【分析】
要验证质量守恒定律,需保证反应前后所有物质的总质量不变,因此有气体参与或生成的反应必须在密闭容器中进行。实验A中铁与硫酸铜反应无气体参与/生成,反应前后质量不变;实验B中白磷燃烧在密闭容器内,气球可缓冲气压,反应前后总质量不变;实验C中碳酸钠与稀盐酸反应生成二氧化碳,气体逸散导致天平不平衡,无法验证质量守恒。接下来结合各实验的反应原理、现象及注意事项逐一分析问题。
【解析】
(1) 实验C中碳酸钠与稀盐酸反应生成二氧化碳气体,气体逸散到空气中,使左盘质量减小,天平不平衡,无法验证质量守恒定律,因此不能达到实验目的的是C,理由是反应生成的二氧化碳气体会逸散到空气中,使天平不平衡。
(2) 实验A中铁与硫酸铜溶液反应,铁置换出铜,观察到铁钉表面有红色固体析出,溶液由蓝色逐渐变为浅绿色,反应的化学方程式为$\ce{Fe + CuSO_{4} = Cu + FeSO_{4}}$。
(3) 实验B中白磷在点燃条件下与氧气反应,现象为白磷燃烧,产生大量白烟;反应的化学方程式为$\ce{4P + 5O_{2}\xlongequal{\mathrm{点燃}} 2P_{2}O_{5}}$;锥形瓶中细沙的作用是防止白磷燃烧放热使瓶底受热不均匀而炸裂;白磷燃烧时放热,瓶内气压增大,气球膨胀,反应结束后温度降低,消耗瓶内氧气,气压减小,气球变瘪,因此气球变化是先膨胀后变瘪;若去掉气球,瓶内气压会因反应放热急剧增大,可能导致橡胶塞被冲开。
(4) 根据质量守恒定律,化学反应前后原子的种类、数目、质量不变,元素种类不变,物质总质量不变,因此一定不变的是①②④。
(5) 探究或验证有气体参加/生成的反应的质量关系时,反应必须在密闭容器中进行。
【答案】
C;反应生成的二氧化碳气体会逸散到空气中,使天平不平衡;铁钉表面有红色固体析出,溶液由蓝色逐渐变为浅绿色;$\ce{Fe + CuSO_{4} = Cu + FeSO_{4}}$;白磷燃烧,产生大量白烟;$\ce{4P + 5O_{2}\xlongequal{\mathrm{点燃}} 2P_{2}O_{5}}$;防止瓶底因受热不均匀而炸裂;先膨胀后变瘪;橡胶塞被冲开;①②④;密闭
【知识点】
质量守恒定律;化学方程式书写;实验探究操作
【点评】
本题通过三个典型实验考查质量守恒定律的验证,核心是理解有气体参与/生成的反应需在密闭容器中进行,同时涉及常见化学反应的现象和方程式书写,是初中化学的基础重点题型,需掌握实验设计的原理和注意事项。
【难度系数】
0.6