§ 5. Основные законы химии. Закон постоянства состава вещества. Закон сохранения массы веществ

Закон сохранения массы веществ

Закон сохранения массы веществ позволяет вычислять массы веществ, вступающих в реакцию или образующихся в результате её протекания.

Напомним, что процесс превращения одних веществ в другие без изменения общего числа и природы атомов, из которых эти вещества состоят, называют химической реакцией. Вступающие в химическую реакцию вещества — это реагенты, а образующиеся в результате химической реакции вещества — это продукты.

Протекание химических реакций подчиняется закону сохранения массы веществ: масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе образовавшихся веществ.

Действие закона можно показать на следующем примере. Если закрытую колбу с небольшим количеством фосфора взвесить, а затем нагреть, то фосфор загорается ярким пламенем, а колба наполняется белым дымом. Повторное взвешивание показывает, что общая масса колбы с содержимым не изменилась (рис. 10).

С позиции атомно-молекулярного учения закон можно объяснить тем, что при химических реакциях атомы не исчезают и не возникают вновь, их общее число остаётся неизменным, а значит, и суммарные массы веществ до и после реакции одинаковы.

Большой вклад в экспериментальное доказательство закона сохранения массы веществ внесли опыты русского учёного М. В. Ломоносова и французского химика А. Лавуазье (2-я половина XVIII в.) по измерению массы исходных веществ и массы получаемых из них продуктов.

Покажем, как можно использовать закон сохранения массы веществ для количественных расчётов по уравнениям реакций на примере горения метана в кислороде с образованием воды и углекислого газа.

Схема этой реакции:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi»§#1057;§#1053;«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1054;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»§#8594;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1053;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1054;«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi»§#1057;§#1054;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo».«/mo»«/math»

Перед формулами поставим коэффициенты, которые должны уравнять число атомов реагентов и продуктов:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi»§#1057;§#1053;«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1054;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1053;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1054;«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi»§#1057;§#1054;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo».«/mo»«/math»

Это уравнение свидетельствует о том, что образование одной молекулы углекислого газа и двух молекул воды происходит, если одна молекула метана прореагирует с двумя молекулами кислорода. Коэффициенты показывают, в каком мольном соотношении реагируют вещества и образуются продукты. Так, из составленного уравнения реакции видно, что если в реакцию вступает 1 моль метана, то на его сжигание расходуется 2 моль кислорода, в результате образуются 2 моль воды и 1 моль углекислого газа.

С учётом этих количественных соотношений можно рассчитать массу (количество, объём) реагентов, необходимых для получения определённого количества продуктов, и наоборот — продуктов по исходным веществам.