Question

18．小刘和小李以“化学反应中，反应物与生成物的质量关系”为课题进行科学探究．他们在反应前后都进行了规范的操作、准确的称量和细致的观察．
提出假设：物质发生化学变化前后总质量不变．
设计并进行实验：小刘设计的实验装置和选用药品如图1所示，试回答下列问题：
（1）点燃红磷后，迅速塞紧瓶塞，待燃烧完毕后再称量．反应中观察到的现象是天平平衡．
（2）做这个实验前锥形瓶应预先装少量的细砂的原因是：磷燃烧放出的热量炸裂锥形瓶．
（3）实验结束后（锥形瓶已冷却到室温），发现瓶中红磷剩余，为了防止红磷在空气中燃烧以防污染，将锥形瓶瓶口倒置于盛满水的水槽中（如图，瓶口贴紧水面），拔下瓶塞，发现水进入锥形瓶中约占锥形瓶的容积的$\frac{1}{5}$．原因是：空气中氧气的体积分数约为1/5，白磷燃烧消耗了瓶内的氧气压强减小．
（4）在实验设计中，将玻璃管上方系一瘪气球的目的是：为了减压，防止塞子被弹起．
（5）小李设计的实验装置和选用药品如图2所示，将图A的装置在托盘天平上称量，质量为W₁g，然后将气球内锌粉全部倒入瓶内，立即产生气体（氢气），气球逐渐胀大，锌粉全部反应（图B）．反应结束后，再次称量，质量为W₂g，结果W₂＜W₁．

实验结论：
小刘认为：在化学反应中，生成物的总质量与反应物的总质量相等；
小李认为：在化学反应中，生成物总质量与反应物的总质量不相等．
你认为小刘的结论正确，导致另一个实验结论错误的原因是（装置不漏气）：氢气球有浮力．
请从原子的角度分析你认为正确的结论的原因：反应前后原子的种类，数目和质量都没有改变
由此可得出结论：用实验研究化学反应前后反应物与生成物之间的质量关系时，必须在密闭体系中进行．
结论应用：I₂O₅+5CO=I₂+5X，根据生成X的多少，可以判断CO的含量，X的化学式为CO₂．

Answer 1

分析 （1）依据红磷燃烧的现象回答．红磷是易燃物，在空气中剧烈燃烧，产生大量白烟．白烟是五氧化二磷的固体小颗粒．在化学变化中遵循质量守恒定律，故冷却后称量天平是平衡的；
（2）磷燃烧时放出大量的热，玻璃仪器骤热会破裂；
（3）根据因为氧气占空气体积的$\frac{1}{5}$，白磷燃烧消耗了瓶内的氧气，生成物是固体，使瓶内压强小于外界大气压，所以水会进入瓶内解答；
（4）白磷燃烧放出热量，会使瓶内气压增大，这里其一个减压的作用．
（5）依据化学反应都符合质量守恒定律解答；依据氢气产生浮力进行考虑；根据化学变化前后原子的种类、数目不变，由反应的化学方程式I₂O₅+5CO=I₂+5X，推断反应中生成物X的分子构成，根据分子的构成确定X物质的化学式．

解答 解：（1）红磷燃烧产生大量的白烟，放出热量，在化学变化中遵循质量守恒定律，故冷却后称量天平是平衡的；
（2）做这个实验前锥形瓶应预先装少量的细砂的原因是防止磷燃烧放出的热量炸裂锥形瓶．
（3）因为氧气占空气体积的$\frac{1}{5}$，白磷燃烧消耗了瓶内的氧气，生成物是固体，使瓶内压强小于外界大气压，所以水会进入瓶内，占的体积正好是消耗的氧气的体积．故答案为：$\frac{1}{5}$；空气中氧气的体积分数约为1/5，白磷燃烧消耗了瓶内的氧气压强减小．
（4）燃烧时瓶内气体受热膨胀，压强增大，会把塞子弹起，导致实验失败，上方系一瘪气球可以缓冲压力；
（5）一切化学反应都符合质量守恒定律，该反应是化学反应，所以一定符合质量守恒定律，故小刘的结论正确，导致另一个实验结论错误的原因是（装置不漏气）：根据质量守恒定律，应有关系W₂=W₁，但产生的氢气体积较大，会产生向上的浮力，导致装置对托盘的压力变小，故所得W₂比W₁偏小，故答案为：氢气球有浮力；
化学反应的实质是分子分成原子，原子再重新组合成新的分子，所以反应前后原子的种类没有改变，原子的数目没有增减，原子的质量没有变化，所以，在化学反应中，反应物的质量总和与生成物的质量总和必然相等．
由此可得出结论：用实验研究化学反应前后反应物与生成物之间的质量关系时，必须密闭容器中进行；
由反应的化学方程式I₂O₅+5CO=I₂+5X，可判断反应前后I、C、O三种原子的个数为
    反应前  反应后
I原子  2      2
C原子  5      0
O原子  10     0
根据化学变化前后原子的种类、数目不变，可判断物质X的5个分子中含5个C原子、10个O原子，则每个X的分子由1个C原子、2个O原子构成，则物质X的化学式为CO₂；
故答案为：（1）天平平衡；
（2）磷燃烧放出的热量炸裂锥形瓶；
（3）$\frac{1}{5}$；空气中氧气的体积分数约为1/5，白磷燃烧消耗了瓶内的氧气压强减小．
（4）为了减压，防止塞子被弹起；
（5）小刘；氢气球有浮力；反应前后原子的种类，数目和质量都没有改变；密闭；CO₂；

点评 在化学反应中遵循质量守恒定律，参加反应的物质的质量等于反应后生成的物质的质量．该题以白磷为例考查质量守恒定律的探究，旨在考查不规范操作对实验结果的影响，解题时要明确容器内的反应物与生成物的质量变化，从而得出正确结论．