Как да решим Закона за запазване на масовите проблеми

Законът за запазване на масата революционизира изучаването на химията и е един от най-важните му принципи. Въпреки че е открита от множество изследователи, нейната формулировка най-често се приписва на френския учен Антоан Лавоазие и понякога е кръстена на него. Законът е прост: атомите в затворена система не могат да бъдат нито създадени, нито унищожени. При реакция или поредица от реакции общата маса на реагентите трябва да е равна на общата маса на продуктите. По отношение на масата стрелката в уравнението на реакцията се превръща в знак на равенство, което е голяма помощ, когато става въпрос за проследяване на количествата съединения в сложна реакция.

TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)

Балансирането на химичните уравнения признава, че двете страни на уравнението трябва да съдържат еднакъв брой атоми на всеки елемент, така че това е един от начините за решаване на запазването на масата. Можете също да използвате запазване на масата, за да намерите масите на разтворените вещества в разтвор.

Без значение може да влезе или да избяга от затворена система, но енергията може да преминава свободно. Температурата в затворената система може да се промени и затворената система може да бъде облъчена с рентгенови лъчи или микровълни. Не е необходимо да отчитате енергията, отделена по време на екзотермична реакция или абсорбирана по време на ендотермична енергия, когато измервате масата преди и след реакцията. Някои съединения могат да променят състоянието си, а някои газове могат да се получат от твърди вещества и течности, но единственият важен параметър е общата маса на всички участващи съединения. Трябва да остане същото.

Фактът, че един труп тежи по-малко, след като изгори, беше нещо загадка, докато учените не разбраха принципа на запазване на масата. Тъй като масата не може да бъде загубена, тя трябва да се трансформира в друга форма и това се случва. По време на изгарянето дървото се комбинира с кислород, за да произведе въглища и сажди и отделя газове като въглероден диоксид и въглероден оксид. Можете да изчислите общата маса на тези газове, като претеглите дървения труп преди изгаряне и твърдите въглеродни продукти, останали след изгарянето на пожара. Разликата в тези тегла трябва да се равнява на общото тегло на газовете, които се качват нагоре по комина. Това е основната идея зад решението на всички проблеми за опазване на масата.

Балансирано химично уравнение е такова, което показва, че атомите, като масата като цяло, нито се създават, нито се разрушават по време на реакцията, което уравнението описва. Балансирането на реакционното уравнение е един от начините за решаване на проблем за запазване на масата. За целта осъзнавате, че и двете страни на уравнението съдържат еднакъв брой атоми на всеки елемент, участващ в реакцията.

Например, небалансираното уравнение за образуване на ръжда, което е комбинация от желязо с кислород за получаване на железен оксид, изглежда така:

Fe + O₂ -> Fe₂О₃

Това уравнение не е балансирано, тъй като двете страни съдържат различен брой атоми на желязо и кислород. За да го балансирате, умножете всеки от реагентите и продуктите по коефициент, който произвежда еднакъв брой атоми на всеки елемент от двете страни:

4Fe + 3O₂ -> 2Fe₂2О₃

Имайте предвид, че броят на атомите в съединението, представен от индексите в химическа формула, никога не се променя. Можете да балансирате уравнение само чрез модифициране на коефициенти.

Не е задължително да знаете химичното уравнение за реакция, която да се реши за запазване на масата. Например, ако разтворите две или повече съединения във вода, знаете, че масите на съставките трябва да се равняват на общата маса на разтвора. Като пример за това как това може да бъде полезно, помислете за ученик, който претегля конкретни тегла на две съединения, които да добави до известно количество вода и след това разлива малко количество от едно от съединенията, докато го прехвърля в решение. Чрез претегляне на окончателното решение студентът може да разбере точно колко от съединението е загубено.

Ако някои реагенти се комбинират, за да се получат известни продукти и балансираното уравнение на реакцията е известно, възможно е да се изчисли липсващата маса на един от реагентите или продуктите, ако всички останали са известни. Например, въглеродният тетрахлорид и бромът се комбинират, образувайки дибромодихлорметан и хлорен газ. Балансираното уравнение за тази реакция е:

CCl₄ + Br₂ -> CBr₂Cl₂ + Cl2

Ако знаете масите на всеки от реагентите и можете да измерите масата на един от продуктите, можете да изчислите масата на другия продукт. По същия начин, ако измервате масите на продуктите и един от реагентите, веднага знаете масата на другия реагент.

Студент комбинира 154 грама въглероден тетрахлорид и неизвестно количество бром в запечатан контейнер, за да произведе 243 грама дибромодихлорметан и 71 грама хлор. Колко хлор е бил използван в реакцията, ако приемем, че реагентите са напълно използвани u__p?

Тъй като масата е запазена, можем да зададем равенство, при което x представлява неизвестното количество бром:

154g + x = 243g + 71g

x = масата на бром, изразходван в реакцията = 150 грама