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第五单元　定量研究化学反应 整合提升
考点一　质量守恒定律及其应用
1. (2024·扬州仪征二模)18世纪末,法国科学家拉瓦锡为探究水的组成,让水蒸气通过一根红热的铁管,发生反应的化学方程式为3Fe+4H2O(气)Fe3O4+4X,下列说法不正确的是 (　　)
A. X的化学式是H2 B. 参加反应的Fe和H2O的质量比为3∶4
C. 反应后固体的质量增大 D. 该实验证明了“水不是单一元素物质”
2. (2024·滨州)密闭容器内有甲、乙、丙、丁四种物质,在一定条件下发生某一化学反应,反应前后各物质质量如图所示。下列说法不正确的是 (　　)
A. 该反应遵循质量守恒定律
B. 丙可能为该反应的催化剂
C. 反应前后乙和丁的质量变化之比为3∶2
D. 甲和丁的相对分子质量之比为1∶2
考点二　质量守恒定律的探究
3. (2023·吉林)化学兴趣小组的同学用气密性良好的不同装置进行如图所示的三个实验,验证质量守恒定律。(已知:碳酸钠的化学性质与碳酸钙相似)
(1) 实验一:开始实验前称得装置和试剂的总质量为m1且保持装置密闭;使红磷燃烧,待装置冷却后,称得装置和试剂的总质量为m2。m1与m2的大小关系是m1　　　　(填“>”“<”或“=”)m2。
(2) 实验二:将气球中的碳酸钠粉末倒入锥形瓶中,观察到的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3) 为克服实验二中受到的气球浮力的影响,在实验三中利用硬塑料瓶改进实验装置,用电子天平称量装置和试剂的总质量,接下来的实验操作是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,待反应结束后,再次称量装置和试剂的总质量,电子天平示数不变。
(4) 化学反应遵循质量守恒定律,其微观原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
考点三　化学方程式的意义及书写
4. (2023·天津)在反应C+2ZnO2Zn+CO2↑中,下列有关说法正确的是 (　　)
A. 反应前后各元素的化合价均无变化 B. 反应前后锌元素的质量没有发生改变
C. 参加反应的碳与氧化锌的质量比为4∶27 D. 反应后固体总质量减小,不遵循质量守恒定律
5. 写出下列化学方程式。
(1) “打铁花”就是将生铁熔化后的铁水打向空中,形成铁花。请用化学方程式表示其中的主要原理:　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2) 镁在空气中燃烧产生明亮的光,可用于制作烟花或照明弹。请写出镁在空气(氧气)中反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3) 硫酸铜溶液滴入氢氧化钠溶液中生成氢氧化铜沉淀和硫酸钠溶液:　　　　　　　　　　　　　　　　。
第6题
6. “三效催化转化器”可将汽车尾气中的有毒气体处理为无毒气体,该反应的微观示意图如图所示。请回答:
(1) 1个A分子中含有　　　　个原子。
(2) A分子、B分子、C分子的相同点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3) 反应物和生成物中,属于化合物的是　　　　(填字母)。
(4) 写出该反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5) 反应中B和D的质量变化比为　　　　(填最简整数比)。
考点四　根据化学方程式进行计算
7. (2023·宿迁)我们的祖先很早就掌握了炼铜的工艺,他们将孔雀石[主要成分是Cu2(OH)2CO3]和木炭一起加热得到了红色的铜。兴趣小组同学为测定某孔雀石中Cu2(OH)2CO3的质量分数,进行如下实验:称取25g孔雀石样品,粉碎后放入烧杯,向其中加入200g稀硫酸(稀硫酸过量),充分反应后称量,烧杯内物质的总质量为220.6g。(假设杂质都不与稀硫酸发生反应)
(1) Cu2(OH)2CO3+2H2SO42CuSO4+CO2↑+3　　　　。
(2) 生成气体的质量是　　　　。
(3) 求该孔雀石中Cu2(OH)2CO3的质量分数。(写出计算过程)
8. 某工厂排放的废水中含有亚硫酸钠(Na2SO3),未经处理就排放会造成污染。化学兴趣小组的同学对废水处理设计了如图所示的实验方案。试计算:(已知Na2SO3+CaCl2CaSO3↓+2NaCl;氯化钙不与废水中的其他杂质反应)
(1) 反应完后生成亚硫酸钙沉淀的质量为　　　　g。
(2) 废水中亚硫酸钠的质量分数。(写出计算过程)
第8题
9. 氨气(NH3)在一定条件下能与氧气发生反应,反应的生成物不可能是 (　　)
A. N2、H2O B. NO、H2O C. NO2、H2O D. SO2、H2O
10. (2024·宿迁沭阳一模)过氧乙酸是常用的消毒杀菌剂,化学式为C2H4O3。制备过氧乙酸过程发生反应的微观示意图如图所示,下列说法不正确的是 (　　)
A. 该反应说明原子在化学反应中不可再分 B. 物质乙和物质丁中氧元素的化合价相同
C. 四种物质中,氢元素的质量分数最大的是丁 D. 参加反应的物质甲、乙分子个数比为1∶1
11. 物质X在5g氧气中充分燃烧,反应的化学方程式为X+3O2RO2+2SO2(R为某种未知元素),测得RO2和SO2的质量分别为2.2g和6.4g。下列判断正确的是 (　　)
A. RO2中R的化合价为+2 B. X中含有R、S、O三种元素
C. 参加反应的X的质量为3.6g D. 反应后的混合物中有三种物质
12. 化学兴趣小组同学为验证质量守恒定律,做了镁条在空气中燃烧的实验(如图甲)。
(1) 镁条与氧气在点燃的条件下生成氧化镁,理论上得到的生成物的质量　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)镁条的质量;经分析可知出现这一结果的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2) 兴趣小组同学按图乙装置改进实验后,验证了质量守恒定律,同时发现燃烧产物中有少量黄色固体。
【提出问题】 黄色固体是什么
【查阅资料】 ① 氧化镁为白色固体,常温下与水不反应。② 镁能与氮气反应生成黄色的氮化镁(Mg3N2)固体。③ 氮化镁可与水剧烈反应产生氨气,该气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
【作出猜想】 黄色固体为Mg3N2。
【进行实验】 同学们通过实验对猜想进行了验证,请你将实验记录表补充完整。
实验操作 实验现象 结　论
将镁粉燃烧的产物放在一支试管中,加入少量的蒸馏水,微热,然后将湿润的红色石蕊试纸放在试管口,观察现象 闻到刺激性气味, 　 　 黄色固体为氮化镁
【反思与交流】
① 空气中氮气的含量远大于氧气的含量,而镁条在空气中燃烧生成的氧化镁却远多于氮化镁,是因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
② 镁条　　　　(填“能”或“不能”)替代红磷做测定空气中氧气含量的实验,理由是　　　　　　　　　　　　　　。
13. 某化学实验小组利用31.6g高锰酸钾制取氧气,固体质量变化如图。
第13题
(1) A点时对应的固体成分为　　　　　　　　　　　　(填物质化学式)。
(2) 求B点时生成氧气的质量。(写出计算过程)
14. 某化学兴趣小组的同学为测定假黄金(含铜和锌两种物质)中锌的质量,取20g假黄金置于烧杯中,再取120g稀盐酸,分6次加入,充分反应,实验数据记录如表。请回答:(已知:铜与稀盐酸不反应,Zn+2HClZnCl2+H2↑)
实验次序 1 2 3 4 5 6
加入稀盐酸的质量/g 20 20 20 20 20 20
剩余固体的质量/g 18.7 17.4 m 14.8 13.5 13.5
(1) 表中m=　　　　。
(2) 假黄金中锌的质量是　　　　g。
(3) 所用稀盐酸中溶质的质量分数是多少 (写出计算过程)
跨学科实践活动3　基于绿色化学探究实验室制氧气的原理
1. 如图Ⅰ所示四种途径都可以得到氧气。
(1) 写出实验室通过丙途径制取氧气的化学方程式:　。
(2) 如图Ⅱ为制取某些气体的装置图,用图Ⅰ中的乙途径制取氧气,可选用的装置是　　　　(填字母)。
(3) 工业上制氧气利用的是如图Ⅰ中的丁途径,其原理是　。
(4) 图Ⅲ为收集气体的装置,若要收集干燥的氧气,应从导管　　　　(填“a”或“b”,下同)通入氧气;若要收集较纯净的氧气,应将装置装满水,且从导管　　　　通入氧气。
(5) “绿色化学”是21世纪化学科学发展的重要方向之一,你认为在中学化学实验室中,图Ⅰ中的甲、乙、丙三种制取氧气的途径中,　　　　(填“甲”“乙”或“丙”)途径更能体现化学实验的绿色化追求。
第五单元整合提升
1. B
2. D　解析:对甲、乙、丙、丁四种物质的质量在反应前后的变化分析如下:
物　质 甲 乙 丙 丁
反应前质量/g 8 20 6 8
反应后质量/g 12 8 6 16
质量变化 增加4g 减少12g 不变 增加8g
化学反应均遵循质量守恒定律,A正确。分析反应前后四种物质的质量变化,丙物质的质量在反应前后不变,可能是该反应的催化剂,也可能是与反应无关的物质,B正确。反应前后乙、丁两种物质的质量变化之比为12g∶8g=3∶2,C正确。 以上分析只能得到反应生成的甲、丁的质量之比,若要计算两种物质的相对分子质量之比,还需要知道两种物质的化学计量数之比,D错误。故本题选D。
3. (1) =　(2) 有气泡产生,气球膨胀,电子天平的示数减小　(3) 翻转硬塑料瓶,使稀盐酸和碳酸钠粉末充分接触　(4) 化学反应前后,原子种类、个数和质量都不变　4. B　5. (1) 3Fe+2O2Fe3O4　(2) 2Mg+O22MgO　(3) CuSO4+2NaOHCu(OH)2↓+Na2SO4　6. (1) 3　(2) 都含有氧原子(合理答案均可)　(3) ABC　(4) 2NO2+4CO4CO2+N2　(5) 4∶1
7. (1) H2O　(2) 4.4g　(3) 解:设该孔雀石中Cu2(OH)2CO3的质量为x。
+2H2SO42CuSO4+↑+3H2O
=　x=22.2g
该孔雀石中Cu2(OH)2CO3的质量分数为×100%=88.8%。
答:该孔雀石中Cu2(OH)2CO3的质量分数为88.8%。
解析:(1) 由反应的化学方程式可知,反应物中Cu、O、H、C、S的原子个数分别为2、13、6、1、2,生成物中已知的Cu、O、C、S的原子个数分别为2、10、1、2,根据化学反应前后各原子种类和数目不变、未知物的化学计量数为3可知,1个未知物分子由2个氢原子和1个氧原子构成,即未知物的化学式为H2O。(2) 根据质量守恒定律可知,生成气体的质量为25g+200g-220.6g=4.4g。
8. (1) 6　(2) 解:设50g废水中亚硫酸钠的质量为x。
+CaCl2↓+2NaCl
=　x=6.3g
废水中亚硫酸钠的质量分数为×100%=12.6%。
答:废水中亚硫酸钠的质量分数为12.6%。
9. D　10. B
11. D　解析:氧元素在化合物中通常显-2价,设RO2中R的化合价为x,根据化合物中各元素正负化合价的代数和为零,可得x+(-2)×2=0,x=+4,A错误。设RO2的化学式量为m,参加反应的氧气的质量为n。
X++
=　m=44
=　n=4.8g
RO2中氧元素的质量为2.2g×=1.6g;SO2中氧元素的质量为6.4g×=3.2g,生成物中氧元素的质量为1.6g+3.2g=4.8g,等于参加反应的氧气的质量,根据质量守恒定律,X中含有R、S,不含O,B错误。根据质量守恒定律可知,参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和,故参加反应的X的质量为2.2g+6.4g-4.8g=3.8g,C错误。由以上分析可知,5g氧气消耗了4.8g,故氧气有剩余,则反应后的混合物中有RO2和SO2以及剩余的氧气三种物质,D正确。故本题选D。
12. (1) 大于　生成物质量中多了参加反应的氧气的质量(合理答案均可)　(2) 【进行实验】 湿润的红色石蕊试纸变成蓝色　【反思与交流】 ① 氧气的化学性质比氮气活泼　② 不能　镁条不仅能和氧气反应,还能和氮气反应
13. (1) KMnO4、K2MnO4、MnO2　(2) 解:由图示可知,B点后固体质量不再变化,说明B点时31.6g高锰酸钾完全反应;设B点时生成氧气的质量为x。
K2MnO4+MnO2+↑
=　x=3.2g
答:B点时生成氧气的质量为3.2g。
解析:(1) 高锰酸钾在加热条件下分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气,由图示可知,A点时高锰酸钾未完全反应,此时固体成分是未反应完的高锰酸钾和生成的锰酸钾、二氧化锰,其化学式分别为KMnO4、K2MnO4、MnO2。
14. (1) 16.1　(2) 6.5　(3) 解:设所用稀盐酸中溶质的质量分数为x。
+ZnCl2+H2↑
=　x=7.3%
答:所用稀盐酸中溶质的质量分数为7.3%。
解析:(1) 由表中数据可知,第1次加入20g稀盐酸,剩余固体的质量为18.7g,消耗锌的质量为20g-18.7g=1.3g,第2次加入20g稀盐酸,消耗锌的总质量为20g-17.4g=2.6g,第4次加入20g稀盐酸,消耗锌的总质量为20g-14.8g=5.2g,故每加入20g稀盐酸,消耗1.3g锌,所以m=20-1.3×3=16.1。(2) 最后剩余固体的质量为假黄金中铜的质量,故假黄金中锌的质量为20g-13.5g=6.5g。
【跨学科实践活动3】 1. (1) 2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑　(2) AD (或AE)　(3) 空气中氧气和氮气的沸点不同　(4) a　b　(5) 甲

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