第三章 物質(zhì)構(gòu)成的奧秘 第二節(jié) 定量認(rèn)識化學(xué)變化
第二節(jié) 定量認(rèn)識化學(xué)變化
教學(xué)目標(biāo) ：
知識與技能：
1．理解并能運(yùn)用質(zhì)量守恒定律；
2．能正確書寫簡單的化學(xué)反應(yīng)方程式，并據(jù)此進(jìn)行簡單的計算。
過程與方法：
1．進(jìn)一步理解科學(xué)探究的過程；
2．認(rèn)識書寫化學(xué)方程式的依據(jù)，理解內(nèi)容和形式的辨證關(guān)系。
情感態(tài)度價值觀：
認(rèn)識定量研究對化學(xué)科學(xué)發(fā)展的意義。
教學(xué)內(nèi)容：
1．無數(shù)實驗證明，參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和。這個規(guī)律叫做質(zhì)量守恒定律（law of conservation of mass）。
2．在化學(xué)變化中，組成物質(zhì)的元素種類不變、原子數(shù)目不變、各原子質(zhì)量不變。因此，參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和。
3．用化學(xué)方程式可以表示化學(xué)變化。書寫化學(xué)方程式遵循的原則是：（1）以客觀事實為依據(jù)；（2）符合質(zhì)量守恒定律。
4．依據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)簡單計算的方法。
教學(xué)重點和難點：
教學(xué)重點：
1．質(zhì)量守恒定律的理解、應(yīng)用和成立原因；
2．化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫及配平
3．有關(guān)化學(xué)方程式的計算
教學(xué)難點 ：
1．化學(xué)方程式的配平
2．化學(xué)方程式的計算
探究活動：
質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)及成立原因
教學(xué)過程 ：
一、質(zhì)量守恒定律
1．探究學(xué)習(xí)：質(zhì)量守恒原理的證明
發(fā)現(xiàn)問題：酒精燈內(nèi)的液體燃燒后會逐漸減少，生銹的鐵釘質(zhì)量比原先質(zhì)量增加，鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)后總質(zhì)量卻沒有變；那么化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量會發(fā)生什么變化？增加，減少還是不變？
提出假設(shè)：化學(xué)變化前后質(zhì)量的總質(zhì)量不變。
設(shè)計實驗：
（1）參照課本P96頁圖4-13 氫氧化鈉溶液和硫酸銅溶液反應(yīng)
現(xiàn)象：在藍(lán)色的硫酸銅溶液中，滴入無色氫氧化鈉溶液后，錐形瓶中產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，天平保持平衡。
文字表達(dá)式：硫酸銅(CuSO4) + 氫氧化鈉(NaOH) → 硫酸鈉(Na2SO4) + 氫氧化銅[Cu(OH)2]
結(jié)論：參加反應(yīng)的硫酸銅和氫氧化鈉質(zhì)量總和等于生成物硫酸鈉和氫氧化銅質(zhì)量之和。
（2）參照課本P96頁圖4-14 碳酸鈣和稀鹽酸反應(yīng)
現(xiàn)象：膠皮滴管中的稀鹽酸滴入到小試管中的碳酸鈣上，產(chǎn)生大量氣泡，錐形瓶中的氫氧化鈣溶液逐漸變渾濁，天平仍然保持平衡狀態(tài)。
文字表達(dá)式：碳酸鈣(CaCO3) + 鹽酸(HCl) → 氯化鈣(CaCl2) + 二氧化碳(H2O) + 水(H2O)
二氧化碳(H2O) + 氫氧化鈣[Ca(OH)2] → 碳酸鈣(CaCO3) + 水(H2O)
結(jié)論：化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量總量沒有發(fā)生改變。
形成結(jié)論：參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，即質(zhì)量守恒定律（law of conservation of mass）
2．質(zhì)量守恒定律成立的原因
（1）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，原子的重組，即參加反應(yīng)的各原子的種類、數(shù)目不變，質(zhì)量也基本不變
（2）在宏觀上，元素的種類和質(zhì)量也不變
3．質(zhì)量守恒定律的適用范圍
（1）必須在化學(xué)反應(yīng)中，如：100g酒精和100g水混合形成200g酒精溶液，并不能用質(zhì)量守恒定律解釋
（2）在利用質(zhì)量守恒定律時，一定要注意是參加反應(yīng)的總質(zhì)量和生成物的總質(zhì)量才相等
如：酒精燃燒后，質(zhì)量逐漸減少，用質(zhì)量守恒定律來解釋的話，參加反應(yīng)的酒精和氧氣的質(zhì)量總和應(yīng)該與生成的二氧化碳及水的總質(zhì)量相等，而二氧化碳和水散失在空氣中，無法稱得質(zhì)量，所以質(zhì)量減少。
而鐵釘生銹后質(zhì)量會增加，則是因為參加反應(yīng)的鐵和氧氣的質(zhì)量總和等于生成的鐵銹的質(zhì)量，當(dāng)然鐵銹的質(zhì)量就會大于原先金屬鐵的質(zhì)量
例題：4.6g某物質(zhì)R在空氣燃燒后，能夠生成8.8gCO2和5.4gH2O，請你分析該物質(zhì)的元素組成
分析：我們可以用化學(xué)式表示該反應(yīng)：R+O2→CO2+H2O，生成物中含有碳、氫、氧三種元素，所以根據(jù)質(zhì)量守恒原理，反應(yīng)物中的碳、氫、氧元素質(zhì)量應(yīng)該和生成物中的質(zhì)量分別相等。首先能夠判斷在反應(yīng)物R中，一定含有碳、氫元素，可能含有氧元素。我們就要根據(jù)質(zhì)量來算了：
m(C)=m(CO2)×ω(C)＝8.8g× =2.4g；m(H)＝m(H2O)×ω(H)=5.4g× ＝0.6g
故，氫元素與碳元素質(zhì)量總和只有3g，而R中有4.6g，所以在該物質(zhì)中氧元素就要占1.6g。
綜合上述，該物質(zhì)中含有碳、氫、氧三種元素。
二、化學(xué)方程式的書寫
1．化學(xué)方程式的原則
（1）嚴(yán)格遵循質(zhì)量守恒定律，即需要化學(xué)方程式配平
（2）嚴(yán)格尊重實驗事實，不可主觀臆造
2．化學(xué)方程式的意義
以P為例： 4P + 5O2 點燃=== 2P2O5
4×31 5×32 2×142
（1）磷和氧氣在點燃的情況下，完全燃燒，生成了五氧化二磷
（2）每4個磷原子在點燃條件下能與5個氧分子完全反應(yīng)，生成2個五氧化二磷分子
（3）每124份質(zhì)量的磷在點燃的情況下，能與160份質(zhì)量氧氣完全反應(yīng)，生成284份質(zhì)量五氧化二磷
3．化學(xué)方程式的配平
書寫化學(xué)方程式必須遵守質(zhì)量守恒定律。因此，在化學(xué)方程式兩邊的化學(xué)式前面要配適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)計量數(shù)，使化學(xué)方程式左、右兩邊每一種元素的原子總數(shù)相等�；瘜W(xué)方程式配平后，短線改成等號。
配平化學(xué)方程式的方法有多種，這里介紹幾種簡單的方法
（1）最小公倍數(shù)法
例如配平化學(xué)方程式：NH3+Cl2—N2+NH4Cl
觀察上式：左邊有3H，右邊有4H，氫原子的最小公倍數(shù)是12。因此，在NH3前配上化學(xué)計量數(shù)4，在NH4Cl前配上化學(xué)計量數(shù)3，即：4NH3+Cl2—N2+3NH4Cl
上式中：右邊有3Cl，所以在左邊的Cl2前配“3/2”（使Cl原子個數(shù)相等）；左邊有4N，右邊的3NH4Cl中有3N，所以在N2前應(yīng)配“1/2”（使N原子數(shù)相等），即：4NH3+ Cl2— N2+3NH4Cl
上式兩邊分別乘以2，使各項化學(xué)計量數(shù)變成最小整數(shù)比，即：8NH3+3Cl2==N2+6NH4Cl
（2）觀察法
先找出化學(xué)方程式中原子數(shù)目多的化學(xué)式，令該化學(xué)式的化學(xué)計量數(shù)為1
例如：配平化學(xué)方程式NH3+O2—NO+H2O
NH3的原子數(shù)目比較多，令其化學(xué)計量數(shù)為1；依據(jù)“等號”兩邊各種原子的數(shù)目相等確定其他各項的化學(xué)計量數(shù)。上式中有1N和3H，所以右邊的NO前面應(yīng)配“1”（使N原子個數(shù)相等），H2O前面應(yīng)配“ ”（使H原子的個數(shù)相等），此時，右邊有5O，所以左邊的O2前面應(yīng)配“ ”（使氧原子個數(shù)相等），即：
NH3+ O2—NO+ H2O，將其化學(xué)方程式前的化學(xué)計量數(shù)轉(zhuǎn)化為最小整數(shù)比：4NH3+5O2==4NO+6H2O
注：注明反應(yīng)條件和生成物的狀態(tài)
（1）許多化學(xué)反應(yīng)需要一定的條件才能發(fā)生，因此，需要在化學(xué)方程式中注明反應(yīng)發(fā)生的基本條件。如把點燃、加熱（常用“△”號表示）、催化劑、通電等，寫在“等號”的上方或下方
（2）如果化學(xué)反應(yīng)中有氣體生成，在該氣體物質(zhì)的化學(xué)式右邊要注“↑”；如果生成物中有不溶于水的固體時，則在該固體物質(zhì)的化學(xué)式右邊要注“↓”號。
（3）如果反應(yīng)物和生成物中都有氣體時，氣體生成物中就不需注“↑”；同樣，如果反應(yīng)物和生成物都有不溶于水的固體時，固體生成物也不需注“↓”。
書寫化學(xué)方程式常見的錯誤
（1） 寫錯物質(zhì)的化學(xué)式；
（2） 隨意臆造生成物或事實上不存在的化學(xué)反應(yīng)；
（3） 化學(xué)方程式?jīng)]有配平；
（4） 漏標(biāo)或錯標(biāo)氣體生成物或沉淀生成物的記號；
（5） 錯寫或漏寫反應(yīng)必需的條件。
練習(xí)：
1．C2H6 + O2 — CO2 + H2O 2．Al + MnO2 — Al2O3 + Mn
3．C2H2 + O2 — CO2 + H2O 4．Fe + H2O — Fe3O4 + H2
5．Fe2O3 + CO — Fe + CO2 6．Mg + N2 — Mg3N2
7．NO2 + H2O — HNO3 + NO 8．KNO3 + S + C — K2S + N2 + CO2
9．FeS+ O2 — Fe2O3 + SO2 10．Fe2O3 + HCl — FeCl3 + H2O
三．根據(jù)化學(xué)方程式的計算
1．根據(jù)化學(xué)方程式計算的步驟
（1）設(shè)：根據(jù)題意設(shè)未知數(shù)；
（2）寫：書寫正確的化學(xué)方程式；
（3）找：找出已知量和未知量的質(zhì)量關(guān)系；
（4）列：列出比例式并求解；
（5）答：檢查結(jié)果，簡明作答。
2．根據(jù)化學(xué)方程式計算應(yīng)該注意的事項
（1）正確書寫化學(xué)方程式，準(zhǔn)確列出有關(guān)反應(yīng)物或生成物的質(zhì)量比；
（2）列式時，各物質(zhì)的質(zhì)量單位必須統(tǒng)一，對應(yīng)關(guān)系要正確；
（3）反應(yīng)物、生成物都必須是純凈物，如果是混合物，應(yīng)該不純物的質(zhì)量按題意轉(zhuǎn)化為純凈物的質(zhì)量；
（4）解題的過程要完整，規(guī)范
（5）設(shè)未知數(shù)是要指明物理量，不要帶單位。
例題：某實驗室中需要1.6g氧氣進(jìn)行實驗。若用電解水的方法制取這些氧氣，需要消耗水多少克？同時可生成氫氣多少克？
解：設(shè)消耗水的質(zhì)量為x，得到氫氣的質(zhì)量為y
2H2O通電===2H2↑+O2↑
36 4 32
x y 1.6g
，x=1.8g； ，y=0.2g
答：電解消耗1.8g水，同時生成0.2g氫氣。
常見題型
1．利用質(zhì)量守恒定律的相關(guān)信息，如何求反應(yīng)物的質(zhì)量及相互質(zhì)量比？
例1 已知在反應(yīng)3A+2B=2C+D中，反應(yīng)物A、B的質(zhì)量比為3：4。當(dāng)反應(yīng)生成C和D的質(zhì)量共140g時，B消耗的質(zhì)量為_________g。
分析：此題能根據(jù)質(zhì)量守恒定律，由于生成物C和D的質(zhì)量共140g，所以A和B的質(zhì)量之和也應(yīng)為140g。由于反應(yīng)物A、B的質(zhì)量比為3：4，則可將物質(zhì)總質(zhì)量視為7份（3+4=7），A占其中3份，B占其中4份。所以消耗B的質(zhì)量為140÷7×4＝80g。
例2 在化學(xué)反應(yīng)3X+4Y=2Z中，已知X和Z的相對分子質(zhì)量分別是32和102，則Y的相對分子質(zhì)量為_____。
分析：此題是根據(jù)質(zhì)量守恒定律確定Y的相對分子質(zhì)量。解題時，首先要確定4Y的值，即3×32＋4Y＝2×102 4Y＝2×102－3×32＝108 Y＝27
2．已知反應(yīng)物（或生成物）的質(zhì)量（或密度、體積），如何求另一反應(yīng)物（或生成物）的質(zhì)量（或體積）？
例3 中國登山協(xié)會為紀(jì)念我們首次攀登珠穆朗瑪峰成功50周年，再次組織攀登珠峰活動。阿旺扎西等一行登山運(yùn)動員于2003年5月21日13：40成功登頂。假如每位運(yùn)動員沖頂時消耗自帶的液氧4.8g。求：
（1）這些氧氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是多少升？（標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣密度為1.43g/L）
（2）若在實驗室用高錳酸鉀為原料制取相同質(zhì)量的氧氣，需要多少千克的高錳酸鉀？
（3）用這種方法給登山運(yùn)動員供氧，是否可行？簡述理由。
答：（1）4.8kg氧氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為
（2）設(shè)需要高錳酸鉀的質(zhì)量的質(zhì)量為x
2KMnO4 △=== K2MnO4 + MnO2 + O2↑
316 32
x 4.8kg
（3）不行。此法成本太高，經(jīng)濟(jì)上不合算；或在實驗室制如此多氧氣，耗時太長。
分析：此題難度不高，主要考查學(xué)生有關(guān)化學(xué)方程式計算的兩個重要的注意點：1．氣體體積和氣體質(zhì)量的換算（即氣體體積=氣體質(zhì)量÷氣體密度）；2．化學(xué)方程式中單位的換算，如題目中出現(xiàn)“kg”與“g”之間的換算。此題中不僅僅是一道有知識背景的簡單計算，還考查了學(xué)生仔物質(zhì)制備時是否考慮原料成本和反應(yīng)時間的因素。
3．已知混合物中的一反應(yīng)物（或生成物）的質(zhì)量，如何求混合物中另一反應(yīng)物（或生成物）的質(zhì)量？
例4 煅燒含碳酸鈣80%的石灰石100t，生成二氧化碳多少噸？若石灰石中的雜質(zhì)全部進(jìn)入生石灰中，可以得到這樣的生石灰多少噸？
解：設(shè)生成二氧化碳的質(zhì)量為x
CaCO3 高溫=== CaO + CO2↑
100