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第4讲 质量守恒定律与化学方程式
知识要点：
1. 质量守恒定律的内容。
2. 用质量守恒定律分析、解释常见的现象。
3. 常见反应的化学方程式的书写。
4. 化学方程式的意义。
思维导图：
一、质量守恒定律
1. 内容：在化学反应中，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。
2. 理解。
（1）宏观：化学反应前后组成物质的元素种类和元素质量均不变。
（2）微观：化学反应过程的实质就是参加反应的各物质（反应物）的
原子重新组合生成其他物质（生成物）的过程。化学反应前后原子的种
类、数目和质量并没有改变，所以化学反应前后各物质的质量总和必然
相等。
3. 应用：（1）解释质量“变化”的现象。（2）进行定量计算，如计算反
应物或生成物的质量、相对原子质量推算等。（3）根据原子守恒，推
断化学反应中的化学式。
难点解析：（1）质量守恒定律只能解释化学变化而不能解释物理变
化。（2）质量守恒定律只强调“质量守恒”，并不包括分子个数、体积
等方面的守恒。（3）守恒的“总质量”是指参加反应的所有反应物或所
有生成物的总质量，不应把杂质、不参加反应的物质或剩余的反应物的
质量计算在总质量中。
二、化学方程式
1. 定义：用化学式来表示化学反应的方程式叫作化学方程式。
2. 化学方程式的意义：（1）表示反应物和生成物的种类；（2）表示反
应的条件；（3）表示反应物、生成物间原子、分子的个数比（数量关
系）；（4）表示反应物、生成物间的质量比。
3. 化学方程式的书写。
（1）书写规则：以客观事实为依据，写出反应物和生成物；要遵守质
量守恒定律，通过配平使式子左、右两边各原子的种类相同、数目相
等；说明反应条件和生成物的状态。
（2）步骤：
①写：在化学方程式两边写出反应物和生成物，中间用短线连接。
②配：在左、右两边的化学式前配上适当的化学计量数，使式子两边同
种元素的原子总数相等，配平后把短线改成等号。
③注：注明反应条件，通常写在等号的上方。
④标：如果反应物中没有气体，而生成物中有气体产生，那么在气体的
化学式后加“↑”；如果是溶液中发生的反应，反应物中无固体，而生成
物中有固体，那么在固体的化学式后加“↓”。“↑”和“↓”只是对生成物而
言，不能标在反应物中。
⑤查：检查化学式是否正确，化学方程式是否配平，反应条件和生成物
的状态是否标注，标注是否恰当。
4. 化学方程式的配平：根据质量守恒定律，在化学式前面配上适当的化
学计量数，使式子两边同种元素的原子总数相等。常见的配平方法有最
小公倍数法、奇偶配平法、观察法。
知识点一：质量守恒定律的实验探究
　【舟山】小舟选用白磷、锥形瓶、气球、天平等试剂和器材，探
究化学反应中物质质量的变化规律，装置如图所示。
【实验思路】先确认化学反应已经发生，再比较反应物的质量总和与生
成物的质量总和是相等。
【实验步骤】
①在锥形瓶内装入白磷，塞紧瓶塞，放在天平托盘上，调节天平平衡。
②取下锥形瓶，将瓶塞上的铁丝在酒精灯上烧红后，接触引燃白磷，并
立即塞紧瓶塞。
③待反应结束冷却后，将锥形瓶放回天平托盘上，观察 　　　 　。
【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。
【交流反思】
（1）要确认化学反应已经发生，本实验中观察到的现象是 　　
　　。
（2）反应结束后，若白磷有剩余，你认为是否仍能得出上述结论？请
判断并说明理由。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
。
　【实验步骤】验证质量守恒定律，要比较反应物的质量总
和与生成物的质量总和是否相等，故待反应结束冷却后，将锥形瓶放回
天平托盘上，观察天平是否平衡。【交流反思】（1）要确认化学反应
已经发生，说明有新物质生成，本实验中观察到的现象是白磷燃烧，产
生大量白烟。（2）质量守恒定律是参加反应的各物质的总质量与生成
物的总质量相等，剩余白磷未参加反应，反应前后质量不变，故能得出
上述结论。
　【实验步骤】天平是否平衡　【交流反思】（1）白磷燃
烧，产生大量白烟　（2）能；剩余白磷未参加反应，反应前后质量不
变
　理解质量守恒定律并能灵活运用是正确解答本题的关键。
　下列装置及实验（天平未画出）中能用来验证质量守恒定
律的是（　A　）
A. B.
C. D.
A
　在一个密闭容器中放入甲、乙、丙、丁四种物质，在一定条件下
充分反应，测得反应前后各物质的质量如下表所示。下列说法中正确的
是 （　　）
物质 甲 乙 丙 丁
反应前质量
/g 10 0.3 4.8 2.8
反应后质量
/g 3.2 待测 8 6.4
知识点二：质量守恒定律的应用
A. 待测值为0.6
B. 此反应可表示为丙+丁→甲
C. 反应中甲和丁变化的质量比为1∶2
D. 甲一定是化合物
　反应后质量增大的属于生成物，质量减小的属于反应物，
质量不变的可能属于催化剂，也可能没有参与反应，据此进行分析。
　由表中数据分析可知，反应前后甲的质量减小了10 g-3.2
g=6.8 g，故甲是反应物，参加反应的甲的质量为6.8 g；丙的质量增大了
8 g-4.8 g=3.2 g，故丙是生成物；丁的质量增大了6.4 g-2.8 g=3.6 g，故丁
是生成物；由质量守恒定律可得，反应后乙的质量为（10 g+0.3 g+4.8
g+2.8 g）-（3.2 g+8 g+6.4 g）=0.3 g，反应前后乙的质量不变，所以乙可
能是该反应的催化剂，也可能没有参与反应。由以上分析可知，待测值
为0.3；该反应可表示为甲→丙+丁，属于分解反应，所以甲一定是化合
物；反应中甲和丁变化的质量比为6.8 g∶3.6 g=17∶9。
　D
　本题考查质量守恒定律的应用，解题的关键是分析表中数
据（反应后质量增大的属于生成物、质量减小的属于反应物），灵活运
用质量守恒定律。
　在一密闭容器中，有甲、乙、丙、丁四种物质，反应前各
物质的质量关系表示在刻度纸上如图所示（例如：丙的质量为5 g，丁的
质量为3 g），充分反应后，在同一张刻度纸上再次记录各物质的质量变
化：刻度线Ⅰ向左移动16格，刻度线Ⅱ向左移动8格，刻度线Ⅲ向左移
动8格。下列说法中正确的是（　D　）
D
A. 该反应是化合反应
B. 丙一定是催化剂
C. 反应后丁的质量为8 g
D. 反应生成的乙和丁的质量比为1∶1
【解析】由题意可知，每一格代表的质量为1 g，反应前甲的质量为16
g，乙的质量为18 g-16 g=2 g，丙的质量为23 g-18 g=5 g，丁的质量为26
g-23 g=3 g。充分反应后，刻度线Ⅰ向左移动16格，则甲物质的质量减小
16 g；刻度线Ⅱ左移8格，刻度线Ⅰ向左移动16格，则乙物质的质量增大
了18 g-8 g-2 g=8 g；刻度线Ⅲ左移8格，同时刻度线Ⅱ左移8格，则丙物
质的质量不变；刻度线Ⅲ向左移动8格，则丁物质的质量增大了8 g。所
以该反应可表示为甲→乙+丁，符合“一变多”的特征，属于分解反应；反
应前后丙的质量不变，则丙可能为催化剂，也可能是不参与反应的物
质；反应后丁的质量为3 g+8 g=11 g；生成的乙和丁的质量比为8 g∶8
g=1∶1。
知识点三：化学方程式的书写与意义
　“假酒中毒”事件时有发生，“假酒”一般是由工业酒精加水配制而成
的，它含有一定的甲醇（CH3OH），而饮用甲醇会使人视力迅速下降，
甚至死亡。
（1）甲醇的工业制法为X+2H2CH3OH，X的化学式为 　　　　　　，你
的判断依据是 　　　　　　　　　　。
（2）工业酒精的主要成分是乙醇，乙醇（C2H5OH）是一种重要的化工
原料，用途广泛。请写出乙醇作燃料燃烧时的化学方程式： 　　
　　。
　（1）由质量守恒定律可知，化学反应前后原子种类、数
目均不变，据此即可解答。（2）乙醇燃烧生成二氧化碳和水，据此即
可解答。
　（1）根据质量守恒定律，化学反应前后原子种类、数目
不变，由所给化学方程式可知，X的化学式为CO。（2）乙醇燃烧生成二
氧化碳和水，反应的化学方程式为C2H5OH+3O22CO2+3H2O。
　（1）CO　质量守恒定律　（2）
C2H5OH+3O22CO2+3H2O
　掌握化学方程式的书写方法、化学反应前后原子守恒等是
解题的关键。
　A、B、C三种不同分子的模型分别为“ ”“ ”“ ”，如图
所示为三种物质之间发生化学反应前后的状况，则该反应的化学方程式
中，A、B、C三种物质的化学式前的系数之比为（　A　）
A. 3∶1∶2 B. 4∶1∶3
C. 4∶1∶2 D. 3∶1∶3
A
　某兴趣小组查阅资料知道高锰酸钾（KMnO4）加热分解会产生氧
气，同时生成锰酸钾（K2MnO4）和二氧化锰，且锰酸钾常温下呈固态。
他们利用如图所示的装置加热高锰酸钾来验证化学反应中的质量守恒定
律，具体操作如下：将适量高锰酸钾装入试管，塞入一团棉花并测出试
管、棉花与试剂的总质量为m1；加热使之充分反应后，测得量筒中气体
的体积为V；再次测得反应装置与物质的总质量为m2。已知常温常压下
氧气的密度为ρ。请据此回答下列问题：
（1）实验中用量筒收集气体的好处
是 　　　　　　　　　　　　　　　　。
（2）从微观角度分析，该反应符合质量守恒定律的原因是 　　
　　。
（3）根据实验数据计算发现：m1-m2≠ρV，与质量守恒定律不符。下列
对造成这一实验结果的原因分析中正确的是 　　　　（填字母）。
A. 试管中高锰酸钾没有完全分解
B. 导管口连续均匀冒气泡时才收集气体
C. 未调节量筒内外液面相平就读数
D. 停止加热时，先将导管移出水面，再熄灭酒精灯
　（1）根据量筒的用途分析。（2）根据质量守恒定律的解
释分析。（3）从影响收集氧气体积的因素分析。
　（1）实验中用量筒收集气体的好处是能够直接显示收集
气体的体积。（2）从微观角度分析，该反应符合质量守恒定律的原因
是反应前后原子种类、原子数目、原子质量不变。（3）试管中高锰酸
钾没有完全分解不影响实验结果；导管口连续均匀冒气泡时才收集气
体，导致收集的氧气偏少，从而影响实验结果；未调节量筒内外液面相
平就读数，会影响实验结果；停止加热时，先将导管移出水面，再熄灭
酒精灯，会造成继续加热过程中生成的氧气逸散到空气中，没有收集在
量筒内，会影响实验结果。
　（1）能够直接显示收集气体的体积　（2）反应前后原子
种类、原子数目、原子质量不变　（3）BCD
　理解质量守恒定律及其应用，掌握仪器的用途，学会分析
实验误差。
1. 下列说法中正确的是（　B　）
A. 5 g A物质和5 g B物质充分反应后一定生成10 g C物质
B. 参加反应的各物质的质量总和一定等于生成物的质量总和
C. 镁带燃烧后质量增大，所以该反应不遵守质量守恒定律
D. 蜡烛燃烧时，生成物的质量总和小于参加反应的蜡烛的质量
B
2. 小乐为了检验气体X（纯净物），进行了如图所示的实验。观察到实
验甲中干冷烧杯的内壁有水珠，实验乙中澄清石灰水变浑浊。下列对气
体X的分析中正确的是（　D　）
A. 根据实验甲的现象，说明气体X中含氢、氧元素
B. 根据实验乙的现象，说明气体X中含碳、氧元素
C. 根据实验甲、乙的现象，说明气体X为甲烷
D. 根据实验甲、乙的现象，说明气体X中一定含碳、氢元素
D
3. 【长春】氢气与氯气反应的微观示意图如图所示，下列说法中正确的
是（　A　）
A. 该反应属于化合反应
B. 丙物质的化学式为ClH
C. 反应前后原子种类发生了改变
D. 参加反应的甲和乙的质量比为1∶1
A
4. 在化学方程式aC2H6+bO2mCO2+nH2O中，各化学计量数之间的关系正
确的是（　D　）
A. 2m=n B. m=n
C. 3n=a D. 2b=2m+n
D
5. “宏观—微观—符号—量”是科学特有的表征物质及其变化的方法。一
定条件下，二氧化碳和氢气可在催化剂表面转化成有机清洁燃料甲醇和
X，其反应原理如图所示。下列说法中错误的是（　D　）
A. 从宏观物质看：反应物中含有单质与化合物两类
物质
B. 从微观构成看：氢气是由氢分子构成的
C. 从符号表征看：X的化学式为H2O
D. 从量的角度看：反应前后原子和分子的数目都不
变
D
6. 甲、乙、丙、丁四种物质在化学反应前后的质量关系如图所示，下列
说法中错误的是（　C　）
A. x的值是7
B. 丙可能是该反应的催化剂
C. 参加反应的甲和乙的质量比为2∶7
D. 丁是一种化合物
C
7. 一种新型复合光催化剂（C3N4/CQDs）能利用太阳光分解水，其原理
如图所示。
（1）反应Ⅱ属于 （填字母）。
A. 化合反应 B. 分解反应 C. 氧化反应
（2）请写出反应Ⅰ的化学方程式： 。
B
2H2OH2O2+H2↑
8. 自来水厂对水进行净化处理时会采用通入Cl2的方式进行杀菌，如图所
示为将Cl2通入水中时发生的反应流程图。
（1）转化①属于 （填“化学”或“物理”）变化。
（2）转化②是HClO受光照发生分解反应生成O2和HCl，反应中生成O2和
HCl的分子数之比为 。
化学
1∶2
9. 科学家成功研制出了二氧化硅纳米纤维，制造超纯SiO2的反应原理为
SiCl4（气）+O2（气）SiO2（固）+nCl2（气）。下列说法中不正确的
是（　A　）
A. 硅是地壳中含量最高的非金属元素
B. 该化学方程式中n=2
C. 该反应需要吸收大量热量
D. 反应前后原子总数不发生变化
A
10. 将一定量的乙醇（C2H5OH）和氧气置于一个完全封闭的容器中引
燃，反应生成二氧化碳、水蒸气和一种未知物质X。测得反应前后各物
质的质量如下表所示：
物质 乙醇 氧气 二氧化碳 水 X
反应前的质量/g 4.6 8 0 0 0
反应后的质量/g 0 0 4.4 5.4 m
A. 表中m的值无法确定
B. 增大氧气的质量可以减少X的生成
C. X可能是该反应的催化剂
D. X中一定含有碳元素，可能含有氢元素
下列判断中正确的是（　B　）
B
【解析】根据质量守恒定律，结合表中数据可得m=4.6+8-4.4-5.4=2.8，
即生成物X的质量为2.8 g；观察表中数据发现，在反应前后X的质量发生
了变化，故X不是该反应的催化剂。4.6 g乙醇中碳元素的质量为4.6
g×
×100%=0.6 g，氧元素的质量为5.4 g-
0.6 g=4.8 g。
因此反应物中共有2.4 g碳元素、0.6 g氢元素、8 g+1.6 g=9.6 g氧元素，生
成物二氧化碳和水中共有1.2 g碳元素、0.6 g氢元素、3.2 g+4.8 g=8 g氧元
素，则生成物X中有2.4 g-1.2 g=1.2 g碳元素和9.6 g-8 g=1.6 g氧元素。1.2
g+1.6 g=2.8 g，所以生成物X由碳、氧两元素组成，不含氢元素。设物质
X中碳原子和氧原子的个数比是x∶y，则有12x∶16y=1.2 g∶1.6 g，x∶y=1∶1，因此X是CO。由于反应生成了一氧化碳，说明乙醇燃烧得不充分，增大氧气的质量有助于乙醇的充分燃烧，从而减少一氧化碳的生成。
11. 质量守恒定律是化学反应中的重要规律，请运用此规律解答下列
问题：
（1）某纯净物X在空气中完全燃烧，反应的化学方程式为
X+3O22CO2+2H2O，则X的化学式为 ；若生成二氧化碳的质
量为8.8 g，则X中碳元素的质量为 g。
（2）如图所示为某化学变化的微观示意图（不同圆球代表不同原
子），请据图写出该反应的化学方程式： 。
C2H4
2.4
H2O+CCO+H2
12. 阅读材料，回答问题：
材料一：1673年，波义耳曾经做过一个实验，在密闭的曲颈甑中加热金
属时，得到了金属灰，冷却后打开容器，称量金属灰的质量，发现与原
来金属相比质量增加了。
材料二：1703年，施塔尔提出“燃素学说”，其主要观点有：①燃素是组
成物体的一种成分，一般条件下被禁锢在可燃物中；②燃素在可燃物燃
烧时会分离出来，且燃素可穿透一切物质。
材料三：1756年，罗蒙诺索夫重做了波义耳的实验，他将金属铅装入容
器后密封、称量。然后把容器放到火上加热，银白色的金属变成了灰黄
色，待容器冷却后再次称量，发现容器的总质量没有发生变化。罗蒙诺
索夫对此的解释是：“容器里原来有一定量的空气，且容器中的空气质
量减小多少，金属灰的质量就比金属增大多少，在化学变化中，物质的
质量是守恒的。”后来，拉瓦锡等科学家经过大量的定量实验，推翻了
“燃素学说”，质量守恒定律得到公认。
（1）由“燃素学说”可知，物质燃烧后质量应该减小。请根据所学知识
写出一个可以推翻“燃素学说”的事实：
。
（2）罗蒙诺索夫重做了波义耳的实验是基于金属加热后，增加的质量
并非来自燃素而是来自 的假设。
（3）对比材料一和材料三，波义耳错过了发现质量守恒定律的一个重
要原因是 。
铁丝在氧气中燃烧后，固体质
量会增加（合理即可）
空气
打开容器前没有称量反应前后密闭容器的总质量
13. 一定条件下，可通过下列反应制得ABS工程塑料：
C3H3N+C4H6+C8H8 CaHbNc（未配平），则原料中参加反应的C3H3N和C4H6
的分子数之比为（　A　）
A. B. C. D.

A
【解析】假设CaHbNc前的系数是1，根据质量守恒定律，反应前后原子
的个数不变，氮原子的个数为c，则C3H3N的化学计量数是c，设C4H6的化
学计量数为x，C8H8的化学计量数为y，根据反应前后碳、氢原子的个数
不变，可得3c+4x+8y=a①，3c+6x+8y=b②，由①、②两式解得
x=。
14. 学习了质量守恒定律后，A、B两组同学从不同的角度进行研究，如
图所示。
（1）如图甲所示，A组同学的实验中，将试管中的水倒入烧杯后，蔗糖
“消失”，天平指针仍然指在分度盘中央。他们认为此实验符合质量守恒
定律，B组同学却持反对意见，他们的理由是
。
（2）B组同学在一定条件下将M物质放在密闭容器内发生反应，反应前
后各物质的质量如图乙所示。根据数据分析，M物质由 （填元
素符号）元素组成。
质量守恒定律只适用于
化学变化，而蔗糖溶解属于物理变化
C、H
（3）经过科学家们的共同努力，最终确立了质量守恒定律，请从
微观角度解释该定律：
。
化学反应的实质是原子重新组合的过程，化学
反应前后原子的种类、数目和质量不变，所以物质的总质量也不变
【解析】（2）由题图乙可知，反应后水的质量增大了40 g-4 g=36 g，水
是生成物；二氧化碳的质量增大了44 g，二氧化碳是生成物；氧气的质
量减小了80 g-16 g=64 g，氧气是反应物；M物质完全参加反应。由质量
守恒定律可知，M物质中一定含有碳元素、氢元素；44 g二氧化碳中氧
元素的质量为44 g×
×100%=32 g。32 g+32 g=64 g，所以M物质中一定不含氧元素。

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