§ 4. Закон збереження маси речовин під час хімічних реакцій

Зміст

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Змінюється чи залишається незмінною сумарна маса реагентів і продуктів під час хімічної реакції?

Під час хімічної реакції загальна маса реагентів і продуктів не змінюється.

Як було відкрито закон збереження маси речовин під час хімічної реакції?

Закон незалежно один від одного відкрили М. В. Ломоносов та Антуан-Лоран Лавуазьє. У 1770-х роках Лавуазьє нагрівав метали (олово, свинець) у запаяних посудинах. Зважування до і після нагрівання показало, що маса посудин залишалася сталою. Це і стало основою закону збереження маси.

Поясніть, чому маса міді після її нагрівання в повітрі відрізняється від маси металу на початку досліду (мал. 13, б).

Після нагрівання маса міді зростає, бо вона реагує з киснем ($O_2$) з повітря. Утворюється купрум(II) оксид ($CuO$). За законом збереження маси, вага нового продукту складається з маси міді та приєднаного кисню.

Прокоментуйте дослід, зображений на малюнку 14, і зробіть висновок.

Дослід показує реакцію у закритій посудині на терезах. Рівновага зберігається до і після реакції (навіть при утворенні осаду чи зміні кольору). Це підтверджує закон збереження маси: у закритій системі загальна вага речовин не змінюється попри хімічні перетворення.

Заповніть пропуски в таблиці: (Реагенти та їхні маси: Графіт С — 6 г, Фтор $F_2$ — 38 г $\rightarrow$ Речовина $CF_4$ — … г; Літій Li — 21 г, Водень $H_2$ — … г $\rightarrow$ Речовина LiH — 24 г; Речовина CuO — … г, Водень $H_2$ — 1 г $\rightarrow$ Мідь Cu — 32 г, Вода $H_2O$ — 9 г; Крейда $CaCO_3$ — 25 г $\rightarrow$ Речовина СаО — … г, Вуглекислий газ $CO_2$ — 11 г).

За правилом $m_{\text{реагентів}} = m_{\text{продуктів}}$ розрахунки такі:

1. Речовина $CF_4$: $6 \text{ г} + 38 \text{ г} = 44 \text{ г}$.
2. Водень $H_2$: $24 \text{ г} – 21 \text{ г} = 3 \text{ г}$.
3. Речовина $CuO$: $(32 \text{ г} + 9 \text{ г}) – 1 \text{ г} = 40 \text{ г}$.
4. Речовина $CaO$: $25 \text{ г} – 11 \text{ г} = 14 \text{ г}$.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про закон збереження маси речовин під час хімічної реакції.

Маса реагентів завжди дорівнює масі продуктів реакції. Під час хімічних процесів атоми лише перегруповуються, а не зникають чи виникають. Кількість атомів кожного елемента не змінюється, тому і загальна маса залишається сталою.

Сформулюйте запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Зіставте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

Запитання: «Чи зміниться загальна маса речовин, якщо спалити аркуш паперу в герметично закритій скляній посудині?»
Правильна відповідь: Маса не зміниться. Папір згоряє, утворюючи попіл, вуглекислий газ ($CO_2$) та водяну пару ($H_2O$), але всі вони залишаються в посудині. Закон збереження маси виконується. Відповідь про зменшення маси є хибною, бо ігнорує вагу утворених газів, які залишилися всередині.

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ. ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

33. Речовина А взаємодіє з речовиною Б. Продуктами реакції є речовини В і Г. Запишіть математичний вираз, який відповідає закону збереження маси речовин під час хімічної реакції.

Вираз закону збереження маси для цієї реакції:
$$m(\text{А}) + m(\text{Б}) = m(\text{В}) + m(\text{Г})$$

34. Унаслідок нагрівання харчової соди масою 84 г у порцеляновій чашці було одержано кальциновану соду масою 53 г. Обидві соди є твердими речовинами. Про що свідчить результат експерименту?

Втрата маси вказує, що під час розкладу харчової соди утворилися гази (вуглекислий газ $CO_2$ та водяна пара $H_2O$), які випарувалися. Різниця у масі ($84 \text{ г} – 53 \text{ г} = 31 \text{ г}$) — це вага цих газів.

РОЗВ’ЯЗУЙМО ЗАДАЧУ

35. Обчисліть масу сірки, яка прореагувала з бором масою 5,5 г, якщо маса єдиного продукту реакції — 29,5 г.

За законом збереження маси:
$$m(\text{продукту}) = m(\text{бору}) + m(\text{сірки})$$
$$m(\text{сірки}) = m(\text{продукту}) – m(\text{бору}) = 29,5 \text{ г} – 5,5 \text{ г} = 24 \text{ г}$$
Відповідь: 24 г сірки.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ГРУПИ

36. Як науковець / науковиця може застосовувати у своїй роботі закон збереження маси речовин під час хімічної реакції?

Закон використовують для:

1. Обчислення точної маси реагентів для одержання потрібної кількості продукту.
2. Складання рівнянь реакцій і підбору коефіцієнтів.
3. Контролю точності експерименту (відхилення маси вказує на втрати чи побічні реакції).
4. Визначення невідомих речовин за допомогою балансу мас.

ПОМІРКУЙМО

37. Поясніть, чому маса іржавого цвяха більша, ніж нового й непошкодженого.

Під час іржавіння залізо ($Fe$) реагує з киснем ($O_2$) і водою ($H_2O$) з повітря. Утворена іржа містить атоми Оксигену та Гідрогену. Її маса дорівнює масі чистого заліза та цих приєднаних елементів, тому загальна вага зростає.

АНАЛІЗУЙМО

38. Спирт або бензин (суміш речовин), згоряючи, «зникають». Чи не суперечить це закону збереження маси речовин під час хімічної реакції? Відповідь аргументуйте.

Це не суперечить закону. Під час горіння спирт чи бензин реагують з киснем, утворюючи вуглекислий газ ($CO_2$) і водяну пару ($H_2O$). Вони випаровуються в повітря, що виглядає як «зникнення». У закритій посудині маса утворених газів точно дорівнюватиме вазі палива та витраченого кисню.

39. Дослідник після повної взаємодії твердих речовин А і Б одержав єдиний продукт реакції — тверду речовину В. Зваживши її наступного дня, він виявив, що маса речовини В була трохи більшою за суму мас речовин А і Б, що прореагували. Яка можлива причина такого результату?

Найімовірніше, речовина В прореагувала з повітрям. Вона могла увібрати вологу або вступити в реакцію з киснем чи вуглекислим газом. Ця додаткова маса з’явилася через приєднання речовин із середовища.

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

40. Випишіть із параграфа ключові слова і словосполучення та розмістіть їх за алфавітом у створену вами електронну сторінку з хімії.

• Антуан-Лоран Лавуазьє
• Атоми
• Горіння
• Закон збереження маси
• Кисень
• Продукти реакції
• Реагенти
• Хімічна реакція

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

41. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.