Закон збереження маси і енергії

Закон збереження масиі енергії

Після доказиіснування атомів і молекул найважливішим відкриттям атомно-молекулярної теоріїстав закон збереження маси, який був сформульований у вигляді філософськоїконцепції великим російським ученим Михайлом Васильовичем Ломоносовим (1711-1765)в 1748 р. і підтверджений експериментально їм самим в 1756 р. і незалежно від нього французьким хіміком А.Л.Лавуазье в 1789 р.

Маса всіх речовин,вступаючих в хімічну реакцію, дорівнює масі всіх продуктів реакції.

Досліди по спалюваннюречовин, які проводилися до Ломоносова, наводили на думку про те, що масаречовин в процесі реакції не зберігається. При нагріванні на повітрі ртутьперетворювалася на червону окалину, маса якої була більша за масу металу. Масазоли, що утворюється при згоранні дерева, навпаки, завжди менше маси вихідногоречовини.

Ломоносов провів простийдосвід, який показав, що горіння металу є реакція приєднання, азбільшення маси металу відбувається за рахунок приєднання частини повітря. Вінпрожарюють метали в запаяному скляному посуді і виявив, що маса посудинине змінювалася, хоча хімічна реакція відбувалася. Після того, як судина буврозкритий, туди спрямовувався повітря, і маса посудини збільшувалася. Таким чином,при акуратному вимірюванні маси всіх учасників реакції з'ясовується, що масаречовин при хімічній реакції зберігається. Закон збереження маси маввеличезне значення для атомно-молекулярної теорії. Він підтвердив, що атомиє неподільними і при хімічних реакціях не змінюються. Молекули приреакції обмінюються атомами, але загальне число атомів кожного виду не змінюється,і тому загальна маса речовин у процесі реакції зберігається.

Закон збереження масиє окремим випадком загального закону природи - закону збереження енергії,який стверджує, що енергія ізольованої системи постійна. Енергія - цеміра руху і взаємодії різних видів матерії. При будь-яких процесах візольованій системі енергія не виробляється і не знищується, вона можетільки переходити з однієї форми в іншу.

Однією з форм енергіїє так звана енергія спокою, яка пов'язана з масою співвідношеннямЕйнштейна

Е0 = m0 • с2,

де с - швидкість світла увакуумі (с = 3 • 108 м/с). Це співвідношення показує, що маса може переходитив енергію і навпаки. Саме це і відбувається у всіх ядерних реакціях, ітому закон збереження маси в ядерних процесах порушується. Однак, законзбереження енергії залишається справедливим і в цьому випадку, якщо враховуватиенергію спокою.

У хімічних реакціяхзміна маси, викликане виділенням або поглинанням енергія, дуже мало.Типовий тепловий ефект хімічної реакції за порядком величини дорівнює 100кДж/моль. Порахуємо, як при цьому змінюється маса:

О”m = О”E/с2 =105/(3 • 108) 2 ~ 10-12 кг/моль = 10-9г/моль.

Приклади розв'язання задач

1 . Визначте масу іодіда натрію NaIкількістю речовини 0,6 моль.

Дано : ОЅ (NaI) = 0,6 моль.

Знайти : m (NaI) =?

Рішення . Молярна маса іодіда натріюскладає:

M (NaI) = M (Na)+ M (I) = 23 + 127 = 150 г/моль

Визначаємо масу NaI:

m (NaI) = ОЅ (NaI) • M (NaI) = 0,6 • 150 = 90 р.

Відповідь: 90 г.

2 . Визначте кількість речовиниатомного бору, що міститься в тетраборат натрію Na 2 B 4 O 7 масою 40,4 г.

Дано : m (Na 2 B 4 O 7 ) = 40,4м.

Знайти : ОЅ (B) =?

Рішення . Молярна маса тетраборату натріюстановить 202 г/моль. Визначаємо кількість речовини Na ​​ 2 B 4 O 7 :

ОЅ (Na 2 B 4 O 7 ) =m (Na 2 B 4 O 7 )/М (Na 2 B 4 O 7 )= 40,4/202 = 0,2 моль.

Згадаймо, що 1 мольмолекули тетраборату натрію містить 2 моль атомів натрію, 4 моль атомів бору та7 моль атомів кисню (див. формулу тетраборату натрію). Тоді кількістьречовини атомного бору одно:

ОЅ (B) = 4 • ОЅ (Na 2 B 4 O 7 ) = 4• 0,2 = 0,8 моль.

Відповідь: 0,8 моль

3. Якумасу фосфору треба спалити для отримання оксиду фосфору (V) масою 7,1 г?

Дано : m (P 2 O 5 ) = 7,1 м.

Знайти : m (Р)=?

Рішення :записуємо рівняння реакції горіння фосфору і розставляємо стехіометричнікоефіцієнти.

4P + 5O 2 = 2P 2 O 5

Визначаємо кількість речовини P 2 O 5 , отриманого в реакції.

ОЅ (P 2 O 5 ) = m (P 2 O 5 )/М (P 2 O 5 ) = 7,1/142 = 0,05 моль.

З рівняння реакції витікає, що ОЅ (P 2 O 5 ) = 2 • ОЅ (P), отже, кількість речовини фосфору,необхідного в реакції дорівнює:

ОЅ (P 2 O 5 ) = 2 • ОЅ (P) = 2 • 0,05 = 0,1 моль.

Звідси знаходимо масу фосфору:

m (Р)= Оќ (Р) • М (Р) = 0,1 • 31 = 3,1 м.

Відповідь: 3,1 м.

4. Якамаса хлориду амонію утворюється при взаємодії хлороводню масою 7,3 г з аміаком масою 5,1 г? Який газ залишиться в надлишку? Визначте масу надлишку.

Дано : m (HCl) = 7,3г; m (NH 3 ) = 5,1 м.

Знайти : m (NH 4 Cl) =? m (надлишку) =?

Рішення :записуємо рівняння реакції.

HCl +NH 3 = NH 4 Cl

Ця задача на В«надлишокВ» і В«недолікВ». Розраховуємокількості речовини хлороводню і аміаку і визначаємо, який газ знаходиться внадлишку.

маса хімічна атом збереження закон

ОЅ (HCl)= M (HCl)/М (HCl) = 7,3/36,5 = 0,2 моль;

ОЅ (NH 3 ) = m (NH 3 )/М (NH 3 ) = 5,1/17 = 0, 3 моль.

Аміак знаходиться в надлишку, тому розрахунок ведемо понестачі, тобто по хлороводню. З рівняння реакції витікає, що ОЅ (HCl)= Оќ (NH 4 Cl) = 0,2 моль. Визначаємо масухлориду амонію.

m (NH 4 Cl) = ОЅ (NH 4 Cl) • М (NH 4 Cl) =0,2 • 53,5 = 10,7 м.

Ми визначили, що аміак знаходиться в надлишку (покількості речовини надлишок становить 0,1 моль). Розрахуємо масу надлишкуаміаку.

m (NH 3 ) = ОЅ (NH 3 ) • М (NH 3 ) = 0,1 • 17 = 1, 7 м.

Відповідь: 1,7 м.

5. Яка маса 12 моль нетратів алюмінію?

Дано : ОЅ (AL (NO3) 3) = 12 моль

Знайти : m (AL (NO3) 3) =?

Рішення: Mr (AL (NO3) 3 =27 +14 * 3 +16 * 9 = 27 +42 +144 = 213 г/моль

m = M * ОЅ 213 * 12 = 2556г

Відповідь: 2556г

6 . скільки молей карбонату магнію в64г. Карбонату магнію?

Дано: m (Mg Co3) = 64

Знайти: ОЅ (Mg Co3) =?

Рішення: Mr (Mg Co3) = 24 +12 +16 * 3 = 36 +48 = 84 г/моль

ОЅ = m/M 64/84 = 0.76 моль

Відповідь: 0.76 моль

7. Скільки молей в 420г. Fe O?

Дано: m (Fe O) = 420г.

Знайти: ОЅ (Fe O) =?

Рішення: Mr (Fe O) = 56 +16 = 72

ОЅ = m/M 420/72 = 5,8 моль

Відповідь: 5,8 моль

8 . Како ва маса кухонної солі в 2,5 моляхречовини?

Дано: ОЅ (NaCl) = 2,5 моль

Знайти: m (NaCl) =?

Рішення: Mr (NaCl) = 23 +35 = 58

m = M * ОЅ 58 * 2,5 = 145г.

Відповідь: 145г.

9. Скільки молей в 250 г ZnO?

Дано: m (ZnO) = 250г

Знайти: ОЅ (ZnO) =?

Рішення: (ZnO) = 65 +16 = 81 г/моль

ОЅ = m/M 250/81 = 3

Відповідь: 3 моля

10. Визначте масу іодіда натрію NaI?

Дано : ОЅ (NaI) = 0,6 моль.

Знайти : m (NaI) =?

Рішення . Молярна маса іодіда натріюскладає:

M (NaI) = M (Na)+ M (I) = 23 + 127 = 150 г/моль

Визначаємо масу NaI:

m (NaI) =ОЅ (NaI) • M (NaI) = 0,6 • 150 = 90 р.

Відповідь: 90 г