Все формулы РФ

Химия / Базовые химические расчеты

Закон сохранения массы веществ

В закрытой системе суммарная масса веществ до химической реакции равна суммарной массе веществ после реакции. Она помогает не смешивать массу, моли, частицы и доли в одной расчетной цепочке.

Опубликовано: Обновлено:

Школьная программаОГЭЕГЭБазовые химические расчетыЕсть историческая справка

Формула

$$\sum m_{\text{реагентов}}=\sum m_{\text{продуктов}}$$
scheme Схема расчета: Закон сохранения массы веществ

Показывает, какие исходные величины подставляют в \sum m_{\text{реагентов}}=\sum m_{\text{продуктов}} и какую единицу должен иметь результат. На схеме отдельно отмечены химический объект, единицы измерения и обратная проверка результата.

Перед подстановкой подпишите вещество или частицу: моль, грамм, атомы и массовые доли нельзя переносить между разными объектами без отдельного перехода.

Обозначения

$\sum m_реагентов$
суммарная масса всех исходных веществ, г
$\sum m_продуктов$
суммарная масса всех продуктов реакции, г

Условия применения

  • Система закрыта: вещества не улетают, не испаряются наружу и не поступают извне.
  • Учитываются все реагенты и все продукты реакции, включая газы, осадки и растворитель, если он участвует.
  • Массы сравниваются в одинаковых единицах.

Ограничения

  • В открытом сосуде кажущаяся масса может измениться из-за ухода газа или поглощения вещества из воздуха.
  • Формула не дает стехиометрические коэффициенты сама по себе, а только массовый баланс.
  • Для ядерных реакций школьная химическая формулировка не применяется.

Подробное объяснение

Закон сохранения массы говорит, что при обычной химической реакции атомы не исчезают и не возникают из ничего. Они перегруппировываются из реагентов в продукты, поэтому общая масса всех веществ в закрытой системе остается той же.

Формула с суммами нужна потому, что реагентов и продуктов может быть несколько. Нужно сложить массы всех исходных веществ и сравнить их с суммой масс всех продуктов. Если одно из веществ неизвестно, его массу находят как недостающую часть баланса.

Закон тесно связан с уравниванием химических уравнений. Коэффициенты подбирают так, чтобы число атомов каждого элемента до и после реакции совпадало. Массовое равенство является макроскопическим проявлением этого атомного баланса.

В задачах важно учитывать газы. Если реакция идет в открытом сосуде и газ улетает, масса содержимого сосуда уменьшится, но масса всей закрытой системы, включая газ, сохранится. Поэтому условие закрытости не формальность, а ключ к правильному применению.

Формула не заменяет расчеты по молям, когда нужно найти массу конкретного продукта по уравнению. Она помогает в простых балансовых задачах и проверяет, не потеряно ли вещество в рассуждении.

Для этой формулы важно сначала назвать химический объект, к которому относится расчет. Величины в записи \sum m_{\text{реагентов}}=\sum m_{\text{продуктов}} нельзя переносить с одного вещества на другое: масса, количество вещества, число частиц или доля должны описывать один и тот же образец либо строго указанную его часть. Такая дисциплина записи защищает от типичной ошибки, когда верная арифметика выполняется с химически чужими данными.

Как пользоваться формулой

  1. Запишите все вещества до реакции и после реакции.
  2. Убедитесь, что задача рассматривает закрытую систему или учитывает ушедшие газы.
  3. Сложите известные массы реагентов и продуктов.
  4. Составьте равенство сумм масс до и после реакции.
  5. Найдите неизвестную массу и проверьте общий баланс.

Историческая справка

Закон сохранения массы обычно связывают с работами Михаила Ломоносова и Антуана Лавуазье. Ломоносов в XVIII веке формулировал идею сохранения вещества в опытах с запаянными сосудами. Лавуазье позже систематически применил точные взвешивания в химии и показал, что при реакциях масса сохраняется, если учитывать все вещества, включая газы. Эти опыты стали важной частью перехода от качественной алхимической традиции к количественной химии. Для школьных расчетов закон остается одним из первых принципов: химическая реакция меняет состав веществ, но не уничтожает атомы. В XX веке школьные расчетные формулы стали записывать в более единообразном виде благодаря распространению системы СИ, табличных относительных атомных масс и стандартных программ химического образования. Это сделало одну и ту же идею применимой в учебнике, лаборатории и экзаменационной задаче: сначала выбирается химическая величина, затем проверяются единицы и только после этого выполняется арифметика. Поэтому современная краткая формула является итогом долгой практики количественного описания вещества, а не просто удобной школьной договоренностью.

Историческая линия формулы

Закон корректно связывать с Ломоносовым и Лавуазье, но школьная формула является современной записью общего принципа сохранения массы в химических реакциях закрытой системы. В современной атрибуции корректнее говорить не об авторе самой формулы, а о развитии количественной химии: определения моля, массовой доли, химической формулы и закона сохранения массы дали основу для этой записи.

Пример

Задача: при нагревании 10 г карбоната кальция получили 5,6 г оксида кальция и углекислый газ. Найти массу CO2. Дано: масса исходного CaCO3 равна 10 г, масса одного продукта CaO равна 5,6 г. По закону сохранения массы сумма масс продуктов равна массе исходного вещества: m(CaO)+m(CO2)=10 г. Подстановка: 5,6 + m(CO2) = 10, откуда m(CO2)=10-5,6=4,4 г. Ответ: масса CO2 равна 4,4 г. Проверка: 5,6 г + 4,4 г = 10 г, сумма продуктов совпадает с массой реагента. Дополнительная проверка состоит в обратном ходе: из найденного ответа можно восстановить исходные данные той же формулой или соседней базовой связью. Если восстановление дает исходную массу, число частиц, долю или баланс, значит единицы и химический объект выбраны согласованно. Если результат отличается в 10, 100 или 6,02*10^23 раз, почти всегда ошибка связана с процентами, молями или постоянной Авогадро.

Частая ошибка

Часто забывают газообразный продукт, особенно если он улетает из открытого сосуда. Тогда кажется, что масса исчезла. Вторая ошибка - сравнивать массу одного реагента с массой одного продукта, хотя нужно брать суммы всех веществ. Еще нельзя использовать закон для ядерных процессов в школьной химической форме: там действуют другие масштабы энергии и массы.

Практика

Задачи с решением

Найти массу продукта

Условие. В реакцию вступили 12 г углерода и 32 г кислорода. Найдите массу образовавшегося CO2, если других продуктов нет.

Решение. По закону сохранения массы m(CO2)=12+32=44 г.

Ответ. 44 г

Найти массу газа

Условие. При разложении 50 г вещества получили 28 г твердого остатка и газ. Найдите массу газа.

Решение. Сумма масс продуктов равна 50 г. Масса газа: 50-28=22 г.

Ответ. 22 г

Дополнительные источники

  • Габриелян О. С. Химия. 8 класс. Закон сохранения массы веществ
  • Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия. 8 класс. Химические уравнения
  • ФИПИ. ОГЭ по химии: признаки и уравнения химических реакций
  • IUPAC Gold Book. Conservation of mass in chemical reaction context

Связанные формулы

Химия

Расчет по химическому уравнению через коэффициенты

$\frac{n(A)}{\nu(A)} = \frac{n(B)}{\nu(B)}$

В сбалансированном уравнении реакции количества веществ относятся как стехиометрические коэффициенты. Это основа расчетов массы, объема и количества вещества реагентов и продуктов.

Химия

Соотношение коэффициентов в уравнении реакции

$\frac{n_A}{a} = \frac{n_B}{b}$

Коэффициенты уравненной реакции показывают молярное отношение веществ. Если известны моли одного участника, моли другого находят через отношение коэффициентов.

Химия

Теоретический выход продукта реакции

$m_{theor} = n_{product,theor} M_{product}$

Теоретический выход - максимальная масса продукта, рассчитанная по уравнению реакции при полном превращении лимитирующего реагента.