质量守恒定律的概念及对概念的理解: (1)
概念: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。这个规律就叫做质量守恒定律。
(2)
对概念的理解: ①质量守恒定律只适用于化学反应,不能用于物理变化例如,将2g水加热变成2g水蒸气,这一变化前后质量虽然相等,但这是物理变化,不能说它遵守质量守恒定律。
②质量守恒定律指的是“质量守恒”,不包括其他方面的守恒,如对反应物和生成物均是气体的反应来说,反应前后的总质量守恒,但是其体积却不一定守恒。
③质量守恒定律中的第一个“质量”二字,是指“参加”化学反应的反应物的质量,不是所有反应物质量的任意简单相加。
例如,2g氢气与8g氧气在点燃的条件下,并非生成10g水,而是1g氢气与8g氧气参加反应,生成9g水
④很多化学反应中有气体或沉淀生成,因此“生成的各物质质量总和”包括了固态、液态和气态三种状态的物质,不能把生成的特别是逸散到空气中的气态物质计算在“总质量”之外而误认为化学反应不遵循质量守恒定律
质量守恒定律的微观实质: (1)化学反应的实质在化学反应过程中,参加反应的各物质(反应物) 的原子,重新组合而生成其他物质(生成物)的过程。由分子构成的物质在化学反应中的变化过程可表示为:
(2)质量守恒的原因在化学反应中,反应前后原子的种类没有改变,数目没有增减,原子本身的质量也没有改变,所以,反应前后的质量总和必然相等。例如,水通电分解生成氢气和氧气,从微观角度看:当水分子分解时,生成氢原子和氧原子,每两个氢原子结合成一个氢分子,每两个氧原子结合成一个氧分子。
质量守恒定律的延伸和拓展理解:
质量守恒定律要抓住“六个不变”,“两个一定变”“两个可能变”。
六个不变 |
宏观 |
反应前后的总质量不变 |
元素的种类不变 |
元素的质量不变 |
微观 |
原子的种类不变 |
原子的数目不变 |
原子的质量不变 |
两个一定变 |
物质的种类一定变 |
构成物质的分子种类一定变 |
如从水电解的微观示意图能得出的信息:
①在化学反应中,分子可以分成原子,原子又重新组合成新的分子;
②一个水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的,或一个氧分子由两个氧原子构成、一个氧分子由两个氢原子构成。或氢气、氧气是单质,水是化合物
③原子是化学变化中的最小粒子。
④水是由氢、氧两种元素组成的。
⑤在化学反应,氧元素的种类不变。
⑥在化学反应中,原子的种类、数目不变。
⑦参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。
质量守恒定律的发现: 1. 早在300多年前,化学家们就对化学反应进行定量研究。1673年,英国化学家波义耳(RobertBoyle, 1627-1691)在一个敞口的容器中加热金属,结果发现反应后容器中物质的质量增加了。
2. 1756年,俄国化学家罗蒙诺索夫把锡放在密闭的容器里锻烧,锡发生变化,生成白色的氧化锡,但容器和容器里物质的总质量,在锻烧前后并没有发生变化。经过反复实验,都得到同样的结果,于是他认为在化学变化中物质的质量是守恒的。
3. 1774年,法国化学家拉瓦锡用精确的定量实验法,在密封容器中研究氧化汞的分解与合成中各物质质量之间的关系,得到的结论是: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。
4. 后来.人们用先进的测址仪器做了大量精度极高的实验,确认拉瓦易的结论是正确的。从此,质量守恒定律被人们所认识。
质量守恒定律的应用:
(1)解释问题
①解释化学反应的本质—生成新物质,不能产生新元素(揭示伪科学的谎言问题)。
②解释化学反应前后物质的质量变化及用质量差确定某反应物或生成物。
(2)确定反应物或生成物的质量
确定反应物或生成物的质量时首先要遵循参加反应的各种物质的质量总量等于生成的各种物质的质量总和;其次各种物质的质量比等于相对分子质量与化学计量数的乘积之比。
(3)确定物质的元素组成
理解在化学反应前后,元素的种类不发生改变。可通过计算确定具体的元素质量。
(4)确定反应物或生成物的化学式
比较反应前后各种原子个数的多少,找出原子个数的差异。但不能忘记化学式前的化学计量数。
(5)确定某物质的相对分子质量(或相对原子质量)
运用质量守恒定律确定某物质的相对分子质量 (或相对原子质量)时,首先寻找两种已知质量的物质,再根据化学方程式中各物质间的质量成正比即可计算得出。注意观察物质化学式前面的化学计量数。
(6)确定化学反应的类型
判定反应的类型,首先根据质量守恒定律判断反应物、生成物的种类和质量(从数值上看,反应物质量减少,生成物质最增加)。如果是微观示意图,要对比观察减少的粒子和增加的粒子的种类和数目再进行判断。
(7)判断化学方程式是否正确
根据质量守恒定律判断化学方程式的对与否关键是看等号两边的原子总数是否相等,同时注意化学式书写是否有误。
原子的构成:
原子核的构成:
原子核相对原子来说,体积很小,但质量却很大,原子的质量主要集中在原子核上,电子的质量约为质子质量的
。
质子的质量为:1.6726×10
-27kg
中子的质量为:1.6749×10
-27kg
构成原子的粒子间的关系:对原子构成的正确理解:
(1)原子核位于原子中心,绝大多数由质子和中构成 (有一种氢原子的原子核内只含有1个质子,无中子),体积极小,密度极大,几乎集中了原子的全部质量,核外电子质量很小,可以忽略不计。
(2)每个原子只有一个原子核,核电荷数(核内质子数)的多少,决定了原了的种类。
(3)在原子中:核电荷数二质子数二核外电子数。
(4)原子核内的质子数不一定等干中子数,如钠原子中,质子数为11,中子数为12。
(5)并不是所有的原子中都有中子,如有一种氢原子中就没有中子。
(6)在原子中,由于质子(原子核)与电子所带电荷数相等,且电性相反,因而原子中虽然存在带电的粒子,但原子在整体上不显电性。
核外电子的排布:①电子层核外电子运动有自己的特点,在含有多个电子的原子里,有的电子通常在离核较近的区域运动,有的电子通常在离核较远的区域运动,科学家形象地将这些区域称为电子层。
②核外电子的分层排布通常用电子层来形象地表示运动着的电子离核远近的不同:离核越近,电子能量越低;离核越远,电子能量越高。电子层数、离核远近、能量高低的关系如下所示:
电子层数 1 2 3 4 5 6 7
离核远近 近→ 远
能量高低 低→ 高
③核外电子排布的规律了解一些核外电子排布的简单规律对理解原子核外电子排布的情况有很重要的作川,核外电子排布的简单规律主要有:
a.每层上的电子数最多不超过2n
2(n为电子层数),如第一电子层上的电子数可能为1,也可能为2,但最多为2。
b.核外电子排布时先排第一层,排满第一层后,再排第二层,依次类推。
c.最外层上的电子数不超过8;当只有一个电子层时,最外层上的电子数不超过2。
原子的不可再分与原子的结构:
化学变化中原子不会由一种原子变成另外一种原子,即化学变化中原了的种类不变,其原因是化学变化中原子核没有发生变化。如硫燃烧生成了二氧化硫,硫和氧气中分别含有硫原子和氧原子,反应后生成的二氧化硫中仍然含硫原子和氧原子。原子不是最小粒子,只是在化学变化的范围内为“最小粒子”,它还可再分,如原子弹爆炸时的核裂变,就是原子发生了变化。原子尽管很小,但具有一定的构成,是由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成的。
定义:
以一种碳一12原子质量的1/12为标准,其他原子的质量跟它的比值就是这种原子的相对原子质量(符号为A)。
公式:某原子的相对原子质量=
原子质量与相对原子质量的区别和联系:
|
原子的质量 |
相对原子质量 |
区别 |
测定出来的是原子的实际质量,数值非常小,有单位(kg) |
相比得出的是原子的相对质量,数值大于或等于1,有单位(1) |
联系 |
某原子的相对原子质量(Ar) = |
对概念的理解:
①相对原子质量只是一个比值,不是原子的实际质量。
②相对原子质最有单位,国际单位为“1”,一般不写也不读。
③相对原子质≈质子数+中子数,只是约等于,可以用于计算。
④碳原子有多种,作为相对原子质量标准的碳原子是原子核中有6个质子和6个中子的碳原子。
⑤只是用这种碳原子实际质量的1/12,而不是这种碳原子的质量。
原子结构示意图: 由原子构成的物质:绝大多数的单质是由原子构成的,如金属单质、稀有气体均是由原子直接构成的,碳、硫、磷等大多数的非金属单质也是由原子直接构成的。
原子的定义:原子是化学变化中最小的粒子。例如,化学变化中,发生变化的是分子,原子的种类和数目都未发生变化。
对原子的概念可从以下三个方面理解:
①原子是构成物质的基本粒子之一。
②原了也可以保持物质的化学性质,如由原子直接构成的物质的化学性质就由原子保持。
③原子在化学变化中不能再分,是“化学变化中最小的粒子”,脱离化学变化这一条件,原子仍可再分。
原子的性质: ①原子的质量、体积都很小;
②原子在不停地运动;
③原子之间有一定的间隔;
④原子可以构成分子,如一个氧分子是由两个氧原子构成的;也可以直接构成物质,如稀有气体、铁、汞等都是由原子直接构成的;
⑤化学反应中原子不可再分。
原子的表示方法—元素符号:原子可用元索符号表示:如O既可表示氧元素,也可表示1个氧原子。
分子和原子的联系与区别:
项目 |
分子 |
原子 |
不同点 |
本质区别 |
在化学反应中可以分成原子 |
在化学反应中不能再分 |
构成物质情况 |
大多数物质由分子构成 |
原子也能直接构成物质,但分子是由原子构成的 |
相同点 |
①质量和体积都很小 ②都在不停地运动 ③粒子间有间隔 ④都是构成物质的粒子 ⑤同种粒子性质相同,不同种粒子性质不同 |
注意事项 |
①分子是保持物质化学性质的最小粒子 ②原子是化学变化中的最小粒子 ③分子是由原子构成的 ④对于由原子直接构成的物质,原子是保持其化学性质的最小粒子 |
联系 |
分子是由原子构成的,分子,原子都是构成物质的粒子,它们的关系是
|
道尔顿的原子模型: 英国自然科学家约翰·道尔顿将古希腊思辨的原子论改造成定量的化学理论,提出了世界上第一个原子的理论模型。他的理论主要有以下四点:
①所有物质都是由非常微小的、不可再分的物质微粒即原子组成
②同种元素的原子的各种性质和质量都相同,不同元素的原子,主要表现为质量的不同
③原子是微小的、不可再分的实心球体
④原子是参加化学变化的最小单位,在化学反应中,原子仅仅是重新排列,而不会被创造或者消失。 虽然,经过后人证实,这是一个失败的理论模型,但道尔顿第一次将原子从哲学带入化学研究中,明确了今后化学家们努力的方向,化学真正从古老的炼金术中摆脱出来,道尔顿也因此被后人誉为“近代化学之父”。
定义:
金属活动性指金属单质在水溶液中失去电子生成金属阳离子的性质。
常见金属活动性顺序: K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au
金属活动性顺序表的意义 (1)金属的位置越靠前,它的活动性越强
(2)位于氢前面的金属能置换出酸中的氢(强氧化酸除外)。
(3)位于前面的金属能把位于后面的金属从它们的盐溶液中置换出来(K,Ca,Na除外)。
(4)很活泼的金属,如K、Ca、Na与盐溶液反应,先与溶液中的水反应生成碱,碱再与盐溶液反应,没有金属单质生成。如:
2Na+CuSO
4+2H
2O==Cu(OH)
2↓+Na
2SO
4+H
2↑
(5)不能用金属活动性顺序去说明非水溶液中的置换反应,如氢气在加热条件下置换氧化铁中的铁:
Fe
2O
3+3H
22Fe+3H
2O
金属原子与金属离子得失电子能力的比较
金属活动性顺序表的应用 (1)
判断某些置换反应能否发生 a.判断金属与酸能否反应:
条件:
①金属必须排在氢前面
②酸一般指盐酸或稀硫酸
b.判断金属与盐溶液能否反应:
条件:
①单质必须排在盐中金属的前面
②盐必须可溶于水
③金属不包含K、Ca、Na
(2)
根据金属与盐溶液的反应判断滤液、滤渣的成分。如向CuSO
4,AgNO
3混合液中加铁粉,反应后过滤,判断滤液和滤渣成分。铁与CuSO
4和AgNO
3溶液反应有先后顺序,如果铁足量,先将AgNO
3中的Ag完全置换后再置换CuSO
4中的Cu,那么溶液中只有FeSO
4;如果铁的量不足,应按照“先后原则”分别讨论滤液和滤渣的成分。
(3)根据金属活动性顺序表判断金属与酸反应的速率或根据反应速率判断金属的活动性顺序。如镁、锌、铁三种金属与同浓度的稀H
2SO
4反应产生氢气的速率:Mg>Zn>Fe,则可判断金属活动性Mg>Zn>Fe,
(4)
利用金属活动性顺序表研究金属冶炼的历史。金属活动性越弱,从其矿物中还原出金属单质越容易; 金属活动性越强,从其矿物中还原出金属单质越难。所以越活泼的金属越不易冶炼,难于冶炼的金属开发利用的时间就越迟。
(5)
应用举例 a.湿法炼铜我国劳动人民在宋代就掌握了湿法炼铜技术,即将铁放入硫酸铜溶液中置换出铜: Fe+CuSO
4=FeSO
4+Cu。
b.从洗相废液中回收银洗相废掖中含有大量的硝酸银,可用铁置换回收: Fe+2AgNO
3==Fe(NO
3)
2+2Ag。
c.处理工业废水中的铜、汞离子工业废水中常含铜、汞等金属离子,这些离子对生物有很大的危害,在排放前必须进行处理,可用铁置换回收:Fe+CuSO
4==FeSO
4+Cu
d.实验室选择金属与酸反应制取氢气在金属活动性顺序表中,H之前的金属都能跟稀 H
2SO
4、稀HCl反应产生氢气,但Zn之前的金属与酸反应太快。不便操作;Zn之后的金属与酸反应太慢,花费时间太长,从经济效益和反应速率多方而考虑,Zn是最合适的金属。
金属与混合溶液的反应 (1)将一种金属单质放入几种金属的盐溶液的混合液中时,其中排在金属活动性顺序表巾最靠后的金属最先被置换出来,然后再依次置换出稍靠后的金属。简记为“在金属活动性顺序中,距离远,先反应”。如将金属Zn。放入FeSO
4和CuSO
4的混合溶液中,Zn先与CuSO
4发生置换反应,与CuSO
4反应完后再与FeSO
4 发生置换反应。根据金属锌的最不同可分为以下几种情况:
金属锌的量 |
析出金属 |
滤液的成分 |
锌不足(不能与CuSO4溶液完全反应) |
Cu |
ZnSO4、FeSO4、CuSO4 |
锌不足(恰好与CuSO4溶液完全反应) |
Cu |
ZnSO4、FeSO4 |
锌不足(不能与FeSO4溶液完全反应) |
Fe、Cu |
ZnSO4、FeSO4 |
锌适量(恰好与FeSO4溶液完全反应) |
Fe、Cu |
ZnSO4 |
锌足量 |
Zn、Fe、Cu |
ZnSO4 |
(2)将几种不同的金属放入同一种盐溶液中,发生反应的情况与将一种金属放入几种金属的盐溶液中相似,也是在金属活动性顺序表中,距离越远的先反应,然后是距离较远的反应。
金属与酸反应生成氢气图像问题的分析方法:(1)等质氢图:两种金属反应产生的氢气质量相同,此图反映两种情况:
①酸不足,金属过虽,产生的氢气质量由酸的质量决定。
②酸足量,投放的两种金属与酸反应产生氢气的质量恰好相同,如6.5g锌和5.6g铁分别投入足量的盐酸中反应产生的氢气质量相同。
(2)等质等价金属图:如等质量的镁、铁、锌与足量的酸反应生成的金属离子都是+2价,产生氢气的速率和质量不同。此图反映出:
①金属越活泼,图示反应物的线越陡,如Mg线比Zn线陡,Zn线比Fe线陡,说明活泼性Mg>Zn>Fe
②金属的相对原子质量越小。等质量时,与酸反应产生的氢气越多,曲线的拐点越高,因此,相对原子质量Zn >Fe>Mg。
可简单概括为:越陡越活,越高越小。
(3)等质不等价金属图:铝、镁、锌与酸反应生成金属离子的化合价分别为+3、+2、+2,此图反映出等质不等价金属与酸反应不仅速率不同而且生成的氢气的质量与金属化合价有关。
可用下面式子计算氢气质量:
金属与酸或盐溶液反应前后溶液密度变化的判断方法:金属与酸的反应和金属与盐溶液的反应均为置换反应,反应后溶液的溶质发生了改变,导致溶液的溶质质量分数、溶液的密度也随之改变。反应前后溶液的密度的变化取决于反应前后溶液中溶质的相对分子质量的相对大小。
(1)反应后溶液密度变小:如Fe+CuSO
4== FeSO
4+Cu,在该反应中,反应前溶液中的溶质为CuSO
4,其相对分子质量为160;反应后溶液中的溶质为FeSO
4,其相对分子质量为152,由于152<160,故该反应后溶液密度变小。
(2)反应后溶液密度变大:如Zn+H
2SO
4== ZnSO
4+H
2↑,在该反应中,反应前溶液中的溶质为H
2SO
4,相对分子质量为98;反应后溶液中溶质为ZnSO
4,相对分子质童为161,由于161>98。故该反应后溶液密度变大。
真假黄金的鉴别:
黄金是一种具有金黄色光泽的金属、化学性质极不活泼。黄铜的外形与黄金非常相似,所以不法分子常用黄铜(Zn,Cu合金)来冒充黄金。但二者之间的性质有很大差异,可用多种方法鉴别。
方法一:取少量金黄色金属块于试管中,加入少量稀盐酸或稀硫酸,若有气泡产生(Zn+2HCl==ZnCl
2 +H
2),则原试样为黄铜;若没有气泡产生,则原试样为黄金。
方法二:取少量金黄色金属块,用天平称其质量,用量筒和水测出其体积,计算出金属块的密度与黄金的密度对照,若密度相等,则为黄金;若有较大的差异,则为黄铜。
方法三:取少员金黄色金属块在火焰上加热,若金属块表面变黑(2Cu+O
22CuO,则原试样为黄铜;若无变化,则为黄金。
方法四:取少讨金黄色金属块于试管中,向试管中加人适量的硫酸铜溶液,若金属块表而出现红色物质且溶液颜色变浅(Zn+CuSO
4==ZnSO
4+Cu),则原试样为黄铜;若无变化,则原试样为黄金。