Giải KHTN 8 Bài 5 (Kết nối tri thức): Định luật bảo toàn khối lượng và phương trình hóa học

Giải KHTN 8 Bài 5: Định luật bảo toàn khối lượng và phương trình hóa học

Giải KHTN 8 trang 24

Mở đầu trang 24 Bài 5 KHTN 8: Khi các phản ứng hoá học xảy ra, lượng các chất phản ứng giảm dần, lượng các chất sản phẩm tăng dần. Vậy tổng khối lượng các chất trước và sau phản ứng có thay đổi không?

Trả lời:

Trong một phản ứng hoá học, tổng khối lượng của các chất sản phẩm bằng tổng khối lượng của các chất tham gia phản ứng. Hay tổng khối lượng của chất trước và sau phản ứng không thay đổi.

I. Định luật bảo toàn khối lượng

Hoạt động trang 24 KHTN 8: Chuẩn bị: Dung dịch barium chloride, sodium sulfate; cân điện tử, cốc thuỷ tinh

Tiến hành:

- Trên mặt cân đặt 2 cốc: cốc (1) đựng dung dịch barium chloride, cốc (2) đựng dung dịch sodium sulfate. Ghi tổng khối lượng 2 cốc.

- Đổ cốc (1) vào cốc (2), lắc nhẹ để hai dung dịch trộn lẫn với nhau. Quan sát thấy có một chất rắn màu trắng xuất hiện ở cốc (2). Phản ứng xảy ra như sau:

Barium chloride + Sodium sulfate → Barium sulfate + Sodium chloride

Đặt 2 cốc trở lại mặt cân. Ghi khối lượng.

Thực hiện yêu cầu sau:

So sánh tổng khối lượng của các chất trước phản ứng với tổng khối lượng của các chất sau phản ứng.

Trả lời:

Học sinh làm thí nghiệm và rút ra kết luận: Tổng khối lượng của các chất trước phản ứng bằng tổng khối lượng của các chất sau phản ứng.

Giải KHTN 8 trang 25

Câu hỏi trang 25 KHTN 8: Carbon tác dụng với oxygen theo sơ đồ Hình 5.1:

Giải thích tại sao khối lượng carbon dioxide bằng tổng khối lượng carbon và oxygen.

Trả lời:

Khối lượng carbon dioxide bằng tổng khối lượng carbon và oxygen do trong phản ứng hoá học chỉ có liên kết giữa các nguyên tử thay đổi, còn số nguyên tử của mỗi nguyên tố hoá học vẫn giữ nguyên.

Câu hỏi 1 trang 25 KHTN 8: Sau khi đốt cháy than tổ ong (thành phần chính là carbon) thì thu được xỉ than. Xỉ than nặng hay nhẹ hơn than tổ ong? Giải thích.

Trả lời:

Xỉ than nhẹ hơn than tổ ong. Do sau khi đốt cháy than tổ ong (thành phần chính là carbon) sản phầm thu được ngoài xỉ than còn có các khí (thành phần chứa nguyên tố carbon) là carbon monoxide; carbon dioxide.

Câu hỏi 2 trang 25 KHTN 8: Vôi sống (calcium oxide) phản ứng với một số chất có mặt trong không khí như sau:

Calcium oxide + Carbon dioxide → Calcium carbonate

Calcium oxide + Nước → Calcium hydroxide

Khi làm thí nghiệm, một học sinh quên đậy nắp lọ đựng vôi sống (thành phần chính là CaO), sau một thời gian thì khối lượng của lọ sẽ thay đổi như thế nào?

Trả lời:

Sau một thời gian mở nắp lọ, vôi sống sẽ phản ứng với một số chất có mặt trong không khí như carbon dioxide, hơi nước … tạo thành các chất mới có khối lượng lớn hơn khối lượng vôi sống ban đầu. Do đó khối lượng của lọ sẽ tăng lên.

Hoạt động trang 26 KHTN 8: Lập phương trình hoá học của các phản ứng sau:

a) Fe + O₂ − − → Fe₃O₄

b) Al + HCl − − → AlCl₃ + H₂

c) Al₂(SO₄)₃ + NaOH − − → Al(OH)₃ + Na₂SO₄

d) CaCO₃ + HCl − − → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

Trả lời:

a) Fe + O₂ − − → Fe₃O₄

Số nguyên tử Fe và O ở hai vế không bằng nhau, nhưng O có số nguyên tử nhiều hơn nên ta bắt đầu từ nguyên tố này trước. Do O₂ có 2 nguyên tử O còn Fe₃O₄ có 4 nguyên tử O nên ta đặt hệ số 2 trước O₂; để cân bằng tiếp số nguyên tử Fe ta đặt hệ số 3 vào trước Fe ở vế trái. Phương trình hoá học của phản ứng hoàn thiện như sau:

3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄.

b) Al + HCl − − → AlCl₃ + H₂

Trước phản ứng có 1 nguyên tử H và 1 nguyên tử Cl trong phân tử HCl; sau phản ứng có 3 nguyên tử Cl trong AlCl₃; 2 nguyên tử H trong phân tử H₂, do đó ta lấy bội chung nhỏ nhất của 3 và 2 là 6, đặt trước HCl, được:

Al + 6HCl − − → AlCl₃ + H₂

Để cân bằng số nguyên tử H ta đặt hệ số 3 trước H₂; để cân bằng số nguyên tử Cl ta đặt hệ số 2 trước AlCl₃, được:

Al + 6HCl − − → 2AlCl₃ + 3H₂

Cuối cùng để cân bằng số nguyên tử Al ta thêm hệ số 2 trước Al ở vế trái. Phương trình hoá học của phản ứng được hoàn thiện như sau:

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂

c) Al₂(SO₄)₃ + NaOH − − → Al(OH)₃ + Na₂SO₄

Trước tiên ta cân bằng nhóm (SO₄) bằng cách đặt hệ số 3 vào trước Na₂SO₄:

Al₂(SO₄)₃ + NaOH − − → Al(OH)₃ + 3Na₂SO₄

Để cân bằng tiếp số nguyên tử Na ta thêm hệ số 6 vào trước NaOH.

Al₂(SO₄)₃ + 6NaOH − − → Al(OH)₃ + 3Na₂SO₄

Cuối cùng thêm hệ số 2 trước Al(OH)₃ để đảm bảo cân bằng số nguyên tử Al và nhóm (OH), khi đó phương trình hoá học được thiết lập:

Al₂(SO₄)₃ + 6NaOH → 2Al(OH)₃ + 3Na₂SO₄

d) CaCO₃ + HCl − − → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

Ta thấy trước phản ứng có 1 nguyên tử H; 1 nguyên tử Cl trong phân tử HCl; Sau phản ứng có 2 nguyên tử Cl trong CaCl₂; 2 nguyên tử H trong H₂O. Để cân bằng số nguyên tử H và Cl ta thêm hệ số 2 trước HCl.

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

Kiểm tra lại thấy các nguyên tử đã được cân bằng, phương trình hoá học được hoàn thiện.

Giải KHTN 8 trang 27

Câu hỏi 1 trang 27 KHTN 8: Sơ đồ của phản ứng hoá học khác với phương trình hoá học ở điểm nào? Nêu ý nghĩa của phương trình hoá học.

Trả lời:

- Sơ đồ của phản ứng hoá học khác với phương trình hoá học ở điểm: sơ đồ hoá học chưa cho biết tỉ lệ về số nguyên tử hoặc số phân tử giữa các chất trong phản ứng.

- Ý nghĩa của phương trình hoá học: Phương trình hoá học cho biết trong phản ứng hoá học, lượng các chất tham gia phản ứng và các chất sản phẩm tuân theo một tỉ lệ xác định.

Câu hỏi 2 trang 27 KHTN 8: Lập phương trình hoá học và xác định tỉ lệ số phân tử của các chất trong sơ đồ phản ứng hoá học sau:

Na₂CO₃ + Ba(OH)₂ − − → BaCO₃ + NaOH

Trả lời:

Ta có bảng sau:

Như vậy để cân bằng số nguyên tử Na và nhóm (OH), chỉ cần thêm hệ số 2 trước NaOH. Khi đó phương trình hoá học cũng đã được thiết lập:

Na₂CO₃ + Ba(OH)₂ → BaCO₃ + 2NaOH

Ta có tỉ lệ: Số phân tử Na₂CO₃ : Số phân tử Ba(OH)₂ : Số phân tử BaCO₃ : Số phân tử NaOH = 1 : 1 : 1 : 2.

Câu hỏi 3 trang 27 KHTN 8: Giả thiết trong không khí, sắt tác dụng với oxygen tạo thành gỉ sắt (Fe₂O₃). Từ 5,6 gam sắt có thể tạo ra tối đa bao nhiêu gam gỉ sắt?

Trả lời:

Phương trình hoá học: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃

Ta có tỉ lệ:

Số mol Fe : Số mol O₂ : Số mol Fe₂O₃ = 4 : 3 : 2.

Từ tỉ lệ mol ta xác định được tỉ lệ khối lượng các chất:

Khối lượng Fe : Khối lượng O₂ : Khối lượng Fe₂O₃

= (56 . 4) : (32 . 3) : (160 . 2) = 7 : 3 : 10.

Vậy cứ 7 gam Fe phản ứng hết với 3 gam O₂ tạo ra 10 gam Fe₂O₃.

Do đó từ 5,6 gam Fe có thể tạo ra tối đa: $\frac{5,6.10}{7}=8$ gam gỉ sắt.

Kiến thức trọng tâm KHTN 8 Bài 5: Định luật bảo toàn khối lượng và phương trình hóa học

I. Định luật bảo toàn khối lượng

1. Nội dung định luật bảo toàn khối lượng

- Nội dung định luật: Trong một phản ứng hoá học, tổng khối lượng của các chất sản phẩm bằng tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng.

- Thí nghiệm: Chuẩn bị dung dịch barium chloride, sodium sulfate, cản điện tử, cốc thuỷ tinh. Trên mặt cân đặt 2 cốc, ghi tổng khối lượng 2 cốc. Đổ cốc (1) vào cốc (2), quan sát thấy có một chất rắn màu trắng xuất hiện ở cốc (2). Đặt 2 cái trở lại cuặt cầu. So sánh tổng khối lượng của các chất trước phản ứng với tổng khối lượng các chất sau phản ứng.

- Giải thích: Trong các phản ứng hoá học, chỉ có liên kết giữa các nguyên tử thay đổi, còn số nguyên tử của mỗi nguyên tố hoá học vẫn giữ nguyên, vì vậy tổng khối lượng của các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng của các sản phẩm. Định luật này được hai nhà khoa học là Lomonosov và Lavoisier đưa ra vào thế kỉ XVIII.

2. Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng

- Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:

Barium chloride + Sodium sulfate → Barium sulfate + Sodium chloride

- Biết khối lượng Barium chloride và Sodium sulfate đã phản ứng lần lượt là 20,8 gam và 14,2 gam, khối lượng của Barium sulfate tạo thành là 23,3 gam, ta sẽ xác định được khối lượng của Sodium chloride tạo thành là: 20,8 + 14,2 - 23,3 = 11,7(g).

- Tổng quát: Nếu trong phản ứng có n chất, khi biết khối lượng đã tham gia và tạo thành của (n - 1) chất, ta sẽ xác định được khối lượng của chất còn lại.

- Thành phần chính của than tổ ong là carbon. Sau khi đốt cháy than tổ ong, ta thu được xỉ than (tạp chất không cháy). Vì vậy, khối lượng của xỉ than sẽ nhẹ hơn khối lượng của than tổ ong ban đầu.

- Sau một thời gian không đậy nắp lọ đựng với sống (CaO), khối lượng của hỗn hợp sẽ tăng lên do CaO hút ẩm trong không khí tạo thành Ca(OH)₂. Do đó, khối lượng của hỗn hợp sẽ tăng lên.

II. Phương trình hóa học

1. Lập Phương trình hóa học

- Phương trình hoá học của phản ứng giữa khí hydrogen và khí oxygen là:

2H₂ + O₂ → 2H₂O

- Trong phản ứng hoá học, tổng số nguyên tử của mỗi nguyên tố trong các chất tham gia phản ứng luôn bằng tổng số nguyên tử của nguyên tố đó trong các chất sản phẩm. Sau khi cân bằng, tổng số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vẽ của sơ đồ phản ứng bằng nhau, ta được PTHH.

- Các bước lập phương trình hoá học:

Bước 1: Viết sơ đồ của phản ứng:

Al + O₂$\to$ Al₂O₃

Bước 2: Cân bằng số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở 2 vế. Với trường hợp này, ta cần đặt hệ số 2 trước Al2O3 và hệ số 3 trước O2:

4Al + 3O₂ $\to$2Al₂O₃

Bước 3: Viết phương trình hoá học của phản ứng:

4Al + 3O₂ $\to$2Al₂O₃

Lưu ý:

- Hệ số viết ngang với kí hiệu của các chất.

- Không thay đổi các chỉ số trong các công thức hoá học đã viết đúng.

- Nếu trong công thức hoá học, các chất ở 2 vế có những nhóm nguyên tử giống nhau, ta coi nhóm nguyên tử này như một "nguyên tố để cân bằng".

2. Ý nghĩa của phương trình hoá học

Phương trình hoá học thể hiện tỉ lệ số mol giữa các chất tham gia và sản phẩm trong một phản ứng hoá học. Từ đó, ta có thể xác định được tỉ lệ hệ số của các chất trong phản ứng và tỉ lệ số mol, cũng như tỉ lệ khối lượng của chúng. Ví dụ: Trong phản ứng 4Al + 3O₂ --> 2Al₂O₃, ta biết được rằng để phản ứng hoàn toàn, cần sử dụng 4 mol nhôm với 3 mol oxi, tạo ra 2 mol nhôm oxit. Từ đó, ta có thể tính toán được tỉ lệ số mol và khối lượng giữa các chất trong phản ứng.

Sơ đồ tư duy KHTN 8 Bài 5: Định luật bảo toàn khối lượng và phương trình hóa học

Xem thêm lời giải bài tập KHTN 8 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 6: Tính theo phương trình hóa học

Bài 7: Tốc độ phản ứng và chất xúc tác

Bài 8: Acid

Bài 9: Base. Thang pH

Bài 10: Oxide