Закон сохранения массы веществ решение уравнений

Урок №17-18. Закон сохранения массы веществ.

Закон сохранения массы веществ

Проблемный вопрос: изменится ли масса реагирующих веществ по сравнению с массой продуктов реакции?

Чтобы ответить на данный вопрос наблюдайте за следующими видео-экспериментами:

Вывод: Масса веществ до и после реакции не изменилась.

Формулировка закона сохранения массы: масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе образовавшихся веществ.

С точки зрения атомно-молекулярного учения этот закон объясняется тем, что при химических реакциях общее количество атомов не изменяется, а происходит лишь их перегруппировка.

Закон сохранения массы веществ является основным законом химии, все расчеты по химическим реакциям производятся на его основе. Именно с открытием этого закона связывают возникновение современной химии как точной науки.

Закон сохранения массы был теоретически открыт в 1748 году и экспериментально подтверждён в 1756 году русским ученым М.В. Ломоносовым.

Французский учёный Антуан Лавуазье в 1789 году окончательно убедил учёный мир в универсальности этого закона. Как Ломоносов, так и Лавуазье пользовались в своих экспериментах очень точными весами. Они нагревали металлы (свинец, олово, и ртуть) в запаянных сосудах и взвешивали исходные вещества и продукты реакции.

Химические уравнения

Закон сохранения массы веществ применяется при составлении уравнений химических реакций.

Химическое уравнение – это условная запись химической реакции посредством химических формул и коэффициентов.

В результате химического взаимодействия серы и железа получено вещество – сульфид железа (II) – оно отличается от исходной смеси. Ни железо, ни сера не могут быть визуально обнаружены в нем. Невозможно их разделить и с помощью магнита. Произошло химическое превращение.

Исходные вещества, принимающие участие в химических реакциях называются реагентами.

Новые вещества, образующиеся в результате химической реакции называются продуктами.

Запишем протекающую реакцию в виде уравнения химической реакции:

Алгоритм составления уравнения химической реакции

Составим уравнение химической реакции взаимодействия фосфора и кислорода

1. В левой части уравнения записываем химические формулы реагентов (веществ, вступающих в реакцию). Помните! Молекулы большинства простых газообразных веществ двухатомны – H 2 ; N 2 ; O 2 ; F 2 ; Cl 2 ; Br 2 ; I 2 . Между реагентами ставим знак «+», а затем стрелку:

2. В правой части (после стрелки) пишем химическую формулу продукта (вещества, образующегося при взаимодействии). Помните! Химические формулы необходимо составлять, используя валентности атомов химических элементов:

3. Согласно закону сохранения массы веществ число атомов до и после реакции должно быть одинаковым. Это достигается путём расстановки коэффициентов перед химическими формулами реагентов и продуктов химической реакции.

Вначале уравнивают число атомов, которых в реагирующих веществах (продуктах) содержится больше.

В данном случае это атомы кислорода.

Находим наименьшее общее кратное чисел атомов кислорода в левой и правой частях уравнения. Наименьшее кратное для атомов натрия –10:

Объяснение закона сохранения массы веществ

Закон сохранения массы веществ

Масса веществ, которые участвуют в химической реакции, равна массе образовавшихся веществ.

Данная закономерность сформулирована, исходя из трудов по прокаливанию металлов. В XVII веке английский ученый Р.Бойль ставил эксперименты, прокаливая свинец, т.е. нагревая его на воздухе. В процессе опыта измерялась масса полученных веществ. Исследователь сравнивал данные с массой исходного металла. При этом окалина (продукт прокаливания) во всех случаях получалась тяжелее, чем свинец.

Русский ученый М.В. Ломоносов проделал аналогичные опыты. В своих экспериментах по прокаливанию металла он использовал запаянные сосуды из стекла — реторты. В результате при взвешивании масса резервуаров оставалась такой же, какой была до реакции. В 1748 г. Ломоносов пришел к следующему выводу.

«Все перемены, в натуре случающиеся, суть такого состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому. Так ежели где убудет материи, то умножится в другом месте».

В 1789 г. французский химик А. Лавуазье представил объяснение разницы в итогах взвешивания материалов в сосудах в открытом и закрытом состоянии. Ученым было доказано, что образование окалины является следствием присоединения к металлу кислорода, который содержится в воздухе. Таким образом, закон сохранения массы впервые открыл М.В. Ломоносов, а экспериментальное подтверждение совершил А. Лавуазье.

Как выражается, формула

В процессе химических реакций атомы не исчезают и не появляются, а переходят из одних веществ в другие. Полученные продукты образованы из атомов, которые содержатся в исходных веществах. В связи с чем масса остается постоянной.

В качестве примера можно рассмотреть, как сгорает природный газ метан:

метан + кислород = углекислый газ + вода

Исходными веществами являются метан C H 4 и кислород O 2

Продукты реакции представляют собой углекислый газ C O 2 и воду H 2 O .

Молекулы исходных веществ, как и молекулы продуктов реакции, содержат атомы:

Количество перечисленных атомов остается неизменным. По этой причине масса веществ до и после реакции постоянна.

масса метана + масса кислорода = масса углекислого газа + масса воды

m ( C H 4 ) + m ( O 2 ) = m ( C O 2 ) + m ( H 2 O )

Исходя из закона сохранения массы, при краткой записи химических уравнений допустимо ставить знак равенства между массой реагентов и продуктов реакции. Химическая реакция представляет собой процесс формирования новых химических связей в результате разрыва других. В результате выделяется или поглощается некое количество энергии. При этом с целью упростить уравнение пренебрегают всеми побочными факторами.

В процессе реакции осуществляется переход соответствующих атомов из молекул реагентов в молекулы продуктов. Основное уравнение включает две части:

• левая, которая содержит формулы реагентов;
• правая, состоящая из формул продуктов.

Когда коэффициенты определены, части уравнения соединяют знаком равенства. Коэффициенты расставляют поочередно:

С помощью данного алгоритма принято записывать уравнения химических реакций. Полученные уравнения позволяют выполнять количественные расчеты. В процессе записи необходимо соблюдать следующие правила:

1. Составлять уравнения следует при известных формулах веществ, которые участвуют в химической реакции, то есть являются реагентами, и формулах для полученных веществ (продуктов реакции).
2. Должно соблюдаться равенство количества атомов элементов в правой и левой частях уравнения. С целью уравновесить эти части следует подобрать и расставить перед формулами необходимые коэффициенты.
3. Запрещено менять местами разные части уравнения.
4. Запрещено выполнять перенос формул веществ из левой части в правую и наоборот.

Задачи с примерами решения

Имеется 200 грамм 12,25%-го раствора серной кислоты. В него был добавлен избыток раствора нитрата бария. Необходимо рассчитать массу осадка, который образовался в результате реакции.

В первую очередь следует записать уравнение химической реакции:

H 2 S O 4 + B a ( N O 3 ) 2 = B a S O 4 ↓ + 2 H N O 3

Далее можно рассчитать массу и количество вещества серной кислоты, которая содержится в составе раствора:

m ( H 2 S O 4 ) = 200 · 0 , 1225 = 24 , 5 ( г )

n ( H 2 S O 4 ) = 25 , 4 : 98 = 0 , 25 ( м о л ь )

Затем нужно рассчитать массу вещества, образовавшегося в виде осадка:

по уравнению реакции n ( H 2 S O 4 ) = n ( B a S O 4 ) = 0 , 25 ( м о л ь )

m ( B a S O 4 ) = 0 , 25 · 233 = 58 , 25 ( г )

Ответ: 58,25 грамм.

Масса раствора составляет 27 грамм. Массовая доля хлорида меди (II) в нем составляет 10%. Раствор смешали с избытком раствора сульфида натрия. Необходимо рассчитать массу образовавшегося в результате химической реакции осадка.

На первом этапе требуется записать уравнение химической реакции:

C u C l 2 + N a 2 S = C u S ↓ + 2 N a C l

Далее следует рассчитать массу и количество вещества нитрата серебра, которое содержится в растворе:

m ( C u C l 2 ) = m ( p — p а ) · ω / 100 = 27 · 0 , 1 = 2 , 7 ( г )

n ( C u C l 2 ) = m ( C u C l 2 ) / M ( C u C l 2 ) = 2 , 7 : 135 = 0 , 02 ( м о л ь )

Затем можно определить массу осадка:

по уравнению реакции n ( C u C l 2 ) = n ( C u S ) = 0 , 02 ( м о л ь )

m ( C u S ) = n ( C u S ) · M ( C u S ) = 0 , 02 · 96 = 1 , 92 ( г )

Закон сохранения массы веществ. Химические уравнения

В 1748 г. М. В. Ломоносов (Россия) и в 1789 г. А. Лавуазье (Франция) независимо друг от друга открыли закон сохранения массы веществ в химических реакциях. Этот закон формулируется так:

Масса всех веществ, которые вступают в химическую реакцию, равна массе всех продуктов реакции.

Запишем схему реакции горения метана СН₄ в кислороде О₂. В результате этой реакции образуются углекислый газ СО₂ и вода Н₂О:

По закону сохранения массы:

где m(СН₄) и m(О₂) — массы метана и кислорода, которые вступили в реакцию; m(СО₂) и m(Н₂О) — массы углекислого газа и воды, образовавшиеся в результате реакции.

Сохранение массы веществ в химических реакциях объясняется тем, что число атомов каждого элемента до и после реакции не изменяется. В ходе химической реакции происходит только перегруппировка атомов. В реакции, например, в молекулах исходных веществ — СН₄ и О₂ — атом углерода соединяется с атомами водорода, а атомы кислорода— друг с другом; в молекулах продуктов реакции — СО₂ и Н₂О — и атом углерода, и атомы водорода соединяются с атомами кислорода. Легко посчитать, что для сохранения числа атомов каждого элемента в данную реакцию должны вступать 1 молекула СН₄ и 2 молекулы О₂, а в результате реакции должны образоваться 1 молекула СО₂ и 2 молекулы Н₂О:

Данное выражение является уравнением химической реакции, или химическим уравнением.

Числа перед формулами веществ в уравнении реакции называются коэффициентами. В уравнении коэффициенты перед формулами О₂ и Н₂О равны 2; коэффициенты перед формулами СН₄ и СО₂ равны 1 (их обычно не записывают).

Химическое уравнение — это выражение химической реакции, в котором записаны формулы исходных веществ (реагентов) и продуктов реакции, а также коэффициенты, показывающие число молекул каждого вещества.

Если известна схема реакции, то для составления химического уравнения нужно найти коэффициенты.

Составим, например, уравнение реакции, которая выражается следующей схемой:

В левой части схемы атомы водорода и хлора входят в состав молекулы HCl в соотношении 1 : 1; в правой части схемы содержатся 3 атома хлора в составе молекулы AlC1₃ и 2 атома водорода в составе молекулы Н₂. Наименьшее общее кратное чисел 3 и 2 равно 6.

Напишем коэффициент «6» перед формулой HCl, коэффициент «2» — перед формулой AlC1₃ и коэффициент «3» — перед формулой Н;

Так как теперь в правой части содержится 2 атома алюминия, напишем коэффициент «2» перед формулой Al в левой части схемы:

В результате мы получили уравнение данной реакции. Коэффициенты в химическом уравнении показывают не только число молекул, но и число молей исходных веществ и продуктов реакции. Например, это уравнение показывает, что в реакцию вступают 2 моля алюминия Аl и 6 молей хлороводорода HCl, а в результате реакции образуются 2 моля хлорида алюминия AlC1₃ и 3 моля водорода Н₂).