第三章 物质构成的奥秘 第二节 定量认识化学变化
第二节 定量认识化学变化
教学目标 ：
知识与技能：
1．理解并能运用质量守恒定律；
2．能正确书写简单的化学反应方程式，并据此进行简单的计算。
过程与方法：
1．进一步理解科学探究的过程；
2．认识书写化学方程式的依据，理解内容和形式的辨证关系。
情感态度价值观：
认识定量研究对化学科学发展的意义。
教学内容：
1．无数实验证明，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。这个规律叫做质量守恒定律（law of conservation of mass）。
2．在化学变化中，组成物质的元素种类不变、原子数目不变、各原子质量不变。因此，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。
3．用化学方程式可以表示化学变化。书写化学方程式遵循的原则是：（1）以客观事实为依据；（2）符合质量守恒定律。
4．依据化学方程式进行化学反应简单计算的方法。
教学重点和难点：
教学重点：
1．质量守恒定律的理解、应用和成立原因；
2．化学反应方程式的书写及配平
3．有关化学方程式的计算
教学难点 ：
1．化学方程式的配平
2．化学方程式的计算
探究活动：
质量守恒定律的发现及成立原因
教学过程 ：
一、质量守恒定律
1．探究学习：质量守恒原理的证明
发现问题：酒精灯内的液体燃烧后会逐渐减少，生锈的铁钉质量比原先质量增加，铁与硫酸铜溶液反应后总质量却没有变；那么化学反应前后物质的总质量会发生什么变化？增加，减少还是不变？
提出假设：化学变化前后质量的总质量不变。
设计实验：
（1）参照课本P96页图4-13 氢氧化钠溶液和硫酸铜溶液反应
现象：在蓝色的硫酸铜溶液中，滴入无色氢氧化钠溶液后，锥形瓶中产生蓝色沉淀，天平保持平衡。
文字表达式：硫酸铜(CuSO4) + 氢氧化钠(NaOH) → 硫酸钠(Na2SO4) + 氢氧化铜[Cu(OH)2]
结论：参加反应的硫酸铜和氢氧化钠质量总和等于生成物硫酸钠和氢氧化铜质量之和。
（2）参照课本P96页图4-14 碳酸钙和稀盐酸反应
现象：胶皮滴管中的稀盐酸滴入到小试管中的碳酸钙上，产生大量气泡，锥形瓶中的氢氧化钙溶液逐渐变浑浊，天平仍然保持平衡状态。
文字表达式：碳酸钙(CaCO3) + 盐酸(HCl) → 氯化钙(CaCl2) + 二氧化碳(H2O) + 水(H2O)
二氧化碳(H2O) + 氢氧化钙[Ca(OH)2] → 碳酸钙(CaCO3) + 水(H2O)
结论：化学反应前后质量总量没有发生改变。
形成结论：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，即质量守恒定律（law of conservation of mass）
2．质量守恒定律成立的原因
（1）根据化学反应的本质，原子的重组，即参加反应的各原子的种类、数目不变，质量也基本不变
（2）在宏观上，元素的种类和质量也不变
3．质量守恒定律的适用范围
（1）必须在化学反应中，如：100g酒精和100g水混合形成200g酒精溶液，并不能用质量守恒定律解释
（2）在利用质量守恒定律时，一定要注意是参加反应的总质量和生成物的总质量才相等
如：酒精燃烧后，质量逐渐减少，用质量守恒定律来解释的话，参加反应的酒精和氧气的质量总和应该与生成的二氧化碳及水的总质量相等，而二氧化碳和水散失在空气中，无法称得质量，所以质量减少。
而铁钉生锈后质量会增加，则是因为参加反应的铁和氧气的质量总和等于生成的铁锈的质量，当然铁锈的质量就会大于原先金属铁的质量
例题：4.6g某物质R在空气燃烧后，能够生成8.8gCO2和5.4gH2O，请你分析该物质的元素组成
分析：我们可以用化学式表示该反应：R+O2→CO2+H2O，生成物中含有碳、氢、氧三种元素，所以根据质量守恒原理，反应物中的碳、氢、氧元素质量应该和生成物中的质量分别相等。首先能够判断在反应物R中，一定含有碳、氢元素，可能含有氧元素。我们就要根据质量来算了：
m(C)=m(CO2)×ω(C)＝8.8g× =2.4g；m(H)＝m(H2O)×ω(H)=5.4g× ＝0.6g
故，氢元素与碳元素质量总和只有3g，而R中有4.6g，所以在该物质中氧元素就要占1.6g。
综合上述，该物质中含有碳、氢、氧三种元素。
二、化学方程式的书写
1．化学方程式的原则
（1）严格遵循质量守恒定律，即需要化学方程式配平
（2）严格尊重实验事实，不可主观臆造
2．化学方程式的意义
以P为例： 4P + 5O2 点燃=== 2P2O5
4×31 5×32 2×142
（1）磷和氧气在点燃的情况下，完全燃烧，生成了五氧化二磷
（2）每4个磷原子在点燃条件下能与5个氧分子完全反应，生成2个五氧化二磷分子
（3）每124份质量的磷在点燃的情况下，能与160份质量氧气完全反应，生成284份质量五氧化二磷
3．化学方程式的配平
书写化学方程式必须遵守质量守恒定律。因此，在化学方程式两边的化学式前面要配适当的化学计量数，使化学方程式左、右两边每一种元素的原子总数相等。化学方程式配平后，短线改成等号。
配平化学方程式的方法有多种，这里介绍几种简单的方法
（1）最小公倍数法
例如配平化学方程式：NH3+Cl2—N2+NH4Cl
观察上式：左边有3H，右边有4H，氢原子的最小公倍数是12。因此，在NH3前配上化学计量数4，在NH4Cl前配上化学计量数3，即：4NH3+Cl2—N2+3NH4Cl
上式中：右边有3Cl，所以在左边的Cl2前配“3/2”（使Cl原子个数相等）；左边有4N，右边的3NH4Cl中有3N，所以在N2前应配“1/2”（使N原子数相等），即：4NH3+ Cl2— N2+3NH4Cl
上式两边分别乘以2，使各项化学计量数变成最小整数比，即：8NH3+3Cl2==N2+6NH4Cl
（2）观察法
先找出化学方程式中原子数目多的化学式，令该化学式的化学计量数为1
例如：配平化学方程式NH3+O2—NO+H2O
NH3的原子数目比较多，令其化学计量数为1；依据“等号”两边各种原子的数目相等确定其他各项的化学计量数。上式中有1N和3H，所以右边的NO前面应配“1”（使N原子个数相等），H2O前面应配“ ”（使H原子的个数相等），此时，右边有5O，所以左边的O2前面应配“ ”（使氧原子个数相等），即：
NH3+ O2—NO+ H2O，将其化学方程式前的化学计量数转化为最小整数比：4NH3+5O2==4NO+6H2O
注：注明反应条件和生成物的状态
（1）许多化学反应需要一定的条件才能发生，因此，需要在化学方程式中注明反应发生的基本条件。如把点燃、加热（常用“△”号表示）、催化剂、通电等，写在“等号”的上方或下方
（2）如果化学反应中有气体生成，在该气体物质的化学式右边要注“↑”；如果生成物中有不溶于水的固体时，则在该固体物质的化学式右边要注“↓”号。
（3）如果反应物和生成物中都有气体时，气体生成物中就不需注“↑”；同样，如果反应物和生成物都有不溶于水的固体时，固体生成物也不需注“↓”。
书写化学方程式常见的错误
（1） 写错物质的化学式；
（2） 随意臆造生成物或事实上不存在的化学反应；
（3） 化学方程式没有配平；
（4） 漏标或错标气体生成物或沉淀生成物的记号；
（5） 错写或漏写反应必需的条件。
练习：
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．根据化学方程式的计算
1．根据化学方程式计算的步骤
（1）设：根据题意设未知数；
（2）写：书写正确的化学方程式；
（3）找：找出已知量和未知量的质量关系；
（4）列：列出比例式并求解；
（5）答：检查结果，简明作答。
2．根据化学方程式计算应该注意的事项
（1）正确书写化学方程式，准确列出有关反应物或生成物的质量比；
（2）列式时，各物质的质量单位必须统一，对应关系要正确；
（3）反应物、生成物都必须是纯净物，如果是混合物，应该不纯物的质量按题意转化为纯净物的质量；
（4）解题的过程要完整，规范
（5）设未知数是要指明物理量，不要带单位。
例题：某实验室中需要1.6g氧气进行实验。若用电解水的方法制取这些氧气，需要消耗水多少克？同时可生成氢气多少克？
解：设消耗水的质量为x，得到氢气的质量为y
2H2O通电===2H2↑+O2↑
36 4 32
x y 1.6g
，x=1.8g； ，y=0.2g
答：电解消耗1.8g水，同时生成0.2g氢气。
常见题型
1．利用质量守恒定律的相关信息，如何求反应物的质量及相互质量比？
例1 已知在反应3A+2B=2C+D中，反应物A、B的质量比为3：4。当反应生成C和D的质量共140g时，B消耗的质量为_________g。
分析：此题能根据质量守恒定律，由于生成物C和D的质量共140g，所以A和B的质量之和也应为140g。由于反应物A、B的质量比为3：4，则可将物质总质量视为7份（3+4=7），A占其中3份，B占其中4份。所以消耗B的质量为140÷7×4＝80g。
例2 在化学反应3X+4Y=2Z中，已知X和Z的相对分子质量分别是32和102，则Y的相对分子质量为_____。
分析：此题是根据质量守恒定律确定Y的相对分子质量。解题时，首先要确定4Y的值，即3×32＋4Y＝2×102 4Y＝2×102－3×32＝108 Y＝27
2．已知反应物（或生成物）的质量（或密度、体积），如何求另一反应物（或生成物）的质量（或体积）？
例3 中国登山协会为纪念我们首次攀登珠穆朗玛峰成功50周年，再次组织攀登珠峰活动。阿旺扎西等一行登山运动员于2003年5月21日13：40成功登顶。假如每位运动员冲顶时消耗自带的液氧4.8g。求：
（1）这些氧气在标准状况下的体积是多少升？（标准状况下氧气密度为1.43g/L）
（2）若在实验室用高锰酸钾为原料制取相同质量的氧气，需要多少千克的高锰酸钾？
（3）用这种方法给登山运动员供氧，是否可行？简述理由。
答：（1）4.8kg氧气在标准状况下的体积为
（2）设需要高锰酸钾的质量的质量为x
2KMnO4 △=== K2MnO4 + MnO2 + O2↑
316 32
x 4.8kg
（3）不行。此法成本太高，经济上不合算；或在实验室制如此多氧气，耗时太长。
分析：此题难度不高，主要考查学生有关化学方程式计算的两个重要的注意点：1．气体体积和气体质量的换算（即气体体积=气体质量÷气体密度）；2．化学方程式中单位的换算，如题目中出现“kg”与“g”之间的换算。此题中不仅仅是一道有知识背景的简单计算，还考查了学生仔物质制备时是否考虑原料成本和反应时间的因素。
3．已知混合物中的一反应物（或生成物）的质量，如何求混合物中另一反应物（或生成物）的质量？
例4 煅烧含碳酸钙80%的石灰石100t，生成二氧化碳多少吨？若石灰石中的杂质全部进入生石灰中，可以得到这样的生石灰多少吨？
解：设生成二氧化碳的质量为x
CaCO3 高温=== CaO + CO2↑
100