧化钠的质量可求出参加反应的硫酸的质量,进而求出此稀硫酸的溶质质量分数。
“侯氏制碱法”制得的纯碱(Na2CO3)中常含有少量氯化钠。某化学兴趣小组的同学用沉淀分析法测定某纯碱样品中Na2CO3的质量分数(如图所示)。
(1)确定CaCl2溶液是否过量的方法是　 　(填字母)。
A.静置混合物,向上层清液中再滴加CaCl2溶液,如果无沉淀,则过量
B.向溶液M中滴加Na2CO3溶液,如果有沉淀,则过量
B
(2)若沉淀A没有洗涤烘干,导致Na2CO3的质量分数
　 　(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)。判断沉淀A洗净的方法:取最后一次洗涤所得滤液,滴加AgNO3溶液,
若　 　(选填“有”或“无”)白色沉淀,则洗涤干净。
无
偏大
(3)已知样品m=6,沉淀n=5,计算该纯碱样品中Na2CO3的质量分数。(计算结果精确到0.1%)
解:设该纯碱样品中碳酸钠的质量为x。
Na2CO3+CaCl2 CaCO3↓+2NaCl
　106　　 　　100
　 x　　　 　　5 g
=
x=5.3 g
该纯碱样品中Na2CO3的质量分数=×100%≈88.3%
答:该纯碱样品中Na2CO3的质量分数为88.3%。
有关化学方程式的计算
1.计算依据:质量守恒定律;
2.计算步骤(以计算2 g氢气在氧气中充分燃烧生成水的质量为例):
设 根据题意设未知数 解:设可生成水的质量为x
写 正确书写化学方程式 2H2+O2 2H2O
找 找出已知量和 未知量的质量关系 4　　　　　　36
2 g　　　　 　x
列 列出比例式 =
求 根据比例式,求出未知数 x=18 g
答 检查结果,写出答案 答:生成水的质量为18 g

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