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第15讲质量守恒定律
一、选择题：本大题共15小题，共60分。
1.下列对质量守恒定律的理解错误的是（）
A. 质量守恒定律适用于化学反应
B. 质量守恒定律研究的内容仅是指“质量”，不能推广到其他物理量
C. 催化剂可以改变其他物质的化学反应速率，有催化剂参加的反应也遵守质量守恒定律
D. 蜡烛燃烧后质量减轻，不符合质量守恒定律
2.草酸钴（CoC2O4）用途广泛，可用于指示剂与催化剂的制备。CoC2O4在空气中焙烧生成Co2O3和CO2，若此过程中有空气中的气体参与反应，则该气体为（ ）
A. 氦气 B. 氧气 C. 氮气 D. 水蒸气
3.下列应用的原理(用化学方程式表示)及基本反应类型均正确的是( )
A. CO用于冶金工业：CuO＋COCu＋CO2置换反应
B. 用含Al(OH)3的药物中和过多的胃酸：Al(OH)3＋3HCl═AlCl3＋H2O　复分解反应
C. 加热高锰酸钾制取氧气：2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑　分解反应
D. 用红磷测定空气中氧气的含量：4P＋5O22P2O5　氧化反应
4.某学习小组用实验验证质量守恒定律，下列说法正确的是（）
A. 甲、乙、丙、丁实验，都可以验证质量守恒定律
B. 若乙实验中装置漏气，天平最后不平衡
C. 丙实验容器敞口，不能验证质量守恒定律
D. 丁实验生成物的质量等于参加反应的镁条质量
5.在一密闭的容器中，一定质量的硫与过量的氧气在点燃的条件下充分反应，容器内各相关量与时间（从反应开始计时）的对应关系正确的是（）
A. B. C. D.
6.诺贝尔化学奖得主德国化学家Gerhard Ertl对CO在催化剂Pt/Al2O3/Ba表面进行的研究，催生了汽车尾气净化装置。如图为该反应过程的模型，下列说法中不正确的是()
A. 该反应遵守质量守恒定律
B. CO2、NO2属于非金属氧化物
C. 该反应为置换反应
D. 该装置的最大贡献是将有毒气体处理为无污染气体
7.如图所示是某两种物质在催化剂作用下的微观反应示意图。下列说法正确的是（）
A. 反应物是氢气和二氧化碳
B. 该化学反应类型为置换反应
C. 反应前后氢元素的化合价保持不变
D. 反应前后分子和原子的种类以及数目都不发生改变
8.电子工业中常用氯化铁(FeCl3)溶液腐蚀铜板上不需要的铜，制作印刷电路板，反应的化学方程式为Cu＋2FeCl3═CuCl2＋2FeCl2。下列关于该反应的判断正确的是()
A. 属于化合反应
B. 参加反应的Cu、FeCl3质量之和等于生成的CuCl2、FeCl2质量之和
C. 反应后氯原子的数目增加
D. 反应后铜元素的化合价降低
9.我国发明的新型钛合金，为“奋斗者”号下潜万米海底、从事科考任务解决了材料难题。工业制取金属钛的主要反应式：①2FeTiO3+6C+7Cl22FeCl3+2TiCl4+6CO；②2Mg+TiCl42MgCl2+Ti。下列说法合理的是 （ ）
A. FeTiO3属于氧化物
B. 钛合金是一种金属单质
C. 反应②属于置换反应
D. TiCl4中钛元素和氯元素的质量比为96:71
10.向盛有10 g某Cu-Al合金样品的烧杯中加入100 g稀硫酸，恰好完全反应，反应结束后，测得烧杯内物质的总质量为109.4 g。则该合金样品中铜的质量分数是（）
A. 73% B. 54% C. 46% D. 27%
11.密闭容器中有氧气、X、水和二氧化碳4种物质，在一定条件下充分反应，测得反应前后各物质的质量如下表所示：
物质 O2 X H2O CO2
反应前质量/ g 76 16 4 3
反应后质量/ g 待测 0 40 47
下列说法正确的是( )
A. 表中待测的值为5 B. X由碳、氢、氧三种元素组成
C. 该反应中O2与CO2的分子个数比为2∶1 D. 反应生成的H2O与CO2的质量比为40∶47
12.查阅资料发现有某种物质可用于去除装修残留的甲醛(化学式为CH2O)，该反应过程的微观示意图如下。下列说法正确的是()
A. 物质甲为甲醛，其分子由碳原子和水分子构成
B. 该反应的化学方程式为CH2O＋O2CO2＋H2O
C. 该反应的生成物不会引起任何环境问题
D. 该反应消耗物质甲和生成物质丁的质量比为1∶1
13.一定条件下，在一密闭容器内发生某化学反应，并测得反应前后各物质的质量如图所示。下列说法正确的是( )
A. x的值为9 B. 该反应中氧气与水的质量变化之比为6∶5
C. W由碳、氢两种元素组成 D. W中碳、氢元素的质量比为3∶1
14.在一密闭容器中，有甲、乙、丙、丁四种物质，反应前各物质的质量关系如图刻度纸所示(例如：丙的质量为5 g，丁的质量为3 g)，充分反应后，在同一张刻度纸上再次记录各物质的质量变化：刻度线Ⅰ向左移动16格；刻度线Ⅱ向左移动8格；刻度线Ⅲ向左移动8格。下列说法正确的是 ( )
A. 该反应是化合反应 B. 丙一定是催化剂
C. 反应后丁的质量为8 g D. 反应生成的乙和丁的质量比为1∶1
15.当前，氨气（NH3）的能源化应用逐渐成为研究热点。工业上常用氮气和氢气合成氨气，一定条件下，在密闭容器中加入反应物和催化剂进行该反应，反应前后各物质的质量如图所示，图中有两处被墨迹遮盖。下列说法正确的是（ ）
A. 反应后催化剂的质量为8g
B. 参加反应的氢气质量为6g
C. 氨气分子的微观示意图为
D. 参加反应的氮气和生成的氨气分子个数比为4︰1
二、填空题：本大题共7小题，共42分。
16.2023世界氢能技术大会于5月22～26日在中国举行，大会聚焦双碳战略下全球氢能领域的最新研究成果。目前有科学家利用太阳能产生激光，再用激光使水分解得到氢气和氧气实现“制氢”；在“储氢”领域，可以将二氧化碳和氢气在一定条件下反应生成甲烷和水，实现二氧化碳的再利用和“储氢”。回答下列问题：
（1）上述“制氢”过程中用激光使水分解的反应，属于基本反应类型中的 。
（2）上述“储氢”过程中发生反应的化学方程式为 。
17.科学观念的建立需要经历曲折的探索。在很长一段时间内，人们曾认为水是组成世间万物的一种元素。
（1）1781年，卡文迪许用纯氧与氢气反应，生成水。推测水应该由 种元素组成，从“合成”的角度，证明了“水不是单一元素”。
（2）1800年，卡莱尔和尼科尔森通过电解的方式将水分解为氢气和氧气，该反应的化学方程式为 ，从“分解”的角度，证明了“水不是单一元素”。
18.翟志刚、王亚平和叶光富三位航天员在中国空间站展示了“水中泡腾片”等太空实验。泡腾片的主要成分为柠檬酸(C6H8O7)和碳酸氢钠(NaHCO3)，泡腾片溶于水时，碳酸氢钠与柠檬酸恰好完全反应，化学方程式为 。
(1)上述化学方程式中缺少的“NaHCO3”前的化学计量数是 。
(2)已知每片泡腾片的质量为5 g，溶于水完全反应后产生1.32 g CO2，求泡腾片中柠檬酸的质量分数 。
19.1828年维勒通过加热氰酸铵得到了尿素[化学式为CO(NH2)2]。尿素是第一种在生物体外合成的有机物，目前工艺有很大改进。某合成尿素的反应微观示意图如图所示。
（1）尿素属于氮肥、磷肥、钾肥中的 。
（2）该反应的化学方程式为 。
（3）下列关于该反应的说法正确的是 （填字母）。
A．原子种类不变 B．原子数目改变 C．属于化合反应
20.二氧化碳的资源化利用是实现碳减排的重要途径。以下是一种实现二氧化碳转化为重要原料二甲醚(C2H6O)的途径：
(1)转化①是二氧化碳与一种常见单质反应生成甲醇和水，这种单质的化学式为 。
(2)转化②是甲醇在一定条件下发生分解反应生成二甲醚和水，写出反应的化学方程式： 。
21.1783年，拉瓦锡利用如图所示装置探究水的组成：往A杯中滴加少量的水，水通过灼热的铁管时发生汽化，水蒸气与灼热的铁反应，生成了一种黑色固体（Fe3O4）和“可燃空气”，将气体通过放在冷水中的铜管，在B装置中收集到纯净的“可燃空气”。最终，拉瓦锡证明了水是由两种元素组成的。
（1）将气体通过放在冷水中的铜管，目的是除去 。
（2）将B装置收集到的“可燃空气”在氧气中点燃，生成了水。可燃空气的名称是 。
（3）若该实验中生成的黑色固体质量为m1，“可燃空气”的质量为m2，“可燃空气”完全燃烧生成水的质量为m3，如果水是由“氧元素”和“可燃空气元素”组成的，则m1、m2、m3三者应满足的关系是 。
22.在研究“酸与碱之间发生的反应”过程中，取一洁净的锥形瓶，往其中加入25 g氢氧化钠溶液，然后逐滴滴入质量分数为7.3%的稀盐酸。
(1)为了获取酸能与碱反应的证据，滴加稀盐酸前，锥形瓶中还需加入的是 。
(2)酸与碱之间反应的实质是 。
(3)滴加稀盐酸至恰好完全反应，锥形瓶及溶液总质量随加入稀盐酸质量的变化关系如图所示。
①a的值是 。
②求反应后溶液中溶质的质量分数 。
三、实验探究题：本大题共3小题，共24分。
23.兴趣小组进行“质量守恒定律”的验证实验。
（1）兴趣小组同学利用甲装置进行实验，先将装有盐酸和碳酸钠粉末的烧杯置于左盘，调节天平平衡，随后取下烧杯小心地倾斜使盐酸与碳酸钠混合反应，再将烧杯放回到天平的左盘，发现天平无法再次保持平衡。天平无法再次保持平衡的原因是 。
（2）若对甲装置中的试剂进行更换就可以进行验证实验，则下列试剂组合中，符合实验要求的是 （填字母）。
A．蔗糖与水
B．硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液
C．氯化钠溶液与硝酸银溶液
（3）同学们对实验装置进行改进，并设计了图乙、图丙两套装置进行该验证实验，你认为哪一套装置更合理？并说明理由。 。
24.质量守恒定律是一条重要的规律，请利用该规律的相关知识回答下列问题。
（1）化学反应前后肯定没有变化的是 （填字母）。
①原子数目 ②分子数目 ③元素种类
④物质种类 ⑤原子种类 ⑥物质的总质量
A．①④⑥ B．①③⑤⑥ C．①②⑥ D．②③⑤
（2）镁条在纯氧中完全燃烧后生成氧化镁，燃烧现象如图乙所示。若固体质量变化如图甲所示，则m2-m1表示 的质量。
（3）若用足量镁粉进行如图丙所示实验（粗测空气中氧气体积分数），实验结果明显偏大，请写出最主要原因： 。
25.某同学为了测定由两种元素形成的气态化合物X的组成，做了如图所示的实验。他把气体X由注射器A缓慢送入装有CuO的B管，使之恰好完全反应，得到如下结果（不考虑装置中的空气）：
①实验前B管及药品的质量为21.32g，实验后为21.16g。
②C管收集到的液体物质经电解后可以得到H2和O2。
③在D中收集到约为0.14g的N2。
根据上述实验结果分析，回答下列问题：
（1）B管反应前后减小了0.16g，这是 的质量，B管中的实验现象为 。
（2）C中收集到的液体名称及质量分别是 。
（3）组成气态化合物X的各元素的质量比约为 。
四、分析计算题：本大题共2小题，共16分。
26.已知石灰石样品中含有少量杂质，且杂质不与酸反应。某同学为测定石灰石样品中碳酸钙的含量，利用图甲所示装置进行实验：①称取样品12g加入锥形瓶中，塞紧瓶塞，从左侧持续缓慢鼓入空气；②一段时间后打开分液漏斗活塞，缓慢注入足量的稀盐酸，并开始计时；③待装置D总质量不再增加时停止鼓入空气。实验过程中测得装置D增加的质量随时间变化的图像如图乙所示。

（1）计算该样品中碳酸钙的质量分数（计算结果精确到0.1％）。
（2）下列情况中，会导致测得的碳酸钙质量分数偏大的是________（填序号）。
①去掉装置A，将空气直接鼓入装置B
②去掉装置C，将装置B与D直接相连
③当气泡停止产生时立即停止鼓入空气
④将稀盐酸快速注入锥形瓶中与样品反应
27.如图所示，小舟制作了一个简易泡沫灭火器，为增加泡沫量，添加少量不参与反应的发泡剂。
（1）使用灭火器时，只需将装置倒置，浓盐酸与碳酸钠反应后喷出大量含有CO2的泡沫，当泡沫“粘附”在燃烧物表面后，起到隔绝________作用，即可灭火。选用CO2作为灭火气体是因为该气体具有的性质是________________________。
（2）制作成本也是需要考虑的重要指标。将含有10.6g溶质的饱和碳酸钠溶液装入吸滤瓶，理论上需要质量分数为36.5％的浓盐酸多少克，才能恰好完全反应。（已知：Na2CO3＋2HCl＝2NaCl＋H2O＋CO2↑）
五、解答题：本大题共1小题，共10分。
28.(本小题10分)
材料一：1673年，玻义耳曾经做过一个实验：在密闭的曲颈瓶中加热金属时，得到了金属灰，冷却后打开容器，称量金属灰的质量，发现与原来金属相比质量增加了。
材料二：1703年，施塔尔提出“燃素学说”，其主要观点有：①燃素是组成物体的一种成分，一般条件下被禁锢在可燃物中；②燃素在可燃物燃烧时会分离出来，且燃素可穿透一切物质。
材料三：1756年，罗蒙诺索夫重做了玻义耳的实验。他将金属铅装入容器后密封、称量。然后把容器放到火上加热，银白色的金属变成了灰黄色，待容器冷却后再次称量，发现容器的总质量没有发生变化。罗蒙诺索夫对此的解释是“容器里原来有一定量的空气，且容器中的空气质量减少多少，金属灰的质量就比金属增加多少，在化学变化中物质的质量是守恒的。”后来，拉瓦锡等科学家经过大量的定量实验，推翻了“燃素学说”，质量守恒定律得到公认。
（1）由“燃素学说”可知，物质燃烧后质量应该减少。请根据所学知识写出一个可以推翻“燃素学说”的事实： 。
（2）罗蒙诺索夫重做了玻义耳的实验是基于金属加热后，增加的质量并非来自燃素而是来自 的假设。
（3）对比材料一和材料三，玻义耳错过了发现质量守恒定律的一个重要原因是 。
（4）质量守恒定律的发现过程，给我们的启示是 （填字母）。
A．分析问题应该全面、严谨
B．实验的成功与否，完全取决于药品的选择
C．定量方法是科学研究的重要方法
D．科学研究既要尊重事实，也要勇于创新
答案和解析
1.【答案】D
【解析】略
2.【答案】B
【解析】略
3.【答案】C
【解析】略
4.【答案】B
【解析】略
5.【答案】A
【解析】略
6.【答案】C
【解析】略
7.【答案】A
【解析】略
8.【答案】B
【解析】【分析】
略
【解答】
略
9.【答案】C
【解析】略
10.【答案】C
【解析】略
11.【答案】C
【解析】略
12.【答案】B
【解析】略
13.【答案】D
【解析】略
14.【答案】D
【解析】略
15.【答案】B
【解析】略
16.【答案】分解反应
【解析】略
17.【答案】两
【解析】略
18.【答案】aHCO3＋C6H8O7═══Na3C6H5O7＋3H2O＋3CO2↑；3；38.4%
【解析】略
19.【答案】氮肥
A
【解析】略
20.【答案】H2；2CH4OC2H6O＋H2O
【解析】略
21.【答案】水蒸气
氢气
【解析】略
22.【答案】(1)无色酚酞试液或紫色石蕊试液(指示剂)
(2)氢离子与氢氧根离子结合生成水分子
(3)①20
②解：设生成氯化钠的质量为x。
NaOH＋HCl═══NaCl＋H2O
36.5 58.5
20 g×7.3% x
＝　x＝2.34 g
反应后溶液的质量m＝25 g＋20 g＝45 g
溶质(氯化钠)的质量分数为×100%＝5.2%
答：反应后溶液中溶质的质量分数为5.2%。
【解析】略
23.【答案】反应产生的二氧化碳逸出，总质量减小
BC
丙更合理，乙中产生气体使气球膨胀，气球受到浮力的作用，影响实验结果的准确性。而丙装置产生的二氧化碳能被氢氧化钠吸收
【解析】略
24.【答案】B
参加反应的氧气（或氧元素）
镁的化学性质活泼，不仅能与氧气反应，也可能与氮气及其他气体反应，瓶中气压下降较大
【解析】略
25.【答案】氧化铜中氧元素
黑色固体逐渐变成红色
水，0.18g
N︰H＝7︰1
【解析】略
26.【答案】（1）设样品中碳酸钙的质量为x。
CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋H2O＋CO2↑
100 44
x 4.4g
，解得 x＝10g。
样品中碳酸钙的质量分数为。
（2）①②
【解析】略
27.【答案】（1）氧气（或空气）不能燃烧也不支持燃烧
（2）设恰好反应完10.6g碳酸钠所需HCl的质量为x，
Na2CO3＋2HCl＝2NaCl＋H2O＋CO2↑
106 73
10.6g x
，解得 x＝7.3g，
理论上需要质量分数为36.5％的浓盐酸质量为。
【解析】略
28.【答案】铁丝在氧气中燃烧后质量会增加（合理即可）
空气
打开容器前没有称量容器的总质量
ACD
【解析】略
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