蜡烛烧完变轻了，质量去哪儿了？

一支蜡烛烧完，只剩下一小滩蜡油，质量明显变轻了。有同学说：物质被“烧没”了，质量当然减少。两百多年前，拉瓦锡用精密天平做了一个实验：把锡放在密闭容器里加热，发现反应前后整个容器的总质量一点没变。由此他得出一个划时代的结论：化学变化前后，参加反应的物质总质量保持不变。蜡烛变轻，不是质量消失了，而是生成的二氧化碳和水蒸气跑到了空气里——如果你把整个装置密闭起来称量，总质量照样不变。这就是本节课的主角：质量守恒定律。

一、定义：三个关键词，缺一不可

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。这句话里藏着三个关键词，考试专门挖这里的坑：

下面用教材上的四组实验来验证它——两组天平平衡，两组不平衡，不平衡的恰恰藏着本课题最重要的考点。

⚠ 表述定律时必须说“参加化学反应的”“各物质的质量总和”，写成“物质的质量不变”“体积不变”都是错的——定律守的是质量，且是总和。

二、质量守恒定律的探究与验证

教材在“活动与探究”里安排了四组实验。做实验不能只看热闹——白烟、气泡、颜色变化、天平偏转，每一个现象都是考题的素材：

实验5-1　红磷燃烧前后质量的测定（密闭）

锥形瓶底铺少量细沙，放入红磷，塞紧瓶塞并套上一只小气球，引燃红磷。

实验5-2　铁钉与硫酸铜溶液反应前后质量的测定

把一枚铁钉放入盛硫酸铜溶液的锥形瓶中，反应前后各称量一次。

实验5-3　碳酸钠与盐酸反应前后质量的测定（敞口）

补充实验　镁条在空气中燃烧（敞口）

⚠ 四组实验的“不平衡”都是装置问题，不是定律问题。判断天平是否平衡，先数有没有气体“跑”：气体逸出→变轻；气体参加→变重；密闭或无气体→平衡。

三、为什么守恒：化学反应的本质

从微观角度看，化学变化的本质是：分子分裂成原子，原子重新组合成新的分子。反应前后，原子只是“重新洗牌”，本身一个不少、一个不变：

以电解水为例：2H₂O 通电= 2H₂↑ + O₂↑。反应前 2 个水分子里有 4 个氢原子、2 个氧原子；反应后 2 个氢分子、1 个氧分子里，还是 4 个氢原子、2 个氧原子。原子三不变，质量必然守恒——这就是质量守恒定律的微观依据。

四、“看起来不守恒”的，都是因为气体

考试最爱考的“反例”，正是探究与验证实验里两组“不平衡”的，其实全都符合质量守恒定律：

结论只有一句话：凡有气体参加或生成的反应，必须在密闭容器中验证质量守恒；敞口装置称出“变了”，不是定律错了，是装置漏了。

五、应用：用守恒思想做三类题

第一类　求某反应物或生成物的质量。总账平衡：各反应物质量之和 = 各生成物质量之和，不用化学方程式也能算。

典例 1　在反应 A + B = C + D 中，3 g A 与 5 g B 恰好完全反应，生成 4 g C。求生成 D 的质量。

解：由质量守恒定律，m(A) + m(B) = m(C) + m(D)，即 3 g + 5 g = 4 g + m(D)，解得 m(D) = 4 g。“恰好完全反应”意味着两种反应物都无剩余，全部计入总账。

第二类　推断物质的组成元素。化学反应前后元素种类不变：生成物里的碳、氢只能来自可燃物，氧气只提供氧，所以可燃物中是否含氧，要靠质量计算来判断。

典例 2　某物质 3.2 g 在氧气中充分燃烧，只生成 4.4 g CO₂ 和 3.6 g H₂O。该物质由哪些元素组成？（相对原子质量：H—1　C—12　O—16）

解：4.4 g CO₂ 中碳元素质量 = 4.4 g × 12/44 = 1.2 g；3.6 g H₂O 中氢元素质量 = 3.6 g × 2/18 = 0.4 g。碳、氢元素都来自该物质，合计 1.6 g < 3.2 g，剩下的 3.2 − 1.6 = 1.6 g 必是氧元素。结论：该物质由碳、氢、氧三种元素组成。

第三类　推断化学式（原子守恒配平）。反应前后原子种类和数目不变，数一数两边每种原子各差多少即可。

典例 3　氨催化氧化的反应为 4NH₃ + 5O₂ △= 4X + 6H₂O，已知 X 是一种无色气体，请推出 X 的化学式。

解：反应前共 4 个 N、12 个 H、10 个 O；反应后 6 个 H₂O 已含 12 个 H、6 个 O，所以 4 个 X 中共含 4 个 N、4 个 O，每个 X 含 1 个 N、1 个 O，X 的化学式为 NO。

💡 口诀：反应前后总质量相等；六不变、两改变、一可能变；有气体参加或生成，密闭装置才保险。

六、易错清单

七、练一练（10 题）

1. 下列变化中，能用质量守恒定律解释的是（　　）

A. 10 g 水受热变成 10 g 水蒸气

B. 5 g 食盐溶解在 95 g 水中，得到 100 g 食盐水

C. 1 g 氢气在 8 g 氧气中恰好完全燃烧，生成 9 g 水

D. 100 mL 水与 100 mL 酒精混合，总体积小于 200 mL

2. 镁条在空气中完全燃烧后，称量发现生成白色固体的质量大于镁条的质量。对此现象解释正确的是（　　）

                     图1　镁条燃烧：左为燃烧前，右为燃烧中

A. 违背了质量守恒定律

B. 空气中的氧气参加了反应，其质量也计入了生成的氧化镁

C. 生成的氧化镁比镁条更重，说明质量凭空增加了

D. 镁条中原本含有杂质

3. 某物质 X 在氧气中完全燃烧：X + 3O₂ 点燃= 2CO₂ + 3H₂O。下列说法正确的是（　　）

A. X 是 CO₂ 和 H₂O 组成的混合物

B. X 一定由碳、氢、氧三种元素组成

C. X 一定含碳、氢两种元素，可能含氧元素

D. 该反应不遵守质量守恒定律

4. 在化学反应 2A₂ + B₂ = 2W 中，已知 A 的相对原子质量为 24，B 的相对原子质量为 14，则 W 的相对分子质量是（　　）

A. 31         B. 62            C. 63             D. 93

5. 某物质 4.6 g 在氧气中完全燃烧，只生成 8.8 g 二氧化碳和 5.4 g 水。请通过计算判断：该物质的组成元素，并说明判断依据。（相对原子质量：H—1　C—12　O—16）

6. 红磷在密闭容器中充分燃烧：4P + 5O₂ 点燃= 2P₂O₅。现有 6.2 g 红磷恰好与 8 g 氧气完全反应。请回答：(1) 生成五氧化二磷的质量是多少？(2) 该反应为什么能验证质量守恒定律？装置必须满足什么条件？

7. 电解水实验中，正极与负极产生的气体体积比为 1∶2，反应为 2H₂O 通电= 2H₂↑ + O₂↑。从质量守恒定律的角度回答：(1) 反应前后不变的是什么？（至少答出三项）(2) 水由哪些元素组成？请说明推理依据。(3) 若电解得到 2 g 氢气，则同时生成氧气g，参加反应的水g。

8. 某同学为验证质量守恒定律，把盛有稀盐酸的小烧杯放在托盘天平左盘，加入少许碳酸钠粉末：Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + CO₂↑。待气泡冒完后称量，发现总质量变小了。请回答：(1) 质量变小的主要原因是什么？这个实验能否证明质量守恒定律不成立？(2) 若要成功验证，应如何改进装置？

9. 某同学用图2 装置验证质量守恒定律：锥形瓶底部铺一层细沙，放入少量红磷，塞紧带玻璃管的橡胶塞，玻璃管上端系一只小气球，把整套装置放在托盘天平上称量。请回答：

                                图2　红磷燃烧前后质量的测定

(1) 引燃红磷后，瓶内的现象是，气球的变化是，原因是。

(2) 锥形瓶底部铺一层细沙的作用是。

(3) 待装置完全冷却后再称量，天平（填“平衡”或“不平衡”）；若冷却后先取下气球（橡胶塞不取下）再称量，天平将，原因是。

(4) 若装置气密性不好，测得反应后的总质量会偏（填“大”或“小”）。

10. 在一密闭容器中，甲、乙、丙、丁四种物质在一定条件下充分反应，测得反应前后各物质的质量如下表。请回答：

(1) 表中“待测”的值为g。

(2) 该反应的反应物是，生成物是；该反应属于反应（填基本反应类型）。

(3) 乙可能是该反应的，理由是。

(4) 参加反应的甲与生成的丙的质量比为。

八、本讲小结

一句话收束：物质不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种形式变成另一种形式。解题时先数“进去多少、出来多少”，思路就通了。

参考答案与解析

1. C。2. B。3. B。4. B。

5. 8.8 g CO₂ 中碳元素质量 = 8.8 × 12/44 = 2.4 g；5.4 g H₂O 中氢元素质量 = 5.4 × 2/18 = 0.6 g。碳、氢元素来自该物质，其质量合计 3.0 g < 4.6 g，故该物质还含氧元素 4.6 − 3.0 = 1.6 g。结论：该物质由碳、氢、氧三种元素组成（依据：化学反应前后元素种类不变、元素质量守恒）。

6. (1) 由质量守恒定律，生成 P₂O₅ 质量 = 6.2 + 8 = 14.2 g。(2) 反应在密闭容器中进行，没有物质逸出或进入，反应前后称量总质量相等，可直接验证质量守恒定律；装置必须密闭（瓶口系小气球缓冲气压更好），防止五氧化二磷白烟逸出或空气进入。

7. (1) 不变的有：元素的种类（氢、氧两种）、元素的质量、原子的种类、原子的数目、原子的质量，以及反应前后物质的总质量（答出三项即可）。(2) 水由氢元素和氧元素组成。依据：电解水生成氢气和氧气，氢气由氢元素组成、氧气由氧元素组成，化学反应前后元素种类不变，所以水中一定含氢、氧两种元素。(3) 16 g；18 g。由质量守恒定律，m(水) = m(氢气) + m(氧气)，即 18 g = 2 g + 16 g。（氢气与氧气的质量比为 1∶8）

8. (1) 反应生成的二氧化碳气体逸散到空气中，没有被称量，所以总质量变小。这个实验不能证明质量守恒定律不成立——只是装置敞口使部分生成物未被称到，反应本身完全遵守质量守恒定律。(2) 改在密闭容器中进行：把烧杯换成锥形瓶，瓶口套一只气球（或塞紧塞子），让生成的 CO₂ 留在瓶内，反应前后称量总质量就不变。

9. (1) 红磷剧烈燃烧，产生大量白烟，放出热量；气球先胀大、后缩小（变瘪）。原因：燃烧放热使瓶内气体受热膨胀，气球胀大；反应消耗了氧气，冷却后瓶内气压小于外界大气压，气球被压瘪。(2) 防止红磷燃烧放热使锥形瓶底部受热不均而炸裂。(3) 平衡；不平衡（指针偏向砝码盘一侧，称得的质量变大）；冷却后瓶内氧气已被消耗，瓶内气压低于外界，取下气球时空气进入瓶内，使称得的总质量增大。(4) 小（燃烧放热时瓶内气体从漏气处逸出，反应后称得的质量偏小）。

10. (1) 14。(2) 甲、丁；丙；化合。(3) 催化剂（也可能是不参加反应的杂质）；反应前后乙的质量都是 5 g，没有变化。(4) 6∶11。甲减少 6 g、丁减少 5 g，共 11 g 全部变成丙，恰好等于丙增加的 11 g。