質(zhì)量守恒定律在初中化學(xué)解題中的應(yīng)用分析

摘" 要：本文對(duì)質(zhì)量守恒定律在初中化學(xué)解題中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，結(jié)合實(shí)例，具體探討了其在解決化學(xué)反應(yīng)前后的微觀實(shí)質(zhì)、推斷物質(zhì)的組成、反應(yīng)中物質(zhì)的質(zhì)量、質(zhì)量比等方面的應(yīng)用.通過(guò)本文的闡述，可以幫助學(xué)生更加深入地理解質(zhì)量守恒定律的重要性和應(yīng)用，提高化學(xué)解題能力，從而更好地掌握化學(xué)知識(shí).

關(guān)鍵詞：初中化學(xué)；質(zhì)量守恒定律；解題

中圖分類(lèi)號(hào)：G632""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A""" 文章編號(hào)：1008-0333（2024）17-0121-03

收稿日期：2024-03-15

作者簡(jiǎn)介：楊婭卓（1980.4—），女，甘肅省徽縣人，本科，中小學(xué)一級(jí)教師，從事初中化學(xué)教學(xué)研究.

在初中化學(xué)中，質(zhì)量守恒定律是一個(gè)基本的原理，它指出在一個(gè)封閉系統(tǒng)中，物質(zhì)的質(zhì)量在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中保持不變［1］.這一定律對(duì)于理解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)以及解決化學(xué)問(wèn)題具有重要的意義，學(xué)生需要掌握并運(yùn)用這一定律來(lái)分析和解決化學(xué)問(wèn)題.

1" "化學(xué)反應(yīng)前后的微觀實(shí)質(zhì)

例1" “碳中和”是指通過(guò)吸收或減少與二氧化碳排放量相等的二氧化碳，以實(shí)現(xiàn)凈零排放.這是一種用于減少全球變暖和氣候變化的方法，其目標(biāo)是減少溫室氣體的排放并最終達(dá)到零排放.碳中和可以通過(guò)植樹(shù)造林、碳捕集和儲(chǔ)存技術(shù)、減少化石燃料的使用等方式實(shí)現(xiàn).中國(guó)政府宣布了碳中和的目標(biāo)，計(jì)劃在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和.科學(xué)家們將二氧化碳和氫氣在一定條件下反應(yīng)生成甲醇（一種重要的化工原料）和水，實(shí)現(xiàn)這一反應(yīng)的微觀示意圖如圖1所示.下列說(shuō)法正確的是（" ）.

A.反應(yīng)前后元素的化合價(jià)都沒(méi)有發(fā)生改變

B.反應(yīng)前后分子和原子的個(gè)數(shù)都不變

C.該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

CO2+4H2CH4O+H2O

D.該反應(yīng)可以作為減少二氧化碳排放的研究方向

解析" 根據(jù)微觀示意圖，反應(yīng)的化學(xué)方程式：CO2+3H2一定條件CH3OH+H2O.根據(jù)方程式，反應(yīng)物中有氫氣，是單質(zhì)，氫元素是游離態(tài)，反應(yīng)后甲醇和水中含有氫元素，則氫元素變成了的化合態(tài)，則元素的化合價(jià)一定改變，A不正確；根據(jù)質(zhì)量守恒定律，化學(xué)反應(yīng)前后原子的個(gè)數(shù)不變，根據(jù)方程式該反應(yīng)中反應(yīng)前的分子數(shù)目是4，反應(yīng)后的分子數(shù)目是2，改變了，B不正確；根據(jù)分析，一定條件下二氧化碳和氫氣反應(yīng)生成甲醇和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式：CO2+3H2一定條件CH3OH+H2O，C不正確；該反應(yīng)將二氧化碳和氫氣轉(zhuǎn)化成了甲醇和水，減少了二氧化碳的排放，D正確.答案為D.

點(diǎn)評(píng)" 該題是運(yùn)用質(zhì)量守恒定律解釋微觀反應(yīng)示意圖，首先對(duì)示意圖進(jìn)行分析，觀察反應(yīng)前后是否有相同的分子，如有則直接消除，如圖1中可以消除一個(gè)氫氣分子.然后根據(jù)圖注描寫(xiě)出反應(yīng)前后各物質(zhì)的化學(xué)式，并根據(jù)示意圖中各個(gè)分子的個(gè)數(shù)，配平化學(xué)方程式.最后則可根據(jù)書(shū)寫(xiě)的方程式，進(jìn)行分析推斷.在有些題目中，示意圖中可能并未配平方程式，只是對(duì)反應(yīng)物和生成物進(jìn)行說(shuō)明，在解題時(shí)，還需要進(jìn)行反應(yīng)方程式的配平.

2" 推斷物質(zhì)的組成

例2" 為了減少二氧化硫（SO2）污染，某市環(huán)保部門(mén)采取了噴灑微米級(jí)顆粒的X粉末的方法，以吸收和減少大氣中的SO2濃度.這種方法是通過(guò)X粉末與SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將SO2轉(zhuǎn)化為無(wú)害的物質(zhì)，從而達(dá)到凈化空氣的目的，其反應(yīng)原理為：2X+2SO2+O22CaSO3+2CO2，X的化學(xué)式是（" ）.

A．CaO" B．Ca（OH）2" C．Na2CO3" D．CaCO3

解析" 根據(jù)質(zhì)量守恒定律，化學(xué)反應(yīng)前后，原子的數(shù)目和種類(lèi)都不會(huì)發(fā)生變化.根據(jù)反應(yīng)方程式可知，反應(yīng)前Ca、S、O、C的原子數(shù)分別為0、2、6、0.反應(yīng)后，有2個(gè)Ca原子，2個(gè)S原子，10個(gè)O原子和2個(gè)C原子.由此可知，2X中含有Ca原子2個(gè)、C原子2個(gè)和O原子6個(gè)，因此X的化學(xué)式是CaCO3.答案為D.

3" "推算反應(yīng)中物質(zhì)的質(zhì)量及質(zhì)量比

例3" 已知：2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2.在真空密閉容器中，將13.2 gCO2與一定質(zhì)量的Na2O2固體充分反應(yīng)后，收集到氣體M的質(zhì)量為x g.下列說(shuō)法正確的是（" ）.

A．若x=4.8，氣體M中含有CO2

B．若x=4.8，生成的Na2CO3的質(zhì)量為15.9 g

C．若x=7.6，Na2O2反應(yīng)后可能有剩余

D．若x=7.6，氣體M中CO2與O2的質(zhì)量比為11∶8

解析" 設(shè)正好完全反應(yīng)時(shí)參加反應(yīng)的Na2O2的質(zhì)量為z g，生成碳酸鈉的質(zhì)量為y g，生成氧氣的質(zhì)量為x g

2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2

156" "88""" "212" 32

z" 13.2 g""" "y" ""x

15688=z13.2 g，88212=13.2y，8832=13.2x

z=23.4 g，y=31.8 g，x=4.8 g

根據(jù)上述質(zhì)量關(guān)系計(jì)算可知，若x=4.8，二氧化碳完全反應(yīng)，氣體M中不含有CO2，故A選項(xiàng)說(shuō)法錯(cuò)誤；

根據(jù)上述質(zhì)量關(guān)系計(jì)算可知，若x=4.8，生成的Na2CO3的質(zhì)量為31.8 g，故B選項(xiàng)說(shuō)法錯(cuò)誤；設(shè)未完全反應(yīng)時(shí)，生成氧氣的質(zhì)量為m g，參加反應(yīng)的二氧化碳的質(zhì)量為n g

2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2氣體質(zhì)量的差量

88""""""" 32" 88-32

n""""""" "m" 13.2 g-7.6 g

m=3.2 g，n=8.8 g

根據(jù)上述質(zhì)量關(guān)系計(jì)算可知，參加反應(yīng)的二氧化碳的質(zhì)量有剩余，則Na2O2已經(jīng)完全反應(yīng)，反應(yīng)后沒(méi)有剩余，故C選項(xiàng)說(shuō)法錯(cuò)誤；

根據(jù)分析C質(zhì)量關(guān)系計(jì)算可知，剩余氣體的質(zhì)量為7.6 g時(shí)，有氧氣的質(zhì)量為3.2 g，則二氧化碳的質(zhì)量為7.6 g-3.2 g=4.4 g，氣體M中CO2與O2的質(zhì)量比為4.4 g：3.2 g=11：8，故選項(xiàng)D說(shuō)法正確，答案為D.

例4" 在某一密閉容器中，進(jìn)行某個(gè)化學(xué)反應(yīng)，并測(cè)量出反應(yīng)前（t0）、反應(yīng)中（t1）、反應(yīng)后（t2）三個(gè)時(shí)刻各個(gè)物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，說(shuō)法正確的是

（" ）.

A.該反應(yīng)為化合反應(yīng)

B．當(dāng)反應(yīng)結(jié)束后，丙和丁的質(zhì)量比為54：7

C．在t1時(shí)刻時(shí)，乙物質(zhì)和丁物質(zhì)反應(yīng)的質(zhì)量比為7：11

D．如果丙物質(zhì)是銅、丁物質(zhì)是二氧化碳，則甲物質(zhì)為單質(zhì)，乙物質(zhì)為化合物

解析" 密閉容器發(fā)生反應(yīng)，遵循質(zhì)量守恒定律，首先根據(jù)質(zhì)量變化，分析反應(yīng)物和生成物.甲物質(zhì)，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)由40%降至0%，所以甲為反應(yīng)物.同理，乙的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少，乙為反應(yīng)物；丙和丁物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，為生成物.

該反應(yīng)兩種物質(zhì)反應(yīng)生成了兩種物質(zhì)，既不是化合反應(yīng)也不是分解反應(yīng)，故A錯(cuò)誤.

當(dāng)反應(yīng)結(jié)束后，丙的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為54%，丁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)39%，所以?xún)烧叩馁|(zhì)量比為54%∶39%=

54∶39，故B錯(cuò)誤.

甲物質(zhì)在反應(yīng)后，質(zhì)量分?jǐn)?shù)成為0，所以反應(yīng)前到t1時(shí)刻，t1時(shí)刻到反應(yīng)后，甲物質(zhì)的變化是1∶1，乙的質(zhì)量分?jǐn)?shù)反應(yīng)后減少了21%-7%=14%，則t1時(shí)刻，乙反應(yīng)的質(zhì)量是7%.反應(yīng)前丁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-22%-21%-40%=17%，丁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加了39%-17%=22%，即t1時(shí)刻，丁增加了11%，參加反應(yīng)乙物質(zhì)和丁物質(zhì)的質(zhì)量比為7%∶11%=7∶11，故C正確.

如果丙物質(zhì)是銅、丁物質(zhì)是二氧化碳，則反應(yīng)物之一是氧化銅，根據(jù)反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，可知參加反應(yīng)的甲物質(zhì)和乙物質(zhì)的質(zhì)量比為40%∶14%=80∶28，由化學(xué)方程式CO+CuO高溫Cu+CO2，可以得出CO和CuO按比例反應(yīng)時(shí)，其質(zhì)量比正好為80∶28.因此該反應(yīng)是CO和CuO發(fā)生的反應(yīng)，甲和乙都是化合物，故D錯(cuò)誤.答案為C.

點(diǎn)評(píng)" 例3考查質(zhì)量守恒的相關(guān)計(jì)算問(wèn)題，解題思路一般為：①根據(jù)題意，設(shè)未知量，一般求什么設(shè)什么；②寫(xiě)出反應(yīng)化學(xué)方程式；③根據(jù)化學(xué)方程式，把各物質(zhì)的質(zhì)量比列在相應(yīng)的化學(xué)式下面；④把已知條件和代求未知量列在相應(yīng)物質(zhì)的質(zhì)量下面；⑤列比例式進(jìn)行求解.例4結(jié)合餅狀圖，對(duì)質(zhì)量守恒的相關(guān)計(jì)算進(jìn)行考查.求解的關(guān)鍵在于根據(jù)圖像所呈現(xiàn)的變化，正確判斷出反應(yīng)物和生成物，并標(biāo)注出反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系，然后結(jié)合所學(xué)知識(shí)進(jìn)行推斷.

4" 分析質(zhì)量守恒相關(guān)圖像

例5" 下列圖3中的圖像能正確反映對(duì)應(yīng)變化關(guān)系的是（" ）.

A.（a）表示在盛有空氣的密閉容器中點(diǎn)燃紅磷

B.（b）表示一氧化碳和過(guò)量氧氣在密閉容器中完全反應(yīng)

C.（c）表示加熱一定質(zhì)量的高錳酸鉀固體

解析" 紅磷燃燒放熱，氣壓增大，完全反應(yīng)后溫

度降低，氧氣消耗，氣壓減小，但是不能減小到0，A選項(xiàng)不正確;一氧化碳燃燒生成二氧化碳，每2個(gè)一氧化碳分子和1個(gè)氧分子反應(yīng)生成2個(gè)二氧化碳分子，反應(yīng)后分子數(shù)減少，B選項(xiàng)正確;加熱一定質(zhì)量的高錳酸鉀固體，其受熱分解為錳酸鉀、MnO2和O2.隨著反應(yīng)的進(jìn)行，固體的質(zhì)量會(huì)減少，但固體中錳元素的質(zhì)量保持不變，因此錳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)不斷增大，C選項(xiàng)錯(cuò)誤.因此答案為B.

點(diǎn)評(píng)" 本題考查質(zhì)量守恒的圖像相關(guān)問(wèn)題.首先明確圖像橫縱坐標(biāo)代表的意義，然后根據(jù)文字描述，判斷具體的化學(xué)反應(yīng)，并分析該反應(yīng)的特征，最后結(jié)合質(zhì)量守恒定律的“變”與“不變”進(jìn)行判斷.

5" 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)實(shí)際教學(xué)案例的研究發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量守恒定律不僅是化學(xué)學(xué)科中的重要定律，更是解決化學(xué)問(wèn)題的有力工具.在教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生理解并靈活應(yīng)用這一定律，從而提高學(xué)生的解題能力和化學(xué)素養(yǎng).未來(lái)的教學(xué)過(guò)程中，還需進(jìn)一步探索更多有效的教學(xué)策略，以幫助學(xué)生更好地掌握質(zhì)量守恒定律，提升整體的化學(xué)學(xué)習(xí)效果.

參考文獻(xiàn)：［1］ 林賽珠.質(zhì)量守恒定律在初中化學(xué)解題中的應(yīng)用分析［J］.數(shù)理化解題研究，2021（23）：108-109.

［責(zé)任編輯：季春陽(yáng)］