Закон сохранения массы является основой для расчета физических процессов во всех сферах человеческой деятельности. Его справедливость не оспаривается ни физиками, ни химиками, ни представителями других наук. Этот закон, как строгий бухгалтер, следит за соблюдением точной массы вещества до и после его взаимодействия с другими веществами. Честь открытия этого закона принадлежит русскому ученому М. В. Ломоносову.

Первоначальные представления о составе веществ

Строение вещества на протяжении многих веков оставалось тайной для любого человека. Различные гипотезы будоражили ученые умы и подвигали мудрецов на длительные и бессмысленные споры. Один утверждал, что все состоит из огня, другой отстаивал совершенно иную точку зрения. В массе теорий промелькнула и была незаслуженно забыта теория древнегреческого мудреца Демокрита о том, что все вещества состоят из крошечных, невидимых глазу мельчайших частиц вещества. Демокрит назвал их «атомами», что значит «неделимые». К сожалению, в течение целых 23 веков его предположение было забыто.

Алхимия

В основном научные данные средних веков базировались на предрассудках и различных домыслах. Возникает и широко распространяется алхимия, которая представляла собой свод скромных практических познаний, тесно сдобренных самыми фантастическими теориями. Например, известные умы того времени старались превратить свинец в золото и найти неведомый философский камень, исцеляющий от всех болезней. В процессе поисков постепенно накапливался научный опыт, состоящий из многих необъясненных реакций химических элементов. Например, было выяснено, что многие вещества, названные впоследствии простыми, не распадаются. Таким образом возродилась древняя теория о неделимых частичках материи. Понадобился великий ум, чтобы превратить этот склад информации в стройную и логичную теорию.

Теория Ломоносова

Точным количественным методом исследования химия обязана русскому ученому М. В. Ломоносову. За блестящие способности и упорный труд он получил звание профессора химии и стал членом Российской академии наук. При нем была организованна первая в стране современная химическая лаборатория, в которой и был открыт знаменитый закон сохранения массы веществ.

В процессе изучения течения химических реакций Ломоносов взвешивал исходные химические вещества и продукты, появившиеся после проведения реакции. При этом он открыл и сформулировал закон сохранения массы вещества. В 17 веке понятие массы часто путали с термином «вес». Поэтому массы веществ часто называли «весами». Ломоносов определил, что строение вещества находится в прямой зависимости от частичек, из которых оно построено. Если содержит частички одного сорта, то такое вещество ученый называл простым. При разнородном составе корпускул получается сложное вещество. Эти теоретические данные позволили Ломоносову сформулировать закон сохранения массы.

Определение закона

После многочисленных экспериментов М. В. Ломоносов установил закон, суть которого сводилась к следующему: вес веществ, которые вступили в реакцию, равен весу веществ, которые получились в итоге реакции.

В русской науке данный постулат носит название «Закон сохранения массы веществ Ломоносова».

Это закон был сформулирован в 1748 году, а самые точные эксперименты с реакцией обжига металлов в запаянных сосудах были проведены в 1756 году.

Опыты Лавуазье

Европейская наука открыла закон сохранения массы после публикации описания работ великого французского химика Антуана Лавуазье.

Этот ученый смело применял в своих экспериментах теоретические представления и физические методы того времени, что позволило ему разработать химическую номенклатуру и создать реестр всех известных на то время химических веществ.

Своими экспериментами Лавуазье доказал, что в процессе любой химической реакции соблюдается закон сохранения массы веществ, вступающих в соединение. Кроме этого, он расширил распространение закона сохранения на массу каждого из элементов, которые принимали участие в реакции в составе сложных веществ.

Таким образом, на вопрос, кто открыл закон сохранения массы веществ, можно ответить двояко. М. В. Ломоносов первым провел эксперименты, наглядно демонстрирующие закон сохранения, и подвел его под теоретическую базу. А. Лавуазье в 1789 году независимо от русского ученого самостоятельно открывает закон сохранения масс и распространяет его принцип на все элементы, участвующие в химической реакции.

Масса и энергия

В 1905 году великий А. Эйнштейн показал связь между массой вещества и его энергией. Она выражалась формулой:

Уравнение Эйнштейна подтверждает закон сохранения массы и энергии. Данная теория утверждает, что всякая энергия имеет массу и изменение этой энергии несет изменение массы тела. Потенциальная энергия любого тела очень велика, и высвободиться она может лишь в особых условиях.

Закон сохранения массы справедлив для любых тел микро- и макромира. Любая химическая реакция принимает участие в преобразовании внутренней энергии вещества. Поэтому при расчете массы веществ, участвующих в химических реакциях, нужно было бы учитывать прирост или убыль массы, вызванных выделением или поглощением энергии в данной реакции. На самом деле в макромире этот эффект настолько незначителен, что такие изменения можно не принимать во внимание.

Цель урока: сформировать понятие закона сохранения масс, научить составлять уравнения реакций
Задачи урока:
Образовательная: опытным путём доказать и сформулировать закон сохранения массы веществ.
Развивающая: дать понятие о химическом уравнении как об условной записи химической реакции с помощью химических формул; начать формирование навыков составления химических уравнений
Воспитательная: привить интерес к химии, расширить кругозор

Ход урока
I. Орг.момент
II. Опрос фронтальный:
- Что такое физические явления?
- Что такое химические явления?
- Примеры физ и хим явлений
- Условия протекания химических реакций
III. Изучение нового материала

Формулировка закона сохранения массы: масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе образовавшихся веществ.
С точки зрения атомно-молекулярного учения этот закон объясняется тем, что при химических реакциях общее количество атомов не изменяется, а происходит лишь их перегруппировка.

Закон сохранения массы веществ является основным законом химии, все расчеты по химическим реакциям производятся на его основе. Именно с открытием этого закона связывают возникновение современной химии как точной науки.
Закон сохранения массы был теоретически открыт в 1748 году и экспериментально подтверждён в 1756 году русским ученым М.В. Ломоносовым.
Французский учёный Антуан Лавуазье в 1789 году окончательно убедил учёный мир в универсальности этого закона. Как Ломоносов, так и Лавуазье пользовались в своих экспериментах очень точными весами. Они нагревали металлы (свинец, олово, и ртуть) в запаянных сосудах и взвешивали исходные вещества и продукты реакции.

Химические уравнения
Закон сохранения массы веществ применяется при составлении уравнений химических реакций.
Химическое уравнение – это условная запись химической реакции посредством химических формул и коэффициентов.
Посмотрим видео - эксперимент: Нагревание смеси железа и серы.
В результате химического взаимодействия серы и железа получено вещество – сульфид железа (II) – оно отличается от исходной смеси. Ни железо, ни сера не могут быть визуально обнаружены в нем. Невозможно их разделить и с помощью магнита. Произошло химическое превращение.
Исходные вещества, принимающие участие в химических реакциях называются реагентами.
Новые вещества, образующиеся в результате химической реакции называются продуктами.
Запишем протекающую реакцию в виде уравнения химической реакции:
Fe + S = FeS
Алгоритм составления уравнения химической реакции
Составим уравнение химической реакции взаимодействия фосфора и кислорода
1. В левой части уравнения записываем химические формулы реагентов (веществ, вступающих в реакцию). Помните! Молекулы большинства простых газообразных веществ двухатомны – H2; N2; O2; F2; Cl2; Br2; I2. Между реагентами ставим знак «+», а затем стрелку:
P + O2 →
2. В правой части (после стрелки) пишем химическую формулу продукта (вещества, образующегося при взаимодействии). Помните! Химические формулы необходимо составлять, используя валентности атомов химических элементов:

P + O2 → P2O5

3. Согласно закону сохранения массы веществ число атомов до и после реакции должно быть одинаковым. Это достигается путём расстановки коэффициентов перед химическими формулами реагентов и продуктов химической реакции.
Вначале уравнивают число атомов, которых в реагирующих веществах (продуктах) содержится больше.
В данном случае это атомы кислорода.
Находим наименьшее общее кратное чисел атомов кислорода в левой и правой частях уравнения. Наименьшее кратное для атомов натрия –10:
Находим коэффициенты путём деления наименьшего кратного на число атомов данного вида, полученные цифры ставим в уравнение реакции:
Закон сохранения массы вещества не выполнен, так как число атомов фосфора в реагентах и продуктах реакции не равно, поступаем аналогично ситуации с кислородом:
Получаем окончательный вид уравнения химической реакции. Стрелку заменяем на знак равенства. Закон сохранения массы вещества выполнен:
4P + 5O2 = 2P2O5

IV. Закрепление
V. Д/з

Скачать материал

Полный текст материала смотрите в скачиваемом файле.
На странице приведен только фрагмент материала.

Закон сохранения массы веществ. ХИМИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ

Учитель химии МАОУ «СОШ №12» г. Кунгура Пермского края Фотеева В.А.

ТЕСТ

2вариант

1 вариант

к физическим?

А) кипение воды

А) замерзание воды

Б) разложение воды электрическим током

Б) горение серы

В) брожение сока

В) гашение соды с уксусом

Г) плавление металлов

Г) плавление парафина

Д) подгорание пищи

Д) выпаривание раствора соли

Е) перегонка воды

Е) подгорание пищи

Ж) фильтрование

Ж) гашение соды уксусом

З) заваривание чая

З) пожелтение листьев

Проверка

2вариант

1 вариант

Какие из перечисленных явлений относятся к физическим?

Какие из перечисленных явлений являются химическими (химическими реакциями)?

А) кипение воды

Б) горение серы

В) брожение сока

Г) плавление парафина

Д) подгорание пищи

Д) выпаривание раствора соли

Ж) фильтрование

Ж) гашение соды уксусом

З) заваривание чая

З) пожелтение листьев

Давайте вспомним!!!

• Что называется химической реакцией?
• Какие вы знаете признаки химических реакций?
• А как вы думаете, происходят ли с веществами количественные изменения, например, что происходит с массой веществ?
• Какие будут мнения?
• Мнения разделись. Кто же из вас прав?

Какова будет тема урока?

(Что происходит с массой веществ при химических реакциях?)

• Как мы это можем выяснить?
• (Провести опыт, прочитать в учебнике).

ОПЫТ:

в замкнутой системе взвешиваются вещества, вступающие в реакцию: растворы хлорида бария (BaCl 2) и сульфата магния (МgSO 4) - m1 , а также образующиеся в результате реакции вещества: сульфата бария (BaSO 4) и хлорида магния (МgCl2) - m2.

• Какое явление вы наблюдали? Почему вы так считаете?
• Что произошло с массой веществ до и после реакции?
• Что является мельчайшей частицей вещества?
• Из каких частиц состоят молекулы? Вспомните определение АТОМА.
• Что показывает химическая формула?
• Как рассчитывается молярная масса, масса вещества?
• Так почему же m1=m2?
• Можете ли вы сразу ответить на данный вопрос? Почему? Что нужно знать?

(Может быть, знать химические формулы - состав веществ до и после реакции и посмотреть изменяется ли атомный состав веществ до и после реакции?)

• Какой вопрос возникает?

(Изменяется ли атомный состав веществ до и после реакции?)

• Какова цель нашего урока?

(Выяснить, изменяется ли качественный и количественный состав атомов при хим. реакциях?)

Решение проблемы

Запишем данную реакцию на русском,а затем на хим.языке:

хлорид бария + сульфат магния сульфат бария + хлорид магния

• 1атом Ba 1атом Mg 1атом Ba 1атом Mg
• 2атома Cl 1атом S 1атом S 2 атома Cl
• 4атома O 4атома O

До реакции После реакции

Какой вывод можно сделать?

( Атомы и их состав до и после реакции не изменились )

• Результаты взвешивания веществ до и после реакции подтверждают закон сохранения массы веществ. Учащиеся стоят перед решением проблемной задачи: почему m1=m2? Благодаря актуализации ранее полученных знаний о строении веществ, учащиеся сравнительно легко приходят к следующему выводу: m1= m2, так как атомы и их количество в результате химических превращений не изменяются, а только соединяются по-другому с образованием новых веществ.

Давайте проверим наш вывод расчётами:

BaCl 2 + MgSO 4 Ba SO 4 + Mg Cl 2

До реакции - m1 После реакции – m2

Что показали расчёты?

Что Вы доказали?

(m1= m2 ) Почему?

Закон сохранения

массы вещества

«Все перемены в натуре случающиеся такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько же присовокупится к другому. Так, ежели где убудет материи, то умножится в другом месте...»

Давайте вспомним

Химическая формула – условная запись состава вещества с помощью химических знаков и индексов.

Индекс показывает число атомов в формульной единице вещества.

Коэффициент показывает число несоединенных друг с другом частиц

Химическая формула

Коэффициент

Индекс

5Н 2 О

На основании данного закона составляют уравнения химических реакций

с помощью химических формул, коэффициентов и

математических знаков.

Уравнение реакции

х А + у В = с АВ

А,В, АВ- химические формулы

х, у, с - коэффициенты

ФОСФОР + КИСЛОРОД = ОКСИД ФОСФОРА (V)

1. P + O 2 P 2 +5 O 5 -2

2 . Начинаем с кислорода.

3. O - 2 атома слева O - 5 атомов справа

4. НОК = 10

5. 10: 2 = 5 P + 5 O 2 P 2 O 5

6. 10: 5 = 2 P + 5O 2 2 P 2 O 5

7. В левую часть уравнения перед формулой фосфора необходимо поставить

коэффициент – 4

4 P + 5 O 2 = 2 P 2 O 5

Выполнить упражнения:

1.Расставить коэффициенты в химической реакции

Al + O 2 Al 2 O 3

2.Записать химическую реакцию химическими формулами и расставить коэффициенты

гидроксид железа (III) + азотная кислота нитрат железа (III) + вода

Самостоятельная работа.

1 уровень:

Найдите и исправьте ошибки:

Al + 3HCl ═ AlCl 3 + 3H 2

2 уровень:

Расставьте коэффициенты в схеме химической реакции:

FeSO 4 + KOH → Fe(OH) 2 + K 2 SO 4

3 уровень:

Составьте уравнение химической реакции и расставьте коэффициенты:

Оксид фосфора (V) + гидроксид натрия → фосфат натрия + вода

Ответы

1 уровень:

2 Al + 6 HCl ═ 2 AlCl 3 + 3 H 2

2 уровень:

FeSO 4 + 2 KOH ═ Fe(OH) 2 + K 2 SO 4

3 уровень:

P 2 O 5 + 6 NaOH ═ 2 Na 3 PO 4 + 3 H 2 O

Подобно Бойлю русский учёный делал опыт в запаянных ретортах. Но, в отличие от Бойля, Ломоносов взвешивал сосуды как до, так и после прокаливания не вскрывая. m1=m2

После двух часов нагревания был открыт запаянный кончик реторты, причём в неё ворвался с шумом наружный воздух.

По нашему наблюдению при этой операции была прибыль в весе на 8 гранов…» m1 m2

ПРОВЕРЬ СЕБЯ

1).М.В. Ломоносов открыл закон сохранения массы веществ в:

А.1789г. Б.1756г. В.1673г.

2).Установите правильную последователь- ность закона сохранения массы веществ:

A - массе веществ,

Б- масса веществ

В- в результате ее

Г-вступивших в реакцию,

Д-получившихся

Е- равна

3). Условная запись химической реакции это- А. химическая формула Б. коэффициент

В. химическое уравнение Г. индекс

РЕФЛЕКСИЯ

Выберите выражение, которое соответствует Вашей работе на уроке:

1. Терпение и труд всё перетрут.

2. Тяжело в учении – легко в бою.

3. Плох тот солдат, который не мечтает стать генералом.

4. Единственный путь, ведущий к знанию, - это деятельность.

5. Всякое знание лишь тогда имеет ценность, когда оно делает нас энергичнее.

Домашнее задание

Стр.96-98 § 27, упр.1(б), 2(г),3(б)

Давайте вспомним!!!

• Какие явления называются химическими?
• Какие условия необходимы для того, чтобы произошла химическая реакция?
• По каким признакам можно судить о том, что произошла химическая реакция?
• А как мы обозначали состав вещества?
• А реакцию можно обозначить? Какова тема и цель нашего урока?

В 1748 г. М. В. Ломоносов (Россия) и в 1789 г. А. Лавуазье (Франция) независимо друг от друга открыли закон сохранения массы веществ в химических реакциях. Этот закон формулируется так:

Масса всех веществ, которые вступают в химическую реакцию, равна массе всех продуктов реакции.

СН 4 + О 2 = СО 2 + Н 2 О

По закону сохранения массы:

m (СН 4) + m (О 2) = m (СО 2) + m (Н 2 О),

где m (СН 4) и m (О 2) - массы метана и кислорода, которые вступили в реакцию; m (СО 2) и m (Н 2 О) - массы углекислого газа и воды, образовавшиеся в результате реакции.

Сохранение массы веществ в химических реакциях объясняется тем, что число атомов каждого элемента до и после реакции не изменяется. В ходе химической реакции происходит только перегруппировка атомов. В реакции, например, в исходных веществ - СН 4 и О 2 - атом углерода соединяется с атомами водорода, а атомы кислорода- друг с другом; в молекулах продуктов реакции - СО 2 и Н 2 О - и атом углерода, и атомы водорода соединяются с атомами кислорода. Легко посчитать, что для сохранения числа атомов каждого элемента в данную реакцию должны вступать 1 молекула СН 4 и 2 молекулы О 2 , а в результате реакции должны образоваться 1 молекула СО 2 и 2 молекулы Н 2 О:

СН 4 + 2О 2 = СО 2 + 2Н 2 О

Данное выражение является уравнением химической реакции, или химическим уравнением .

Числа перед формулами веществ в уравнении реакции называются коэффициентами . В уравнении коэффициенты перед формулами О 2 и Н 2 О равны 2; коэффициенты перед формулами СН 4 и СО 2 равны 1 (их обычно не записывают).

Химическое уравнение - это выражение химической реакции, в котором записаны формулы исходных веществ (реагентов) и продуктов реакции, а также коэффициенты, показывающие число молекул каждого вещества.

Если известна схема реакции, то для составления химического уравнения нужно найти коэффициенты.

Составим, например, уравнение реакции, которая выражается следующей схемой:

Al + НСl = AlCl 3 + H 2

В левой части схемы атомы и входят в состав молекулы HCl в соотношении 1: 1; в правой части схемы содержатся 3 атома хлора в составе молекулы AlC1 3 и 2 атома водорода в составе молекулы Н 2 . Наименьшее общее кратное чисел 3 и 2 равно 6.

Напишем коэффициент «6» перед формулой HCl, коэффициент «2» - перед формулой AlC1 3 и коэффициент «3» - перед формулой Н;

Аl+ 6HCl = 2AlCl 3 + 3Н 2

Так как теперь в правой части содержится 2 атома , напишем коэффициент «2» перед формулой Al в левой части схемы:

2Al + 6НС1 = 2AlC1 3 + 3H 2

В результате мы получили уравнение данной реакции. Коэффициенты в химическом уравнении показывают не только число молекул, но и число молей исходных веществ и продуктов реакции. Например, это уравнение показывает, что в реакцию вступают 2 моля алюминия Аl и 6 молей , а в результате реакции образуются 2 моля хлорида алюминия AlC1 3 и 3 моля водорода Н 2).

В уроке 11 «» из курса «Химия для чайников » мы узнаем кем и когда был открыт закон сохранения массы веществ; познакомимся с химическими уравнениями и научимся правильно расставлять в них коэффициенты.

До сих пор при рассмотрении химических реакций мы обращали внимание на их качественную сторону, т. е. на то, как и при каких условиях исходные вещества превращаются в продукты реакций. Но в химических явлениях существует и другая сторона - количественная .

Изменяется ли масса веществ, вступивших в химическую реакцию? В поиске ответа на этот вопрос английский ученый Р. Бойль еще в XVII в. провел множество опытов по прокаливанию свинца в запаянных сосудах. После окончания опытов он вскрывал сосуды и взвешивал продукты реакции. В результате Бойль пришел к выводу, что масса вещества после реакции больше массы исходного металла. Он объяснил это присоединением к металлу некой «огненной материи».

Опыты Р. Бойля по прокаливанию металлов повторил русский ученый М. В. Ломоносов в 1748 г. Прокаливание железа он проводил в специальной колбе (реторте) (рис. 56), которая была герметически запаяна. В отличие от Бойля после реакции он оставлял реторту запаянной. Взвешивание реторты после реакции показало, что ее масса не изменилась. Это свидетельствовало о том, что, хотя между металлом и веществом, содержащемся в воздухе, произошла химическая реакция, сумма масс исходных веществ равна массе продукта реакции.

М. В. Ломоносов сделал вывод: «Все перемены, в натуре случающиеся, суть такого состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому, так ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте ».

В 1789 г. французский химик А. Лавуазье доказал, что прокаливание металлов - это процесс их взаимодействия с одной из составных частей воздуха - кислородом. На основе работ М. В. Ломоносова и А. Лавуазье был сформулирован закон сохранения массы веществ в химических реакциях .

Масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции.

При химических реакциях атомы не исчезают бесследно и не возникают из ничего. Их число остается неизменным. А так как они имеют постоянную массу , то и масса образованных ими веществ также остается постоянной.

Закон сохранения массы веществ можно проверить экспериментально. Для этого используют прибор, показанный на рисунке 57, а, б. Главная его часть - двухколенная пробирка. В одно колено нальем известковую воду, во второе - раствор медного купороса. Уравновесим прибор на весах, а затем смешаем оба раствора в одном колене. При этом мы увидим, что выпадает голубой осадок нового вещества. Образование осадка подтверждает, что произошла химическая реакция. Масса прибора при этом остается прежней. Это означает, что в результате химической реакции масса веществ не изменяется.

Закон важен для правильного понимания всего совершающегося в природе: ничто не может исчезнуть бесследно и возникнуть из ничего .

Химические реакции можно изобразить, используя химический язык формул. Химические элементы обозначают химическими символами, состав веществ записывают при помощи химических формул, химические реакции выражают при помощи химических уравнений , т. е. так же, как из букв составляются слова, из слов - предложения.

Уравнение химической реакции (химическое уравнение) - это условная запись реакции при помощи химических формул и знаков «+» и «=».

Закон сохранения массы веществ в химических реакциях должен соблюдаться и при составлении уравнений химических реакций . Как и в математических уравнениях, в уравнениях химических реакций имеется левая часть (где записываются формулы исходных веществ) и правая часть (где записываются формулы продуктов реакции). Например (рис. 58):

При написании уравнений химических реакций знак «+» (плюс) соединяет формулы веществ в левой и правой частях уравнения. Так как масса веществ до реакции равна массе образовавшихся веществ, используется знак «=» (равно), который связывает левую и правую части уравнения. Для уравнивания числа атомов в левой и правой частях уравнения используются числа перед формулами веществ. Эти числа называются коэффициентами химических уравнений и показывают число молекул или формульных единиц. Поскольку 1 моль любого вещества состоит из одинакового числа структурных единиц (6,02*10 23), то коэффициенты показывают и химические количества каждого из веществ :

При написании химических уравнений применяют также и специальные знаки, например знак «↓», обозначающий, что вещество образует осадок.