第5单元 课题1 质量守恒定律及应用（教师版）-2024年初中化学同步（人教版）1

第5 单元 课题1 质量守恒定律及应用 目标任务 预习导学 自主梳理 ►质量守恒定律 ►探究实验 ►用微粒的观点解释质量守恒定律 ►质量守恒定律的应用 效果检测 探究提升 ►环节一 探究实验 ►环节二 质量守恒定律 ►环节三 人类对质量守恒定律的探索 ►环节四 用微粒的观点解释质量守恒定律 ►环节五 质量守恒定律的应用 课堂总结 强化训练 课程标准 学习目标 1 认识化学反应中的各物质间存在定量关系，化学 反应遵守质量守恒定律； 2 理解质量守恒定律的微观本质。(新增) 3 学习从物质变化、能量变化、反应条件、反应现 象、反应类型和元素守恒等视角认识化学反应，初 步形成认识化学反应的系统思维意识。(新增) 1 知道质量守恒定律的含义，通过微粒模型分 析出质量守恒的本质原因； 2 通过改进实验方并动手实验，能用实验定量 研究化学问题； 3 能用质量守恒定律解释常见的化学反应中的 质量关系。 4 通过定量实验，探究化学变化中的定量关 系，体会科学探究方法，并能用所学知识解释 生活中的实际问题。 目标任务 01 自主梳理 一、质量守恒定律 内容：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。 任何化学变化都遵循质量守恒定律。质量守恒定律不适用解释物理变化。定律只适用于质量守恒，不包括 体积守恒、分子数守恒等。 二、用微粒观点解释质量守恒定律 结论：化学反应前后，原子种类、数目、质量不变。故化学反应前后各物质的质量总和必然相等。 三、探究实验 实验1 实验2 实验3 实验现象： ①实验1：白磷燃烧，产生大量 白烟 ，放出大量的热，气球鼓起，冷却后气球变瘪，最终天平平衡。 ②实验2：铁钉表面有 红色固体 析出，溶液由 蓝色 逐渐变为 浅绿色 ，实验结束后天平平衡。 ③实验3：烧杯中有大量气泡产生，实验结束后天平指针向右偏转。 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。 四、质量守恒定律的应用 1．解释一些实验现象 2．定性判断物质的元素组成 效果检测 1 大量实验证明：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，这个规律叫 预习导学 02 作质量守恒定律。 2 为什么物质在发生化学反应前后，各物质的质量总和相等呢？这是因为化学反应的过程，就是参加反应 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，在化学反应中，反应前后原子种类没 有改变、原子数目没有增减、原子质量也没有改变。 3 如图是氢气与氧气在点燃条件下反应生成水的微观示意图。请回答问题： (1)请在图B 内虚线右侧将缺少的微观粒子补充完整。 (2)此反应所属基本反应类型为化合反应，图表示的物质属于混合物(填“纯净物”或“混合物”或“单 质”)，图表示的物质属于氧化物，其微观解释为：物质由同种分子构成，分子由两种原子构成，其中一种 是氧原子。 (3)该变化的微观实质为：在点燃条件下，氢分子分解成氢原子，氧分子分解成氧原子，每两个氢原子和一 个氧原子结合成 / 构成一个水分子 。 4 用下列实验验证质量守恒定律，能达到实验目的的是 ． B． ． D． 5．如图是通过红磷燃烧来验证质量守恒定律的实验，下列说法错误的是 ．反应前锥形瓶内红磷和氧气的总质量一定等于反应后生成五氧化二磷的质量 B．红磷燃烧结束，锥形瓶应冷却后再放在天平上称量 ．实验过程中气球先变大后变瘪 D．瓶底的细砂起隔热作用 6．下列对质量守恒定律的理解正确的是 ．化学反应+B→+D，参加反应的和B 的质量分别等于生成的和D 的质量 B．水结成冰的前后总质量不发生改变，这有力地证明了质量守恒定律 ．镁条在氧气中燃烧后固体增加的质量等于参加反应的氧气的质量 D．100 克高锰酸钾完全分解所得固体的质量为100 克 ►环节一 探究质量守恒定律 情境材料1 在一定条件下，反应物发生了化学反应生成新的物质，如镁条燃烧生成氧化镁，水电解产生氢气和氧气。 那么反应物与生成物的质量之间究竟存在着什么关系呢? 【提出问题】化学反应前后，反应物总质量(m1)与生成物总质量(m2)存在怎样的关系？ 【猜想与假设】① m1>m2 ； ② m1<m2 ； ③ m1=m2 问题探究1 探究提升 03 实验1 红磷燃烧前后质量的测定 在底部铺有细沙的锥形瓶中，放入一小堆干燥的红磷。在锥形瓶口的橡胶塞上安装一根玻璃管，在其上端 系牢一个小气球，并使玻璃管下端能与红磷接触。将锥形瓶和玻璃管放在托查天平上用砝码平衡，记录所 称的质量m1。然后，取下锥形瓶，将橡胶塞上的玻璃管放到洒精灯火焰上灼烧至红热后，迅速用橡胶塞 将锥形瓶塞紧，并将红磷引燃。待锥形瓶冷却后，重新放到托盘天平上，记录所称的质量m2。 实验现象 红磷燃烧放热，产生大量白烟；气球先变大后变小；实验结束后天平平衡。 反应的符 号表达式 质量关系 m1＝m2，反应前后总质量保持不变 思考与交流 (1)锥形瓶底部的细沙的作用是防止锥形瓶底部因受热不均而炸裂 (2)装置密封的目的是防止锥形瓶内外发生物质交换 (3)在玻璃管上端系气球的目的是缓冲气压，防止橡胶塞被冲开 注意： 在称量反应后的物质质量时，必须等锥形瓶(或烧杯)冷却至室温后再称量，以免称量前后因温度不同对实 验结果产生影响。 实验2 铁钉与硫酸铜溶液反应前后质量的测定 在锥形瓶中加入适量稀硫酸铜溶液，塞好橡胶塞。将几根铁钉用砂纸打磨干净，将盛有硫酸铜溶液的锥形 瓶和铁钉一起放在托盘天平上称量，记录所称的质量m1。将铁钉浸到硫酸铜溶液中，观察实验现象。待 反应一段时间后溶液颜色改变时，将盛有硫酸铜溶液和铁钉的锥形瓶放在托盘天平上称量，记录所称的质 量m2。比较反应前后的质量。 实验现象 铁钉表面覆盖一层红色固体，溶液颜色由蓝色逐渐变成浅绿色，实验结束后天平平衡。 反应的符 号表达式 质量关系 m1＝m2，反应前后总质量保持不变 实验3 盐酸与碳酸钠粉末反应前后质量的测定 把盛有盐酸的小试管小心地放入装有碳酸钠粉末的小烧杯中，将小烧杯放在托盘天平上用砝码平衡。取下 小烧杯并将其倾斜，使小试管中的盐酸进入小烧杯中，观察现象。反应进行一段时间后，再把小烧杯放回 托盘天平上。 实验现象 产生大量气泡，白色粉末逐渐消失，实验结束后天平指针向右偏转。 反应的符 号表达式 质量关系 反应后物质的称量质量小于反应前物质的称量质量 实验3 不能(填能或不能)验证质量守恒定律；原因是在敞口烧杯中进行，反应生成的气体逸散到空气中， 遵守(填遵守或不遵守)质量守恒定律。 实验4 镁条燃烧前后质量的测定 取一根用砂纸打磨干净的长镁条和一个石棉，将它们一起放在托盘天平上称量，记录所称的质量。在石棉 上方将镁条点燃，观察现象。将镁条燃烧后的产物与石棉一起放在托盘天平上称量，比较反应前后的质量。 实验现象 镁条燃烧发出耀眼的白光 ，生成白色固体，放出热量，实验结束后天平指针向左偏转。 反应的符 号表达式 质量关系 反应后物质的称量质量大于反应前物质的称量质量 实验4 不能(填能或不能)验证质量守恒定律；遵守(填遵守或不遵守)质量守恒定律。 因此探究质量守恒定律的实验：要求必须发生化学反应且有明显现象。如有气体参加或生成，则必须在密 闭容器中进行。 要点归纳 典例精讲 【典例1】(2023 年河南省商丘市虞城县模拟)化学实验是学生运用化学知识拓展化学思维的重要途径．下 列实验能达到目的的是 证明质量守恒定律 B 探究可燃物燃烧需要达到着火点 探究空气中氧气的体积分数 D 证明铁生锈的条件之一是与氧气接触 【答】B 【详解】、在金属活动性顺序中，铜位于氢元素后面，则铜不能与盐酸反应，则不能用来验证质量守恒定 律，该实验不能达到目的； B、白磷燃烧而红磷不燃烧，对比说明燃烧需要温度达到着火点以上，该实验能达到目的； 、木炭燃烧生成二氧化碳，装置中压强几乎不变，则无法探究空气中氧气的含量，该实验不能达到目的； D、左边铁与氧气和水共同接触，右边铁只与氧气接触，对比说明铁生锈需要与水接触，该实验不能达到 目的。 故选B。 【典例2】(2023·吉林白山·九年校联考)选用白磷、锥形瓶、气球、天平等药品和器材，探究化学反应中 物质质量的变化规律，装置如图。 (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述结论，并请说明理由。 。 (3)实验结论是 。 【答】(1)白磷燃烧，产生大量的白烟 (2)能，剩余白磷未参加反应，反应前后质量不变 (3)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 【详解】(1)要确认化学反应已经发生，说明有新物质生成，本实验中可观察到白磷燃烧，产生大量白烟； (2)质量守恒定律是参加反应的物质的总质量与生成物的总质量相等，反应结束后，若白磷有剩余，剩余白 磷未参加反应，反应前后质量不变，仍能得出上述结论； (3)该实验室探究质量守恒定律，该实验在密闭容器中进行，反应前后物质的总质量不变，天平保持平衡， 可得出的实验结论为：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。 【典例3】(2023 秋·云南昭通·九年级校联考期末)在“质量守恒定律”的课堂学中、甲、乙、丙、丁四个 小组的同学分别做了、B、、D 四个实验。他们都进行了规范的操作，准确的称量和细致的观察。 (1)实验：在实验过程中观察到气球的变化是 。 (2)丙组同学认为实验说明了质量守恒，请你从原子的角度说明守恒的原因： 。 (3)乙、丁两组同学得到的结论是：化学反应前后总质量不守恒。老师引导学生分析了B、D 两个实验。你 认为B 实验天平不平衡的原因是 。实验D 中理论上镁条燃烧后的质量应该比反应前增重，原因是 。 (4)通过上述实验，得到的启示是：有气体参加或生成的反应，在验证质量守恒定律时应该在 装置中进 行实验。 【答】(1)先胀大，后变瘪 (2)反应前后原子种类、数目、质量都不改变，因此反应前后质量守恒 (3) 反应中有氧气生成，逸散到空气中去了，没有称量进去 镁条与氧气反应生成固体氧化镁，固体 中增加了氧元素的质量 (4)密闭 【详解】(1)白磷燃烧放出大量的热，锥形瓶内压强变大，则开始气球变大，由于白磷燃烧消耗氧气，无气 体生成，所以反应结束后，随着温度的逐渐降低，锥形瓶内压强变小，所以气球又逐渐变瘪。因此在实验 过程中观察到气球的变化是：先胀大，后变瘪。 (2)丙组同学认为实验说明了质量守恒，从原子的角度守恒的原因是：反应前后原子的种类、数目、质量都 不改变，因此反应前后质量守恒。 (3)B 实验天平不平衡的原因是：反应中有氧气生成，逸散到空气中去了，没有称量进去。实验D 中理论 上镁条燃烧后的质量应该比反应前增重，原因是：镁条与氧气反应生成固体氧化镁，固体中增加了氧元素 的质量。 (4)通过上述实验，得到的启示是：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进 行实验。 【典例4】(安徽省马鞍山和县香泉中学2022-2023 上学期期末模拟)为验证质量守恒定律，某兴趣小组 做了以下实验进行探究。 实验一：将10g 水加入10g 酒精中，一段时间后，称量混合液，质量仍为20g。 (1)该实验______(填“能”或“不能”)验证质量守恒定律，原因是 ______。 实验二：如图1，用细铜丝吊着一根长玻璃棒，两端分别绕上粗铜丝，并使玻璃棒保持水平，然后用酒精 灯给端铜丝加热1～2 分钟。 (2)冷却后，观察到铜丝变黑、玻璃棒______(填“”或“b”)端下沉。 实验三：称取镁条和石棉的质量为m1(如图2 所示)，然后在空气中点燃镁条；反应结束后将所得物质与石 棉一起再次称量，质量为m2。 (3)镁条燃烧的现象是______，写出该反应的化学方程式______。 (4)根据质量守恒定律可知：生成氧化镁的质量大于参加反应的镁条的质量；而实验事实是m2＜m1，原因 是______。 【分析与总结】 (5)根据以上实验可知，验证质量守恒定律时，对于有气体参加的反应，应在______容器中进行实验。 【答】(1) ①不能 ② 水和酒精没有发生化学反应 (2) (3) ①发出耀眼的白光，放热，生成白色固体 ② 2Mg+2 2Mg (4)反应生成的部分氧化镁扩散到空气中 (5)密闭 【解析】 (1)该实验不能验证质量守恒定律，原因是水和酒精混合，没有发生化学反应，故填：不能；水和酒精没有 发生化学反应； (2)加热端的粗铜丝，铜与空气中的氧气反应生成氧化铜，由质量守恒定律可知，生成物的氧化铜的质量大 于原来铜的质量，b 端铜丝的质量不变，则玻璃棒端下沉，故填：； (3)镁和空气中的氧气在点燃的条件下反应生成氧化镁，可观察到的现象是发出耀眼的白光，放出大量的热， 生成白色固体，故填：发出耀眼的白光，放热，生成白色固体； 2Mg+2 2Mg； (4)镁条燃烧生成的部分氧化镁扩散到空气中，使得生成物收集不全，导致生成的固体的质量小于镁条的质 量，故填：反应生成的部分氧化镁扩散到空气中； (5)根据以上实验可知，验证质量守恒定律时，对于有气体参加的反应，应称量所有反应物的质量，则应在 密闭容器中进行实验，故填：密闭； 【典例5】(2023 年江西省中考)兴趣小组对“化学反应前后物质的质量关系”进行探究，实验方如下： 【分析交流】 (1)方中红磷燃烧的现象为________，方B 中铁与硫酸铜反应的化学方程式为______。两个方反应前后天 平均保持平衡，说明上述两个化学反应前后物质的总质量不变。 【发现问题】方中因有氧气参加反应，故采用密闭装置。但方B 中铁与硫酸铜反应，反应物和生成物都没 有气体，为什么也要用密闭装置呢？ (2)于是在老师的指导下，小组同学再次实验，并使用p 传感器测定锥形瓶内溶液p，其数据如下图。分析 图像可知，反应开始阶段溶液的酸性逐渐______(填“增强”或“减弱”)，那么导致这一现象出现的原因 又是什么？ 【提出猜想】 猜想甲：硫酸铜溶液和铁作用所致； 猜想乙：硫酸铜溶液和空气作用所致； 猜想丙：硫酸铜溶液、铁及空气共同作用所致。 【进行实验】 (3)为验证上述猜想，现提供如下用品：用煮沸并迅速冷却的蒸馏水配成4%的硫酸铜溶液、洁净的铁钉、 p 传感器等，实验过程如下表，请完成表格中①、②两处填空。 实验序号 实验1 实验2 实验3 实验内容 (部分仪器 略去) 实验现象 p 先减小后略增大 p 略增大 p 不变 实验结论 猜想______成立 【反思拓展】 (4)通过以上探究活动，请分析方B 中用橡胶塞形成密闭装置的原因可能是________。 (5)蜡烛燃烧后固体质量减小，请设计实验验证该反应是否遵守质量守恒定律。写出你的简明方：________。 【答】(1) 剧烈燃烧，产生大量白烟，放出热量 Fe+uS4=FeS4+u (2)增强 (3) 5 丙 (4)防止溶液酸性增大与铁钉反应产生氢气使装置质量减小，无法验证质量守恒定律 (5)取一套装置气密性良好的集气瓶和带有燃烧匙的橡皮塞，将蜡烛固定在燃烧匙上，将蜡烛、橡皮塞、燃 烧匙和集气瓶放在天平上称量后，放置在桌面上，点燃蜡烛迅速将蜡烛伸入集气瓶并塞紧橡皮塞，待蜡烛 熄灭后将装置整体放在天平上称量，若质量不变，则遵循适量守恒定律 【详解】(1)红磷燃烧会产生大量白烟，放出热量，故填：剧烈燃烧，产生大量白烟，放出热量； 铁和硫酸铜会生成硫酸亚铁和铜，故填：Fe+uS4=FeS4+u； (2)图中p 值下降，说明溶液的酸性增强，故填：增强； (3)实验1 可以中硫酸铜溶液和铁、空气接触；实验2 中硫酸铜和铁接触，需要控制其他变量相同，加入 5mL 硫酸铜溶液；实验3 硫酸铜接触到空气； 实验1、2 对比说明p 减小与空气有关，实验1、3 对比说明p 减小与铁有关，则p 减小使硫酸铜与铁和 空气共同作用所致，故填：5；丙； (4)装置B 中硫酸铜与铁和氧气接触，可能会导致溶液酸性增强与铁反应产生氢气，如果在敞口容器中， 氢气会逸出，导致装置质量减小，无法验证质量守恒定律，故填：防止溶液酸性增大与铁钉反应产生氢气 使装置质量减小，无法验证质量守恒定律； (5)蜡烛燃烧会产生二氧化碳和水，需要在密闭容器中验证，可以将蜡烛在密闭的集气瓶中燃烧测定反应前 后的质量不变来验证质量守恒定律，故填：取一套装置气密性良好的集气瓶和带有燃烧匙的橡皮塞，将蜡 烛固定在燃烧匙上，将蜡烛、橡皮塞、燃烧匙和集气瓶放在天平上称量后，放置在桌面上，点燃蜡烛迅速 将蜡烛伸入集气瓶并塞紧橡皮塞，待蜡烛熄灭后将装置整体放在天平上称量，若质量不变，则遵循适量守 恒定律。 ►环节二 人类对质量守恒定律的探索 情境材料2 波义耳一个错误，耽误了化学界一百年。 波义耳早就觉得燃烧和空气有关系，于是他加热了金属，结果发现了一个奇怪的现象。 波义耳把汞(水银)放在密闭容器中加热，加热完毕他打开了密闭容器。因此波义耳认为有一种特殊的物质 混了进去，他把这种物质叫做“火素”，并且列出了一个公式，金属+火素=灰烬。 这一错误不仅让波义耳错失了揭开燃烧秘密的机会，也成为了“燃素说”的滥觞。 1774 年，拉瓦锡用精确的定量实验研究了氧化汞的分解和合成反应中各物质质量之间的变化关系。他 将450 份质量的氧化汞加热分解，恰好得到了415 份质量的汞和35 份质量的氧气，反应前后各物质的质 量总和没有改变。这难道是巧合吗? 问题探究2 拉瓦锡对化学的第一个贡献便是从实验的角度、利用定量分析方法验证并总结了质量守恒定律。 导致波义耳未能发现质量守恒定律的原因是波义耳在煅烧后打开容器盖进行称量 , 就使外界的空气进入容器 , 与金属反应，所以反应后的固体质量增加了。 有气体参加或生成的反应，要在密闭体系中才能验证质量守恒定律。 但这并不是违反质量守恒定律，反而是体现了质量守恒定律 要点归纳 1 波义耳的实验中，煅烧后的固体质量增加的原因是由于他打开了容器，空气中的氧气参与了反应，但也 符合质量守恒定律。 2 物理变化，不能用于验证质量守恒定律 3 验证质量守恒定律时，对于有气体参加的反应，应在密闭容器中进行实验。 4 若取药品量不足，对实验的结果没有影响 典例精讲 【典例1】(重庆市沙坪坝区重庆市第八中学2022-2023 九年上学期期中)阅读材料：“质量守恒定律” 发现史，回答问题。 1673 年 波义耳 在密闭的曲颈瓶中加热金属汞。得到了金属灰(氧化汞)。冷却后打开容器 称量金属灰的质量，发现比原来金属质量增加。