Страница 7 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

• Какими опытами можно подтвердить справедливость закона сохранения массы веществ?

Закон сохранения массы веществ, сформулированный М. В. Ломоносовым и А. Лавуазье, гласит, что масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции. Справедливость этого закона можно подтвердить экспериментально, проведя химические реакции в замкнутых системах, чтобы предотвратить потерю или прибавление массы за счет обмена веществами с окружающей средой (например, улетучивания газов или присоединения кислорода из воздуха).

Вот несколько классических опытов, доказывающих этот закон.

Эксперимент 1: Реакция с образованием осадка

Этот опыт демонстрирует сохранение массы в реакции, где один из продуктов выпадает в осадок.

Оборудование и реактивы: Двурогий сосуд (сосуд Ландольта) или две отдельные пробирки в одной колбе, точные весы, раствор хлорида бария ($BaCl_2$), раствор сульфата натрия ($Na_2SO_4$).

Ход опыта:

1. В одно колено сосуда Ландольта осторожно наливают раствор хлорида бария, а в другое — раствор сульфата натрия. Оба раствора прозрачны.
2. Сосуд герметично закрывают пробкой и уравновешивают на весах. Записывают начальную массу системы ($m_1$).
3. Затем сосуд наклоняют так, чтобы растворы смешались. Происходит химическая реакция, в результате которой образуется густой белый осадок сульфата бария ($BaSO_4$).
4. После завершения реакции сосуд снова ставят на весы.

Наблюдение и результат: Весы показывают, что масса системы не изменилась, то есть конечная масса ($m_2$) равна начальной ($m_1 = m_2$). Уравнение реакции: $BaCl_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaCl$.

Вывод: Несмотря на видимые химические превращения (образование нового вещества — осадка), общая масса системы осталась постоянной. Это подтверждает закон сохранения массы.

Ответ: Справедливость закона сохранения массы можно подтвердить, проведя реакцию между растворами хлорида бария и сульфата натрия в герметично закрытом сосуде и взвесив его до и после реакции; масса системы остается неизменной.

Эксперимент 2: Горение вещества в замкнутом сосуде

Этот опыт доказывает, что при горении масса не исчезает, а вещество соединяется с кислородом из воздуха, и общая масса системы сохраняется.

Оборудование и реактивы: Колба с пробкой, тигельные щипцы, спиртовка или горелка, весы, небольшой кусочек свечи или немного красного фосфора ($P$) на металлической ложечке.

Ход опыта:

1. Внутрь сухой колбы на ложечке помещают немного фосфора или маленький огарок свечи.
2. Колбу плотно закрывают пробкой и взвешивают, определив ее массу ($m_1$).
3. Колбу осторожно нагревают в том месте, где находится вещество, до его воспламенения.
4. Вещество сгорает. В случае фосфора образуется густой белый дым — оксид фосфора(V) ($P_2O_5$), который затем оседает на стенках.
5. После завершения горения колбе дают остыть до комнатной температуры и снова взвешивают.

Наблюдение и результат: Масса колбы с продуктами реакции ($m_2$) оказывается равной массе колбы с исходными веществами ($m_1 = m_2$). Уравнение реакции горения фосфора: $4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$.

Вывод: В ходе реакции горения фосфор соединился с кислородом, находившимся в колбе. Поскольку система была замкнутой, общая масса веществ до и после реакции осталась одинаковой, что доказывает закон сохранения массы.

Ответ: Сжигание фосфора или свечи в герметично закрытой колбе с последующим взвешиванием до и после реакции показывает, что масса системы не изменяется, подтверждая закон сохранения массы.

Эксперимент 3: Реакция с выделением газа в замкнутой системе

Этот опыт показывает, что даже если в результате реакции образуется газ, масса системы сохраняется, если газ не покидает ее пределы.

Оборудование и реактивы: Колба, пробирка, резиновый шарик, весы, кусочки мрамора ($CaCO_3$), соляная кислота ($HCl$).

Ход опыта:

1. В колбу кладут несколько кусочков мрамора. В пробирку наливают соляную кислоту.
2. Пробирку с кислотой аккуратно помещают внутрь колбы так, чтобы она не опрокинулась.
3. На горлышко колбы надевают резиновый шарик, и всю собранную систему взвешивают ($m_1$).
4. Колбу наклоняют, чтобы кислота из пробирки вылилась на мрамор. Начинается бурная реакция с выделением углекислого газа ($CO_2$), который надувает шарик.
5. После прекращения реакции систему снова взвешивают.

Наблюдение и результат: Масса системы после реакции ($m_2$) равна ее начальной массе ($m_1 = m_2$). Уравнение реакции: $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$.

Вывод: Газ, образовавшийся в ходе реакции, остался внутри системы (в колбе и шарике), поэтому общая масса не изменилась. Если бы этот опыт проводился в открытом сосуде, масса бы уменьшилась на величину массы улетевшего углекислого газа, что создало бы иллюзию нарушения закона.

Ответ: Проведение реакции между мрамором и соляной кислотой в колбе, на горлышко которой надет резиновый шарик, демонстрирует, что масса системы до и после реакции одинакова, так как выделившийся газ остается внутри системы, что доказывает закон сохранения массы.