Як вирішити закон збереження масових проблем

Закон збереження маси здійснив революцію у вивченні хімії і є одним з найважливіших принципів. Незважаючи на те, що його формулювання було відкрито багатьма дослідниками, її формулювання найчастіше приписується французькому вченому Антуану Лавуазьє і іноді носить його ім'я. Закон простий: атоми в закритій системі не можуть бути ні створеними, ні знищеними. У реакції або серії реакцій загальна маса реагентів повинна дорівнювати загальній масі продуктів. Що стосується маси, стрілка в рівнянні реакції стає знаком рівності, що є великою підмогою, коли йдеться про відстеження кількості сполук у складній реакції.

TL; DR (занадто довгий; Не читав)

Врівноважуючи хімічні рівняння, визнається, що обидві сторони рівняння повинні містити однакову кількість атомів кожного елемента, тому це один із способів вирішити питання збереження маси. Ви також можете використовувати збереження маси, щоб знайти маси розчинених речовин у розчині.

Незалежно від того, яка речовина може потрапити в закриту систему або вийти з неї, енергія може вільно проходити. Температура всередині закритої системи може змінюватися, а закриту систему можна опромінювати рентгенівськими променями або мікрохвилями. Вам не потрібно враховувати енергію, що виділяється під час екзотермічної реакції або поглинається під час ендотермічної, при вимірюванні маси до і після реакції. Деякі сполуки можуть змінювати стан, а деякі гази можуть утворюватися із твердих речовин та рідин, але єдиним важливим параметром є загальна маса всіх залучених сполук. Це повинно залишатися незмінним.

Той факт, що колода важить менше після згоряння, був загадкою, поки вчені не зрозуміли принцип збереження маси. Оскільки маса не може бути втрачена, вона повинна перетворитися в іншу форму, і ось що відбувається. Під час горіння деревина поєднується з киснем, утворюючи деревне вугілля та сажу, і вона виділяє такі гази, як вуглекислий газ та оксид вуглецю. Ви можете розрахувати загальну масу цих газів, зваживши колоду перед горінням і тверді вуглецеві продукти, що залишилися після згасання пожежі. Різниця в цих вагах повинна дорівнювати загальній вазі газів, що піднімаються вгору в димохід. Це основна ідея вирішення всіх проблем збереження маси.

Збалансоване хімічне рівняння - це таке, яке демонструє, що атоми, як і маса загалом, не створюються і не руйнуються під час реакції, що описується рівнянням. Балансування рівняння реакції є одним із способів вирішення проблеми збереження маси. Для цього ви розумієте, що обидві сторони рівняння містять однакову кількість атомів кожного елемента, що бере участь у реакції.

Наприклад, незбалансоване рівняння утворення іржі, яке є поєднанням заліза з киснем для отримання оксиду заліза, виглядає так:

Fe + O₂ -> Fe₂О₃

Це рівняння не збалансовано, оскільки дві сторони містять різну кількість атомів заліза та кисню. Щоб його збалансувати, помножте кожен з реагентів і продуктів на коефіцієнт, який дає однакову кількість атомів кожного елемента з обох сторін:

4Fe + 3O₂ -> 2Fe₂2O₃

Зверніть увагу, що кількість атомів у сполуці, представлене індексами в хімічній формулі, ніколи не змінюється. Ви можете збалансувати рівняння, лише змінивши коефіцієнти.

Необов’язково знати хімічне рівняння для реакції, яку потрібно вирішити для збереження маси. Наприклад, якщо ви розчиняєте у воді два або більше сполук, ви знаєте, що маси інгредієнтів повинні дорівнювати загальній масі розчину. Як приклад того, як це може бути корисним, розглянемо студента, який зважує певні ваги двох сполук до відомої кількості води, а потім проливає невелику кількість одного із сполук, переносячи його в рішення. Зваживши остаточний розчин, студент може точно з’ясувати, скільки сполуки було втрачено.

Якщо певні реагенти поєднуються, утворюючи відомі продукти і відоме збалансоване рівняння реакції, можна розрахувати відсутність маси одного з реагентів або продуктів, якщо всі інші є відомі. Наприклад, тетрахлорид вуглецю і бром поєднуються з утворенням дибромодіхлорметану та газоподібного хлору. Збалансоване рівняння для цієї реакції:

CCl₄ + Br₂ -> CBr₂Кл₂ + Cl2

Якщо ви знаєте маси кожного з реагентів і можете виміряти масу одного з продуктів, ви можете розрахувати масу іншого продукту. Подібним чином, якщо ви вимірюєте маси продуктів та одного з реагентів, ви одразу знаєте масу іншого реагенту.

Студент поєднує 154 грами тетрахлориду вуглецю та невідому кількість брому в герметичній тарі, отримуючи 243 грами дибромхлорметану та 71 грам хлору. Скільки хлору було використано в реакції, якщо припустити, що реагенти повністю використані u__p?

Оскільки маса зберігається, ми можемо встановити рівність, в якій x представляє невідому кількість брому:

154г + х = 243г + 71г

x = маса брому, витраченого в реакції = 150 грам