Jak rozwiązywać problemy związane z prawem zachowania mas

Prawo zachowania masy zrewolucjonizowało naukę chemii i jest jedną z jej najważniejszych zasad. Chociaż została odkryta przez wielu badaczy, jej formułę przypisuje się najczęściej francuskiemu naukowcowi Antoine'owi Lavoisier i czasami nazywa się go jego imieniem. Prawo jest proste: atomów w systemie zamkniętym nie można ani tworzyć, ani niszczyć. W reakcji lub serii reakcji całkowita masa reagentów musi być równa całkowitej masie produktów. Pod względem masy strzałka w równaniu reakcji staje się znakiem równości, co jest bardzo pomocne, jeśli chodzi o śledzenie ilości związków w złożonej reakcji.

TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)

Równoważenie równań chemicznych uwzględnia, że ​​obie strony równania muszą zawierać taką samą liczbę atomów każdego pierwiastka, więc jest to jeden ze sposobów zachowania masy. Możesz także użyć zachowania masy, aby znaleźć masy substancji rozpuszczonych w roztworze.

Żadna materia nie może wejść lub uciec z zamkniętego systemu, ale energia może swobodnie przepływać. Temperatura wewnątrz systemu zamkniętego może się zmieniać, a system zamknięty może być naświetlany promieniami rentgenowskimi lub mikrofalami. Nie musisz brać pod uwagę energii oddanej podczas reakcji egzotermicznej lub pochłoniętej podczas reakcji endotermicznej podczas pomiaru masy przed i po reakcji. Niektóre związki mogą zmieniać stan, a niektóre gazy mogą być wytwarzane z ciał stałych i cieczy, ale jedynym istotnym parametrem jest całkowita masa wszystkich zaangażowanych związków. Musi pozostać bez zmian.

Fakt, że kłoda po spaleniu waży mniej, był czymś tajemniczym, dopóki naukowcy nie zrozumieli zasady zachowania masy. Ponieważ masy nie można utracić, musi ona przekształcić się w inną formę i tak się dzieje. Podczas spalania drewno łączy się z tlenem, tworząc węgiel drzewny i sadzę oraz wydziela gazy, takie jak dwutlenek węgla i tlenek węgla. Całkowitą masę tych gazów można obliczyć, ważąc kłodę przed spaleniem oraz stałe produkty węglowe pozostałe po wygaśnięciu ognia. Różnica w tych masach musi być równa całkowitej masie gazów, które wznoszą się w górę komina. Jest to podstawowa idea rozwiązania wszelkich problemów związanych z ochroną mas.

Zrównoważone równanie chemiczne to takie, które pokazuje, że atomy, podobnie jak masa w ogóle, nie są ani tworzone, ani niszczone podczas reakcji, co opisuje równanie. Bilansowanie równania reakcji jest jednym ze sposobów rozwiązania problemu zachowania masy. Aby to zrobić, zdajesz sobie sprawę, że obie strony równania zawierają taką samą liczbę atomów każdego pierwiastka biorącego udział w reakcji.

Na przykład niezrównoważone równanie powstawania rdzy, które jest połączeniem żelaza z tlenem w celu wytworzenia tlenku żelaza, wygląda tak:

Fe + O₂ --> Fe₂O₃

To równanie nie jest zrównoważone, ponieważ obie strony zawierają różne liczby atomów żelaza i tlenu. Aby to zrównoważyć, pomnóż każdy z reagentów i produktów przez współczynnik, który daje taką samą liczbę atomów każdego pierwiastka po obu stronach:

4Fe + 3O₂ --> 2Fe₂2O₃

Zauważ, że liczba atomów w związku, reprezentowana przez indeksy we wzorze chemicznym, nigdy się nie zmienia. Równanie można zrównoważyć tylko poprzez modyfikację współczynników.

Nie musisz koniecznie znać równania chemicznego reakcji, aby rozwiązać kwestię zachowania masy. Na przykład, jeśli rozpuścisz dwa lub więcej związków w wodzie, wiesz, że masy składników muszą być równe całkowitej masie roztworu. Jako przykład tego, jak może to być przydatne, rozważ studenta, który odważa poszczególne wagi dwóch związków do dodania do znanej ilości wody, a następnie rozlewa niewielką ilość jednego ze związków podczas przenoszenia go do rozwiązanie. Ważąc ostateczne rozwiązanie, uczeń może dokładnie określić, ile związku zostało utracone.

Jeśli pewne reagenty łączą się, aby wytworzyć znane produkty i znane jest zrównoważone równanie reakcji, możliwe jest obliczenie brakującej masy jednego z substratów lub produktów, jeśli wszystkie inne są znany. Na przykład czterochlorek węgla i brom łączą się, tworząc dibromodichlorometan i gazowy chlor. Zrównoważone równanie dla tej reakcji to:

CCl₄ + Br₂ --> CBr₂Cl₂ + Cl2

Jeśli znasz masy każdego z reagentów i potrafisz zmierzyć masę jednego z produktów, możesz obliczyć masę drugiego produktu. Podobnie, jeśli mierzysz masy produktów i jednego z substratów, od razu znasz masę drugiego substratu.

Student łączy 154 gramy czterochlorku węgla i nieznaną ilość bromu w szczelnie zamkniętym pojemniku, aby wyprodukować 243 gramy dibromodichlorometanu i 71 gramów chloru. Ile chloru zużyto w reakcji, zakładając, że reagenty są całkowicie zużyte u__p?

Ponieważ masa jest zachowana, możemy ustawić równość, w której x reprezentuje nieznaną ilość bromu:

154g + x = 243g + 71g

x = masa bromu zużytego w reakcji = 150 gramów