一斤水溶一斤盐,最后重量是二斤吗?为什么?:其实这个问题要比一般人想象中的要复杂得多,涉及到质能方程,热力学,饱和溶液等相关知识,饱和度的问题,我们先
其实这个问题要比一般人想象中的要复杂得多,涉及到质能方程,热力学,饱和溶液等相关知识,饱和度的问题,我们先暂且放一放,因为并不影响最终结果,我们就先举例子来说,然后最后做一个总结。
封闭的系统首先,我们要搞清楚,水和盐以及盛放它们的容器实际上是一个系统。但同样是系统,实际上也有不同的。如果,整个容器是封闭的,与外界是隔绝的,也就是说,和外界没有任何能量的交换,更不会出现能量向外逃逸的情况。
那这个时候,你放系统里面放了多少东西,质量都会是它们的加和,一斤水和一斤盐是如此,即使你放可以反应的东西,比如:钠和水。那这个时候,质量还是不会变的,即使放出了很多热,但由于它并没逃逸出来,所以就不会变。如果你往系统里面放一颗原子弹把它引爆,同样的,质量也不会减少。那具体是因为什么呢?我们下面会详细讲到。
不封闭的系统但是,我们要知道的是,绝热系统是不可能存在的,上面的只是一个思想实验。一般来说 ,我们在容器里放上水和盐,那整个系统的质量一定不会是2斤,而是在小数点十多位开外有个极其小的变化。
之所以有这样的变化,一共有三种可能性,第一种:外界的温度比系统的温度高。那这个时候,由于热传导的存在,系统会像外界吸收一部分的热量,于是,质量自然就多了。这其实和把两杯温度不同的水放到一起,最后变成一个温度是一个道理。我们在桌上放上一杯水,最后的温度就是会趋近于空气的室温。
同样的道理,如果外界的温度低于容器内溶液的温度,那这个时候就是在外热。整个系统的质量就会降低。
所以,开放的系统,只有三种情况,一种是从外界获得能量,质量上升。一种是向外界释放能量,质量下降。第三种,其实就是正好巧了,可能是吸收的能量和放出的能量正好是一致的,所以,质量不多也不少。
质能方程可能你已经在纳闷了,为啥吸收热量就会质量上升,放出热量就会质量下降。我们还会核弹,比如说:氢弹。氢弹爆炸的整个系统其实就是开放的,不是隔绝的。
所以,很多人会说,氢弹爆炸前后,有0.7%的质量亏损,这部分质量转化为了能量释放出来。实际上,这种说法是错误的。0.7%的质量就是质量,它只是还有能量的属性,如果你能称量这部分,就能知道它是具有质量的。而这个看法其实就来自于爱因斯坦的质能方程E=mc^2,我们也叫做质能等价。
意思就是说,质量还有能量,能量还有质量,它们并不是转化关系,一样东西的两个面。
所以,我们第一个例子中,由于是封闭系统,所以无论里面发生了什么,都不会发生质量改变。而第二个是不封闭的系统,这时只要向外放热,质量就会减少,从外面系统,质量就会上升。而质量等价理论的相关实验,其实也已经被实验所证实,并且被广泛使用,尤其是大型对撞机寻找粒子时,就是以这个理论为前提假设。
我们日常生活中之所以察觉不到,主要就是因为它的变化只是太过微小,都是在小数点十多位后才有些许的改变。因此,察觉不到本身是正常的,但科学家已经通过精密地仪器测量出这个微小的差异。
所以,对于任何情况来说,不管发没发生反应,质量守恒是对,能量守恒也对的,质能守恒还是对的。
2这种问题实际上就是各种“杠精”之间的战争,所谓“键盘侠”在各种假设的前提下进行辩论,本质上是一个再简单不过的问题(其实就是1+1=2),非得让人感觉如此复杂,标准的“没有困难制造困难也要上”的姿态来讨论这个问题。
有些人甚至拿出了比较专业的术语,比如说质能方程,热力学,饱和度等等设置各种前提进行各种复杂的分析,看起来就是一个“学霸”在娓娓道来,分析的头头是道,但实际上有这种必要吗?就像网络上有人经常会问“雨滴从高空落下会砸死人吗?”,难道我们没有淋过雨吗?
一斤水溶一斤盐,最终的重量(应该是质量)是二斤吗?当然是二斤,物体的质量是不会变的(除非发生核聚变),事实上即使发生核聚变,产生的能量也可以认为是质量的一部分,因为质量和能量本质上是一个东西,一个东西的两面性。
况且盐溶于水中也没有发生核聚变,不管盐能不能完全被溶解,最终的质量肯定是二斤,有任何异议吗?有任何讨论的必要吗?确实没有必要。
当然,如果你非要考虑很多的前提,比如说溶解的过程中水分的挥发,热量的变化等等,这种前提不就是标准的“杠精”吗?如果考虑到水分的挥发,问题中所说的“一斤盐和一斤水”就不真的是“一斤盐和一斤水”了,如此一来,最后的质量当然不是二斤了!
这种简单的问题非要设置各种假设前提,然后用非常专业复杂的化学和物理知识进行深入分析,有任何必要吗?
3在这种情况下,水和盐以及盛放它们的容器实际上形成了一个系统。如果这个系统是封闭的,最后重量是二斤;如果这个系统是不封闭的,最后重量不一定是二斤。科学解释:
在常温也就是20摄氏度的情况下,盐的溶解度是36g。也就是500g水中最多只能溶解180g食盐,最终获得饱和食盐水!另外320g无法溶解的盐,只能沉到溶液的底部,以Nacl晶体的形式存在水中。
一、封闭的系统
在封闭的绝对理想情况下,与外界是隔绝的,是绝热的。也就是说和外界没有任何能量的交换,更不会出现能量向外逃逸的情况。这个时候,你往这个系统里面放了多少东西,质量都会是它们的加和。
一斤水溶一斤盐,最后重量必定是二斤。你就是往这个系统里放一颗原子弹,并把它引爆,质量也不会减少。
二、不封闭的系统
在不封闭的系统下,根据质能方程式,我们知道质量和能量可以相互转化的。
这个时候就会出现三种情况:
1、外界的温度>容器内溶液的温度
由于热传导的存在,系统会向外界吸收一部分的热量,质量自然就多了,最后重量会大于二斤。
2、外界的温度<容器内溶液的温度
同样由于热传导的存在,系统会向外界释放一部分的热量,质量自然就少,最后重量会小于二斤。
3、外界的温度=容器内溶液的温度
这个情况下,容器内外能量均恒,热量不会传导,质量不多也不少,最后重量会就是二斤。
结语:在日常生活中,这种重量的变化在小数点十多位后,太过微小,基本上是察觉不到。4一斤水+一斤盐=?
有个故事是爸爸和上小学女儿的对话,爸爸说:一斤棉花和一斤铁哪个重?女儿:一样重。女儿说:一斤盐和一斤水哪个重?爸爸:一样重。那女儿又问:如果把一斤盐倒进一斤水中,一共重多少?爸爸回答:两斤,不对一斤还是一斤多?那么一斤盐溶于一斤水中到底重多少呢?
如果是质量守恒即化学反应中反应物的质量等于生成物的质量,不需要考虑溶解过程中的热量散失引起的质量变化,那么就是跟数学问题1+1=2。
它就是Q=500g+500g=1000g。如果是溶解过程的话,正常情况下,这斤盐放入水中,大概只会溶解180克,也就是3.6两,还剩下的6.4两盐将不能溶解,因为一斤水只能溶180克的盐,那么一斤水溶于一斤盐最后得到的盐水肯定就不是二斤了,而且还要考虑到一切温度高于绝对零度的物体都会对外散发热辐射,那么最后的水的质量就要比两斤少一些了。
还有就是化学反应的角度上来说,化学反应不是两种物质简单相加就能保持总量不变那么简单了,因为化学反应会产生新的物质,新的物质有的活泼,有的不活泼,有的看得见,有的看不见,那么到底是1+1=2,还是1+1大于或者小于2,可以说,这三种情况都可能出现。
一斤水溶于一斤盐到底有多重?这个问题说简单不简单说难不难,就看我们从哪个角度思考,1+1大于或者等于小于2都有可能。
5这个问题的答案取决于从哪一个角度来回答。
第一种情况,如果是考虑最后的总质量,用一斤水来溶一斤盐,最后不管得到的是什么,总质量都是两斤。因为中学化学告诉我们,质量是守恒的,物质是不灭的。组成最终物质的原子还是原来那么多,不会增加也不会减少。
第二种情况,如果是考虑最后所得溶液的质量,那么,结果将取决于是哪种盐。如果是食盐(氯化钠),在常温常压下,它在水中的溶解度为35.9g/100g。因此,一斤水只能溶解3.59两的食盐,所以最终得到的是饱和食盐水,总质量为1斤3.59两,还有6.41两的固态食盐没有溶解掉。
如果把盐换成硝酸银,在常温常压下,这种银盐在水中的溶解度可达220g/100g,远高于氯化钠。因此,一斤的水可以完全溶解一斤的硝酸银,最终得到的是两斤不饱和的硝酸银溶液。
第三种情况,根据狭义相对论的质能方程(E=mc^2),质量和能量并非真正意义上是守恒的,只有质能才是绝对守恒的。物体所蕴含的固有能量与其质量是等价的,质量在一定在条件下会转化为能量,比如核聚变反应,而能量反过来也会转化为质量,比如布莱特-惠勒过程。无论什么过程,质能总和始终维持不变。
对于大部分的盐,它们在溶于水的过程中会放出热量,以电磁波的形式辐射出去。由于体系的总能量下降,所以混合后的总质量其实会降低,小于两斤。另一方面,诸如氯化铵这样的盐溶于水时会吸热,这会导致混合后的总质量升高,大于两斤。
只是这种能量变化非常小,使得我们完全可以忽略质量的变化。事实上,即便是对于化学反应,也不需要考虑质能转换的问题。只有核裂变、核聚变和正反物质湮灭,才需要质能方程的介入。
6一斤水溶一斤盐,最后重量是二斤吗?
其实这就是一个一加一的问题,因为这问题只需简单理解即可!但既然放到了文章上来讨论,那么不妨在较真一下!如果将小数点精确到数十位的话,它的质量还真有些许变化!
中学化学知识告诉我们,化学反应前后质量守恒!这一点从18世纪中叶起就已经被确定了,而无数化学家经过难以计数的验证,都无法找到这个质量守恒之间是否存在漏洞!但事实上,时间到了二十世纪初,物理学家对微观世界的进一步认识,而且爱因斯坦也在前人的成果上继而推导出了质能方程,才得以让我们了解到一个全新的世界!因此从此时开始,化学反应并不是绝对的质量守恒,而只是相对的条件下保持守恒!
一、不再质量守恒的化学反应
无论是裂变聚变还是化学反应,一旦有能量释放与吸收,那么就会伴随着质量的改变,当然这在裂变与聚变时就有些难以理解,因为在反应先后,质子与中子数都没有改变,那么质量亏损来自哪里?
1、聚变的质量亏损来自哪里?其实大家都知道,聚变时质子与中子结合在一起的总质量总是小于它们独立时的质量,这个质量差异很小,大约只有0.7%的质量损失!这个质量减小来自与中子与质子内部的夸克作用力减少,表现出来的就是总质量减少!因为组成质子的轻夸克质量几乎可以忽略,但它们组成的质子却很重,这表明质量来自于夸克之间传递作用力的胶子!
2、化学变化时的质量差异来自哪里?化学变化并不会改变原子的属性,但却会改变核外电子的分布,我们知道核外电子的改变就一定会伴随这能量的的变化,继而导致质量发生变化,但化学反应能量本身并不大,因此通过质能方程计算出的质量变化就更小了!
二、那些会发生质量变化化学反应
了解了这个原理之后,我们再来讨论盐溶于水中得到多少质量的问题就迎刃而解了!
1、食盐溶解
食盐溶解不吸热也不放热,但食盐溶解于水后的钠离子会使水的分子热运动强度,因此它会改变溶液的冰点!但食盐在水中的溶解度是有限的,比如20℃,在100g水里最多只能溶解36gNaCl,也就是500g水中最多只能溶解180g食盐,最终获得680g饱和食盐水!另外320g食盐将会以结晶的方式存在水中,但两者总质量仍然是1千克!
2、硝酸铵溶解
硝酸铵是由铵根离子和硝酸根离子构成的一种化合物,也是盐的一种!它在溶解时候会吸收大量的热,而导致溶液冰冷,甚至还可以用来制作冷饮!但各位请勿仿效,在大家的印象中硝酸铵是一种化肥,但它更是一种爆炸物,因此做实验时必须要小心!
我们回到质量变化上来,因为硝酸铵溶解会吸收大量的热,因此真正的溶液会大于硝酸铵+水的总质量,但变化及其细微!
3,溶解放热
盐类溶解时大多吸热,比如铵盐中的氯化铵与硫酸铵等,带铵根的都吸热,而氢氧化钠,氢氧化钙,氢氧化钡这些碱在溶解时则放热,因此这在这个过程中,这些物质溶解后的总质量将小于原始质量!
其实有这样的问题也容易理解,搞清楚这个过程也是有必要的,凡事就怕较真!
7因为质量守恒定律,这个问题就简化为了1+1是否等于2的问题。如果在数学中1+1确实是等于2的,但是在某些领域就不行。把1斤的盐放进1斤的水中,在这我们不管它是以什么形式存在的,总重量就是2斤。
当然有的人考虑说1斤盐并不能全部都融于1斤水中,这个道理大多数人都知道,最终形成的就是食盐水和一些食盐晶体。在20摄氏度的温度下,NaCl的溶解度为36g。简单理解就是100g的水只能溶解36g的食盐,1斤(500g)的水能溶解180g的食盐。所以说1斤食盐?1斤水最终得到,680g的NaCl溶液和320g的NaCl晶体,总重量就是1000g(2斤)。
整个过程只是发生了扩散溶解,并没有发生化学反应。如果发生化学反应生成新的物质,如果是气体的话可能就会逸散出去,剩余的总质量减少。但食盐的溶解过程是完全的物理过程,没有新物质生成,没有发生化学反应。就是很简单的1+1=2的问题。
如果你就想较真一下,不想让1+1等于2,那么你就可以考虑一下爱因斯坦的质能方程。这里就涉及到了质能的守恒问题,主要在食盐加水的过程中放热或者吸热了,那么按照质能方程质量就该是减小或者变大了。当然了质能转换一般都不考虑,只有在核聚变和核裂变的时候才会应用,平常生活中的几乎涉及不到也不用考虑。个人一直很好奇类似于这样的问题是怎么提出来的?难道还有某些关键的隐藏点我没发现?疑惑…
8首先您的问题不清不楚,是得到溶液质量还是混合物总质量?如果是溶液,不可能。如果是混合后总质量,对的。唉为那些初中不好好读书的着急,溶解度学过没有,不是你放多少盐都能溶解,氯化钠的溶解度在0摄氏度时是35.7g,100摄氏度时是39.8g,即以100克水为标准,溶解的最大限度。所以不可能得到1+1=2的溶液。如果问的是得到总质量是对的。
9绿化纳加水分子,各一.500千克进行分解后,可能体重原形不变,因为它不是蒸汽和氧分子,也不是化学反应,应该值不变
10记得上中学时就讨论过这问题,结论是一斤盐融入一斤水后,重量不到二斤。
这个结论可不是随便得到的。我们一帮学生,集中好几次,跑到住校同学的宿舍里搞实验。有一次甚至惊动了化学老师,他是海南人,不会普通话,性格又活泼,跑来叽里呱啦一顿吼。后来我们把几次结果归整一下,跑去物理老师家里,七嘴八舌汇报一通。
物理老师是个老学究,说话慢条斯理,笑着听完。提示我们说,为什么一斤棉花感觉比一斤铁轻?你们再研究。
最后我们的结论得到老师们的认可,本课节作业都给了满分。
其实道理很简单。一斤盐溶于一斤水,盐的溶解度,也就是饱和浓度,常温下为36%,一斤水,在20℃条件下,最多可以溶解0.36斤盐。那么,还有0.64斤盐没有融化,还以固体形态存在水里。排出水分蒸发、盐分子挥发和变温因素,水和盐的体积因而发生了变化。就是这个变化影响了重量。
因为36%的盐融化水里后,体积减少,相应减少了空气对它的浮力。所以,一斤水融入一斤盐后,重量小于二斤。