任务一 质量守恒定律的探究
|定律探究|
1.探究化学反应前后物质的质量关系。
[问题]当物质发生化学反应生成新物质时,参加反应的物质的质量总和与生成物的质量总和有什么关系?
[预测]反应物的质量总和(填“等于”或“不等于”)生成物的质量总和。
[思路与方法]
(1)确定一个化学反应作为研究对象。
(2)确定反应思路:选择一个化学反应(需要哪些试剂,怎样使反应发生),让它在合适的装置(如何选择装置,需要哪些仪器)内发生,称量反应前后的总质量(怎样测量反应前后物质的质量)。
[实验步骤]
方案一 (1)将铜粉平铺于锥形瓶的底部,把上端系有小气球的玻璃导管插入单孔橡胶塞,用橡胶塞塞紧锥形瓶口。将装置放在天平上称量,记录所称的质量$m_1$。
(2)再将锥形瓶置于陶土网上,用酒精灯加热,观察实验现象。反应一段时间后停止加热,待装置冷却后再次称量,记录所称的质量$m_2$。

铜 + 氧气 $\xrightarrow{\mathrm{加热}}$ 氧化铜
(Cu) ($\ce{O_2}$) (CuO)
方案二 (1)在锥形瓶中加入用砂纸打磨干净的铁丝,再小心地放入盛有硫酸铜溶液的小试管,塞好橡胶塞。将装置放在天平上称量,记录所称的质量$m_1$。
(2)取下锥形瓶并将其倾斜,使小试管中的硫酸铜溶液流入锥形瓶,观察实验现象。反应一段时间后再次称量,记录所称的质量$m_2$。

铁 + 硫酸铜 $\rightarrow$ 铜 + 硫酸亚铁
(Fe) ($\ce{CuSO_4}$) (Cu) ($\ce{FeSO_4}$)
[实验记录]

[实验结论]物质发生化学反应生成新物质时,的质量总和等于的质量总和。
[思考](1)上述两个实验装置有什么特点?
(2)若将方案二中的锥形瓶上的塞子去掉,结果有何变化?
2.质量守恒定律: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。
[点拨]①“化学反应”是前提。只有化学变化才遵守质量守恒定律,物理变化不能用质量守恒定律解释。
②“参加化学反应”是基础。没有参加化学反应(或剩余)的物质的质量不能计算在内。
③“质量总和”是关键。守恒的是“总质量”,即“参加化学反应的各反应物的总质量”和“生成物的总质量”,如沉淀、气体等都应考虑进去。
④“质量守恒”是核心。定律只适用于“质量”守恒,不包括体积等其他方面的守恒。

1. [预测] 等于
[实验记录]
方案一实验现象：红色的粉末逐渐变成黑色，玻璃管上的小气球先鼓起来，冷却后变瘪，反应前后的质量相等
方案一反应前的总质量$m_1$：装置、铜、氧气、其他气体的质量和
方案一反应后的总质量$m_2$：装置、余下的铜和氧气、氧化铜、其他气体的质量和
方案一分析：参加反应的铜和氧气的质量等于生成的氧化铜的质量
方案二实验现象：铁丝表面覆盖一层红色的物质，溶液由蓝色变为浅绿色，反应前后的质量相等
方案二反应前的总质量$m_1$：装置、铁丝、硫酸铜、水的质量和
方案二反应后的总质量$m_2$：装置、余下的铁丝、铜、硫酸亚铁、水的质量和
方案二分析：参加反应的铁丝和硫酸铜的质量等于生成的铜和硫酸亚铁的质量
[实验结论] 反应物 生成物
[思考](1) 提示:两个装置均是密闭容器。
(2) 提示:结果没有变化,仍测得$m_1=m_2$。

【分析】本题是质量守恒定律的探究题，解题思路如下：首先根据化学反应的本质（原子的种类、数目、质量在反应前后不变），预测反应物与生成物的质量关系；其次通过两个经典实验（铜与氧气加热反应、铁与硫酸铜反应）验证预测，需明确实验的操作、现象及反应前后总质量的测量方法；最后结合实验装置特点分析质量守恒的原理，解答相关思考问题，总结质量守恒定律的核心内涵。
【解析】
1. [预测]：化学反应的本质是原子的重新组合，反应前后原子的种类、数目、质量均不变，因此参加反应的反应物的质量总和等于生成物的质量总和，故填“等于”。
2. [实验结论]：两个实验反应前后称量的总质量均相等，说明参加化学反应的反应物的质量总和等于生成物的质量总和，因此依次填写“反应物”“生成物”。
3. [思考]：
(1) 两个实验装置均为密闭容器，可避免反应中气体逸出或外界空气进入，确保反应前后总质量测量准确。
(2) 方案二中的反应无气体参与或生成，去掉塞子后，反应前后物质的总质量仍不变，结果无变化。
【答案】
[预测] 等于
[实验结论] 反应物；生成物
[思考](1) 两个装置均为密闭容器；(2) 结果不变，反应前后质量仍相等。
【知识点】
质量守恒定律，化学实验装置的选择
【点评】
本题通过两个典型实验探究质量守恒定律，帮助学生理解定律的核心内涵，强调实验装置密闭性的重要性，是巩固化学基础知识点的典型题目，难度适中。
【难度系数】
0.7