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专题五　化学反应的定量关系
考点·梳理自清
考点一
质量守恒定律
1.含义
　　　　　　　　　的各物质的　　　　　　　　等于反应后生成的各物质的　　　　　　　　,这个规律称为质量守恒定律。
2.实质
参加化学反应的原子重新组合形成新物质的过程。即化学反应前后原子的　　　　、原子的　　　　　、原子的　　　　没有改变,因此,化学反应前后物质的总质量守恒。
参加化学反应
质量总和
质量总和
种类
数目
质量
3.化学反应前后各种量的关系
两个一定改变
两个可能改变
数目
总质量
元素
分子
4.质量守恒定律的应用
应用 依据
确定物质的化学式 化学反应前后原子种类、原子数目不变
推断反应中的化学计量数 化学反应前后原子的数目不变
推断物质的元素组成 化学反应前后元素种类不变
解释反应前后物质的质量变化及用质量差确定某一物质的质量 化学反应前后,反应物和生成物的总质量不变
5.使用质量守恒定律时的注意事项
(1)“化学反应”是前提。质量守恒定律的适用范围是　　　　变化,不适用于物理变化,任何化学变化都遵循质量守恒定律。
(2)“参加反应”是基础。含义中明确指出是“参加反应”的各物质的质量总和,不参加反应的物质质量不能计算在内。如蜡烛燃烧剩余的石蜡不算在内。
(3)“质量总和”是核心。无论是参加反应的物质,还是反应后生成的物质,计算时不能漏掉任何一项。如肉眼看不见的气体也应考虑在内。
(4)“质量守恒”是目的。定律只适用于　　　守恒,不包括体积、分子数等。
化学
质量
考点二
化学方程式
1.含义
用化学式来表示化学反应的式子称为化学方程式。
2.意义
意义 实例(2H2 + O2 2H2O)
2×2 32　　 2×18
转化 关系 表明　　　　　、 　　 　　和 　　　　　　　 反应物是氢气和氧气,生成物是水,反应条件是点燃
读法:氢气和氧气在点燃条件下反应生成水
定量 关系 通过相对分子质量(或相对原子质量)还可以表示反应物、生成物各物质之间的质量关系,即各物质之间的　　　 参加反应的氢气、氧气和生成水的质量比=(2×2)∶32∶(2×18)=1∶8∶9
读法:每　　　质量的氢气与　　　质量的氧气完全反应,生成36份质量的水
反应物
生成物
反应条件
质量比
4份
32份
3.书写原则
(1)必须以　　　　　　　　为基础。
(2)要遵守　　　　　　　　　　,等号两边的各原子的　　　　与
　　　　必须相等。
客观事实
质量守恒定律
种类
数目
4.书写步骤
化学式
配平
条件
状态
等号
5.配平化学方程式
(1)依据。
左右两边所有元素的原子个数相等,即质量守恒定律。
(2)方法。
①观察法:对于一些简单的化学方程式,可直接观察左右两边各物质的化学式,在相应物质的化学式前配上适当的化学计量数,使之相等即可。
②最小公倍数法:选择在反应式两边各出现过一次,且原子个数相差较多的元素作为突破口,求出反应物与生成物中该元素原子个数的最小公倍数,再推出各化学式前的化学计量数。
③原子团经常作为一个整体参与配平,不宜拆开算。
利用化学方程式的简单计算
考点三
1.计算依据
遵守　　　　　　　　　　;各物质间的质量比等于
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
2.计算步骤
以加热分解6.3 g高锰酸钾,求可以得到氧气的质量为例:
质量守恒定律
各物质的相对分子质量×化学计量数之比
(1)设:设未知数量 设:加热分解6.3 g高锰酸钾,可以得到氧气的质量为x
(2)写:写出反应的化学方程式 2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑
(3)找:写出相关物质的　　　　　　　　　　　　　　　　的乘积,以及已知量、未知量 ①相关量写在相应位置; ②注意单位 2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑
2×158　　　 　　　　　 1×32
6.3 g　　　　 　　　　　 x
(4)列:列比例式,求解
(5)答:简明地写出答案 答:加热分解6.3 g高锰酸钾,可以得到氧气的质量为0.6 g
3.计算题型
(1)纯净的反应物(或生成物)质量的计算。
(2)含杂质的反应物(或生成物)质量的计算。
①将含杂质的已知物质的质量换算为纯物质的质量,其关系式为纯度=×100%,纯物质的质量=含杂质物质的质量×纯度;
②将纯物质的质量代入化学方程式进行计算;
③将计算得到的纯物质的质量换算成含杂质物质的质量:含杂质物质的质量=。
(3)溶液中有关化学方程式的计算。
溶液属于混合物,即为不纯物质,可按照(2)中方法先进行解答,常用计算公式:溶液的质量=溶质质量+溶剂质量;溶液中溶质的质量分数=×100%。
(4)利用图像或表格中的数据进行有关化学方程式的计算。
此类题把部分所需条件隐含在表格或图像中,需读懂表格或图像并从中找出解题所需的条件,进而作出解答。
考法·互动研析
质量守恒定律的应用
考法1
例1　如图是某反应的微观过程示意图,下列说法正确的是(　　)
A.反应物与生成物均为单质
B.该反应中A、B、C的化学计量数之比为1∶2∶3
C.反应后,反应物A有剩余
D.反应前后,原子的种类和数量发生了改变
C
解析:由图示可知,该反应为1个A分子与3个B分子发生反应,生成2个C分子,有1个A分子没有参加反应,反应的化学方程式可表示为A+3B══2C。反应物是两种单质,生成物是化合物,A项错误;由分析可知,该反应中A、B、C的化学计量数之比为1∶3∶2,B项错误;反应后,反应物A有剩余,C项正确;反应前后,原子的种类和数量没有发生改变,D项错误。
方法总结　本题通过微观示意图考查从微观角度对化学反应的认识,学会通过微观示意图把宏观物质和微观粒子联系起来,从微观的角度分析物质的变化。同时要注意若反应前后有相同的分子,则说明该分子在反应后有剩余,则实际参加反应的分子个数应该是反应前的该分子的总个数减去反应后剩余的该分子的个数,如例1图中反应前有两个A分子,反应后有一个A分子,说明反应后A分子有剩余,则实际参加反应的A分子是一个,而不是两个。
对应训练
1.某反应前后分子变化的微观示意图如图所示(图中“●”和“○”分别代表不同元素的原子),下列说法不正确的是(　　)
A.该反应前后涉及三种物质
B.该反应属于分解反应
C.反应后分子数增多
D.反应后分子种类没有改变
D
化学方程式的书写
考法2
例2　下列化学方程式书写正确的是(　　)
A.CO+CuO══Cu+CO2
B.H2SO4+Ca(OH)2══CaSO4+H2O
C.2Fe+6HCl══2FeCl3+3H2↑
D.Cu(NO3)2+2NaOH══Cu(OH)2↓+2NaNO3
D
解析:CO在加热条件下将CuO还原为Cu,反应的化学方程式为CO+CuO Cu+CO2,故A项错误;B项的化学方程式没有配平,正确的化学方程式为H2SO4+Ca(OH)2══CaSO4+2H2O,故B项错误;单质铁与稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气,正确的化学方程式为Fe+2HCl══FeCl2+H2↑,故C项错误。
规律总结　书写化学方程式应遵循的原则:一是以客观事实为依据,具体书写时应注意正确书写反应物、生成物的化学式,使其符合反应事实;二是要遵循质量守恒定律,即要注意化学方程式的配平。此外,还要注意标明反应条件,如△(加热)、点燃、高温、催化剂等,以及标注状态符号:气体符号(“↑”)或沉淀符号(“↓”)等。
对应训练
2.写出下列反应的化学方程式。
(1)实验室用MnO2作催化剂分解过氧化氢溶液制氧气:
　 。
(2)氢氧化钠溶液和稀盐酸反应: 　。
(3)碳酸钠与稀盐酸反应: 　。
(4)铁丝在氧气中燃烧: 　。
(5)工业炼铁的原理是一氧化碳与氧化铁在高温下反应:
　 。
(6)氢氧化钠在空气中发生变质的反应:　 。
2H2O2 2H2O+O2↑
NaOH+HCl══NaCl+H2O
Na2CO3+2HCl══2NaCl+H2O+CO2↑
3Fe+2O2 Fe3O4
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
2NaOH+CO2══Na2CO3+H2O
根据化学方程式进行简单计算
考法3
例3　某化学兴趣小组为了测定某黄铜(铜锌合金)样品中锌的质量分数,取10 g该样品置于烧杯中,然后加入100 g溶质质量分数为9.8%的稀硫酸恰好完全反应。求:
(1)所用稀硫酸中溶质的质量为　　 g;
(2)黄铜样品中锌的质量分数。
9.8
(2)解:设锌的质量为x。
Zn　+　H2SO4══ZnSO4+H2↑
65 98
x 9.8 g
　解得:x=6.5 g
黄铜样品中锌的质量分数为×100%=65%。
答:黄铜样品中锌的质量分数为65%。
解析:(1)所用稀硫酸中溶质的质量为100 g×9.8%=9.8 g。
(2)写出Zn与稀硫酸反应的化学方程式,列出H2SO4与Zn的对应关系,根据H2SO4的质量求出反应的Zn的质量,进一步求出黄铜样品中锌的质量分数。
方法总结　解答此类题目时,反应的化学方程式要书写正确,解题的步骤要完整、规范,同时要注意化学计量数和相对分子质量的乘积要计算准确,比例式要列正确。
对应训练
3.一种新型“人造树叶”可吸收二氧化碳并转化为乙醇(C2H5OH)燃料,化学方程式为2CO2+3H2O C2H5OH+3O2。
研究显示,1 L“人造树叶”每天可从空气中吸收968 g CO2。
(1)1 L“人造树叶”工作一天可得到乙醇的质量是多少
答案:(1)解:设得到乙醇的质量为x。
2CO2+3H2O C2H5OH+3O2
88 46
968 g x
　x=506 g
答:得到乙醇的质量为506 g。
(2)若每天一棵树平均可吸收48.4 g CO2,则1 L“人造树叶”吸收的CO2相当于　　　棵树吸收的CO2。
20
实验　质量守恒定律的验证
一、验证质量守恒定律的几个实验方案
方案一　铜与氧气反应前后质量的测定
1.实验装置
图1
2.实验原理
2Cu+O2 2CuO
3.实验步骤
如图1所示,将铜粉平铺于锥形瓶的底部,把上端系有小气球的玻璃导管插入单孔橡胶塞,用橡胶塞塞紧锥形瓶口。将装置放在天平上称量,记录所称的质量m1。再将锥形瓶置于陶土网上,用酒精灯加热,观察实验现象。反应一段时间后停止加热,待装置冷却后再次称量,记录所称的质量m2。
4.实验现象
(1)红色的铜粉逐渐变成黑色;
(2)气球先鼓起后变瘪;
(3)反应前后质量相等,m1=m2。
5.实验结论
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。
6.实验分析与注意事项
(1)实验时气球先鼓起后变瘪的原因:①用酒精灯加热锥形瓶,使铜粉与氧气反应,加热时锥形瓶内温度升高﹐压强增大,导致气球膨胀;②铜粉与氧气反应时,消耗锥形瓶内的氧气,瓶内气体减少﹐冷却后瓶内压强减小,所以气球变瘪。
(2)气球的作用:①调节锥形瓶内的压强,起缓冲作用;②密封作用,防止实验时锥形瓶内外的物质发生交换。
方案二　铁与硫酸铜反应前后质量的测定
1.实验装置
图2
2.实验原理
Fe+CuSO4══Cu+FeSO4
3.实验步骤
如图2所示,在锥形瓶中加入用砂纸打磨干净的铁丝,再小心地放入盛有硫酸铜溶液的小试管,塞好橡胶塞。将装置放在天平上称量,记录所称的质量m1。取下锥形瓶并将其倾斜,使小试管中的硫酸铜溶液流入锥形瓶,观察实验现象。反应一段时间后再次称量,记录所称的质量m2。
4.实验现象
(1)铁丝表面覆盖一层红色物质,溶液由蓝色变为浅绿色;(2)反应前后质量相等,m1=m2。
5.实验结论
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。
方案三　盐酸与碳酸钠粉末反应前后质量的测定
1.实验装置
图3
2.实验原理
Na2CO3+2HCl══2NaCl+H2O+CO2↑
3.实验步骤
(1)把盛有盐酸的小试管小心地放入盛有碳酸钠粉末的小烧杯中,将小烧杯放在天平上,记录所称的质量m1。
(2)取下小烧杯并将其倾斜,使小试管中的盐酸流入小烧杯,观察现象。
(3)反应一段时间后,再把小烧杯放回天平上,记录所称的质量m2。
4.实验现象
(1)小烧杯中有大量气泡产生;(2)天平不平衡,向右倾斜,m1>m2。
5.实验结论
由于生成的二氧化碳气体逸出,天平向右倾斜,但该反应仍然遵守质量守恒定律。
方案四　镁条燃烧前后质量的测定
1.实验原理
2Mg+O2 2MgO
图4
2.实验步骤
取一根用砂纸打磨干净的长镁条和一个陶土网,将它们一起放在天平上称量,记录所称的质量m1。在陶土网上方将镁条点燃,观察现象。将镁条燃烧后所得固体与陶土网一起放在天平上称量,记录所称的质量m2,比较反应前后的称量结果。
3.实验现象
镁条燃烧,发出耀眼的白光,放出大量的热,生成白色固体。
4.实验结论
由于该装置不是密闭体系,在反应过程中存在多种不可控因素,如镁条燃烧消耗空气中的氧气,且燃烧后有白烟逸散到空气中。因此,该装置不能直接验证质量守恒定律,但反应的本身遵循质量守恒定律。
二、实验分析
1.验证质量守恒定律实验的必备条件
反应物、生成物的状态 实验要求
没有气体参与或没有气体生成的反应 能发生化学反应,且反应现象明显
有气体参与或有气体生成的反应 在密闭容器中发生化学反应,且反应现象明显
2.造成反应前后质量不相等的原因
(1)有的反应物或生成物呈现不同的状态,其质量没有计算在内,如参加反应的或反应生成的气体的质量;(2)反应装置气密性不好,使得部分物质进入或逸出,造成反应前后质量总和发生变化。
例题　化学兴趣小组用气密性良好的不同装置进行下列实验,验证质量守恒定律。
(1)实验一:称量装置和试剂的总质量为m1,保持装置密闭,加热锥形瓶内铜粉,待装置冷却后,再次称量装置和试剂的总质量为m2,m1与m2的大小关系是m1　 　m2。
(2)实验二:将气球中的碳酸钠粉末倒入锥形瓶中,观察到的现象是
　。
(3)为克服实验二中气球受浮力的影响,在实验三中利用硬塑料瓶改进实验装置,用天平称量装置和试剂的总质量,接下来的实验操作为
　 , 待反应结束后,再次称量装置和试剂的总质量,天平示数不变。
(4)化学反应遵守质量守恒定律,其微观原因是
　。
=
固体粉末消失,产生气泡,气球膨胀,天平示数减小
倾斜瓶子,使稀盐酸和碳酸钠混合
反应前后原子种类、个数和质量都不变
解析:(1)实验一:密闭容器内加热铜粉和氧气反应,反应前后物质的总质量保持不变,因此再次称量装置和试剂的总质量为m2,m1与m2的大小关系是m1=m2。(2)实验二:将气球中的碳酸钠粉末倒入锥形瓶中,观察到的现象是固体粉末消失,产生气泡,气球膨胀,天平示数减小(气球膨胀后,装置所受向上浮力增大)。(3)为克服实验二中气球受浮力的影响,在实验三中利用硬塑料瓶改进实验装置,用天平称量装置和试剂的总质量,接下来的实验操作是倾斜瓶子,使稀盐酸和碳酸钠混合,待反应结束后,再次称量装置和试剂的总质量,天平示数不变。(4)化学反应遵守质量守恒定律,其微观原因是反应前后原子种类、个数和质量都不变。
拓展设问　
(5)实验一中,能观察到的现象是　　　 　　　　,反应的化学方程式为
　 　。
待实验结束后再次称量,若反应前后质量不再相等,其原因可能是
　　　　　　　、　　　　　 　　　　　(写两种即可)。
红色固体变为黑色
2Cu+O2 2CuO
装置漏气
没有等锥形瓶冷却就再次称量
(6)(跨学科)如图所示,调节杠杆平衡后开始进行实验。
①实验四:通入CO2一段时间后,活性炭包下沉,原因是
　 。
②实验五:加热细铜丝团一段时间后移走酒精灯,冷却后观察到的现象是
　　　　　　　　　　　　　　　　 　,反应的化学方程式为
　 ,该实验　　　　　(填“能”或“不能”)用来验证质量守恒定律。
③实验六:将铁丝团浸入盛有硫酸铜溶液的集气瓶中,观察到集气瓶中的现象为 　,松手后发现稳定后的砝码比起始位置高,其原因为 (用化学方程式解释)。
活性炭能够吸附二氧化碳并且二氧化碳的密度比空气的大
左端铜丝由红色变黑色,细铜丝团下沉
2Cu+O2 2CuO
不能
铁丝团表面附着一层红色固体,溶液由蓝色变成浅绿色
Fe+CuSO4══FeSO4+Cu
解析:(5)红色的铜粉与氧气反应生成黑色的氧化铜,反应的化学方程式为2Cu+O2 2CuO,因此实验一可观察到红色的铜粉变为黑色。若装置漏气,有空气受热逸出,再次称量,反应前后质量不再相等;没有等锥形瓶冷却就再次称量,气球膨胀,受浮力影响,反应前后质量不再相等。
(6)①通入CO2一段时间后,活性炭包下沉,原因是活性炭能够吸附二氧化碳并且二氧化碳的密度比空气大。②铜丝与空气中的氧气在加热条件下反应生成黑色的氧化铜,反应的化学方程式为2Cu+O2 2CuO,因此左端铜丝的质量增加,所以冷却后可以看到左端铜丝由红色变为黑色,细铜丝团下降;该实验没在密闭容器中进行,有氧气参加化学反应,所以不能用来验证质量守恒定律。③将铁丝团浸入盛有硫酸铜溶液的集气瓶中,观察到集气瓶中的现象为铁丝团表面附着一层红色固体,溶液由蓝色变成浅绿色,松手后发现稳定后的砝码比起始位置高,其原因为铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜,反应的化学方程式是Fe+CuSO4══FeSO4+Cu。

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