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5.1.2 质量守恒定律
化学观念：能从分子、原子层面认识化学反应中“原子种类、数目、质量不变”，形成“物质不灭”的微观观念。
科学思维：通过微观模拟与宏观事实的关联，运用模型推理和归纳概括，解释质量守恒的本质。
科学探究与实践：借助微观示意图或模型，动手拼搭与分析，探究并验证化学反应中的原子守恒关系。
科学态度与责任：体会宏观与微观的辩证统一，养成严谨求实的科学态度，增强遵守质量守恒定律的法治与环保意识。
1. 质量守恒定律：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. 在化学反应中，反应前后物质发生了变化，但原子（填“分子”或“原子”）的种类和数目没有改变。
3. 水通电分解的微观过程中，水分子先分解为氢原子和氧原子，这两种原子分别再重新组合成氢气分子和氧气分子。
【任务一】新知导入
质量守恒定律：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。
为什么物质在发生化学反应前后，物质的总质量总是不变的？
【任务二】探究质量守恒定律的本质
质量守恒定律的宏观解释
以电解水为例：
水在通电条件下分解生成氢气和氧气。
文字表达式：
符号表达式：H2+O2
元素种类 元素质量 物质的总质量
反应前 H、O 不变 不变
反应后 H、O
质量守恒定律的微观解释
电解水的微观示意图：
化学反应中，分子可以分解为原子，原子又可以重新组合成新的分子
原子种类 原子数目 原子的质量 物质的总质量
反应前 H 4 不变 不变
O 2
反应后 H 4
O 2
氢气燃烧的微观示意图：
原子种类 原子数目 原子的质量 物质的总质量
反应前 H 4 不变 不变
O 2
反应后 H 4
O 2
小结：
【思考与讨论】
化学反应前后，原子的种类、数目、质量并没有发生改变，那么分子的种类、数目也是不变的吗？
在化学变化中，原子的种类、数目和质量都不变，但分子的种类一定发生改变，分子的数目可能发生改变。
【任务三】质量守恒定律的应用
1.解释生活中的一些现象
例如：蜡烛在空气中燃烧后，蜡烛的质量不断减小。
那是因为蜡烛燃烧生成的二氧化碳气体和水蒸气都扩散到了空气中，没有被称量到。如果我们把消耗的氧气质量加上去，并且把生成的二氧化碳和水蒸气全部收集起来称量，那么总质量依然是守恒的。
【练习1】铜粉在空气中加热后，生成物的质量比铜粉的质量大。
铜粉在空气中加热，是铜与氧气发生了化学反应。根据质量守恒定律，反应后生成物氧化铜的质量一定等于参加反应的铜粉和氧气的质量总和，所以生成物的质量比原来铜粉的质量大。
【练习2】高锰酸钾受热分解后，剩余固体的质量比高锰酸钾的质量小。
高锰酸钾受热分解，生成锰酸钾(固体)、二氧化锰(固体)和氧气。根据质量守恒定律，参加反应的高锰酸钾的质量等于生成物锰酸钾、二氧化锰和氧气的质量总和。由于氧气逸出，反应后剩余固体的质量比高锰酸钾的质量小。
2.推断物质中元素的组成
依据：化学反应前后元素种类不变
例如：植物的光合作用可表示为：
根据以上信息，下列关于淀粉组成的推测中，正确的是（ C）
A.只含碳、氢元素 B.含有碳、氢、氧三种元素
C.含有碳、氢元素，可能含有氧元素 D.无法确定是否含有碳、氢元素
【练习】硝酸羟胺(化学式为H4N2O4)是一种新型的火箭推进剂，其在加热的条件下发生分解反应不可能产生的物质是（D）
A．N2 B．H2O C．O2 D．CO2
3.有关质量守恒定律的相关计算
例如：在一密闭容器中发生某反应，容器中各物质的质量变化如下表。其中未知数据正确的是（D）
物质质量 甲 乙 丙 丁
反应前的质量/g 20 20 0 0
反应中的质量/g m1 m2 6.4 m3
反应后的质量/g 13 m4 16 11
A．m1=17.2 B．m2=8 C．m3=8.8 D．m4=2
1．我国科学家创新了光催化甲烷催化剂的设计，实现了高选择性制备乙烷和氢气。该反应的微观示意图如下，此过程中发生变化的是（A）
A．分子的性质 B．碳原子数目 C．催化剂质量 D．氢元素质量
【详解】A. 反应前后分子种类发生改变，不同种类的分子性质不同，因此分子的性质发生变化，正确。
B. 根据质量守恒定律，化学反应前后原子的种类、数目都不变，碳原子数目不变，错误。
C. 化学反应前后催化剂的质量和化学性质都不变，错误。
D. 根据质量守恒定律，化学反应前后元素的质量不变，氢元素质量不变，错误。
2．下列叙述中不能用质量守恒定律解释的是（A）
A．5g水受热变成5g水蒸气
B．参加反应的物质的总质量等于生成物的总质量
C．铜粉在空气中加热后，生成物的质量比原来铜粉的质量大
D．参加反应的氢气和氧气的总质量等于生成水的质量
【分析】 质量守恒定律仅适用于化学变化，物理变化不能用其解释。
【详解】A. 水受热变成水蒸气是状态改变的物理变化，无新物质生成，不能用质量守恒定律解释，符合题意；
B. 该表述是质量守恒定律的内容，可用于解释化学变化的质量关系，不符合题意；
C. 铜粉加热是铜与氧气反应的化学变化，生成物质量等于参加反应的铜和氧气的质量和，因此比原铜粉质量大，符合质量守恒定律，不符合题意；
D. 氢气和氧气反应生成水是化学变化，符合质量守恒定律，即参加反应的氢气和氧气总质量等于生成水的质量，不符合题意。
3．我国运载火箭常采用和作推进剂，二者反应的生成物对环境无污染。下列物质不可能是二者反应的生成物的是（C）
A． B． C． D．
【详解】解题依据为质量守恒定律：化学反应前后元素种类保持不变。 反应物和中仅含有C、H、O、N四种元素，不含S元素，因此不可能生成含S元素的；其余选项产物所含元素均在反应物中存在，且都对环境无污染，符合题干要求。故选：C。
4．甲、乙、丙、丁四种物质在密闭容器中充分反应，测得反应前后各物质的质量如下表所示。下列说法正确的是（D）
物质 甲 乙 丙 丁
反应前物质的质量/g 30 3 6 8
反应后物质的质量/g 16 m 4 24
A．乙一定是反应的催化剂
B．该反应属于分解反应
C．甲和丁两物质的元素种类一定相同
D．参加反应的甲、丙的质量比是7：1
【分析】根据质量守恒定律，反应前后密闭容器总质量相等： ，解得，即乙反应前后质量不变。
甲质量减少，是反应物；丙质量减少，是反应物；丁质量增加，是生成物；反应符合“多变一”特征，属于化合反应。
【详解】A.乙质量不变，可能是催化剂，也可能是未参与反应的杂质，并非一定是催化剂。错误。
B.该反应为两种物质生成一种物质，属于化合反应，不是分解反应。错误。
C.根据元素守恒丁的元素种类等于参加反应的甲、丙元素种类之和，甲和丁的元素种类不一定相同，错误。
D.参加反应的甲、丙质量比为。正确。
6．质量守恒定律是自然界最普遍、最重要的定律之一。“走进化学圈”社团利用不同装置进行下列实验探究活动，验证质量守恒定律。
【查阅资料】碳酸钠和稀盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳。
【提出问题】化学反应前后各物质的质量总和是否相等
【提出问题】猜想I：相等；猜想Ⅱ：不相等。
【设计并进行实验】A、B、C、D四位同学分别设计了如图所示的实验。
(1)实验A：加热细铜丝团，一段时间后移走酒精灯，观察到铜丝表面变为黑色，细铜丝团一端下沉，原因是（用文字表达式表示）。
(2)实验B中小气球的变化情况是先鼓再变瘪（填“先膨胀后变瘪”或“先变瘪后膨胀）。
(3)B、C、D三组实验可以直接验证质量守恒定律的是BD（填字母）。
【得出结论】
(4)参加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，当反应中有气体参加或者生成时应该在密闭装置中进行。
【分析解释】
(5)请你从“物质构成奥秘”角度分析质量守恒定律的原因：①②③（填序号）。
①原子种类不变 ②原子数目不变 ③原子质量不变
④分子种类不变 ⑤元素种类不变 ⑥分子个数不变
【详解】（1）加热细铜丝团，紫红色铜和氧气反应生成黑色的氧化铜，铜丝表面变为黑色，铜在加热的条件下和氧气反应生成氧化铜，质量增加，所以细铜丝团下沉，反应文字表达式为；
（2）白磷燃烧放热，同时消耗氧气，实验结束恢复至室温，故观察到小气球先鼓再变瘪；
（3）B、白磷和氧气点燃生成五氧化二磷，有气体参加，装置密闭，可以直接验证质量守恒定律；
C、碳酸钠和稀盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳，有气体生成，装置没有密闭，不可以直接验证质量守恒定律；
D、铁和硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁，没有气体参加，没有气体生成，可以直接验证质量守恒定律；
故选BD。
（4）有气体参加或生成的反应，在验证质量守恒定律时应该在密闭装置中反应；
（5）质量守恒定律的微观原因是①原子种类不变②原子数目不变 ③原子质量不变，故选①②③；
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5.1.2 质量守恒定律
化学观念：能从分子、原子层面认识化学反应中“原子种类、数目、质量不变”，形成“物质不灭”的微观观念。
科学思维：通过微观模拟与宏观事实的关联，运用模型推理和归纳概括，解释质量守恒的本质。
科学探究与实践：借助微观示意图或模型，动手拼搭与分析，探究并验证化学反应中的原子守恒关系。
科学态度与责任：体会宏观与微观的辩证统一，养成严谨求实的科学态度，增强遵守质量守恒定律的法治与环保意识。
1. 质量守恒定律：参加化学反应的__________的质量总和，等于反应后生成的__________的质量总和。
2. 在化学反应中，反应前后物质发生了变化，但__________（填“分子”或“原子”）的种类和数目没有改变。
3. 水通电分解的微观过程中，水分子先分解为__________原子和__________原子，这两种原子分别再重新组合成氢气分子和氧气分子。
【任务一】新知导入
质量守恒定律：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。
为什么物质在发生化学反应前后，物质的总质量总是不变的？
【任务二】探究质量守恒定律的本质
质量守恒定律的宏观解释
以电解水为例：
水在通电条件下分解生成氢气和氧气。
文字表达式：
符号表达式：__________+__________
元素种类 元素质量 物质的总质量
反应前
反应后
质量守恒定律的微观解释
电解水的微观示意图：
化学反应中，分子可以分解为 ， 又可以重新组合成新的
原子种类 原子数目 原子的质量 物质的总质量
反应前 不变
反应后
氢气燃烧的微观示意图：
原子种类 原子数目 原子的质量 物质的总质量
反应前 不变
反应后
小结：
【思考与讨论】
化学反应前后，原子的种类、数目、质量并没有发生改变，那么分子的种类、数目也是不变的吗？
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【任务三】质量守恒定律的应用
1.解释生活中的一些现象
例如：蜡烛在空气中燃烧后，蜡烛的质量不断减小。
那是因为蜡烛燃烧生成的 和 都扩散到了空气中，没有被称量到。如果我们把消耗的 质量加上去，并且把生成的 和 全部收集起来称量，那么总质量依然是守恒的。
【练习1】铜粉在空气中加热后，生成物的质量比铜粉的质量大。
铜粉在空气中加热，是铜与 发生了化学反应。根据质量守恒定律，反应后生成物 的质量一定等于参加反应的 和 的质量总和，所以生成物的质量比原来铜粉的质量大。
【练习2】高锰酸钾受热分解后，剩余固体的质量比高锰酸钾的质量小。
高锰酸钾受热分解，生成 (固体)、 (固体)和 。根据质量守恒定律，参加反应的高锰酸钾的质量等于生成物 、 和 的质量总和。由于 逸出，反应后剩余固体的质量比高锰酸钾的质量小。
2.推断物质中元素的组成
依据：化学反应前后 种类不变
例如：植物的光合作用可表示为：
根据以上信息，下列关于淀粉组成的推测中，正确的是（ ）
A.只含碳、氢元素 B.含有碳、氢、氧三种元素
C.含有碳、氢元素，可能含有氧元素 D.无法确定是否含有碳、氢元素
【练习】硝酸羟胺(化学式为H4N2O4)是一种新型的火箭推进剂，其在加热的条件下发生分解反应不可能产生的物质是（ ）
A．N2 B．H2O C．O2 D．CO2
3.有关质量守恒定律的相关计算
例如：在一密闭容器中发生某反应，容器中各物质的质量变化如下表。其中未知数据正确的是（ ）
物质质量 甲 乙 丙 丁
反应前的质量/g 20 20 0 0
反应中的质量/g m1 m2 6.4 m3
反应后的质量/g 13 m4 16 11
A．m1=17.2 B．m2=8 C．m3=8.8 D．m4=2
1．我国科学家创新了光催化甲烷催化剂的设计，实现了高选择性制备乙烷和氢气。该反应的微观示意图如下，此过程中发生变化的是（ ）
A．分子的性质 B．碳原子数目 C．催化剂质量 D．氢元素质量
2．下列叙述中不能用质量守恒定律解释的是（ ）
A．5g水受热变成5g水蒸气
B．参加反应的物质的总质量等于生成物的总质量
C．铜粉在空气中加热后，生成物的质量比原来铜粉的质量大
D．参加反应的氢气和氧气的总质量等于生成水的质量
3．我国运载火箭常采用和作推进剂，二者反应的生成物对环境无污染。下列物质不可能是二者反应的生成物的是（ ）
A． B． C． D．
4．甲、乙、丙、丁四种物质在密闭容器中充分反应，测得反应前后各物质的质量如下表所示。下列说法正确的是（ ）
物质 甲 乙 丙 丁
反应前物质的质量/g 30 3 6 8
反应后物质的质量/g 16 m 4 24
A．乙一定是反应的催化剂
B．该反应属于分解反应
C．甲和丁两物质的元素种类一定相同
D．参加反应的甲、丙的质量比是7：1
6．质量守恒定律是自然界最普遍、最重要的定律之一。“走进化学圈”社团利用不同装置进行下列实验探究活动，验证质量守恒定律。
【查阅资料】碳酸钠和稀盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳。
【提出问题】化学反应前后各物质的质量总和是否相等
【提出问题】猜想I：相等；猜想Ⅱ：不相等。
【设计并进行实验】A、B、C、D四位同学分别设计了如图所示的实验。
(1)实验A：加热细铜丝团，一段时间后移走酒精灯，观察到________，细铜丝团一端下沉，原因是________（用文字表达式表示）。
(2)实验B中小气球的变化情况是________（填“先膨胀后变瘪”或“先变瘪后膨胀）。
(3)B、C、D三组实验可以直接验证质量守恒定律的是_______（填字母）。
【得出结论】
(4)参加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，当反应中有气体参加或者生成时应该在_______装置中进行。
【分析解释】
(5)请你从“物质构成奥秘”角度分析质量守恒定律的原因：_______（填序号）。
①原子种类不变 ②原子数目不变 ③原子质量不变
④分子种类不变 ⑤元素种类不变 ⑥分子个数不变
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