質量守恒定律的理解與考查

何秀珍

一、正確理解質量守恒定律

認識化學反應中的各物質間存在定量關系，化學反應遵守質量守恒定律；理解質量守恒定律的微觀本質：在一個具體的化學反應中，存在5個不變，宏觀理解為：1.反應物和生成物總質量不變，2.元素種類和質量不變；微觀理解：3.原子種類不變，4.原子數目不變，5.原子質量不變。2個改變：1.從宏觀上物質的種類一定改變，2.從微觀上分子的種類一定改變。1個可能改變：分子總數可能改變。

二、有關質量守恒定律的考查

例題1 （2023宜昌）下列現象能用質量守恒定律解釋的是（ ）。

A.蔗糖溶于水后總質量不變

B.濃硫酸敞口放置質量增加

C.飽和硝酸鉀溶液升溫，溶液質量不變

D.硫酸銅溶液和氫氧化鈉溶液混合，溶液質量減小

解析 A.蔗糖溶于水，沒有發生化學變化，不能用質量守恒定律來解釋，A錯誤；B.濃硫酸敞口放置質量增加是濃硫酸具有吸水性，不能用質量守恒定律來解釋，B錯誤；C飽和硝酸鉀溶液升溫，溶液的狀態會從飽和變成不飽和，此過程中沒有新物質生成，雖然溶液質量不變，但不能用質量守恒定律來解釋，C錯誤；D硫酸銅溶液和氫氧化鈉溶液混合會反應生成氫氧化銅沉淀和硫酸鈉溶液，溶液質量減小，但反應前后物質的總質量不變，可用質量守恒定律來解釋，D正確。應選D。

例題2 （2023年江西）某興趣小組對“化學反應前后物質的質量關系”進行探究，實驗方案如圖1所示。

[分析交流]（1）方案A中紅磷燃燒的現象為____，方案B中鐵與硫酸銅反應的化學方程式為____。2個方案反應前后天平均保持平衡，說明上述2個化學反應前后物質的總質量不變。

[發現問題]方案A中因有氧氣參加反應，故采用密閉裝置。但方案B中鐵與硫酸銅反應，反應物和生成物都沒有氣體，為什么也要用密閉裝置呢？

（2）于是在老師的指導下，小組同學再次實驗，并使用pH傳感器測定錐形瓶內溶液pH，其數據如圖2所示。分析圖像可知，反應開始階段溶液的酸性逐漸____（填“增強”或“減弱”），那么導致這一現象出現的原因又是什么？

[提出猜想]

猜想甲：硫酸銅溶液和鐵作用所致；

猜想乙：硫酸銅溶液和空氣作用所致；

猜想丙：硫酸銅溶液、鐵及空氣共同作用所致。

[進行實驗]

（3）為驗證上述猜想，現提供如下用品：用煮沸并迅速冷卻的蒸餾水配成4%的硫酸銅溶液、潔凈的鐵釘、pH傳感器等，實驗過程見表1，請完成表格中①、②兩處填空。

[反思拓展]

（4）通過以上探究活動，請分析方案B中用橡膠塞形成密閉裝置的原因可能是____。

（5）蠟燭燃燒后固體質量減小，請設計實驗驗證該反應是否遵守質量守恒定律。寫出你的簡明方案：____。

解答（1）紅磷燃燒會產生大量白煙，放出熱量，故填：劇烈燃燒，產生大量白煙，放出熱量；鐵和硫酸銅會生成硫酸亞鐵和銅；（2）圖2中pH下降，說明溶液的酸性增強；（3）實驗1中硫酸銅溶液和鐵、空氣接觸；實驗2中硫酸銅和鐵接觸，需要控制其他變量相同，加入5mL硫酸銅溶液；實驗3硫酸銅接觸到空氣；實驗1、2對比說明pH減小與空氣有關，實驗1、3對比說明pH減小與鐵有關，則pH減小是硫酸銅與鐵和空氣共同作用所致；（4）裝置B中硫酸銅與鐵和氧氣接觸，可能會導致溶液酸性增強與鐵反應產生氫氣，如果在敞口容器中，氫氣會逸出，導致裝置質量減小，無法驗證質量守恒定律；（5）蠟燭燃燒會產生二氧化碳和水，需要在密閉容器中驗證，可以將蠟燭在密閉的集氣瓶中燃燒測定反應前后的質量不變來驗證質量守恒定律。

答案：（1）劇烈燃燒，產生大量白煙，放出熱量Fe+CuSO4=FeSO4+Cu （2）增強 （3）

5 丙 （4）防止溶液酸性增大與鐵釘反應產生氫氣使裝置質量減小，無法驗證質量守恒定律；（5）取一套裝置氣密性良好的集氣瓶和帶有燃燒匙的橡皮塞，將蠟燭固定在燃燒匙上，將蠟燭、橡皮塞、燃燒匙和集氣瓶放在天平上稱量后，放置在桌面上，點燃蠟燭迅速將蠟燭伸入集氣瓶并塞緊橡皮塞，待蠟燭熄滅并冷卻至室溫后將裝置整體放在天平上稱量，若質量不變，則遵循適量守恒定律。

（收稿日期：2023-12-18）