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质量守恒定律是自然界普遍存在的基本定律之一。
折叠编辑本段定律定义
在化学反应前后,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。
这就叫做质量守恒定律Lawofconervationofma。
化学反应的过程,就是参加反应的各物质反应物的分子,破裂后重新组合为新的分子而生成其他物质的过程。
折叠编辑本段微观解释
在化学反应过程中,反应前后原子的种类没有改变,原子的数目没有增减,原子的质量也没有变化。
所以化学反应前后各物质的质量总和必然相等。
①化学变化中的"
一定不变"
:
原子种类、原子数目、原子质量、元素种类、反应前后各物质的总质量一定不变;
②化学变化中的"
一定改变"
;
分子种类、物质种类一定改变;
③化学变化中的"
可能改变"
分子数目可能改变。
折叠编辑本段实验验证
20世纪初,德国和英国化学家分别做了精确度极高的实验,以求能得到更精确的实验结果,反应前后的质量变化小于一千万分之一,这个误差是在实验误差允许范围之内的,因此质量守恒定律是建立在严谨的科学实验基础之上的。
质量守恒定律就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。
例如,把铁钉放在硫酸铜溶液蓝色里,当反应结束会有明显的反应现象后,剩余物质的质量将严格地等于铁钉的质量和硫酸铜溶液的质量之和。
实验证明,物体的质量具有不变性。
不论如何分割或溶解,质量始终不变。
在任何化学反应中质量也保持不变。
燃烧前碳的质量与燃烧时空气中消耗的氧的质量之和准确地等于燃烧后所生成物质的质量。
方案一在底部铺有细沙的锥形瓶口,放入一粒火柴大的白磷。
在锥形瓶口的橡皮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白磷接触。
将锥形瓶与玻璃管放在托盘天平上用砝码平衡。
然后,取下锥形瓶。
将橡皮塞上的玻璃管放到酒精灯火焰上灼烧至红热后,迅速用橡皮塞将锥形瓶塞紧,白磷引燃。
待锥形瓶冷却后,重新放到托盘天平上,观察天平是否平衡。
磷氧气点燃=五氧化二磷L烧杯中加入30mL的稀硫酸铜溶液,用砂纸将几根铁钉打磨干净,将盛有硫酸铜溶液的烧杯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烧杯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。
质量守恒定律,即在化学反应中,参加反应的各物质的总和等于反应后生成的各物质总和。
微观解释:
在化学反应前后,原子的种类,数目,质量均不变。
折叠编辑本段适用范围
①质量守恒定律适用的范围是所有化学变化,包括大部分的物理变化;
②质量守恒定律揭示的是质量守恒而不是其他方面的守恒。
物体体积不一定守恒;
③质量守恒定律中"
参加反应的"
不是各物质质量的简单相加,而是指真正参与了反应的那一部分质量,反应物中可能有一部分没有参与反应;
④质量守恒定律的推论:
化学反应中,反应前各物质的总质量等于反应后各物质的总质量
折叠编辑本段发展简史
1756年俄国化学家洛蒙诺索夫把锡放在密闭的容器里煅烧,锡发生变化,生成白色的氧化锡,但容器和容器里的物质的总质量,在煅烧前后并没有发生变化。
经过反复的实验,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。
但这一发现当时没有引起科学家的注意,直到1777年法国的拉瓦锡做了同样的实验,也得到同样的结论,这一定律才获得公认。
但要确切证明或否定这一结论,都需要极精确的实验结果,而拉瓦锡时代的工具和技术小于02%的质量变化就觉察不出来不能满足严格的要求。
因为这是一个最基本的问题,所以不断有人改进实验技术以求解决。
1908年德国化学家廊道尔特Landot及1912年英国化学家曼莱Mane做了精确度极高的实验,所用的容器和反应物质量为1000g左右,,质量的变化小于一千万分之一。
这个差别在实验误差范围之内,因此科学家一致承认了这一定律。
化学反应因没有原子变化,质量总是守恒的无论是动质量还是静质量。
根据道尔顿的原子说,化学反应只是物质中原子的重新排列,反应前后原子种类及数目不变,又每个原子有固定质量,所以反应前后总质量不变。
具体来说,化学反应里面,物质的元素数目无论在反应前或反应后,都是一样。
化学反应中的质量守恒包括原子守恒、电荷守恒、元素守恒等几个方面。
在任何与周围隔绝的物质系统孤立系统中,不论发生何种变化或过程,其总质量保持不变,是自然界的基本定律之一。
18世纪时法国化学家拉瓦锡从实验上推翻了燃素说之后,这一定律始得公认。
20世纪初以来,发现高速运动物体的质量随其运动速度而变化,又发现实物和场可以互相转化,因而应按质能关系考虑场的质量。
质量概念的发展使质量守恒原理也有了新的发展,质量守恒和能量守恒两条定律通过质能关系合并为一条守恒定律,即在物理学中质量和能量守恒定律简称质能守恒定律。
折叠编辑本段应用领域
折叠物理应用
在物理上,质量守恒主要应用于解决热学问题以及功能转换,而质量守恒也可以用于化学方面,如方程式的配平,以及化学元素物质的量计算,主要遵循下列规则。
六个不变:
宏观:
1反应前后物质总质量不变;
2元素的种类不变;
3各元素对应原子的总质量不变;
微观:
4原子的种类不变;
5原子的数目不变;
6原子的质量不变。
两个一定改变:
物质种类改变。
物质的粒子构成方式一定改变。
两个可能改变:
元素的化合价可能改变。
分子总数可能会改变。
折叠综合应用
1根据质量守恒定律:
化学反应前后元素的种类和数目相等,推断反应物或生成物的化学式。
2已知某反应物或生成物质量,根据化学方程式中各物质的质量比,可求出生成物或反应物的质量。
折叠应用实例
质量守恒定律与化学方程式的综合应用:
1根据质量守恒定律,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。
利用这一定律可以解释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的质量。
2根据质量守恒定律,化学反应前后元素的种类和质量不变,由此可以推断反应物或生成物的组成元素。
3根据质量守恒定律:
化学反应前后元素的种类和原子的数目相等,推断反应物或生成物的化学式。
4已知某反应物或生成物质量,根据化学方程式中各物质的质量比,可求出生成物或反应物的质量。
折叠编辑本段定律影响
自从爱因斯坦Eintein提出狭义相对论和质能关系公式E=mc²
之后,说明物质可以转变为辐射能,辐射能可以转变为物质。
这个结论对质量守恒定律在化学中的应用有何影响呢实验结果证明1000g硝化甘油爆炸之后,放出的能量为80×
10^6J。
根据质能关系公式计算,产生这些能量的质量是89×
10^-8g,与原来1000g相比,差别小到不能用实验技术所能测定。
从实用观点来看,质量守恒定律是完全正确的。
20世纪以来,人们发现原子核裂变所产生的能量远远超过最剧烈的化学反应。
1000g铀235裂变的结果,放出的能量为823×
10^16J,,和原来1000g相比,质量变化已达到千分之一。
于是人们对质量守恒定律就有了新的认识。
在20世纪以前,科学家承认两个独立的基本定律:
质量守恒定律和能量守恒定律。
科学家则将
爱因斯坦
这两个定律合而为一,称它为质能守恒定律。
1756年俄国MV罗蒙诺索夫首先测定化学反应中物质的质量关系,将锡放在密闭容器中燃烧,反应前后质量没有变化,由此得出结论:
"
参加反应的全部物质的质量,常等于全部反应产物的质量。
拉瓦锡重复类似的实验,并得出同样的结论。
由于罗蒙诺索夫和拉瓦锡时代所用的天平不够精密,所以后来又有不少科学家用更精确的方法证明这一定律。
例如19世纪中叶,斯塔用银和碘制备碘化银,所得碘化银的质量与碘和银的总质量只相差0002%。
19世纪末,HH兰多尔特用很精密的天平再一次证明这一定律的正确性。
20世纪,爱因斯坦推导出了狭义相对论,他指出,物质
狭义相对论
的质量和它的能量成正比,可用以下公式表示:
E=mc²
式中E为能量;
m为质量;
光速c=29979250±
010m/一般取300000m/。
以上公式说明物质可以转变为辐射能,辐射能也可以转变为物质。
这一现象并不意味着物质会被消灭,而是物质的静质量转变成另外一种运动形式。
由于当时科学的局限,这条定律只在微观世界得到验证,后来又在核试验中得到验证所以20世纪以后,这一定律已经发展成为质量守恒定律和能量守恒定律,合称质能守恒定律。
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