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学好“质量守恒定律”关键在于把握“六不变、两变、一个可能变”

2019-12-14  当以读书...

化学是一门以实验为基础的自然学科,它研究的主要内容为:物质的组成、物质的结构、物质的性质和物质的变化规律。这四个方面存在层层递进关系,研究物质的组成是为了探究物质的结构;然而物质的结构又决定物质的性质,也就是说物质具有什么样的结构,就会表现出什么样的性质;物质的性质又决定了物质与物质之间能够发生什么的变化。从整个化学研究的领域分析,不难发现物质的变化规律是化学研究的最终目标,在后续的化学学习章节里有很多关于物质化学变化的知识内容,尤其是化学方程式的书写和化学方程式的计算,这也是每年中考的重点知识,考生如何掌握这一知识呢?应该从以下几方面去把握化学变化质量守恒定律。

一、掌握化学变化的本质是学好质量守恒定律的前提

我们每天都会面对变化莫测的神奇世界,这些变化看似毫无规律而言,然而从化学的角度来看,世界物质的变化大概可以分为两种“物理变化化学变化”,这是化学前言中的两个最基础的知识。判断物理变化与化学变化的依据是什么呢?那就要掌握化学变化的本质,即宏观本质和微观本质。

1、如何从宏观方面去理解化学变化的本质

化学变化和物理变化是物质的两种基本变化类型,作为即将要参加中考的考生来说,一定要掌握物质的变化规律,这是中考必考的知识点。那么如何来区分物质的变化是属于物理变化还是属于化学变化呢?判断某一变化属于物理还是化学变化,不能够从其变化的现象来看。虽然化学变化过程中经常伴随着发光、发热、颜色改变、气体放出等现象;然而物理变化的过程中也会有这些现象产生。也就是说有“发光、发热、有颜色变化和气体产生”的变化不一定是化学变化。要判断物质变化的类型必须从变化的本质来区分。化学变化的本质,从宏观方面来说就是“有新的物质的生成”;物理变化本质就是“没有新的物质生成”。例如铁生锈,这个变化属于化学变化,因为铁与铁锈是两种不同的物质,是由铁元素组成的物质,而铁锈是由两种元素组成的物质;它们是两种不同的物质,也就是说铁变成铁锈的过程,生成了新的物质“铁锈”,所以属于化学变化。“镜子破碎”这一变化,从宏观方面来看,“镜子”与“破碎后的镜子”成分没有发生改变,只是状态发生了变化,在整个变化过程中没有生成其它的新物质,所以属于“物理变化”。

2、如何从微观方面去理解化学变化的本质

化学变化就是变化过程中物质发生了改变,也就是说变化前后不是同一种物质。如果从微观方面来看的话,化学变化的本质是“旧的分子分裂成原子,原子再重新组合成新的分子”。判断某一变化是否属于化学变化,就是看有没有新的分子生成。比如水在通电的情况下,电解生成氢气和氧气。

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水在通电的情况下分解,生成氢气和氧气

水在通电的情况下,水分子会分裂成氧原子和氢原子,每水分子会分裂成一个氧原子和两个氢原子,如下图所示。

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水分子分裂成原子的过程

由水分子分裂而成的氧原子和氢原子再重新组合,其组合方式是每两个氧原子结合在一起变成一个氧分子;每两个氢原子结合在一起就变成了一个氢分子;大量的氧分子(或氢分子)集聚在一起就变成了氧气(或氢气)。在这个变化过程中,水分子发生了改变,变成了氧分子和氢分子,所以为化学变化。从微观方面来看,化学变化的本质就是有新的分子生成

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水分子分裂成原子,原子再重新组合

二、正确理解质量守恒定律的关键在于把握“六不变、两个变、一个可能变”

所有的化学变化都遵循质量守恒定律,也就是说化学变化过程中不可能会改变物质的总量,这也是化学变化计算的依据。如何理解质量守恒定律呢?我们可以从以下几个方面加以掌握。

1、要掌握什么是“六不变”

在前面对化学变化的本质进行了详细的阐述,化学变化的实质就是分子中的原子进行重新的组合,原子的种类和数目不会发生改变;它们仅仅是组合的方式发生了变化。下面以甲烷在空气中燃烧为例来解释一下什么是“六个不变”。

学好“质量守恒定律”关键在于把握“六不变、两变、一个可能变”

甲烷在空气中燃烧的化学方程式

通过甲烷燃烧的化学变化方程式,可以看出在化学变化前后,元素的种类没有发生改变,反应前的物质有甲烷和氧气,两种物质里共有碳、氢、氧三种元素,反应后生成的物质是二氧化碳和水,物质的种类发生了改变;然而两种生成物的组成元素种类没有发生改变,即也是碳、氢、氧三种元素;反应前后元素的种类没有发生变化。如何来理解“六不变”呢?可以从两个方面来加以理解,即宏观方面和微观方面。

首先宏观方面,是从物质和元素这两个方面来看。

①反应前后组成物质元素种类不会发生改变。

②反应前后每种元素的质量不会发生改变。

③反应前后物质的总质量不会发生改变

其次微观方面,主要是从原子方面来描述;因为原子是化学变化中的最小粒子。也就是说在化学变化中原子不会再发生改变,只是排列组合方式发生了变化,主要包括以下三个方面的意思。

①反应前后原子种类不会发生改变。

②反应前后每种原子的质量不会发生改变。

③反应前后每种原子的数目不会发生改变。

学好“质量守恒定律”关键在于把握“六不变、两变、一个可能变”

“六个不变”的详细图解

2、要牢记什么是“两个变”

在化学变化中到底哪些发生了改变呢?我们可以从化学变化的本质来分析,化学变化就是有新的物质生成(或是有新的分子生成)。“新的物质生成”,说明化学变化前后物质的种类发生了改变;新的分子生成”,说明化学变化前后分子的种类发生了改变。前面提到过,化学变化实际上就是构成物质的原子重新排列组合。

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化学反应的本质

原子的排列方式发生了改变,也就是分子发生了改变,自然物质也就发生了改变。即质量守恒定律中的“两个变”

①化学变化前后物质的种类发生了改变。

②化学变化前后分子的种类发生了改变

3、要理解什么是“一个可能变”

对于化学变化前后,分子的数目是否发生改变?不好给出一个肯定的答案;有的化学变化,在变化前后分子的数目恰好不变;因为化学变化就是分子中的原子重新排列组合,这样就会存在组合前后分子数目恰好相等的情况,这一参数在研究化学变化过程意思不是很大,主要是偶然因素导致的结果。

三、如何避免用质量守恒定律解释化学变化的误区

中考化学中经常会出现这样的题目“蜡烛在空气中燃烧,质量在不停地减少,是不是这个化学变化不遵循质量守恒定律?如果遵循质量守恒定律,那么质量为什么还会减少呢?”。通过对历年的中考化学试卷分析,发现很多同学在这种题型上失分。考生如何做到在质量守恒定律的知识考题中不失分呢?不仅要求考生从宏观和微观方面理解质量守恒定律,也就是说“所有的化学变化都遵循质量守恒定律”;还要清楚物质反应前后的状态,具体来说就是以下三个方面。

1、如何用质量守恒定律来解释有气体参加或生成的反应

在化学反应中,有时候生成物中有气体物质出现;对于这种有气体生成的化学反应,如何来看待其质量守恒关系呢?这就跟这个反应的环境很有关系,如果是在敞开的环境进行的化学变化,随着反应的不断进行,生成的气体逸散到空气中,就会导致反应前后“物质的总质量不相等”。比如像刚才提到的蜡烛燃烧的反应,蜡烛的质量在减少,但是我们不能误认为这个反应不遵循质量守恒定律。如果用质量守恒定律来解释这个反应的话,应该是“参加反应的蜡烛的质量+参加反应的氧气的质量=生成的水和二氧化碳的质量”,而不能够单单从蜡烛的减少来否定质量守恒定律。

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蜡烛在空气中燃烧的质量守恒定律的解释

对于有气体参加的化学反应,也会出现反应前后“物质的总质量不相等”。比如铜丝在空气中加热,反应前后“铜丝”的总质量会增加,为什么会出现这种情况呢?绝对不能轻易断言是“不遵循质量守恒定律”,反应后之所以会出现质量增加,是因为反应后生成的“铜丝”实际上是氧化铜,它的质量应该等于参加反应的铜丝的质量和参加反应的氧气的质量之和;所增加的“铜丝”的质量实际上就是参加反应的氧气中氧元素的质量。

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铜丝在空气中加热反应

也就是说对于敞开环境中进行的化学,如果有气体参加或有气体生成,反应前后的总重量一定要把参加反应的气体(或生成的气体)的质量计算在内,而不能够仅仅单从固体的质量变化情况来看待质量守恒定律。

如果是在密闭的环境中进行的化学反应,则不会存在这种“反应前后质量不守恒的情况”,因为反应前后的物质不管是气体还是其它状态的物质,都在密闭的容器里,质量肯定不会变化。

学好“质量守恒定律”关键在于把握“六不变、两变、一个可能变”

2、如何用质量守恒定律来解释有固体生成的反应

例如把一根铁丝插入硫酸铜的溶液中,过一会取出,发现铁丝的质量增加了,考试中经常会提出这样的问题“为什么会出现这种情况呢?能用质量守恒定律解释吗?”

毫无疑问这个反应是遵循质量守恒定律的,如果用质量守恒定律解释,应该是这样“参加反应的铁和硫酸铜的质量=生成的铜和硫酸亚铁的质量”,不能够单纯从“铁丝”的质量变化来看待质量守恒定律,在这个反应中虽然铁丝会参加反应,由单质状态变成化合态,即铁丝不断“溶解”,铁丝的质量在不断减少;但是同时会产生单质铜,生成的金属铜会覆盖在铁丝的表面,根据它们的相对原子质量的关系会发现,铁丝减少的质量要小于生成的铜的质量,也就是说进入溶液中的铁的质量要小于覆盖在铁丝表面铜的质量,所以就会出现“铁丝”质量增加的情况。

学好“质量守恒定律”关键在于把握“六不变、两变、一个可能变”

总结,要真正做到关于质量守恒定律的知识点不失分,不仅要从宏观微观方面来理解质量守恒定律 ,即“六不变、两变、一个可能变”;还要知道在具体的反应中,“参加反应的物质的质量”和“生成物质的质量”是什么意思;以及反应的环境情况。只有这样才可能避免在中考试卷中失分。

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