师:同学们好,今天我们一起来学习九年级化学第五单元课题三第一课时——利用化学方程式的简单计算。本节课我们有三个学习目标:一是知道利用化学方程式进行计算的依据是化学方程式中各物质间的质量关系;二是理解各物质之间存在质量关系的本质,即化学反应是按一定分子、原子个数比进行的;三是初步学会根据实际参加反应的一种反应物或生成物的质量,计算另一种反应物或生成物的质量。
首先,我们来看一个视频。(倒计时:“一分钟准备,50 秒,40 秒,30 秒,20 秒,10 秒,9,8,7,6,5,4,3,2,1,加油,点火程序走完,当光学雷达正常,摇测需要正常。”)这是 2019 年年底我国长征五号火箭发射的情景。假如你是火箭设计师,已知火箭上升至少需要携带 0.4 吨的液氢,为使这些液氢完全燃烧,获得足够的能量,你应该在火箭助燃舱中填充多少质量的液氧?这个问题就是我们这节课要学习的内容。已知长征五号火箭使用的燃料是液氢,助燃剂是液氧。请大家写出火箭燃料燃烧的化学方程式。(氢气和氧气在点燃条件下反应生成水),大家写对了吗?
这条化学方程式能提供给我们哪些信息呢?一般来说,化学方程式能反映三个方面的信息:一是表明反应物、生成物和反应条件,即氢气和氧气在点燃条件下反应生成水;二是反映反应物和生成物之间的质量关系,每 4 份质量的氢气和 32 份质量的氧气反应生成 36 份质量的水;三是提供微观的粒子数量关系,每两个氢分子和一个氧分子反应生成两个水分子。
让我们从反应的微观示意图进一步理解。从微观角度看,每两个氢分子与一个氧分子反应会生成两个水分子,那么每 4 个氢分子与两个氧分子反应会生成 4 个水分子。可以看到反应中各物质的微粒数目之比是固定的,那么各物质质量比也必然是固定的,每 4 份质量的氢气与 32 份质量的氧气反应生成 36 份质量的水。请问,如果有 8 克质量的氢气燃烧,需要多少克氧气?生成水的质量是多少?根据这个比值,我们很容易知道需要氧气的质量是 64 克,生成水的质量是 72 克。微观粒子数量关系和各物质质量关系都是成比例的。根据化学方程式提供的信息,请同学们动笔完成练习。
师:好,请同学们看此题的解析过程。首先写出铝在氧气中燃烧的化学方程式,根据化学计量数算出各物质的总相对分子质量或总相对原子质量。反应中铝、氧气和氧化铝三种物质的微粒个数比为 4 : 3 : 2。计算它们的总相对分子质量或总相对原子质量时,要乘以化学计量数,最后算出答案是 108 : 96 : 204,这是正确的。
当然,可能有同学也想到用第二种方法解答此题,那就是根据质量守恒定律,参加反应的铝和氧气的质量等于生成的氧化铝的质量,即 108 + 96 = 204,符合质量守恒定律。
我们了解了化学方程式所反映出来的信息后,下面就可以利用化学方程式进行简单的计算了。请看例一,加热分解 6.3 克高锰酸钾可以得到氧气的质量是多少?我们阅读题目后就可以将已知量和未知量找出来。此题中已知量是 6.3 克高锰酸钾,未知量是氧气的质量。因此我们首先可以设未知量,加热分解 6.3 克高锰酸钾可以得到氧气的质量是 x。正确写出该反应的化学方程式(高锰酸钾在加热条件下反应生成锰酸钾、二氧化锰和氧气,注意化学式不要写错,还要正确配平化学方程式)。然后找出已知条件,题目中的一个显性已知条件是 6.3 克高锰酸钾。事实上,根据质量守恒定律,化学方程式还包含着一个隐性已知条件,那就是各物质之间的质量关系。
从微观角度看,反应物高锰酸钾和生成物氧气,它们的微粒个数比是 2 : 1。因此,计算各物质之间的质量比的时候,记得要乘以它们的化学计量数。从而算出每 316 份质量的高锰酸钾分解可以生成 32 份质量的氧气,这个比值是固定的。因此,知道了反应物高锰酸钾的质量,就可以根据质量比计算出其他任意一种生成物的质量。
