2.8 Закон сохранения массы веществ

2.8. Закон сохранения массы веществ. Химические уравнения

В 1748 г. М.В. Ломоносов и в 1789 г. А. Лавуазье 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.

Запишем схему реакции горения метана СН₄ в кислороде О₂. В результате этой реакции образуются углекислый газ СО₂ и вода Н₂О:

По закону сохранения массы:

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 в молекулах исходных веществ – СН₄ и О₂ – атом углерода соединяется с атомами водорода, а атомы кислорода – друг с другом; в молекулах продуктов реакции – СО₂ и Н₂О – 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 СН₄ и 2 молекулы О₂, а в результате реакции должны образоваться 1 молекула СО₂ и 2 молекулы Н₂О:

Данное выражение является уравнением химической реакции, или химическим уравнением.

Числа перед формулами веществ в уравнении реакции называются коэффициентами.

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.

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

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

В левой части схемы атомы водорода  и хлора входят в состав молекулы НСl в соотношении 1:1;   в правой части схемы содержатся 3 атома хлора в составе молекулы АlСl₃ и 2 атома водорода в составе молекулы Н₂. Наименьшее общее кратное чисел 3 и 2 равно 6.

Напишем коэффициент «6» перед формулой НСl, коэффициент «2» - перед формулой АlСl₃ и коэффициент «3» - перед формулой Н₂:

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

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, уравнение показывает, что в реакцию вступают 2 моля алюминия Аl и 6 молей хлороводорода НСl, а в результате реакции образуются 2 моля хлорида алюминия АlСl₃ и 3 моля водорода Н₂.

Проверим выполнение закона сохранения массы для данной реакции:

По уравнениям реакций можно производить различные расчеты.

УПРАЖНЕНИЯ

1.    

       _______________________________________________________________

2.    

       _____________________________________________________________

ЗАДАНИЯ  ДЛЯ  САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1.     Как формулируется закон  сохранения массы веществ.

2.     Чем объясняется сохранение массы веществ в химических реакциях.

3.     Что такое химическое уравнение.

4.     Как называются числа перед формулами веществ в химических уравнениях.

5.     Что показывают коэффициенты перед формулами веществ в уравнении химической реакции.

6.     Составьте уравнения реакций, которые выражаются следующими схемами:

7.     При взаимодействии аммиака NH₃ с металлическим натрием Nа образуется амид натрия NаNH₂ и выделяется водород H₂ . Составьте  химическое уравнение данной реакции.

8.     Фосфид кальция Са₃Р₂ вступает в реакцию с водой, в результате образуются газ фосфин РН₃ и гидроксид кальция Са(ОН)₂. Какую массу Са(ОН)₂ и какой объем РН₃ можно получить из 9,1 г Са₃Р₂ .

9.     Сколько граммов сульфида серебра Ag₂S можно получить по реакции:

если имеется 10 г серебра и 1 г серы. Какое вещество содержится в этой смеси в избытке.

10.            Определите массу соли и объем водорода, которые получаются при взаимодействии 1,5 моль алюминия с избытком серной кислоты по реакции, выражаемой следующей схемой:

1.     Закон сохранения массы вещества открыл:
а) Д.И. Менделеев	б) Ч. Дарвин
в) М.В. Ломоносов	г) И. Ньютон
2.     В соответствии с каким законом составляются уравнения химических реакций:
а) Закон сохранения массы вещества	б) Закон постоянства состава вещества
в) Периодический закон	г) Закон динамики
3.     Химическим уравнением называют:
а) условную запись состава вещества	б) условную запись химической реакции
в) запись условия химической задачи	г) нет верного ответа
4.     Числа перед формулами веществ в уравнении реакции называются:
а) индексами	б) цифрами
в) все ответы верны	г) коэффициентами
5.     При разложении 10 г оксида ртути (II) было получено 0,8 г кислорода. Сколько ртути было получено в результате этой реакции:
а) 10,8 г	б) 10 г
в) 9,2 г	г) 0,8 г
6.     Что показывает химическое уравнение:
а) какие вещества вступают в реакцию	б) какие вещества образуются в результате реакции
в) массу реагирующих веществ и веществ, образующихся в результате химической реакции	г) все ответы верны
P + O2 → P2O5 7.     Сумма всех коэффициентов в реакции равна:
а) 11	б) 12
в) 10	г) 9
8.     Сумма всех коэффициентов в реакции Al + HCl → AlCl3 + H2  равна:
а) 12	б) 13
в) 15	г) 11
9.     Что в данной реакции  СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О  будет являться продуктом реакции:
а) СН4	б) СО2 + 2Н2О
в) СН4 + 2О2	г) О2
10.                        Что в данной реакции  СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О  будет являться исходными веществами:
а) СН4 + 2О2	б) 2Н2О
в) СН4	г) СО2 + 2Н2О

Ответы:

1	в
2	а
3	б
4	г
5	в
6	г
7	а
8	б
9	б
10	а