Закон збереження маси при хімічних реакціях

Схема досліду

На заняттях хімічні реакції розглядають не лише якісно (який продукт утворюється), а й кількісно (скільки продукту утворюється).

В усіх цих стехіометричних розрахунках фундаментальною основою є «закон збереження маси». Саме цей закон практично унаочнює цей дослід.

Попередні знання

Учні та студенти мають уже знати з теорії закон збереження маси при хімічних реакціях.

Принцип

При всіх хімічних реакціях загальна маса речовин, що беруть участь у реакції, зберігається. Тому загальна маса вихідних речовин дорівнює загальній масі продуктів реакції.

Навчальна мета

Учні та студенти дізнаються, що при всіх хімічних реакціях загальна маса речовин, які беруть участь у реакції, зберігається.

Завдання

Учні та студенти підтверджують закон збереження маси на трьох прикладах: вони проводять реакції металів із киснем, виконуючи це як у відкритій, так і в закритій системі.

• Носити рукавички й захисні окуляри!
• Petroleum-бензин - безбарвна, незмішувана з водою, дуже легкозаймиста рідина, пари якої можуть утворювати з повітрям вибухонебезпечні суміші.
• Тривалий контакт зі шкірою призводить до її знежирення.
• Чистий кисень може вибухоподібно реагувати з багатьма речовинами. Працювати за захисним екраном!
• Щодо H- і P-фраз, будь ласка, звертайтеся до відповідних паспортів безпеки.
• На цей дослід поширюються загальні вказівки щодо безпечного експериментування на уроках природничих наук.

• Порцеляновий човник тигельними щипцями тримають у гарячому (несвітному) газовому полум'ї й прожарюють до сталої маси (контроль на терезах обов'язковий! Масу прожареного порожнього човника записати!).
• Після охолодження насипати в човник тонким шаром сухий мідний порошок (приблизно 1–2 г) і другим зважуванням визначити точну масу міді.
• Тепер помістити човник із міддю у трубку для спалювання з кварцового скла (рис. праворуч), сполучену з двома газометрами (1000 мл).

Схема досліду 1

• Один газометр наповнюють киснем через триходовий кран (положення a, див. допоміжний рисунок).
• Газометр попередньо налаштовують так, щоб він показував об'єм уведеного газу за нормальних умов (див. щодо цього інструкцію з експлуатації приладу!)
• При наважці міді від 1 до 2 г достатньо порції кисню приблизно 500 мл. Проте об'єм слід зчитати точно.
• Після переведення триходового крана в положення b мідний порошок сильно нагрівають несвітним газовим полум'ям і водночас дуже повільно перетискають кисень з одного газометра в інший.

Один газометр наповнюють киснем через триходовий кран.

• Добрий кінчик шпателя натрій карбонату розчиняють у пробірці у воді; так само готують розчин кальцій хлориду.
• За рисунком a (праворуч) у коліна реакційної посудини за Ландольтом окремо наливають по кілька мілілітрів розчинів і зважують реакційну посудину в кристалізаторі (рис. b праворуч).
• Легким нахилянням посудини дають розчинам злитися і знову ставлять апаратуру на терези.

Схема досліду 2

• Установку збирають за рисунком праворуч.
• У плоскодонну колбу (250 мл із заглибиною під корок) спочатку насипають трохи піску для захисту дна колби. На середину піску кладуть потім скручений у кульку жмут знежиреної залізної вати.
• Розчинник, використаний для знежирення залізної вати (наприклад, бензин), має бути повністю з неї видалений. Нічого з нього не повинно потрапити в колбу, бо інакше з киснем виникає небезпека вибуху!

Схема досліду 3

Спостереження (1/2)

Дослід 1: мідь займається і згоряє в потоці кисню до купрум оксиду.

Продовження: тепер дають апаратурі охолонути ще в закритому стані й лише тоді зчитують на шкалі газометра об'єм кисню, що залишився. З початкового й кінцевого об'ємів обчислюють об'єм витраченого кисню, а з нього, знаючи літрову масу 1,43 г/л, - масу витраченого кисню.
Тепер на терезах визначають також масу човника з купрум оксидом і обчислюють приріст маси внаслідок горіння.

Приклад:

Витрата кисню: 130 мл

Маса 130 мл кисню:

Маса міді: 1,12 г

Маса купрум оксиду: 1,31 г

Різниця мас: бл. 0,19 г

Спостереження (2/2)

Дослід 2: при змішуванні розчинів утворюється густий осад кальцій карбонату, проте маса посудини з вмістом при цьому не змінюється.

Вказівка до досліду 2: для того самого досліду придатні також пари розчинів: розчин барій гідроксиду + розчин натрій сульфату .

Дослід 3: залізна вата займається і згоряє в чистому кисні з яскравим спалахуванням. Після реакції горіння колбу разом із вмістом знову ставлять на терези.

Опрацювання:

Дослід 1: різниця мас між міддю й купрум оксидом точно відповідає масі витраченого кисню.
Дослід 2: -
Дослід 3: колба після реакції має ту саму загальну масу.

Усі три описані досліди підтверджують закон збереження маси при хімічних реакціях!