能量守恒定律

1、量守恒定律的定義在化學(xué)反應(yīng)中，參加反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和。這就叫做質(zhì)量守恒定律(law of conservation of mass)?；瘜W(xué)反應(yīng)的過(guò)程，就是參加反應(yīng)的各物質(zhì)（反應(yīng)物）的原子，重新組合而生成其他物質(zhì)的過(guò)程。在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)前后原子的種類沒(méi)有改變，數(shù)目沒(méi)有增減，原子的質(zhì)量也沒(méi)有改變。 質(zhì)量守恒定律簡(jiǎn)解自然界的基本定律之一。在任何與周圍隔絕的物質(zhì)系統(tǒng)（孤立系統(tǒng)）中，不論發(fā)生何種變化或過(guò)程，其總質(zhì)量保持不變。18世紀(jì)時(shí)法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫從實(shí)驗(yàn)上推翻了燃素說(shuō)之后，這一定律始得公認(rèn)。20世紀(jì)初以來(lái)，發(fā)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量隨其運(yùn)動(dòng)速度而變化，又發(fā)現(xiàn)實(shí)物和場(chǎng)可

2、以互相轉(zhuǎn)化，因而應(yīng)按質(zhì)能關(guān)系考慮場(chǎng)的質(zhì)量。質(zhì)量概念的發(fā)展使質(zhì)量守恒原理也有了新的發(fā)展，質(zhì)量守恒和能量守恒兩條定律通過(guò)質(zhì)能關(guān)系合并為一條守恒定律，即質(zhì)量和能量守恒定律(簡(jiǎn)稱質(zhì)能守恒定律）。 驗(yàn)證20世紀(jì)初，德國(guó)和英國(guó)化學(xué)家分別做了精確度極高的實(shí)驗(yàn)，以求能得到更精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，反應(yīng)前后的質(zhì)量變化小于一千萬(wàn)分之一，這個(gè)誤差是在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍之內(nèi)的，因此質(zhì)量守恒定律是建立在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的。質(zhì)量守恒定律就是參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和。例如，把鐵釘放在硫酸銅溶液（藍(lán)色）里，當(dāng)反應(yīng)結(jié)束（會(huì)有明顯的反應(yīng)現(xiàn)象）后，剩余物質(zhì)的質(zhì)量將嚴(yán)格地等于鐵釘?shù)馁|(zhì)量和硫酸銅溶液

3、的質(zhì)量之和。實(shí)驗(yàn)證明，物體的質(zhì)量具有不變性。不論如何分割或溶解，質(zhì)量始終不變。在任何化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量也保持不變。燃燒前碳的質(zhì)量與燃燒時(shí)空氣中消耗的氧的質(zhì)量之和準(zhǔn)確地等于燃燒后所生成物質(zhì)的質(zhì)量。 質(zhì)量守恒定律即，在化學(xué)反應(yīng)中，參加反應(yīng)的各物質(zhì)的總和等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)總和。 微觀解釋：在化學(xué)反應(yīng)前后，原子的種類，數(shù)目，質(zhì)量均不變。 六個(gè)不變： 宏觀：1.反應(yīng)前后物質(zhì)總質(zhì)量不變 2.元素的種類不變 3.物質(zhì)的總質(zhì)量不變 微觀：4.原子的種類不變；5.原子的數(shù)目不變；6.原子的質(zhì)量不變。 兩個(gè)一定改變： 宏觀：物質(zhì)種類改變。 微觀：物質(zhì)的粒子構(gòu)成方式一定改變。 兩個(gè)可能改變： 宏觀：元素的化合價(jià)可能

4、改變 微觀：分子總數(shù)可能改變。 質(zhì)量守恒定律發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)史1756年俄國(guó)化學(xué)家羅蒙諾索夫把錫放在密閉的容器里煅燒，錫發(fā)生變化，生成白色的氧化錫，但容器和容器里的物質(zhì)的總質(zhì)量，在煅燒前后并沒(méi)有發(fā)生變化。經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，都得到同樣的結(jié)果，于是他認(rèn)為在化學(xué)變化中物質(zhì)的質(zhì)量是守恒的。但這一發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)沒(méi)有引起科學(xué)家的注意，直到1777年法國(guó)的拉瓦錫做了同樣的實(shí)驗(yàn)，也得到同樣的結(jié)論，這一定律才獲得公認(rèn)。但要確切證明或否定這一結(jié)論，都需要極精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而拉瓦錫時(shí)代的工具和技術(shù)(小于0.2%的質(zhì)量變化就覺(jué)察不出來(lái))不能滿足嚴(yán)格的要求。因?yàn)檫@是一個(gè)最基本的問(wèn)題，所以不斷有人改進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)以求解決。1908年德國(guó)化學(xué)家

5、朗道耳特(Landolt)及1912年英國(guó)化學(xué)家 羅蒙諾索夫曼萊(Manley)做了精確度極高的實(shí)驗(yàn)，所用的容器和反應(yīng)物質(zhì)量為1 000 g左右，反應(yīng)前后質(zhì)量之差小于0.000 1 g，質(zhì)量的變化小于一千萬(wàn)分之一。這個(gè)差別在實(shí)驗(yàn)誤差范圍之內(nèi)，因此科學(xué)家一致承認(rèn)了這一定律。 發(fā)展 愛(ài)因斯坦自從愛(ài)因斯坦(Einstein)提出狹義相對(duì)論和質(zhì)能關(guān)系公式(E=mc2)以后，說(shuō)明物質(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠埽椛淠芸梢赞D(zhuǎn)變?yōu)槲镔|(zhì)。這個(gè)結(jié)論對(duì)質(zhì)量守恒定律在化學(xué)中的應(yīng)用有何影響呢?實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明1 000 g硝化甘油爆炸之后，放出的能量為8.0×106 J。根據(jù)質(zhì)能關(guān)系公式計(jì)算，產(chǎn)生這些能量的質(zhì)量是8.9&

6、#215;10-8 g，與原來(lái)1 000 g相比，差別小到不能用現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)技術(shù)所能測(cè)定。從實(shí)用觀點(diǎn)來(lái)看，可以說(shuō)在化學(xué)反應(yīng)中，質(zhì)量守恒定律是完全正確的。 20世紀(jì)以來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)原子核裂變所產(chǎn)生的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)最劇烈的化學(xué)反應(yīng)。1 000 g 鈾235裂變的結(jié)果，放出的能量為8.23×1016 J，與產(chǎn)生這些輻射能相等的質(zhì)量為0.914 g，和原來(lái)1 000 g相比，質(zhì)量變化已達(dá)到千分之一。于是人們對(duì)質(zhì)量守恒定律就有了新的認(rèn)識(shí)。在20世紀(jì)以前，科學(xué)家承認(rèn)兩個(gè)獨(dú)立的基本定律：質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律?，F(xiàn)在科學(xué)家則將這兩個(gè)定律合而為一，稱它為質(zhì)能守恒定律。 1756年俄國(guó)M.V.羅蒙諾索夫首先

7、測(cè)定化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系，將錫放在密閉容器中燃燒，反應(yīng)前后質(zhì)量沒(méi)有變化，由此得出結(jié)論：“參加反應(yīng)的全部物質(zhì)的質(zhì)量，常等于全部反應(yīng)產(chǎn)物的質(zhì)量?！?774年法國(guó)A.-L.拉瓦錫重復(fù)類似的實(shí)驗(yàn)，并得出同樣的結(jié)論。 由于羅蒙諾索夫和拉瓦錫時(shí)代所用的天平不夠精密，所以后來(lái)又有不少科學(xué)家用更精確的方法證明這一定律。例如19世紀(jì)中葉，比利時(shí)分析化學(xué)家J.-S.斯塔用銀和碘制備碘化銀，所得碘化銀的質(zhì)量與碘和銀的總質(zhì)量只相差0.002%。19世紀(jì)末，H.H.蘭多爾特用很精密的天平再一次證明這一定律的正確性。 20世紀(jì)，愛(ài)因斯坦推導(dǎo)出了狹義相對(duì)論，他指出，物質(zhì)的質(zhì)量和它的能量成正比，可用以下公式表示：E=mc

8、2式中E為能量；m為質(zhì)量；光速c=(299792.50±0.10)km/s (一般取300000km/s）。以上公式說(shuō)明物質(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠?，輻射能也可以轉(zhuǎn)變?yōu)槲镔|(zhì)。這一現(xiàn)象并不意味著物質(zhì)會(huì)被消滅，而是物質(zhì)的靜質(zhì)量轉(zhuǎn)變成另外一種運(yùn)動(dòng)形式。 狹義相對(duì)論(由于當(dāng)時(shí)科學(xué)的局限，這條定律只在微觀世界得到驗(yàn)證，后來(lái)又在核試驗(yàn)中得到驗(yàn)證）所以20世紀(jì)以后，這一定律已經(jīng)發(fā)展成為質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律，合稱質(zhì)能守恒定律。 檢驗(yàn)質(zhì)量守恒的實(shí)驗(yàn)方案一在底部鋪有細(xì)沙的錐形瓶口，放入一?；鸩翊蟮陌琢住Ｔ阱F形瓶口的橡皮塞上安裝一根玻璃管，在其上端系牢一個(gè)小氣球，并使玻璃管下端能與白磷接觸。將錐形瓶與玻璃管

9、放在托盤天平上用砝碼平衡。然后，取下錐形瓶。將橡皮塞上的玻璃管放到酒精燈火焰上灼燒至紅熱后，迅速用橡皮塞將錐形瓶塞緊，白磷引燃。待錐形瓶冷卻后，重新放到托盤天平上，觀察天平是否平衡。 磷 + 氧氣點(diǎn)燃 十氧化四磷 配平：4P+5O2=2(P2O5)（條件：點(diǎn)燃） P4+5O2=P4O10(條件：點(diǎn)燃） 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象白磷燃燒發(fā)黃光，并且產(chǎn)生大量白煙，放出熱量，并且，天平平衡。 注意事項(xiàng) 1.白磷的取用及其注意事項(xiàng)：白磷是一種易燃而又有劇毒的物質(zhì)，通常把它貯存在水里，切割白磷也在水中進(jìn)行。取白磷，要用鑷子，不可用手接觸，表面的水分可用濾紙吸干，接觸過(guò)的東西上往往有磷的碎粒，不能隨便亂放，白磷的碎粒和吸過(guò)白磷表面水分的濾紙，一定要燒掉以保證安全。 2.氣球的作用：系氣球的目的是為了防止由于白磷燃燒，放出大量熱量，氣體膨脹造成瓶塞被沖開。瓶?jī)?nèi)氣體膨脹時(shí)，氣球被吹大，冷卻時(shí)氣球縮進(jìn)瓶?jī)?nèi)，起保護(hù)作用。 3.誤差分析：由于點(diǎn)燃白磷時(shí)需將橡皮塞上的玻璃管取出，放到酒精燈火焰上灼燒至紅熱后，再用橡皮塞將錐形瓶塞緊，這一操作會(huì)因?yàn)殄F形瓶?jī)?nèi)空氣受熱膨脹和白磷燃燒產(chǎn)生的白煙外逸而造成實(shí)驗(yàn)時(shí)托盤天平不平衡。 方案二在