§ 4. Закон збереження маси речовин під час хімічних реакцій

• До змісту відповідей

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Змінюється чи залишається незмінною сумарна маса реагентів і продуктів під час хімічної реакції?

Сумарна маса реагентів і продуктів під час хімічної реакції залишається незмінною.

Як було відкрито закон збереження маси речовин під час хімічної реакції?

Закон збереження маси відкрив М. В. Ломоносов, а згодом, незалежно від нього, — Антуан-Лоран Лавуазьє. У 70-х роках XVIII століття Лавуазьє проводив досліди з нагрівання металів (зокрема олова та свинцю) у герметично запаяних ретортах. Зважування посудин до і після прожарювання показало, що їхня маса не змінювалася, що дало змогу сформулювати закон збереження маси.

Поясніть, чому маса міді після її нагрівання в повітрі відрізняється від маси металу на початку досліду (мал. 13, б).

Маса міді після нагрівання збільшується, оскільки метал вступає в хімічну реакцію з киснем повітря ($O_2$). Утворюється нова тверда речовина — купрум(II) оксид ($CuO$). Згідно із законом збереження маси, маса продукту дорівнює сумі мас вихідної міді та приєднаного кисню.

Прокоментуйте дослід, зображений на малюнку 14, і зробіть висновок.

На малюнку зображено проведення хімічної реакції у замкненій системі (наприклад, у колбі Ландольта) на терезах. Рівновага терезів до змішування розчинів і після перебігу реакції (утворення осаду або зміна кольору) не порушується. Це є експериментальним підтвердженням закону збереження маси: загальна маса речовин у замкненій системі залишається незмінною, незалежно від хімічних перетворень, що в ній відбуваються.

Заповніть пропуски в таблиці: (Реагенти та їхні маси: Графіт С — 6 г, Фтор $F_2$ — 38 г $\rightarrow$ Речовина $CF_4$ — … г; Літій Li — 21 г, Водень $H_2$ — … г $\rightarrow$ Речовина LiH — 24 г; Речовина CuO — … г, Водень $H_2$ — 1 г $\rightarrow$ Мідь Cu — 32 г, Вода $H_2O$ — 9 г; Крейда $CaCO_3$ — 25 г $\rightarrow$ Речовина СаО — … г, Вуглекислий газ $CO_2$ — 11 г).

На основі закону збереження маси речовин ($m_{\text{реагентів}} = m_{\text{продуктів}}$), розрахунки є такими:

1. Речовина $CF_4$: $6 \text{ г} + 38 \text{ г} = 44 \text{ г}$.
2. Водень $H_2$: $24 \text{ г} - 21 \text{ г} = 3 \text{ г}$.
3. Речовина $CuO$: $(32 \text{ г} + 9 \text{ г}) - 1 \text{ г} = 40 \text{ г}$.
4. Речовина $CaO$: $25 \text{ г} - 11 \text{ г} = 14 \text{ г}$.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про закон збереження маси речовин під час хімічної реакції.

Маса речовин, що вступили в хімічну реакцію, дорівнює масі речовин, що утворилися внаслідок неї. Це пояснюється тим, що під час хімічних реакцій атоми не зникають і не виникають з нічого, а лише перегруповуються. Оскільки кількість атомів кожного елемента до і після реакції залишається однаковою, загальна маса речовин також не змінюється.

Сформулюйте запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Зіставте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

Запитання: «Чи зміниться загальна маса речовин, якщо спалити аркуш паперу в герметично закритій скляній посудині?»
Правильна відповідь: Маса залишиться незмінною. Хоча папір згоряє, утворюючи попіл, вуглекислий газ ($CO_2$) та водяну пару ($H_2O$), усі продукти реакції залишаються всередині посудини. Закон збереження маси діє безвідмовно. Якщо відповідь буде «маса зменшиться», вона є помилковою, оскільки не враховує масу газуватих продуктів, що утворилися, але не покинули систему.

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ. ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

33. Речовина А взаємодіє з речовиною Б. Продуктами реакції є речовини В і Г. Запишіть математичний вираз, який відповідає закону збереження маси речовин під час хімічної реакції.

Математичний вираз закону збереження маси для цієї схеми реакції:
$m(\text{А}) + m(\text{Б}) = m(\text{В}) + m(\text{Г})$

34. Унаслідок нагрівання харчової соди масою 84 г у порцеляновій чашці було одержано кальциновану соду масою 53 г. Обидві соди є твердими речовинами. Про що свідчить результат експерименту?

Зменшення маси твердого залишку свідчить про те, що під час термічного розкладу харчової соди, крім твердого продукту (кальцинованої соди), утворилися газуваті речовини (вуглекислий газ $CO_2$ та водяна пара $H_2O$), які виділилися в атмосферу. Різниця мас ($84 \text{ г} - 53 \text{ г} = 31 \text{ г}$) дорівнює сумарній масі цих газів.

РОЗВ’ЯЗУЙМО ЗАДАЧУ

35. Обчисліть масу сірки, яка прореагувала з бором масою 5,5 г, якщо маса єдиного продукту реакції — 29,5 г.

Згідно із законом збереження маси:
$m(\text{продукту}) = m(\text{бору}) + m(\text{сірки})$
$m(\text{сірки}) = m(\text{продукту}) - m(\text{бору}) = 29,5 \text{ г} - 5,5 \text{ г} = 24 \text{ г}$
Відповідь: 24 г сірки.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ГРУПИ

36. Як науковець / науковиця може застосовувати у своїй роботі закон збереження маси речовин під час хімічної реакції?

Закон збереження маси є фундаментальним інструментом для:

1. Розрахунку точної маси реагентів, необхідних для отримання бажаної кількості продукту (технологічні розрахунки).
2. Складання хімічних рівнянь та розстановки коефіцієнтів.
3. Перевірки чистоти речовин та точності експерименту (невідповідність маси може свідчити про побічні реакції або втрати).
4. Ідентифікації невідомих продуктів реакції шляхом аналізу балансу мас.

ПОМІРКУЙМО

37. Поясніть, чому маса іржавого цвяха більша, ніж нового й непошкодженого.

Маса іржавого цвяха збільшується, оскільки процес іржавіння — це хімічна реакція заліза ($Fe$) з киснем ($O_2$) та водою ($H_2O$) з навколишнього середовища. Продукт корозії (іржа) містить приєднані атоми Оксигену та Гідрогену, тому його маса дорівнює масі вихідного заліза плюс маса приєднаних речовин.

АНАЛІЗУЙМО

38. Спирт або бензин (суміш речовин), згоряючи, «зникають». Чи не суперечить це закону збереження маси речовин під час хімічної реакції? Відповідь аргументуйте.

Це явище не суперечить закону. Під час горіння органічні речовини (спирт, бензин) взаємодіють з киснем і перетворюються на газуваті продукти — вуглекислий газ ($CO_2$) та водяну пару ($H_2O$), які розсіюються в атмосфері, створюючи ілюзію «зникнення». Якщо провести спалювання в замкненій системі, маса продуктів дорівнюватиме сумі мас палива та витраченого кисню.

39. Дослідник після повної взаємодії твердих речовин А і Б одержав єдиний продукт реакції — тверду речовину В. Зваживши її наступного дня, він виявив, що маса речовини В була трохи більшою за суму мас речовин А і Б, що прореагували. Яка можлива причина такого результату?

Ймовірною причиною є взаємодія речовини В з компонентами повітря. Речовина могла поглинути вологу (гігроскопічність) або вступити в реакцію з киснем чи вуглекислим газом. Додаткова маса зумовлена приєднанням цих речовин із зовнішнього середовища.

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

40. Випишіть із параграфа ключові слова і словосполучення та розмістіть їх за алфавітом у створену вами електронну сторінку з хімії.

• Антуан-Лоран Лавуазьє
• Атоми
• Горіння
• Закон збереження маси
• Кисень
• Продукти реакції
• Реагенти
• Хімічна реакція

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

41. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.