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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)此進行簡單的計算。
過程與方法：
1．進一步理解科學(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：
（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：
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)＝
故，氫元素與碳元素質(zhì)量總和只有
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。化學(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+
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“
NH3+
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
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
答：電解消耗
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)
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
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動員于
（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
（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動員供氧，是否可行？簡述理由。
答：（1）
（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
（3）不行。此法成本太高，經(jīng)濟上不合算；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 44
100t×80% x
生石灰的質(zhì)量：100t-35.2t=64.8t
4．利用化學(xué)反應(yīng)測定的實驗數(shù)據(jù)，如何進行物質(zhì)的計算和推斷？
例5 小強同學(xué)前往當(dāng)?shù)氐氖沂V區(qū)進行調(diào)查，他取回了若干塊礦石樣品，對樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進行檢測，采用了的辦法如下：取用
（1）
（2）樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少？
（3）下表中m的數(shù)值應(yīng)該為多少？
序號
加入稀鹽酸質(zhì)量（g）
剩余固體質(zhì)量（g）
第1次
10
5.5
第2次
10
m
第3次
10
1.2
第4次
10
1.2
（4）要得到280kgCaO，需要質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的石灰石多少千克？(化學(xué)方程式：CaCO3高溫==CaO+CO2↑)
解：（1）
（2）樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＝
（3）m＝
（4）設(shè)需要80%的石灰石的質(zhì)量為x
CaCO3高溫==CaO+CO2↑
100 56
X×80％
分析：此題通過不斷改變所加入的稀鹽酸的質(zhì)量，觀察剩余固體的質(zhì)量來判斷稀鹽酸何時不足，石灰石中CaCO3何時完全反應(yīng)。由表中數(shù)據(jù)可知，在第三次加入
典型例題
1．某研究小組查閱了《廈門2001年海洋環(huán)境公報》得知：廈門海域的主要污染物是化學(xué)需氧量（COD）、磷氮、油類、鉛和汞等，其中COD是指一定量海水與高錳酸鉀或K2Cr2O7發(fā)生氧化反應(yīng)時所用高錳酸鉀或K2Cr2O7的量。據(jù)此回答：（注Cr是鉻元素的元素符號）
（1）高錳酸鉀的化學(xué)式為________________。
（2）受污染的海水含有X物質(zhì)，它與K2Cr2O7反應(yīng)的化學(xué)方程式為X+5K2Cr2O7+20H2SO7＝6CO2+5K2SO4+5Cr2(SO4)3+23H2O，則X的化學(xué)式為_____________。
（3）根據(jù)你的觀察和調(diào)查指出這些污染物的主要來源是__________________________________。
（4）海水是資源大寶庫，請寫出能從未污染的海水中提取或加工得到的物質(zhì)：（填化學(xué)式）_________。
2．FLG邪教組織頭目LHZ說，他通過發(fā)功能使鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，變成銅和金。請根據(jù)化學(xué)知識來判斷正誤，并提出你的理由。
3．早在17世紀(jì)，質(zhì)量守恒定律發(fā)現(xiàn)之前，英國化學(xué)家玻意耳曾經(jīng)做過一個實驗：在密閉的容器中燃燒金屬時，得到了金屬灰，然后打開容器蓋，稱量金屬灰的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)比原來金屬質(zhì)量增加了。
（1）試解釋金屬灰質(zhì)量比原金屬質(zhì)量增加的原因。
（2）由于玻意耳稱量方法上的原因，他錯過了發(fā)現(xiàn)質(zhì)量守恒定律的機會。請你改進他的稱量方法，以驗證質(zhì)量守恒定律。
4．H2和O2的混合氣體
5．飽和食鹽水在直流電的條件下可生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣。氫氣和氯氣反應(yīng)又可生成氯化氫，氯化氫溶于水生成鹽酸。這樣實驗可制取生產(chǎn)、生活中需求量很多的氫氧化鈉和鹽酸。這一工程工業(yè)上稱之為氯堿工業(yè)。
（1）寫出生產(chǎn)過程中發(fā)生的化學(xué)方程式：__________________________________________________。
（2）簡述利用化學(xué)反應(yīng)原理進行工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)考慮哪些因素？
6．高級汽車中常配置一種汽車安全氣囊，內(nèi)部貯存有硝酸銨。當(dāng)汽車高速行駛中受到猛烈撞擊時，硝酸銨迅速分解出大量的一氧化二氮氣體和另一種氧化物充滿氣囊，隔在乘員和擋風(fēng)玻璃、方向盤之間，防止乘員受傷。
（1）寫出硝酸銨受撞擊時發(fā)生分解反應(yīng)的化學(xué)方程式_________________________________________；
（2）從安全角度，在存放和使用化肥硝酸銨時要注意哪些問題？
7．化學(xué)變化中常伴有能量轉(zhuǎn)化，這是因為不同的物質(zhì)包含的化學(xué)能大小不同，在化學(xué)變化中物質(zhì)具有的化學(xué)能可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋⒐饽芑螂娔艿取?o:p>
（1）舉出一個從環(huán)境中吸取熱能的物理變化的例子。
（2）鎂條燃燒時，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為________能和________能。
（3）已知氫氣在氧氣中燃燒生成水的變化放出熱能。根據(jù)能量守恒原理，反應(yīng)前氫氣和氧氣的混合物所包含的化學(xué)能比反應(yīng)后水包含的化學(xué)能_________（填“高”或“低”），理由是____________________。
8．煤是重要的工業(yè)原料，用煤直接做燃料不僅是極大的浪費，而且固體煤中含有的硫在燃燒時生成二氧化硫氣體造成大氣污染。北部某城市冬季取暖約為120天，每天消耗含硫1%的煤200噸。
（1）該城市一個冬季向大氣排放多少噸二氧化硫氣體?
（2）從環(huán)保角度考慮，請你提出三個合理化建議。
參考答案
1．（1）KMnO4；（2）C6H6；（3）工業(yè)廢水的任意排放；石油的泄漏；（4）NaCl（其他合理答案也可）
2．他的觀點是錯誤的。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，一切化學(xué)變化里，反應(yīng)前后原子的種類、數(shù)目沒有改變，質(zhì)量也基本不變。鋁是由鋁原子構(gòu)成，銅是由銅原子構(gòu)成，金是由金原子構(gòu)成的。所以鋁原子無法通過化學(xué)變化生成金原子和銅原子。所以可見LHZ的說法是偽科學(xué)的，純屬歪理邪說。
3．（1）金屬燃燒是金屬和氧氣發(fā)生化合反應(yīng)，生成金屬氧化物。根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，參加反應(yīng)的金屬與氧氣的質(zhì)量之和等于生成的金屬氧化物的質(zhì)量。生成的金屬灰是金屬氧化物，所以金屬灰的質(zhì)量比原來金屬的質(zhì)量增加了。
（2）分別稱量反應(yīng)前后密閉容器的質(zhì)量。
4．1：9或1：4 提示：因為生成了
5．（1）2NaCl+2H2O 通電 ==2NaOH+H2↑+Cl2↑；（2）原料價格便宜，制取方便，耗能少，安全問題等。
6．（1）NH4NO3撞擊===N2O↑+2H2O ；（2）不能與易燃物混放；不能用鐵錘等物將結(jié)塊的硝酸銨砸碎；不能受到嚴(yán)重撞擊。（分析：硝酸銨是因為分解會產(chǎn)生氣體，所以在有限空間內(nèi)，氣體急速膨脹，易爆炸）
7．（1）干冰升華，酒精揮發(fā)等。（2）光，熱（3）高，因為這反應(yīng)放出能量，故反應(yīng)物具有的化學(xué)能高于生成物具有的化學(xué)能。
8．（1）4噸；（2）盡量減少煤等含硫燃料的燃燒，使用脫硫技術(shù)；開發(fā)新能源
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