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拉瓦锡对化学的另一个贡献便是从实验的角度验证并总结了化学反应中的质量守恒定律。早在拉瓦锡出生之时，多才多艺的俄国科学家罗蒙诺索夫就提出了质量守恒定律，他当时称之为“物质不灭定律”，其中含有更多的哲学意蕴。但由于“物质不灭定律”缺乏充足的实验根据，所以没有得到广泛的传播。
杜邦公司创始人杜邦（右）在拉瓦锡实验室当学徒
1777年，拉瓦锡在完成《燃烧概论》后又对金属的化学反应进行了很精确的定量研究。拉瓦锡在一个氧化汞合成与分解的实验中，将质量为 45份重的氧化汞加热分解后，恰恰得到质量为 41.5份重的金属汞和质量为 3.5 份重的氧。这样他便以精确的实验证明物质虽然在一系列化学反应中改变了状态，但参与化学反应的物质的总质量在反应之始和反应之终是相同的。也就是说，拉瓦锡用精确的实验证明了化学反应中的质量守恒定律。为了表明守恒的思想，拉瓦锡用等号而不是箭头来表示化学变化过程。例如，糖转变为酒精的发酵过程表示为等式：
葡萄糖=二氧化碳+酒精
这正是现代化学方程式的雏形。为了进一步阐明这种表达方式的深刻含义，拉瓦锡又提出，可将上述反应中参加发酵的物质和发酵后的生成物列成一个代数式，再假定方程式中的某一项是未知数，然后通过实验，算出它们的值。这样，就可以用计算来检验实验，再用实验来验证计算。
法国画家大卫的名作《拉瓦锡及夫人》
拉瓦锡在化学研究中的以量求质的研究方法，使化学研究从单纯研究物质性质发展到了一个更高的层次。化学定量实验既是拉瓦锡进行化学革命能够取得成功的一个重要因素，也是推进化学发展的一种重要的科学方法。