内容正文:
第五单元 化学反应的定量关系
01考情透视·目标导航
02知识导图·思维引航
03知识建构·考法探究
考点一 质量守恒定律
考点突破
题型精研
►考向01 质量守恒定律的理解
►考向02 质量守恒定律的验证
►考向03 微观示意图
►考向04 质量守恒定律的应用
考点二 化学方程式
考点突破
题型精研
►考向01 化学方程式的书写和配平
►考向02 化学反应类型的判断
考点三 根据化学方程式的计算
考点突破
题型精研
►考向01 根据化学方程式计算的步骤
►考向02 根据化学方程式计算的类型
04分层训练·巩固提升
基础巩固
能力提升
跨学科实践活动 基于特定需求设计和制作简易供氧器
考点要求
课标要求
命题预测
质量守恒定律
· 理解质量守恒定律内容,能用质量守恒定律解决实际问题。
质量守恒定律内容、化学方程式定义及化学方程式的意义考点常以选择题的形式进行考查,考查的命题点有:对质量守恒定律内容的理解、质量守恒定律的验证、质量守恒定律应用、化学方程式的意义、读法、化学方程式的正误判断等,常结合生活中的应用、化学实验,多以文字或图片结合的形式呈现。
根据化学方程式简单计算考点通常以计算题的形式进行考查。
化学方程式
· 了解化学方程式定义,掌握化学方程式的意义,能正确书写化学方程式。
根据化学方程式的计算
· 理解化学方程式的质量方面意义,掌握化学方程式的计算步骤,能利用化学方程式进行简单的计算。
考点一 质量守恒定律
1.内容
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,这个规律叫做质量守恒定律。
①“化学反应”是前提。任何化学变化都遵循质量守恒定律。
②“参加反应”是基础。只计算“参加反应”的各物质的质量总和。
③“质量总和”是核心。质量总和包括参加反应的物质的质量和反应后生成的物质的质量。如沉淀、肉眼看不见的气体也应考虑。
④“质量守恒”是目的。定律只适用于质量守恒,不包括体积守恒、分子数守恒等。
2.利用原子、分子知识解释质量守恒的原因
(1)化学反应的实质
化学反应的过程,就是参加反应的各物质(反应物)的原子重新组合而生成其他物质(生成物)的过程。由分子构成的物质在化学反应中的变化过程可表示为:
分子原子新分子新物质
(2)质量守恒的原因
①宏观上:化学反应前后元素的种类没有改变,元素的质量也不变,所以反应前后物质的质量总和必然相等。
②微观上:在化学反应中,反应前后原子的种类没有改变,数目没有增减,原子本身的质量也没有改变。所以,化学反应前后物质的质量总和必然相等。
3. 化学变化中的“变”和“不变”
4.质量守恒定律的验证
(1)反应:必须发生化学反应。
(2)装置:如有气体参加或生成,则必须在密闭容器中进行。
5.质量守恒定律的应用
(1)推断反应物或生成物的化学式(依据:反应前后原子种类、数目不变)。
(2)确定物质的元素组成(依据:反应前后元素种类不变)。
(3)解释化学反应前后物质的质量变化及用质量差确定某一物质的质量(依据:参加反应的各物质的质量总和等于反应生成的各物质的质量总和)。
(4)进行各物质间量的计算(依据:反应物的总质量和生成物的总质量不变)。
(5)对微观反应示意图的分析、判断。
(6)处理表格数据。
(1)质量守恒定律应用于化学变化,不能应用于物理变化。
(2)质量守恒定律说的是“质量守恒”而 不是其他方面的守恒。
(3)化学反应中,各反应物之间要按一定的质量比相互作用,因此参加反应的各物质的质量总和不是任意比例的反应物质量的简单加和。
(4)不参加反应的物质质量及不是生成物的物质质量不能计入“总和”中。身没有变化,变化的是粒子之间的间隔。
考向01 质量守恒定律的理解
【例1】(2022·湖南株洲)(多选)除了元素种类、原子种类不变外,化学反应前后肯定没有变化的还有( )
A.原子数目 B.分子数目
C.物质种类 D.物质的总质量
举一反三1.我国科学家寻找到新型催化剂,使低温工业产氢取得突破,反应过程图示如图。相关说法正确的是( )
A.反应前后原子种类发生变化
B.反应前后分子种类没有发生变化
C.反应前后催化剂化学性质发生改变
D.有利于氢能源的推广
2.通过化学变化不可能实现的是
A.由分子生成新的分子 B.由离子生成新的离子
C.由原子生成新的原子 D.由物质生成新的物质
考向02 质量守恒定律的验证
【例2】(2024·湖南省卷)质量守恒定律探究实验中,涉及到的部分实验操作如下,其中安全、规范的是
A.点燃酒精灯 B.倾倒液体
C.加铁钉 D.称量
举一反三
1.(2024·湖南益阳沅江二模)下列实验设计与对应的实验目的表述不一致的是
A.比较火焰各层温度高低
B.检验收集到的氢气纯度如何
C.检验氧气是否已经收集满
D.观察反应前后容器中质量变化
2.质量守恒定律是自然界最基本的规律之一、下列装置及实验(天平未画出)能用来验证质量守恒定律的是( )
A. B.
C. D.
考向03 微观示意图
【例3】(2023·湖南株洲)下图是某反应前后的微观示意图,下列说法正确的是( )
A.反应物中只有 是化合物 B.反应前后共有4种分子
C.该反应属于置换反应 D. 分子由一个碳元素和两个氧元素组成
举一反三
1.(2023·湖南衡阳)清华大学的研究人员成功研制出一种纳米纤维催化剂,可将二氧化碳转化为甲醇,该反应的微观示意图如下所示。下列说法错误的是( )
A.甲、乙、丙、丁都属于化合物
B.反应前后原子的种类不变
C.反应生成的丙和丁的质量比为16∶9
D.参加反应的甲和乙的分子个数比为1∶3
2.(2024·湖南永州二模)汽车尾气催化处理装置可将尾气中的有毒气体进行转化,其中发生的某化学反应的物质种类变化示意图如下所示(未配平)。下列关于该反应的叙述中,正确的是
A.反应的产物均为无毒物质
B.反应物和生成物中都有氮元素的氧化物
C.反应前后,所有元素的化合价均发生改变
D.反应前后,原子和分子的数目均保持不变
考向04 质量守恒定律的应用
【例4】(2023·湖南衡阳)实验后试管中残留的硫,常用热的NaOH溶液清洗,发生了如下反应:,则X的化学式为( )
A. B. C. D.
举一反三
1.(2023年湖南郴州中考)一定条件下,在密闭容器中发生某化学反应,测得反应过程中各物质的质量数据如下表:
物质
甲
乙
丙
丁
反应前的质量/g
10
16
0
2
反应中的质量/g
7
8
a
2
反应后的质量/g
b
0
22
c
下列选项正确的是
A.a=11 B.丁一定是催化剂
C.该反应为分解反应 D.b=3
2.(2024·湖南怀化二模)化学反应方程式是解决宏、微、符三重表征的重要化学用语,根据化学方程式中元素守恒、原子守恒原则,分析中X的化学式为
A.N2 B.N2O C.NO D.NO2
3.(2024·湖南永州李达中学二模)宋代画家王希孟创造性地用炭黑、孔雀石、蓝铜矿等矿物颜料绘制《千里江山图》。
(1)炭黑是由碳元素组成,碳的元素符号是 。
(2)蓝铜矿主要成分为,其中Cu为+2价,则x= 。
(3)孔雀石(主要成分为)受热生成三种氧化物,其中两种是空气的成分,写出其中一种物质的化学式 。
考点二 化学方程式
1.概念
用化学式来表示化学反应的式子,叫做化学方程式。
2.意义和读法
意义(以2H2+O22H2O为例)
读法
质的方面
表示反应物、生成物和反应条件
反应物是氢气和氧气,生成物是水,反应条件是点燃
氢气和氧气在点燃的条件下反应生成水
量的方面
表示反应物、生成物之间的质量化
4∶32∶36
每4份质量的氢气与32份质量的氧气在点燃的条件下反应,生成36份质量的水
表示反应物、生成物之间的粒子个数比
2∶1∶2
每2个氢分子和1个氧分子在点燃的条件下反应生成2个水分子
3. 书写
(1)书写原则:
①以客观事实为依据,不能臆造事实上不存在的物质和化学反应。
②遵守质量守恒定律,即等号两边各种原子的数目必须相等。对于书写化学方程式就是配平,但不能改变物质的化学式。
(2)书写步骤
(1)写:根据事实写出反应物和生成物的化学式,中间用短横线相连。 P+O2—— P2O5
(2)配:配平化学方程式,并检验(就是等号两边各种原子的数目必须相等) 4P+5O2—— 2P2O5
(3)等:将短横线写成“===” 4P+5O2=== 2P2O5
(4)标:标明反应发生条件以及生成物状态“↑”或“↓” 4P+5O22P2O5
(5)查:检查化学式是否写错,化学方程式是否配平,条件和物质状态标注是否标了,标了是否恰当。
书写化学方程式注意点
1.是否符合客观事实
2.是否滥用“↑”或“↓”等符号
3.是否配平化学方程式
4.是否错写或漏写反应条件
5.不能更改化学式中下标的数字
考向01 化学方程式的书写和配平
【例1】(2023·湖南怀化)下列变化的化学方程式书写不正确的是( )
A.红磷在空气中燃烧:
B.碳酸分解:
C.铁和稀硫酸反应:
D.硫酸钠溶液与氯化铜溶液混合:+=BaSO4↓+2NaCl
【例2】(2023·湖南益阳)下列对应的化学方程式书写正确的是( )
A.硫在氧气中燃烧:
B.用稀盐酸除去铁锈:
C.比较Cu和Ag的活泼性:
D.向呼出的气体样品中滴入澄清石灰水,振荡:
举一反三
1.(2024·湖南怀化二模)回答下列问题:
(1)澄清石灰水久置空气中,有一层白膜出现,反应原理: ;
(2)固体要密封保存,其在空气中变质的反应原理为 。
2.(2022·湖南长沙)请写出下列反应的化学方程式。
(1)木炭(主要成分是C)在氧气中充分燃烧_______________________________。
(2)我国的青铜文化历史悠久。西汉时期的湿法炼铜工艺就是利用铁和硫酸铜溶液反应制取铜,该反应的化学方程式是____________________________________。
考向02 化学方程式的书写和配平
【例3】(2023·湖南益阳)我国宋代《梦溪笔谈》中有“熬胆矾铁釜久之亦化为铜”的记载,其化学反应原理为,该反应属于( )
A.化合反应 B.置换反应
C.分解反应 D.复分解反应
举一反三
1.(2023·湖南株洲)下列化学方程式书写正确且属于复分解反应的是( )
A.铁与稀盐酸反应:
B.镁带在空气中燃烧:
C.在高温下分解
D.氢氧化铝治疗胃酸过多:
2.(2024·湖南益阳沅江二模)研发高性能“中国芯”是我国信息产业的当务之急。“中国芯”的主要材料是高纯度的单质硅,工业上用SiO2+2CSi+2CO↑来制取粗硅,下列说法正确的是
A.生成CO的原因是O2不足 B.该反应体现了CO的还原性
C.该反应为置换反应 D.硅元素在地壳中的含量比氧元素多
考点三 根据化学方程式计算
1.理论依据:质量守恒定律,即各物质间有确定的质量比。
2.计算步骤:设、写、找、列、求、答。
举例:山队员常用的能源是氢气,可用氢化钙(CaH2)固体和水反应制得,其反应的化学方程式为CaH2+2H2O===Ca(OH)2+2H2↑。若制得20 g H2,则需要多少克氢化钙?
3. 利用化学方程式进行简单计算的基本类型
(1)已知某反应物或生成物的质量,求另一生成物或反应物的质量;
(2)有关含有杂质的反应物或生成物的计算。
纯净物的质量=不纯物质的质量-杂质的质量=不纯物质的质量×纯净物的质量分数(纯度)=不纯物质的质量×(1-杂质的质量分数)。
物质的纯度=×100%
物质的纯度=×100%
根据化学方程式计算的关键
(1)“设”要规范,“设某物质的质量为x”,(x是个有单位的物理量,后面无需再带单位);如果一个题目需要求几个未知量,且这几个量出现在一个化学方程式中,要一并“设”,并用不同的未知数表示。
(2)化学方程式是否正确关系到整个解题的正确性,所以首先保证方程式配平。如果不配平,则物质之间的质量比就是错误的。其次不要忘记反应条件和气体、沉淀符号。
(3)标已知量和未知量时,要把相对分子质量与化学计量数的乘积写在相应物质化学式的正下方;已知量和未知量写在相应物质的相对分子质量总和的下方,且已知量带有单位。有关物质的量左右对应,上下对齐。
(4)比例式和求解过程中以及最后的结果要带单位。
(5)化学方程式是纯净物之间发生的反应,因此已知量一定是纯净物的质量,如果题目提供的是一种混合物的质量,一定不能直接代入,要通过换算或利用质量守恒定律求出一种纯净物的质量,作为解题的突破口。
(6)计算结果要根据相应的题目要求,保留相应的位数。如果没有说明,计算结果精确到0.1%。
(7)根据题目实际写出简要答案。
考向01 根据化学方程式计算的步骤
【例1】(2023·湖南岳阳)实验室用加热高锰酸钾的方法制取氧气,若要制取0.8g氧气, 理论上需要高锰酸钾的质量是多少? (写出计算过程)。
举一反三
1.(2024·湖南长沙市南雅中学二模)将3g二氧化锰放入盛有100g过氧化氢溶液的烧杯中,完全反应后烧杯中剩余物质总质量为99.8g。
(1)产生氧气的质量为 克。
(2)求该过氧化氢溶液的溶质质量分数。
2.将25g含碳酸钙80%的石灰石与200g稀盐酸放入同一烧杯中混合,二者恰好完全反应(杂质不溶于水,也不参与反应)。请计算:
(1)石灰石中碳酸钙的质量是 g。
(2)参加反应稀盐酸的溶质质量分数(结果保留到0.1%)。
考向02 根据化学方程式计算的类型
【例2】(2024·湖南省卷)老师和同学们在开展“基于特定需求设计和制作简易供氧器”的跨学科实践活动中,选取过氧化氢溶液和二氧化猛,利用供氧器制取氧气。解答下列问题:
(1)根据反应的化学方程式分析,过氧化氢的质量反应后比反应前 。
(2)现需要制得3.2g氧气,至少需要多少g溶质质量分数为5%得过氧化氢溶液(请写出计算过程)
举一反三
1.(2024·湖南长沙)某小苏打包装袋上标注的碳酸氢钠含量为99%,小丽同学对此产生质疑。她取该小苏打样品于烧杯中,向其中加入稀硫酸,恰好完全反应后,称得烧杯中剩余物质的质量为。(已知:,其它成分不与稀硫酸反应)
(1)计算反应中产生的质量为 g;
(2)请计算该小苏打样品中碳酸氢钠的质量分数,并判断包装袋上碳酸氢钠含量的标注是否准确。(写出计算过程及结果,结果精确到0.1%)
2.(2023·湖南衡阳)在一定条件下通过化学反应可以实现物质的转化。甲、乙两位同学为了探索硫酸铜的转化规律,分别将相同浓度的硫酸铜溶液逐滴加入到一定量的氢氧化钠溶液和氯化钡溶液中。
(1)甲同学证明硫酸铜可以转化为氢氧化铜,其实验现象是_____。
(2)乙同学证明硫酸铜可以转化为硫酸钡。测得的数据如图所示,请计算硫酸铜溶液的溶质质量分数。
1.(2022·湖南湘西)在反应2A+B2=2C中,21gA和足量B2在一定条件下充分反应生成33gC,已知B的相对原子质量为16,则A的相对分子质量是( )
A.26 B.28 C.30 D.32
2.(2023·湖南邵阳)在汽油中加入适量乙醇作为汽车燃料,可节省石油资源,并在一定程度上减少汽车尾气污染。乙醇在空气中充分燃烧的化学方程式为,试推测X的化学式是( )
A. B. C.CO D.
3.(2023·湖南邵阳)下列化学方程式书写正确的是( )
A. B.
C. D.
4.(2023·湖南郴州)郴州有丰富的溶洞资源。溶洞中钟乳石、石笋的形成与下面反应有关: ,该反应属于( )
A.化合反应 B.分解反应
C.置换反应 D.复分解反应
5.(2024·湖南岳阳市岳阳县二模)中国科学院首创室温制氢方案,其反应原理如图所示。下列说法正确的是
A.参加反应的两种物质的微粒个数比为 B.该反应前后氢元素的化合价不变
C.反应前后共有2种氧化物 D.该反应前后原子种类改变
6.(2022·湖南衡阳)甲、乙、丙、丁四种物质在一定条件下充分混合,此时各物质的质量分数如图1所示。一段时间后,各物质的质量分数如图2所示。下列说法正确的是( )
A.丁是反应物 B.x的值为20
C.乙是此化学反应的催化剂 D.生成38g甲,需消耗60g丁
7.(2023·湖南益阳)近年,我国科研团队首次在实验室无需任何植物,实现了从二氧化碳到淀粉的全合成,其中利用二氧化碳制取甲醇(CH3OH)的微观示意图如下,请根据该图回答:
(1)生成物丙、丁中属于氧化物的是_____(填化学式);
(2)参与反应的甲、乙分子个数比为_____(填最简整数比)。
8.(2024·湖南长沙市长郡教育集团二模)化学源于生产生活,服务于社会。
(1)生石灰常用作食品干燥剂,其干燥原理用化学方程式表示为 。
(2)长沙香炉洲大桥预计2024年6月建成通车,建造桥梁时使用了大量钢铁。写出利用一氧化碳高温条件下还原赤铁矿(主要成分为Fe2O3)炼铁的化学方程式: 。
9.(2024·湖南省卷)航天员在太空生活需要氧气和水。氧气和水的相互转化,体现了“合”与“分”的思想。
(1)“合”的思想
液氢和液氧反应产生的能量可为返回舱返回提供动力,该反应的微观示意图如下:
①该化学反应的基本类型是 反应。
②返回舱返回的动力采用液氢作为能源的优点是 (写一条即可)。
(2)“分”的思想
航天员在空间站生活所需氧气主要通过电解水获得,该反应的化学方程式是
(3)“合”与“分”的思想
通过以上事实,证明了水是由 组成。
10.(2023·湖南邵阳)某工厂化验室用20%的氢氧化钠溶液洗涤一定量石油产品中的残余硫酸,共消耗氢氧化钠溶液40g,洗涤后的溶液呈中性。
试计算:
(1)40g氢氧化钠溶液中溶质质量是______g;
(2)这一定量石油产品中含的质量是多少?(写出计算过程,结果精确到0.1g)
11.(2023·湖南怀化)如图是汽车尾气处理装置中发生反应的微观示意图,下列说法正确的是( )
A.装置中发生反应的化学方程式为
B.该反应属于置换反应
C.反应前后各原子的种类不变
D.参加反应的两物质的微粒个数比为2:3
12.(2024·湖南岳阳二模)美国的芯片法案拦不住“中国芯”,我国利用氟化氮进行硅芯片蚀刻的技术已领先国际,蚀刻时发生反应的微观示意图如下:
下列说法不正确的是
A.甲的化学式为NF3 B.反应前后原子种类和分子种类都不变
C.丁物质常用作焊接金属时的保护气 D.反应中丙与丁的粒子个数比为3: 2
13.(2023·湖南郴州)一定条件下,在密闭容器中发生某化学反应,测得反应过程中各物质的质量数据如下表:
物质
甲
乙
丙
丁
反应前的质量/g
10
16
0
2
反应中的质量/g
7
8
a
2
反应后的质量/g
b
0
22
c
下列选项正确的是( )
A.a=11 B.丁一定是催化剂
C.该反应为分解反应 D.b=3
14.(2023·湖南衡阳)在一个密闭容器中,有甲、乙、丙、丁四种物质,一定条件下充分反应,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. B.乙一定是催化剂
C.甲可能是单质 D.丙和丁的相对分子质量之比一定是9∶8
15.(2023·湖南益阳)“蛟龙号”是我国研制出的大深度载人潜水器。为保证载人潜水器长时间潜水,需要在潜水器里配备供氧装置,利用过氧化物供氧是一种常见的供氧技术。
(1)过氧化钠(Na2O2)作供氧剂的化学方程式为,则反应物X的化学式为_____。
(2)若用上述方法制取16g氧气,至少需要Na2O2的质量为多少?(写出计算过程。)
跨学科实践活动
水质检测及自制净水器
1.云大附中学习小组在完成“水质检测及自制净水器”的跨学科实践活动中,制作了如图所示的净水器。下列说法错误的是
A.净水时水最先流经小卵石 B.活性炭可除去水中的色素和异味
C.紫外灯可起到消毒杀菌的作用 D.该装置能将天然水净化为纯净水
2.兴趣小组开展“自制净水器及水质检测”实践活动。
(1)自制净水器:如图,净水流程依标号顺序进行。
吸附剂为活性炭,因其具有 结构。
(2)水质检测:TDS值是水质的一项重要指标,某水样经自制净水器净化后的TDS值如图,净化后的水质纯度为 。
3.化学兴趣小组开展了“自制净水器及水质检测”跨学科实践活动。
(1)自制净水器
图1中的吸附剂为活性炭是因其具有 结构;过滤采用了图2膜技术净化装置,自来水经过该装置过滤后其硬度(通常用钙镁离子的含量来判断) (填“会”或“不会”)降低。
(2)水质检测
检测水可用市售的水质检测笔直接读出水质的TDS值,以判断水质纯度,如图3所示。若通过水质检测笔测出的TDS值为450,则该水质 ,使用这样的水会给生活和生产带来许多麻烦,请举一例说明 。
4.化学兴趣小组的同学们在学习了与水有关的知识后,决定对日常生活中的自来水分别从生产过程、水质检测、自制净水器等方面展开项目式学习。
活动一:参观自来水生产过程
【参观实践】
(1)同学们在老师的带领下来到自来水厂参观自来水的生产过程,该过程主要包括:取水→加混凝剂→过滤→吸附→ →配水。
活动二:测量自来水的硬度
【查阅资料】同学们查阅了相关资料,了解到国家有关水的硬度的标准为:
类别
极软水
软水
中硬水
硬水
高硬水
以 CaCO3浓度计/(mg/L)
0~75
75~150
150~300
300~450
450~700
【进行测量】
(2)同学们在实验室中取少量自来水,用便携式水硬度检测仪测得该自来水的CaCO3浓度为311.2mg/L,说明本地区的自来水属于 。
活动三:自制简易净水器
家中使用自来水时,最好安装净水器。于是同学们在老师的帮助下,利用所学知识,制作了简易净水器。
【成果展示】
(3)同学们将自制的简易净水器(如图)在学校“科技节”上进行了展示,请你帮他们补全“?”处物质的名称: 。
5.化学实践小组的同学们在赤峰二道河子水库取库水,设计了一系列实践活动,对水质检测、水的净化、水的组成进行了项目化学习。
任务一:检测水质
【查阅资料】国家有关水的硬度的标准为:
类别
极软水
软水
中硬水
硬水
高硬水
以CaCO3浓度计/(mg/L)
0~75
75~150
150~300
300~450
450~700
【初步检测】
(1)同学们取少量库水,用便携式水硬度检测仪测得该库水的硬度为286.2mg/L,说明该河水属于 。
任务二:净化水
库水转化为自来水需要经过一系列步骤,但是自来水送到用户过程中仍可能被污染,因此很多公共场所使用直饮机如下图所示:
(2)超滤膜的作用相当于实验室中的 操作。
(3)活性炭滤芯具有 作用,除去颜色异味的同时也除去重金属离子。
(4)紫外线灯管照射是为了杀菌消毒。直饮机使用方便,只要将其与自来水管对接,截留清除水中的有害物质(如细菌,微生物等)便能得到直饮水,直饮水属于 (选填“纯净物”或“混合物”)。
任务三:验证水的组成
兴趣小组同学利用如图所示装置进行电解水实验。
(5)用带有火星的木条可以检验 (填“a”或“b”)管中的气体。
(6)以上实验可以证明水的组成。若要验证水的元素组成;还可以进行的实验方案有很多,请你写出一种,操作是 ;现象是 。
【成果分享】通过实践小组的合作,同学们学到了水质检测的方法、了解净水机的原理,学习了根据“化学反应中元素种类不变”来探究物质的组成,今后可以通过化学手段对更多的物质进行探索。
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· 了解化学方程式定义,掌握化学方程式的意义,能正确书写化学方程式。
根据化学方程式的计算
· 理解化学方程式的质量方面意义,掌握化学方程式的计算步骤,能利用化学方程式进行简单的计算。
考点一 质量守恒定律
1.内容
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,这个规律叫做质量守恒定律。
①“化学反应”是前提。任何化学变化都遵循质量守恒定律。
②“参加反应”是基础。只计算“参加反应”的各物质的质量总和。
③“质量总和”是核心。质量总和包括参加反应的物质的质量和反应后生成的物质的质量。如沉淀、肉眼看不见的气体也应考虑。
④“质量守恒”是目的。定律只适用于质量守恒,不包括体积守恒、分子数守恒等。
2.利用原子、分子知识解释质量守恒的原因
(1)化学反应的实质
化学反应的过程,就是参加反应的各物质(反应物)的原子重新组合而生成其他物质(生成物)的过程。由分子构成的物质在化学反应中的变化过程可表示为:
分子原子新分子新物质
(2)质量守恒的原因
①宏观上:化学反应前后元素的种类没有改变,元素的质量也不变,所以反应前后物质的质量总和必然相等。
②微观上:在化学反应中,反应前后原子的种类没有改变,数目没有增减,原子本身的质量也没有改变。所以,化学反应前后物质的质量总和必然相等。
3. 化学变化中的“变”和“不变”
4.质量守恒定律的验证
(1)反应:必须发生化学反应。
(2)装置:如有气体参加或生成,则必须在密闭容器中进行。
5.质量守恒定律的应用
(1)推断反应物或生成物的化学式(依据:反应前后原子种类、数目不变)。
(2)确定物质的元素组成(依据:反应前后元素种类不变)。
(3)解释化学反应前后物质的质量变化及用质量差确定某一物质的质量(依据:参加反应的各物质的质量总和等于反应生成的各物质的质量总和)。
(4)进行各物质间量的计算(依据:反应物的总质量和生成物的总质量不变)。
(5)对微观反应示意图的分析、判断。
(6)处理表格数据。
(1)质量守恒定律应用于化学变化,不能应用于物理变化。
(2)质量守恒定律说的是“质量守恒”而 不是其他方面的守恒。
(3)化学反应中,各反应物之间要按一定的质量比相互作用,因此参加反应的各物质的质量总和不是任意比例的反应物质量的简单加和。
(4)不参加反应的物质质量及不是生成物的物质质量不能计入“总和”中。身没有变化,变化的是粒子之间的间隔。
考向01 质量守恒定律的理解
【例1】(2022·湖南株洲)(多选)除了元素种类、原子种类不变外,化学反应前后肯定没有变化的还有( )
A.原子数目 B.分子数目
C.物质种类 D.物质的总质量
【答案】AD
【分析】根据质量守恒定律,在化学反应中,参加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。化学反应的过程,就是参加反应的各物质(反应物)的原子,组合生成其他物质的过程。在化学反应中,反应前后原子的种类没有改变,数目没有增减,原子的质量也没有改变。
【解析】A、根据质量守恒定律可知,反应前后原子的数目肯定不变,故选项正确;
B、化学反应前后分子数目可能改变也可能不变,故选项错误;
C、分子分成原子,所以分子种类一定发生了变化,分子种类变了,物质的种类也就发生了变化,故选项错误;
D、根据质量守恒定律可知,原子的种类、数目、质量都没有发生变化,原子的种类不变,元素的种类也不会发生变化,物质的总质量也不变,故选项正确。
故选:AD。
举一反三
1.我国科学家寻找到新型催化剂,使低温工业产氢取得突破,反应过程图示如图。相关说法正确的是( )
A.反应前后原子种类发生变化
B.反应前后分子种类没有发生变化
C.反应前后催化剂化学性质发生改变
D.有利于氢能源的推广
【答案】D
【分析】根据质量守恒定律,反应前后,元素种类、原子个数和种类均不变。
【解析】A、化学反应前后原子种类不发生变化,故A不正确;
B、反应前后分子种类发生变化,故B不正确;
C、反应前后催化剂化学性质不发生改变,故C不正确;
D、反应生成氢气,有利于氢能源的推广,故D正确。故选D。
【点睛】在化学反应里能改变反应物化学反应速率(提高或降低)而不改变化学平衡,且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂。
2.通过化学变化不可能实现的是
A.由分子生成新的分子 B.由离子生成新的离子
C.由原子生成新的原子 D.由物质生成新的物质
【答案】C
【解析】A、化学变化必须有新的物质生成,所以可以通过化学变化生成新的分子,例如氢气燃烧生成水,有新分子水分子生成,故选项不符合题意;
B、化学变化必须有新的物质生成,所以可以由离子生成新的离子,例如锌和稀盐酸反应能生成氯化锌和氢气,故选项不符合题意;
C、根据质量守恒定律,化学变化前后原子的种类和数目不变,所以通过化学变化不可能实现由原子生成新原子,故选项符合题意;
D、化学变化必须有新的物质生成,所以可以化学变化生成新物质,故选项不符合题意;
故选:C。
考向02 质量守恒定律的验证
【例2】(2024·湖南省卷)质量守恒定律探究实验中,涉及到的部分实验操作如下,其中安全、规范的是
A.点燃酒精灯 B.倾倒液体
C.加铁钉 D.称量
【答案】A
【解析】A、使用酒精灯时要注意“两查、两禁、一不可”,应用火柴点燃酒精灯,故图示操作正确;
B、向试管中倒入液体,试管倾斜,瓶塞要倒放,标签朝向手心,瓶口紧挨试管口,图中瓶塞未倒放,标签未朝向手心,故图示操作不正确;
C、把密度较大的块状药品或金属颗粒放入玻璃容器时,应该先把容器横放,把药品或金属颗粒放入容器口后,再把容器慢慢地竖起来,使药品或金属颗粒滑到容器底部,以免打破容器,故图示操作不正确;
D、托盘天平的使用要遵循“左物右码”的原则,图中砝码和物品的位置放反了,故图示操作不正确。
故选A。
举一反三
1.(2024·湖南益阳沅江二模)下列实验设计与对应的实验目的表述不一致的是
A.比较火焰各层温度高低
B.检验收集到的氢气纯度如何
C.检验氧气是否已经收集满
D.观察反应前后容器中质量变化
【答案】C
【解析】A、实验过程中木条由外向内碳化程度依次减弱,说明外焰温度最高,焰心温度最低,该选项实验设计与对应的实验目的一致;
B、氢气验纯时,拇指移开,根据发出的声音可以判断氢气是否纯净,若听到尖锐的爆鸣声,说明氢气不纯,若声音较小,说明氢气纯,该选项实验设计与对应的实验目的一致;
C、氧气密度比空气大,验满时,带火星的木条应该放在集气瓶口,该选项实验设计与对应的实验目的不一致;
D、实验在密闭容器中进行,反应前后质量相等,说明化学反应遵循质量守恒定律,该选项实验设计与对应的实验目的一致。
故选C。
2.质量守恒定律是自然界最基本的规律之一、下列装置及实验(天平未画出)能用来验证质量守恒定律的是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】A、铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜,有新物质生成,属于化学变化,且无气体参与或生成,可以验证质量守恒定律,符合题意;
B、氯化钠溶于水无新物质生成,属于物理变化,无法验证质量守恒定律,不符合题意;
C、镁在空气中燃烧生成氧化镁,氧气参与了反应,且没有在密闭容器中进行,无法验证质量守恒定律,不符合题意;
D、过氧化氢在二氧化锰的催化下分解为水和氧气,氧气是气体,会散逸到空气中,导致质量减小,无法验证质量守恒定律,不符合题意。
故选A。
考向03 微观示意图
【例3】(2023·湖南株洲)下图是某反应前后的微观示意图,下列说法正确的是( )
A.反应物中只有 是化合物 B.反应前后共有4种分子
C.该反应属于置换反应 D. 分子由一个碳元素和两个氧元素组成
【答案】B
【解析】A、根据反应的微观示意图,反应物是CO、水,两者都是多种元素组成的化合物;错误;
B、根据示意图可知,反应前后有水分子、一氧化碳分子、二氧化碳分子、氢分子四种分子;正确;
C、置换反应是一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物,该反应前有水、一氧化碳两种化合物,不属于置换反应;错误;
D、 是二氧化碳分子,一个二氧化碳分子是一个碳原子和两个氧原子构成的;错误;
故选:B。
举一反三
1.(2023·湖南衡阳)清华大学的研究人员成功研制出一种纳米纤维催化剂,可将二氧化碳转化为甲醇,该反应的微观示意图如下所示。下列说法错误的是( )
A.甲、乙、丙、丁都属于化合物
B.反应前后原子的种类不变
C.反应生成的丙和丁的质量比为16∶9
D.参加反应的甲和乙的分子个数比为1∶3
【答案】A
【解析】A、化合物是有多种元素组成的纯净物,由反应的微观示意图可知,甲的化学式为CO2,属于化合物,丙的化学式为CH3OH,属于化合物,丁化学式为H2O,属于化合物,根据质量守恒定律的微观实质:化学反应前后,原子种类和数目不变可知,乙的化学式为H2,属于单质,故选项说法错误,符合题意;
B、所有化学反应都遵循质量守恒定律,质量守恒定律的微观实质是:化学反应前后,原子种类和数目不变,因此,该反应前后原子的种类不变,故选项说法正确,不符合题意;
C、由反应的微观示意图可知,该反应是二氧化碳和氢气在催化剂作用下,生成甲醇和水,化学方程式为:,反应生成的丙和丁的质量比为:,故选项说法正确,不符合题意;
D、由反应的微观示意图可知,该反应是二氧化碳和氢气在催化剂作用下,生成甲醇和水,化学方程式为:,参加反应的甲和乙的分子个数比为1:3,故选项说法正确,不符合题意,故选A。
2.(2024·湖南永州二模)汽车尾气催化处理装置可将尾气中的有毒气体进行转化,其中发生的某化学反应的物质种类变化示意图如下所示(未配平)。下列关于该反应的叙述中,正确的是
A.反应的产物均为无毒物质
B.反应物和生成物中都有氮元素的氧化物
C.反应前后,所有元素的化合价均发生改变
D.反应前后,原子和分子的数目均保持不变
【答案】A
【解析】由微观示意图可知,该反应的化学方程式为;
A、由可知,产物为二氧化碳和氮气,均为无毒物质,说法正确,符合题意;
B、氧化物是由两种元素组成且其中一种元素为氧元素的化合物,由可知,反应物中一氧化氮是含有氮元素的氧化物,生成物中氮气是含有氮元素的单质,说法错误,不符合题意;
C、一氧化碳、一氧化氮、二氧化碳中氧元素的化合价均为-2,故反应前后,氧元素的化合价没有发生改变,说法错误,不符合题意;
D、根据质量守恒定律可知,化学反应前后原子种类及数目不变,由可知,化学反应前后分子数目发生了变化,说法错误,不符合题意。
故选:A。
考向04 质量守恒定律的应用
【例4】(2023·湖南衡阳)实验后试管中残留的硫,常用热的NaOH溶液清洗,发生了如下反应:,则X的化学式为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】根据质量守恒定律,化学反应前后,原子的种类数目不变,反应前有三个硫原子,六个钠离子,六个氧原子和六个氢原子,反应后有一个硫原子,两个钠离子,六个氢原子和六个氧原子,缺少四个钠原子和两个硫原子,X系数为2,所以X化学式为Na2S,故选C。
举一反三
1.(2023年湖南郴州中考)一定条件下,在密闭容器中发生某化学反应,测得反应过程中各物质的质量数据如下表:
物质
甲
乙
丙
丁
反应前的质量/g
10
16
0
2
反应中的质量/g
7
8
a
2
反应后的质量/g
b
0
22
c
下列选项正确的是
A.a=11 B.丁一定是催化剂
C.该反应为分解反应 D.b=3
【答案】A
【分析】由于该反应在密闭容器内进行,根据质量守恒定律,则有10g+16g+0g+2g=7g+8g+ag+2g=
bg+0g+22g+cg,解得a=11,b+c=6,由表中数据可知,丁的质量随着反应的进行,没有发生改变,所以丁可能是该反应的催化剂,也可能没有参与反应,故c=2,所以b=6-2=4。反应前后甲的质量减少了10g-4g=6g,故甲是反应物,反应前后乙的质量减少了16g-0g=16g,故乙是反应物,反应前后丙的质量增加了22g-0g=22g,故丙是生成物,故该反应为甲与乙反应生成丙。
【解析】A、由分析可知,a=11,故A说法正确;
B、由表中数据可知,丁的质量随着反应的进行,没有发生改变,所以丁可能是该反应的催化剂,也可能没有参与反应,故B说法错误;
C、与分析可知,该反应为甲与乙反应生成丙,符合多变一的特点,属于化合反应,故C说法错误;
D、由分析可知,b=4,故D说法错误;
故选A。
2.(2024·湖南怀化二模)化学反应方程式是解决宏、微、符三重表征的重要化学用语,根据化学方程式中元素守恒、原子守恒原则,分析中X的化学式为
A.N2 B.N2O C.NO D.NO2
【答案】C
【解析】反应前铁原子、氢原子、氮原子、氧原子的个数分别为1、4、4、12,反应后铁原子、氢原子、氮原子、氧原子的个数分别为1、4、3、11,根据质量守恒定律知反应前后原子的种类和数目不变,X中含有氮原子、氧原子的个数分别为1、1,故X的化学式为NO。
故选C。
3.(2024·湖南永州李达中学二模)宋代画家王希孟创造性地用炭黑、孔雀石、蓝铜矿等矿物颜料绘制《千里江山图》。
(1)炭黑是由碳元素组成,碳的元素符号是 。
(2)蓝铜矿主要成分为,其中Cu为+2价,则x= 。
(3)孔雀石(主要成分为)受热生成三种氧化物,其中两种是空气的成分,写出其中一种物质的化学式 。
【答案】(1)C
(2)3
(3)H2O/CO2
【解析】(1)碳元素的符号是:C
(2)根据化合物中化合价代数和为0.氢氧根化合价为-1价,碳酸根化合价为-2价,则,故填:3
(3)孔雀石加热生成三种氧化物,根据其所含元素种类可知生成的物质是氧化铜、水和二氧化碳,其中水和二氧化碳是空气的成分,故填:H2O##CO2
考点二 化学方程式
1.概念
用化学式来表示化学反应的式子,叫做化学方程式。
2.意义和读法
意义(以2H2+O22H2O为例)
读法
质的方面
表示反应物、生成物和反应条件
反应物是氢气和氧气,生成物是水,反应条件是点燃
氢气和氧气在点燃的条件下反应生成水
量的方面
表示反应物、生成物之间的质量化
4∶32∶36
每4份质量的氢气与32份质量的氧气在点燃的条件下反应,生成36份质量的水
表示反应物、生成物之间的粒子个数比
2∶1∶2
每2个氢分子和1个氧分子在点燃的条件下反应生成2个水分子
3. 书写
(1)书写原则:
①以客观事实为依据,不能臆造事实上不存在的物质和化学反应。
②遵守质量守恒定律,即等号两边各种原子的数目必须相等。对于书写化学方程式就是配平,但不能改变物质的化学式。
(2)书写步骤
(1)写:根据事实写出反应物和生成物的化学式,中间用短横线相连。 P+O2—— P2O5
(2)配:配平化学方程式,并检验(就是等号两边各种原子的数目必须相等) 4P+5O2—— 2P2O5
(3)等:将短横线写成“===” 4P+5O2=== 2P2O5
(4)标:标明反应发生条件以及生成物状态“↑”或“↓” 4P+5O22P2O5
(5)查:检查化学式是否写错,化学方程式是否配平,条件和物质状态标注是否标了,标了是否恰当。
书写化学方程式注意点
1.是否符合客观事实
2.是否滥用“↑”或“↓”等符号
3.是否配平化学方程式
4.是否错写或漏写反应条件
5.不能更改化学式中下标的数字
考向01 化学方程式的书写和配平
【例1】(2023·湖南怀化)下列变化的化学方程式书写不正确的是( )
A.红磷在空气中燃烧:
B.碳酸分解:
C.铁和稀硫酸反应:
D.硫酸钠溶液与氯化铜溶液混合:+=BaSO4↓+2NaCl
【答案】A
【解析】A、磷和氧气点燃生成五氧化二磷,方程式是:,错误;
B、碳酸分解成二氧化碳和水,方程式是:,正确;
C、铁和稀硫酸反应产生硫酸亚铁和氢气,方程式是:,正确;
D、硫酸钠溶液与氯化铜溶液反应产生硫酸钡和氯化钠,方程式是:Na2SO4 + BaCl2 =BaSO4↓+2NaCl,正确;
故选:A。
【例2】(2023·湖南益阳)下列对应的化学方程式书写正确的是( )
A.硫在氧气中燃烧:
B.用稀盐酸除去铁锈:
C.比较Cu和Ag的活泼性:
D.向呼出的气体样品中滴入澄清石灰水,振荡:
【答案】D
【解析】A、硫在氧气中燃烧生成二氧化硫,化学方程式为:,书写错误;
B、铁锈的主要成分是氧化铁,氧化铁和稀盐酸反应生成氯化铁和水,化学方程式为:,书写错误;
C、铜金属性强于银,所以是铜单质和硝酸银溶液反应生成银单质和硝酸铜溶液,化学方程式为:Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)2,书写错误;
D、二氧化碳和氢氧化钙溶液反应生成碳酸钙沉淀和水,化学方程式为:,书写正确。
故选D。
举一反三
1.(2024·湖南怀化二模)回答下列问题:
(1)澄清石灰水久置空气中,有一层白膜出现,反应原理: ;
(2)固体要密封保存,其在空气中变质的反应原理为 。
【答案】(1)
(2)
【解析】(1)澄清石灰水久置空气中,有一层白膜出现,该反应为二氧化碳和氢氧化钙反应生成碳酸钙和水,该反应的化学方程式为:;
(2)氢氧化钠固体要密封保存,是因为氢氧化钠能与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钠和水,该反应的化学方程式为:。
2.(2022·湖南长沙)请写出下列反应的化学方程式。
(1)木炭(主要成分是C)在氧气中充分燃烧_______________________________。
(2)我国的青铜文化历史悠久。西汉时期的湿法炼铜工艺就是利用铁和硫酸铜溶液反应制取铜,该反应的化学方程式是____________________________________。
【答案】(1) (2)
【解析】(1)木炭在氧气中充分燃烧生成二氧化碳,该反应的化学方程式为:;
(2)铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜,该反应的化学方程式为:。
考向02 化学方程式的书写和配平
【例3】(2023·湖南益阳)我国宋代《梦溪笔谈》中有“熬胆矾铁釜久之亦化为铜”的记载,其化学反应原理为,该反应属于( )
A.化合反应 B.置换反应
C.分解反应 D.复分解反应
【答案】B
【解析】化合反应的定义:两种或两种以上物质生成另一种物质的反应;
置换反应的定义:一种单质和一种化合物反应生成了一种新的单质和新的化合物的反应;
分解反应的定义:一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应;
复分解反应的定义:两个化合物之间相互交换成分发生的反应;
由该化学方程式可知,该反应是由金属单质铁与化合物硫酸铜发生反应生成单质铜和化合物硫酸亚铁,所以该反应属于置换反应,故选B。
举一反三
1.(2023·湖南株洲)下列化学方程式书写正确且属于复分解反应的是( )
A.铁与稀盐酸反应:
B.镁带在空气中燃烧:
C.在高温下分解
D.氢氧化铝治疗胃酸过多:
【答案】D
【解析】A. 铁与稀盐酸反应:Fe+2HCl=FeCl2+H2↑,该反应属于置换反应,此选项不符合题意;
B. 镁带在空气中燃烧:,该反应属于化合反应,此选项不符合题意;
C. 在高温下分解,该反应属于分解反应,此选项不符合题意;
D. 氢氧化铝治疗胃酸过多:,该反应属于复分解反应,此选项符合题意。
故选D。
2.(2024·湖南益阳沅江二模)研发高性能“中国芯”是我国信息产业的当务之急。“中国芯”的主要材料是高纯度的单质硅,工业上用SiO2+2CSi+2CO↑来制取粗硅,下列说法正确的是
A.生成CO的原因是O2不足 B.该反应体现了CO的还原性
C.该反应为置换反应 D.硅元素在地壳中的含量比氧元素多
【答案】C
【解析】A.该反应没有氧气参与,生成一氧化碳不是因为氧气不足,故A错误;
B.碳夺取了二氧化硅中的氧,该反应体现了碳的还原性,故B错误;
C.该反应是一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应,属于置换反应,故C正确;
D.硅元素在地壳中的含量比氧元素少,故D错误。
答案选C。
考点三 根据化学方程式计算
1.理论依据:质量守恒定律,即各物质间有确定的质量比。
2.计算步骤:设、写、找、列、求、答。
举例:山队员常用的能源是氢气,可用氢化钙(CaH2)固体和水反应制得,其反应的化学方程式为CaH2+2H2O===Ca(OH)2+2H2↑。若制得20 g H2,则需要多少克氢化钙?
3. 利用化学方程式进行简单计算的基本类型
(1)已知某反应物或生成物的质量,求另一生成物或反应物的质量;
(2)有关含有杂质的反应物或生成物的计算。
纯净物的质量=不纯物质的质量-杂质的质量=不纯物质的质量×纯净物的质量分数(纯度)=不纯物质的质量×(1-杂质的质量分数)。
物质的纯度=×100%
物质的纯度=×100%
根据化学方程式计算的关键
(1)“设”要规范,“设某物质的质量为x”,(x是个有单位的物理量,后面无需再带单位);如果一个题目需要求几个未知量,且这几个量出现在一个化学方程式中,要一并“设”,并用不同的未知数表示。
(2)化学方程式是否正确关系到整个解题的正确性,所以首先保证方程式配平。如果不配平,则物质之间的质量比就是错误的。其次不要忘记反应条件和气体、沉淀符号。
(3)标已知量和未知量时,要把相对分子质量与化学计量数的乘积写在相应物质化学式的正下方;已知量和未知量写在相应物质的相对分子质量总和的下方,且已知量带有单位。有关物质的量左右对应,上下对齐。
(4)比例式和求解过程中以及最后的结果要带单位。
(5)化学方程式是纯净物之间发生的反应,因此已知量一定是纯净物的质量,如果题目提供的是一种混合物的质量,一定不能直接代入,要通过换算或利用质量守恒定律求出一种纯净物的质量,作为解题的突破口。
(6)计算结果要根据相应的题目要求,保留相应的位数。如果没有说明,计算结果精确到0.1%。
(7)根据题目实际写出简要答案。
考向01 根据化学方程式计算的步骤
【例1】(2023·湖南岳阳)实验室用加热高锰酸钾的方法制取氧气,若要制取0.8g氧气, 理论上需要高锰酸钾的质量是多少? (写出计算过程)。
【答案】解:设需要高锰酸钾的质量为x
=
x=7.9g
答:需要高锰酸钾的质量为7.9g。
【解析】见答案
举一反三
1.(2024·湖南长沙市南雅中学二模)将3g二氧化锰放入盛有100g过氧化氢溶液的烧杯中,完全反应后烧杯中剩余物质总质量为99.8g。
(1)产生氧气的质量为 克。
(2)求该过氧化氢溶液的溶质质量分数。
【答案】(1)3.2
(2)解:设该过氧化氢溶液的溶质为x,
x=6.8g
该过氧化氢溶液的溶质质量分数,
答:该过氧化氢溶液的溶质质量分数为6.8%。
【解析】(1)过氧化氢在二氧化锰的催化下分解生成氧气和水,根据质量守恒定律,则产生氧气的质量为3g+100g-99.8g=3.2g;
(2)见答案。
2.将25g含碳酸钙80%的石灰石与200g稀盐酸放入同一烧杯中混合,二者恰好完全反应(杂质不溶于水,也不参与反应)。请计算:
(1)石灰石中碳酸钙的质量是 g。
(2)参加反应稀盐酸的溶质质量分数(结果保留到0.1%)。
【答案】(1)20
(2)解:设参加反应的氯化氢的质量为x,由第(1)问可知碳酸钙的质量为20g
参加反应稀盐酸的溶质质量分数
答:参加反应稀盐酸的溶质质量分数为7.3%。
【解析】(1)纯净物的质量;
(2)解析见答案。
考向02 根据化学方程式计算的类型
【例2】(2024·湖南省卷)老师和同学们在开展“基于特定需求设计和制作简易供氧器”的跨学科实践活动中,选取过氧化氢溶液和二氧化猛,利用供氧器制取氧气。解答下列问题:
(1)根据反应的化学方程式分析,过氧化氢的质量反应后比反应前 。
(2)现需要制得3.2g氧气,至少需要多少g溶质质量分数为5%得过氧化氢溶液(请写出计算过程)
【答案】(1)减少
(2)设现需要制得3.2g氧气,至少需要溶质质量分数为5%得过氧化氢溶液的质量为x,
x=136g
答:现需要制得3.2g氧气,至少需要溶质质量分数为5%得过氧化氢溶液的质量为136g。
【解析】(1)过氧化氢在二氧化锰催化作用下分解生成水和氧气,反应的化学方程式为:;每68份质量的过氧化氢在二氧化锰催化作用下分解生成36份质量的水和32份质量的氧气,所以过氧化氢的质量反应后比反应前减少;
举一反三
1.(2024·湖南长沙)某小苏打包装袋上标注的碳酸氢钠含量为99%,小丽同学对此产生质疑。她取该小苏打样品于烧杯中,向其中加入稀硫酸,恰好完全反应后,称得烧杯中剩余物质的质量为。(已知:,其它成分不与稀硫酸反应)
(1)计算反应中产生的质量为 g;
(2)请计算该小苏打样品中碳酸氢钠的质量分数,并判断包装袋上碳酸氢钠含量的标注是否准确。(写出计算过程及结果,结果精确到0.1%)
【答案】(1)4.4
(2)设小苏打样品中含有的质量为,
样品中含有碳酸氢钠的质量分数为,
答:样品中含有碳酸氢钠的质量分数为93.3%,因此包装袋上的标注不准确。
【解析】(1)根据质量守恒定律可知,生成二氧化碳的质量=9g+50g-54.6g=4.4g;
(2)见答案。
2.(2023·湖南衡阳)在一定条件下通过化学反应可以实现物质的转化。甲、乙两位同学为了探索硫酸铜的转化规律,分别将相同浓度的硫酸铜溶液逐滴加入到一定量的氢氧化钠溶液和氯化钡溶液中。
(1)甲同学证明硫酸铜可以转化为氢氧化铜,其实验现象是_____。
(2)乙同学证明硫酸铜可以转化为硫酸钡。测得的数据如图所示,请计算硫酸铜溶液的溶质质量分数。
【答案】(1)溶液变浑浊,有蓝色沉淀生成
(2)解:氯化钡与硫酸铜溶液反应生成硫酸钡沉淀和氯化铜,图中生成沉淀的质量为4.66g,即滴加25.0g硫酸铜溶液恰好生成4.66g硫酸钡沉淀,设参与反应的硫酸铜的质量为x,
硫酸铜溶液的溶质质量分数为
答:硫酸铜溶液的溶质质量分数为12.8%。
【解析】(1)氢氧化钠和硫酸铜反应生成蓝色沉淀氢氧化铜和硫酸钠,故滴加过程中产生的明显现象是:溶液变浑浊,有蓝色沉淀生成;
(2)见答案。
1.(2022·湖南湘西)在反应2A+B2=2C中,21gA和足量B2在一定条件下充分反应生成33gC,已知B的相对原子质量为16,则A的相对分子质量是( )
A.26 B.28 C.30 D.32
【答案】B
【解析】根据质量守恒定律可知参与反应的B的质量=33g-21g=12g,设A的相对分子质量是x
x=28
故选B。
2.(2023·湖南邵阳)在汽油中加入适量乙醇作为汽车燃料,可节省石油资源,并在一定程度上减少汽车尾气污染。乙醇在空气中充分燃烧的化学方程式为,试推测X的化学式是( )
A. B. C.CO D.
【答案】B
【解析】由反应的化学方程式可知,反应前有2个碳原子、6个氢原子、7个氧原子,反应后有2个碳原子、4个氧原子,由质量守恒定律可知,反应前后原子的种类和数目不变,3个X分子中含有6个氢原子、3个氧原子,1个X分子中含有2个氢原子、1个氧原子,则X的化学式为:H2O;
故选:B。
3.(2023·湖南邵阳)下列化学方程式书写正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】A.硫和氧气在点燃条件下生成二氧化硫,化学方程式为:,选项中化学方程式由于反应物中有气体,生成气体不用标气体符号,故选项书写错误,不符合题意;
B.高锰酸钾受热分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气,化学方程式为:,选项中化学方程式没有配平,故选项书写错误,不符合题意;
C.氧化铁与一氧化碳在高温条件下反应,生成铁和二氧化碳,化学方程式为:,选项中化学方程式没有反应条件,生成物化学式书写错误,故选项书写错误,不符合题意;
D.氢氧化钙与二氧化碳反应,生成碳酸钙沉淀和水,化学方程式为:,故选项中化学方程式书写正确,符合题意;
故选D。
4.(2023·湖南郴州)郴州有丰富的溶洞资源。溶洞中钟乳石、石笋的形成与下面反应有关: ,该反应属于( )
A.化合反应 B.分解反应
C.置换反应 D.复分解反应
【答案】B
【解析】A、化合反应是由两种或两种以上物质反应生成一种物质的反应,化合反应符合多变一的特点,该反应不属于化合反应,不符合题意;
B、分解反应是由一种物质反应生成两种或两种以上物质的反应,该反应是由一种物质反应生成三种物质,符合一变多的特点,属于分解反应,符合题意;
C、置换反应是由一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应,该反应不属于置换反应,不符合题意;
D、复分解反应是由两种化合物相互交换成分生成另外两种化合物的反应,该反应不属于复分解反应,不符合题意;
故选B。
5.(2024·湖南岳阳市岳阳县二模)中国科学院首创室温制氢方案,其反应原理如图所示。下列说法正确的是
A.参加反应的两种物质的微粒个数比为 B.该反应前后氢元素的化合价不变
C.反应前后共有2种氧化物 D.该反应前后原子种类改变
【答案】A
【分析】如图可知,一氧化碳和水催化作用下反应生成二氧化碳和氢气,反应的化学方程式是:
【解析】A、由分析可知,参加反应的一氧化碳和水两种物质的微粒个数比为,故正确;
B、H2O中,H为+1价,H2为单质,H2中H为0价,该反应前后氢元素的化合价改变,故错误;
C、由分析可知,反应后H2为单质,反应前后有3种氧化物,水,CO,二氧化碳,故错误;
D、化学反应前后原子种类不变,故错误;
故选A。
6.(2022·湖南衡阳)甲、乙、丙、丁四种物质在一定条件下充分混合,此时各物质的质量分数如图1所示。一段时间后,各物质的质量分数如图2所示。下列说法正确的是( )
A.丁是反应物 B.x的值为20
C.乙是此化学反应的催化剂 D.生成38g甲,需消耗60g丁
【答案】A
【解析】A、反应前丁的质量分数为48%,反应后丁的质量分数为30%,丁的质量分数减少了48%-30%=18%,故丁是反应物,故选项正确;
B、由图2可知,甲乙丙丁四种物质的质量分数加一起等于1,所以可算出乙的质量分数为10%,即x的值为10,故选项不正确;
C、反应前乙的质量分数为10%,反应后乙的质量分数也为10%,乙的质量分数在反应前后不变,故乙可能是该反应的催化剂,也可能是没有参加反应的杂质,故选项不正确;
D、由上述分析,参加反应的甲和生成丁的质量比为:(19%-17%):(48%-30%)=1:9,则若生成38g的甲,设消耗丁的质量为x, ,故选项不正确;
故选:A
7.(2023·湖南益阳)近年,我国科研团队首次在实验室无需任何植物,实现了从二氧化碳到淀粉的全合成,其中利用二氧化碳制取甲醇(CH3OH)的微观示意图如下,请根据该图回答:
(1)生成物丙、丁中属于氧化物的是_____(填化学式);
(2)参与反应的甲、乙分子个数比为_____(填最简整数比)。
【答案】(1)H2O (2)1:3
【分析】由微观示意图可知:该反应化学方程式为。
【解析】(1)由两种元素组成且一种元素是氧元素的化合物叫做氧化物,生成物丙是由碳、氢和氧三种元素组成的化合物,生成物丁是由氢、氧两种元素组成的氧化物,生成物丙、丁中属于氧化物的是H2O;
(2)由化学方程式可知:,参与反应的甲、乙分子个数比=1:3。
8.(2024·湖南长沙市长郡教育集团二模)化学源于生产生活,服务于社会。
(1)生石灰常用作食品干燥剂,其干燥原理用化学方程式表示为 。
(2)长沙香炉洲大桥预计2024年6月建成通车,建造桥梁时使用了大量钢铁。写出利用一氧化碳高温条件下还原赤铁矿(主要成分为Fe2O3)炼铁的化学方程式: 。
【答案】(1)
(2)
【解析】(1)生石灰常用作食品干燥剂,其干燥原理为生石灰(氧化钙)和水反应生成氢氧化钙,化学方程式表示为:;
(2)一氧化碳和氧化铁高温下反应生成铁和二氧化碳,化学方程式为:。
9.(2024·湖南省卷)航天员在太空生活需要氧气和水。氧气和水的相互转化,体现了“合”与“分”的思想。
(1)“合”的思想
液氢和液氧反应产生的能量可为返回舱返回提供动力,该反应的微观示意图如下:
①该化学反应的基本类型是 反应。
②返回舱返回的动力采用液氢作为能源的优点是 (写一条即可)。
(2)“分”的思想
航天员在空间站生活所需氧气主要通过电解水获得,该反应的化学方程式是
(3)“合”与“分”的思想
通过以上事实,证明了水是由 组成。
【答案】(1)化合 热值高/燃烧产物是水,无污染等(合理即可)
(2)2H2O2H2↑+O2↑
(3)氢元素和氧元素/氢、氧元素
【解析】(1)①由反应的微观示意图可知,氢气和氧气在点燃的条件下生成水,反应化学方程式为2H2+O22H2O,该反应符合“多变一“的特点,属于化合反应,故填:化合;
②返回舱返回的动力采用液氢作为能源的优点是热值高、燃烧产物是水,无污染等,故填:热值高或燃烧产物是水,无污染等(合理即可);
(2)航天员在空间站生活所需氧气主要通过电解水获得,即水通电分解生成氢气和氧气,反应的化学方程式为2H2O2H2↑+O2↑,故填:2H2O2H2↑+O2↑;
(3)水通电分解生成氢气和氧气,氢气在氧气中燃烧生成水,氢气是由氢元素组成,氧气是由氧元素组成,根据质量守恒定律,反应前后元素种类不变,可得出水是由氢、氧两种元素组成,故填:氢元素和氧元素或氢、氧元素。
10.(2023·湖南邵阳)某工厂化验室用20%的氢氧化钠溶液洗涤一定量石油产品中的残余硫酸,共消耗氢氧化钠溶液40g,洗涤后的溶液呈中性。
试计算:
(1)40g氢氧化钠溶液中溶质质量是______g;
(2)这一定量石油产品中含的质量是多少?(写出计算过程,结果精确到0.1g)
【答案】(1)8
(2)解:设这一定量石油产品中含 H2SO4 的质量是x,
解得x=9.8g
答:这一定量石油产品中含 H2SO4 的质量是9.8g。
【解析】(1)40g氢氧化钠溶液中溶质的质量为40g×20%=8g;
(2)见答案。
11.(2023·湖南怀化)如图是汽车尾气处理装置中发生反应的微观示意图,下列说法正确的是( )
A.装置中发生反应的化学方程式为
B.该反应属于置换反应
C.反应前后各原子的种类不变
D.参加反应的两物质的微粒个数比为2:3
【答案】C
【解析】A、由图可知,该反应为NO和CO在催化剂的作用下反应生成氮气和二氧化碳,该反应的化学方程式为:,缺少反应条件,且未配平,不符合题意;
B、置换反应是一种单质与一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应,该反应中,反应物均是化合物,不属于置换反应,不符合题意;
C、根据质量守恒定律,化学反应前后,原子的种类和数目不变,符合题意;
D、由化学方程式可知,参加反应的两种物质的微粒个数比为:2:2=1:1,不符合题意。
故选C。
12.(2024·湖南岳阳二模)美国的芯片法案拦不住“中国芯”,我国利用氟化氮进行硅芯片蚀刻的技术已领先国际,蚀刻时发生反应的微观示意图如下:
下列说法不正确的是
A.甲的化学式为NF3 B.反应前后原子种类和分子种类都不变
C.丁物质常用作焊接金属时的保护气 D.反应中丙与丁的粒子个数比为3: 2
【答案】B
【解析】A.根据反应的微观示意图可知,甲分子由1个N原子和3个H原子构成,故甲的化学式为;说法正确,不符合题意;
B. 根据质量守恒定律,反应前后原子的种类和数目均不变,分子的种类一定改变,分子的数目可能发生改变;说法不正确,符合题意;
C.根据反应的微观示意图可知丁物质是氮气,氮气的化学性质稳定,可用作焊接金属时的保护气;说法正确,不符合题意;
D. 根据反应的微观示意图可知,该反应的方程式为:,由化学方程式的意义可知,该反应中的丙与丁粒子个数比为3:2,说法正确,不符合题意;
故选B。
【点睛】本题考查的是化学方程式的微观模型示意图,完成此类题目,从题目中提取有用的信息,结合有关知识进行分析即可。
13.(2023·湖南郴州)一定条件下,在密闭容器中发生某化学反应,测得反应过程中各物质的质量数据如下表:
物质
甲
乙
丙
丁
反应前的质量/g
10
16
0
2
反应中的质量/g
7
8
a
2
反应后的质量/g
b
0
22
c
下列选项正确的是( )
A.a=11 B.丁一定是催化剂
C.该反应为分解反应 D.b=3
【答案】A
【分析】由于该反应在密闭容器内进行,根据质量守恒定律,则有10g+16g+0g+2g=7g+8g+ag+2g=bg+0g+22g+cg,解得a=11,b+c=6,由表中数据可知,丁的质量随着反应的进行,没有发生改变,所以丁可能是该反应的催化剂,也可能没有参与反应,故c=2,所以b=6-2=4。反应前后甲的质量减少了10g-4g=6g,故甲是反应物,反应前后乙的质量减少了16g-0g=16g,故乙是反应物,反应前后丙的质量增加了22g-0g=22g,故丙是生成物,故该反应为甲与乙反应生成丙。
【解析】A、由分析可知,a=11,故A说法正确;
B、由表中数据可知,丁的质量随着反应的进行,没有发生改变,所以丁可能是该反应的催化剂,也可能没有参与反应,故B说法错误;
C、与分析可知,该反应为甲与乙反应生成丙,符合多变一的特点,属于化合反应,故C说法错误;
D、由分析可知,b=4,故D说法错误;
故选A。
14.(2023·湖南衡阳)在一个密闭容器中,有甲、乙、丙、丁四种物质,一定条件下充分反应,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. B.乙一定是催化剂
C.甲可能是单质 D.丙和丁的相对分子质量之比一定是9∶8
【答案】A
【分析】由于该反应在密闭容器内进行,根据质量守恒定律,则有20+3+5+3=3+3+x+11,解得x=14,反应前后甲的质量减少20g-3g=17g,故甲是反应物;反应前后乙的质量不变,故乙可能作该反应的催化剂,也可能没有参加反应;反应前后丙的质量增加了14g-5g=9g,故丙是生成物;反应前后丁的质量增加了11g-3g=8g,故丁是生成物;所以该反应为甲分解生成丙和丁。
【解析】A、由分析可知,x=14,故A说法正确;
B、根据反应前后乙的质量不变,故乙可能作该反应的催化剂,也可能没有参加反应,故B说法错误;
C、由分析可知,该反应为甲分解生成丙和丁,符合一变多的特点,属于分解反应,甲是分解反应中的反应物,所以甲不可能是单质,故C说法错误;
D、由分析可知,生成的丙和丁的质量之比为9g:8g=9:8,若生成的丙和丁的化学计量数之比为1:1,则丙和丁的相对分子质量之比一定是9:8,由于丙和丁的化学计量数不能确定,所以相对分子质量之比也不能确定,故D说法错误;
故选A。
15.(2023·湖南益阳)“蛟龙号”是我国研制出的大深度载人潜水器。为保证载人潜水器长时间潜水,需要在潜水器里配备供氧装置,利用过氧化物供氧是一种常见的供氧技术。
(1)过氧化钠(Na2O2)作供氧剂的化学方程式为,则反应物X的化学式为_____。
(2)若用上述方法制取16g氧气,至少需要Na2O2的质量为多少?(写出计算过程。)
【答案】(1)CO2
(2)解:设至少需要过氧化钠的质量为
答:至少需要过氧化钠78g。
【解析】(1)依据质量守恒定律可知:化学变化前后原子的个数和种类不变,,反应前4个钠原子,4个氧原子,反应后4个钠原子,8个氧原子,2个碳原子,X中含有1个碳原子、2个氧原子,则X化学式:CO2;
(2)解析见答案。
跨学科实践活动
水质检测及自制净水器
1.云大附中学习小组在完成“水质检测及自制净水器”的跨学科实践活动中,制作了如图所示的净水器。下列说法错误的是
A.净水时水最先流经小卵石 B.活性炭可除去水中的色素和异味
C.紫外灯可起到消毒杀菌的作用 D.该装置能将天然水净化为纯净水
【答案】D
【解析】A、该净水器从上到下小卵石、石英砂起到过滤作用,活性炭吸附色素异味,紫外灯杀菌,净化过程应从粗到细,过滤除去水中难溶性杂质,活性炭吸附除去可溶性的色素异味,所以水应从上部进入,净水时水最先流经小卵石,说法正确;
B、活性炭疏松多孔具有吸附性,可以除去水中的色素和异味,说法正确;
C、通过紫外灯照射可使细菌病毒的蛋白质变性,起到杀菌、消毒的作用,说法正确;
D、该净水器只能除去不溶性杂质、色素和异味,不能除去其他可溶性的杂质,不能将自来水变成纯净物,说法错误;
故选D。
2.兴趣小组开展“自制净水器及水质检测”实践活动。
(1)自制净水器:如图,净水流程依标号顺序进行。
吸附剂为活性炭,因其具有 结构。
(2)水质检测:TDS值是水质的一项重要指标,某水样经自制净水器净化后的TDS值如图,净化后的水质纯度为 。
【答案】(1)疏松多孔
(2)一般
【解析】(1)活性炭具有疏松多孔的结构,故具有吸附性;
(2)某水样经自制净水器净化后的TDS值为159,介于100和300之间,则净化后的水质纯度为一般。
3.化学兴趣小组开展了“自制净水器及水质检测”跨学科实践活动。
(1)自制净水器
图1中的吸附剂为活性炭是因其具有 结构;过滤采用了图2膜技术净化装置,自来水经过该装置过滤后其硬度(通常用钙镁离子的含量来判断) (填“会”或“不会”)降低。
(2)水质检测
检测水可用市售的水质检测笔直接读出水质的TDS值,以判断水质纯度,如图3所示。若通过水质检测笔测出的TDS值为450,则该水质 ,使用这样的水会给生活和生产带来许多麻烦,请举一例说明 。
【答案】(1)疏松多孔 不会
(2)会结水垢或水质较差 洗衣服时,浪费洗涤液且洗不净或锅炉内结垢浪费燃料,严重时会引起爆炸或人长期饮用会导致结石等
【解析】(1)活性炭疏松多孔,具有吸附性。硬水是含有较多可溶性钙镁矿物质盐的水,过滤除去的是难溶性杂质,无法除去离子,所以自来水经过该装置过滤后其硬度不会降低。故填:疏松多孔;不会。
(2)根据图3,TDS值为450的水会结水垢,水质较差。使用硬水的危害有:洗衣服时,浪费洗涤液且洗不净;锅炉内结垢浪费燃料,严重时会引起爆炸;人长期饮用会导致结石等。
4.化学兴趣小组的同学们在学习了与水有关的知识后,决定对日常生活中的自来水分别从生产过程、水质检测、自制净水器等方面展开项目式学习。
活动一:参观自来水生产过程
【参观实践】
(1)同学们在老师的带领下来到自来水厂参观自来水的生产过程,该过程主要包括:取水→加混凝剂→过滤→吸附→ →配水。
活动二:测量自来水的硬度
【查阅资料】同学们查阅了相关资料,了解到国家有关水的硬度的标准为:
类别
极软水
软水
中硬水
硬水
高硬水
以 CaCO3浓度计/(mg/L)
0~75
75~150
150~300
300~450
450~700
【进行测量】
(2)同学们在实验室中取少量自来水,用便携式水硬度检测仪测得该自来水的CaCO3浓度为311.2mg/L,说明本地区的自来水属于 。
活动三:自制简易净水器
家中使用自来水时,最好安装净水器。于是同学们在老师的帮助下,利用所学知识,制作了简易净水器。
【成果展示】
(3)同学们将自制的简易净水器(如图)在学校“科技节”上进行了展示,请你帮他们补全“?”处物质的名称: 。
【答案】(1)投药消毒
(2)硬水
(3)活性炭
【解析】(1)自来水的生产过程为:取水后,先加混凝剂吸附沉降,然后过滤,再加入活性炭进行吸附,最后投药消毒;
(2)对照水的硬度标准表格数据可知,该地区自来水为硬水;
(3)活性炭具有吸附性,可吸附色素和异味,所以图中“?”处物质的名称为:活性炭。
5.化学实践小组的同学们在赤峰二道河子水库取库水,设计了一系列实践活动,对水质检测、水的净化、水的组成进行了项目化学习。
任务一:检测水质
【查阅资料】国家有关水的硬度的标准为:
类别
极软水
软水
中硬水
硬水
高硬水
以CaCO3浓度计/(mg/L)
0~75
75~150
150~300
300~450
450~700
【初步检测】
(1)同学们取少量库水,用便携式水硬度检测仪测得该库水的硬度为286.2mg/L,说明该河水属于 。
任务二:净化水
库水转化为自来水需要经过一系列步骤,但是自来水送到用户过程中仍可能被污染,因此很多公共场所使用直饮机如下图所示:
(2)超滤膜的作用相当于实验室中的 操作。
(3)活性炭滤芯具有 作用,除去颜色异味的同时也除去重金属离子。
(4)紫外线灯管照射是为了杀菌消毒。直饮机使用方便,只要将其与自来水管对接,截留清除水中的有害物质(如细菌,微生物等)便能得到直饮水,直饮水属于 (选填“纯净物”或“混合物”)。
任务三:验证水的组成
兴趣小组同学利用如图所示装置进行电解水实验。
(5)用带有火星的木条可以检验 (填“a”或“b”)管中的气体。
(6)以上实验可以证明水的组成。若要验证水的元素组成;还可以进行的实验方案有很多,请你写出一种,操作是 ;现象是 。
【成果分享】通过实践小组的合作,同学们学到了水质检测的方法、了解净水机的原理,学习了根据“化学反应中元素种类不变”来探究物质的组成,今后可以通过化学手段对更多的物质进行探索。
【答案】(1)中硬水
(2)过滤
(3)吸附
(4)混合物
(5)b
(6)点燃氢气,在火焰上方罩一个干冷的烧杯 产生淡蓝色火焰,烧杯内壁有水滴产生
【解析】(1)该自来水的硬度为286.2mg/L,结合表中数据可知,在150~300之间,该自来水属于中硬水;
(2)超滤膜利用孔洞大小将物质分离,其作用相当于实验室中的过滤;
(3)活性炭具有吸附性,能吸附水中的色素和异味;
(4)根据流程图可知,直饮水是除去了不溶性杂质、颜色、异味、重金属离子、微生物的水,其中仍含有可溶性物质,属于混合物;
(5)电解水生成的氢气和氧气的体积比约为2:1,由图可知,a管收集的气体较多,则为氢气,b管收集的气体较少,则为氧气,氧气具有助燃性,能使带火星的木条复燃,可用带火星木条检验,用带有火星的木条可以检验b管中的气体;
(6)氢气在氧气中燃烧生成水,氢气是由氢元素组成,氧气是由氧元素组成,化学变化中元素的种类不变,该实验也能证明水的组成,实验方案为:将纯净的氢气点燃,在火焰上方罩一个干冷的烧杯,产生淡蓝色火焰,烧杯内壁有水滴产生。
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