三、简答题
7. 可利用下图装置探究水的组成: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($Fe_3O_4$)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”的化学名称是。
(3) 若该实验中生成的黑色固体质量为 $m_1$,“可燃空气”的质量为 $m_2$,“可燃空气”完全燃烧生成水的质量为 $m_3$,如果水是由“氧元素”和“可燃空气元素”组成的,则 $m_1$、$m_2$、$m_3$ 三者应满足的关系是。
7. 可利用下图装置探究水的组成: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($Fe_3O_4$)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”的化学名称是。
(3) 若该实验中生成的黑色固体质量为 $m_1$,“可燃空气”的质量为 $m_2$,“可燃空气”完全燃烧生成水的质量为 $m_3$,如果水是由“氧元素”和“可燃空气元素”组成的,则 $m_1$、$m_2$、$m_3$ 三者应满足的关系是。
答案:【解析】:
(1)根据题目信息,水蒸气与灼热的铁反应生成了黑色固体(四氧化三铁)和“可燃空气”,将气体通过放在冷水中的铜管,目的是除去水蒸气,从而收集到纯净的可燃空气。
(2)将B装置收集到的“可燃空气”在氧气中点燃,生成了水,根据化学反应前后元素种类不变,可知“可燃空气”是氢气,因为氢气燃烧生成水。
(3)根据质量守恒定律,化学反应前后元素的质量不变。如果水是由“氧元素”和“可燃空气元素(氢元素)”组成的,那么四氧化三铁中的氧元素质量与“可燃空气(氢气)”的质量之和应等于生成水的质量。四氧化三铁中氧元素的质量为$m_1×\frac{16×4}{56×3 + 16×4}$,即$m_1×\frac{64}{232}$,“可燃空气(氢气)”的质量为$m_2$,生成水的质量为$m_3$,所以$m_1×\frac{64}{232}+m_2 = m_3$,化简可得$\frac{8}{29}m_1+m_2 = m_3$
【答案】:
(1)水蒸气
(2)氢气
$(3)\frac{8}{29}m_1+m_2 = m_3$
(1)根据题目信息,水蒸气与灼热的铁反应生成了黑色固体(四氧化三铁)和“可燃空气”,将气体通过放在冷水中的铜管,目的是除去水蒸气,从而收集到纯净的可燃空气。
(2)将B装置收集到的“可燃空气”在氧气中点燃,生成了水,根据化学反应前后元素种类不变,可知“可燃空气”是氢气,因为氢气燃烧生成水。
(3)根据质量守恒定律,化学反应前后元素的质量不变。如果水是由“氧元素”和“可燃空气元素(氢元素)”组成的,那么四氧化三铁中的氧元素质量与“可燃空气(氢气)”的质量之和应等于生成水的质量。四氧化三铁中氧元素的质量为$m_1×\frac{16×4}{56×3 + 16×4}$,即$m_1×\frac{64}{232}$,“可燃空气(氢气)”的质量为$m_2$,生成水的质量为$m_3$,所以$m_1×\frac{64}{232}+m_2 = m_3$,化简可得$\frac{8}{29}m_1+m_2 = m_3$
【答案】:
(1)水蒸气
(2)氢气
$(3)\frac{8}{29}m_1+m_2 = m_3$
解析:
【分析】
本题围绕探究水的组成的实验展开,需结合实验原理、元素守恒和质量守恒定律分析各问题:
(1) 反应生成的气体中混有水蒸气,冷水铜管可使水蒸气液化,从而除去水蒸气得到纯净的可燃空气;
(2) 可燃空气燃烧生成水,根据反应前后元素种类不变,可判断该气体为氢气;
(3) 利用质量守恒定律,四氧化三铁中的氧元素与氢气的质量之和等于生成水的质量,结合化学式计算氧元素质量即可列式。
【解析】
(1) 水蒸气与灼热铁反应后,生成的气体中含有可燃空气和未反应的水蒸气,将气体通过冷水中的铜管时,水蒸气遇冷液化,因此目的是除去水蒸气,以便收集纯净的可燃空气。
(2) 可燃空气在氧气中点燃生成水,根据化学反应前后元素种类不变,可知该气体只含氢元素,其化学名称为氢气。
(3) 四氧化三铁($\ce{Fe_3O_4}$)中氧元素的质量分数为:$\frac{16×4}{56×3 + 16×4} = \frac{64}{232} = \frac{8}{29}$,则四氧化三铁中氧元素的质量为$\frac{8}{29}m_1$。根据质量守恒定律,四氧化三铁中的氧元素全部来自水中的氧,“可燃空气(氢气)”中的氢元素全部来自水中的氢,因此氧元素质量与氢气质量之和等于生成水的质量,即$\frac{8}{29}m_1 + m_2 = m_3$。
【答案】
(1) 水蒸气
(2) 氢气
(3) $\frac{8}{29}m_1 + m_2 = m_3$
【知识点】
质量守恒定律;水的组成;化学式计算
【点评】
本题以探究水的组成为背景,结合实验操作目的、物质推断和质量守恒的计算,考查学生对化学核心概念的理解与应用,需学生掌握元素守恒和质量守恒的思想,难度适中。
【难度系数】
0.5
本题围绕探究水的组成的实验展开,需结合实验原理、元素守恒和质量守恒定律分析各问题:
(1) 反应生成的气体中混有水蒸气,冷水铜管可使水蒸气液化,从而除去水蒸气得到纯净的可燃空气;
(2) 可燃空气燃烧生成水,根据反应前后元素种类不变,可判断该气体为氢气;
(3) 利用质量守恒定律,四氧化三铁中的氧元素与氢气的质量之和等于生成水的质量,结合化学式计算氧元素质量即可列式。
【解析】
(1) 水蒸气与灼热铁反应后,生成的气体中含有可燃空气和未反应的水蒸气,将气体通过冷水中的铜管时,水蒸气遇冷液化,因此目的是除去水蒸气,以便收集纯净的可燃空气。
(2) 可燃空气在氧气中点燃生成水,根据化学反应前后元素种类不变,可知该气体只含氢元素,其化学名称为氢气。
(3) 四氧化三铁($\ce{Fe_3O_4}$)中氧元素的质量分数为:$\frac{16×4}{56×3 + 16×4} = \frac{64}{232} = \frac{8}{29}$,则四氧化三铁中氧元素的质量为$\frac{8}{29}m_1$。根据质量守恒定律,四氧化三铁中的氧元素全部来自水中的氧,“可燃空气(氢气)”中的氢元素全部来自水中的氢,因此氧元素质量与氢气质量之和等于生成水的质量,即$\frac{8}{29}m_1 + m_2 = m_3$。
【答案】
(1) 水蒸气
(2) 氢气
(3) $\frac{8}{29}m_1 + m_2 = m_3$
【知识点】
质量守恒定律;水的组成;化学式计算
【点评】
本题以探究水的组成为背景,结合实验操作目的、物质推断和质量守恒的计算,考查学生对化学核心概念的理解与应用,需学生掌握元素守恒和质量守恒的思想,难度适中。
【难度系数】
0.5
四、计算题
8. 实验室用 40 g 高锰酸钾分解制氧气,反应一段时间后称得剩余固体的质量为36.8 g,则:(1)生成氧气多少克?(2)消耗了多少克高锰酸钾?(3)剩余固体中含有哪些物质?
8. 实验室用 40 g 高锰酸钾分解制氧气,反应一段时间后称得剩余固体的质量为36.8 g,则:(1)生成氧气多少克?(2)消耗了多少克高锰酸钾?(3)剩余固体中含有哪些物质?
答案:解:(1)根据质量守恒定律,生成氧气的质量为40g - 36.8g = 3.2g。
(2)设消耗高锰酸钾的质量为x。
$2KMnO₄\xlongequal{\triangle}K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑$
316 32
x 3.2g
$\frac{316}{32} = \frac{x}{3.2g}$
x = 31.6g
(3)剩余高锰酸钾的质量为40g - 31.6g = 8.4g,故剩余固体中含有高锰酸钾、锰酸钾和二氧化锰。
(1)3.2g
(2)31.6g
(3)高锰酸钾、锰酸钾、二氧化锰
(2)设消耗高锰酸钾的质量为x。
$2KMnO₄\xlongequal{\triangle}K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑$
316 32
x 3.2g
$\frac{316}{32} = \frac{x}{3.2g}$
x = 31.6g
(3)剩余高锰酸钾的质量为40g - 31.6g = 8.4g,故剩余固体中含有高锰酸钾、锰酸钾和二氧化锰。
(1)3.2g
(2)31.6g
(3)高锰酸钾、锰酸钾、二氧化锰
解析:
【分析】
本题是高锰酸钾分解制氧气的相关计算,解题思路如下:①根据质量守恒定律,反应前后固体质量的差值为生成氧气的质量(氧气为气体逸出);②写出高锰酸钾分解的化学方程式,利用生成氧气的质量,通过比例关系计算消耗的高锰酸钾质量;③用初始高锰酸钾质量减去消耗的质量得到剩余高锰酸钾,结合反应产物判断剩余固体成分。
【解析】
解:(1)根据质量守恒定律,生成氧气的质量为反应前固体总质量减去反应后剩余固体质量,即:$40g - 36.8g = 3.2g$。
(2)设消耗高锰酸钾的质量为$x$。
高锰酸钾受热分解的化学方程式为:$2KMnO₄\xlongequal{△}K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑$
各物质的相对质量关系:$2KMnO₄$的相对分子质量为$2×(39+55+16×4)=316$,$O₂$的相对分子质量为$32$,则:
$\frac{316}{32} = \frac{x}{3.2g}$
解得:$x = \frac{316×3.2g}{32} = 31.6g$。
(3)剩余高锰酸钾的质量为初始质量减去消耗的质量:$40g - 31.6g = 8.4g$,说明高锰酸钾未完全分解,结合反应产物,剩余固体中含有高锰酸钾、锰酸钾和二氧化锰。
【答案】
(1)3.2g;(2)31.6g;(3)高锰酸钾、锰酸钾、二氧化锰
【知识点】
质量守恒定律、化学方程式计算、高锰酸钾分解反应
【点评】
本题是化学计算的基础题型,结合质量守恒定律求生成气体质量,再利用化学方程式进行相关计算,考查学生对基础化学计算方法的掌握,难度适中。
【难度系数】
0.6
本题是高锰酸钾分解制氧气的相关计算,解题思路如下:①根据质量守恒定律,反应前后固体质量的差值为生成氧气的质量(氧气为气体逸出);②写出高锰酸钾分解的化学方程式,利用生成氧气的质量,通过比例关系计算消耗的高锰酸钾质量;③用初始高锰酸钾质量减去消耗的质量得到剩余高锰酸钾,结合反应产物判断剩余固体成分。
【解析】
解:(1)根据质量守恒定律,生成氧气的质量为反应前固体总质量减去反应后剩余固体质量,即:$40g - 36.8g = 3.2g$。
(2)设消耗高锰酸钾的质量为$x$。
高锰酸钾受热分解的化学方程式为:$2KMnO₄\xlongequal{△}K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑$
各物质的相对质量关系:$2KMnO₄$的相对分子质量为$2×(39+55+16×4)=316$,$O₂$的相对分子质量为$32$,则:
$\frac{316}{32} = \frac{x}{3.2g}$
解得:$x = \frac{316×3.2g}{32} = 31.6g$。
(3)剩余高锰酸钾的质量为初始质量减去消耗的质量:$40g - 31.6g = 8.4g$,说明高锰酸钾未完全分解,结合反应产物,剩余固体中含有高锰酸钾、锰酸钾和二氧化锰。
【答案】
(1)3.2g;(2)31.6g;(3)高锰酸钾、锰酸钾、二氧化锰
【知识点】
质量守恒定律、化学方程式计算、高锰酸钾分解反应
【点评】
本题是化学计算的基础题型,结合质量守恒定律求生成气体质量,再利用化学方程式进行相关计算,考查学生对基础化学计算方法的掌握,难度适中。
【难度系数】
0.6
9. 实验室需要制取 8.8 L 二氧化碳用于探究二氧化碳的性质。如果用大理石和稀盐酸反应制取这些气体,需要多少克含碳酸钙 80%的大理石?(二氧化碳的密度以2 g·L⁻¹计)
答案:【解析】:
本题主要考查了根据化学反应方程式的计算,同时涉及到了密度、体积和质量之间的关系。
首先,我们需要根据给定的二氧化碳的体积和密度,计算出二氧化碳的质量。然后,利用化学方程式计算出参与反应的碳酸钙的质量。最后,由于大理石中碳酸钙的含量为80\%,我们需要将计算出的碳酸钙质量除以80\%,以得到所需的大理石的质量。
具体计算过程如下:
1. 计算二氧化碳的质量:
根据公式$ m = \rho V$,其中m是质量,$\rho $是密度,V是体积,我们可以得到:
$m_{CO_2} = 2\ {g\cdot L^{-1}} × 8.8\ L = 17.6\ g$
2. 利用化学方程式计算碳酸钙的质量:
设需要碳酸钙的质量为x,则根据化学方程式$ CaCO_3 + 2HCl = CaCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$,我们可以得到比例关系:
$\frac{100}{44} = \frac{x}{17.6\ g}$
解这个比例式,我们得到:
x = 40\ g
3. 计算所需的大理石的质量:
由于大理石中碳酸钙的含量为80\%,所以所需的大理石的质量为:
$m_{大理石} = \frac{40\ g}{80\%} = 50\ g$
【答案】:
解:设需要碳酸钙的质量为x。
二氧化碳的质量为$2\ {g\cdot L^{-1}} × 8.8\ L = 17.6\ g$
$CaCO_3 + 2HCl = CaCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$,
100 44
x 17.6 g
$\frac{100}{44} = \frac{x}{17.6\ g}$
解得x = 40\ g
则需要大理石的质量为$\frac{40\ g}{80\%} = 50\ g$
答:需要50g含碳酸钙80\%的大理石。
本题主要考查了根据化学反应方程式的计算,同时涉及到了密度、体积和质量之间的关系。
首先,我们需要根据给定的二氧化碳的体积和密度,计算出二氧化碳的质量。然后,利用化学方程式计算出参与反应的碳酸钙的质量。最后,由于大理石中碳酸钙的含量为80\%,我们需要将计算出的碳酸钙质量除以80\%,以得到所需的大理石的质量。
具体计算过程如下:
1. 计算二氧化碳的质量:
根据公式$ m = \rho V$,其中m是质量,$\rho $是密度,V是体积,我们可以得到:
$m_{CO_2} = 2\ {g\cdot L^{-1}} × 8.8\ L = 17.6\ g$
2. 利用化学方程式计算碳酸钙的质量:
设需要碳酸钙的质量为x,则根据化学方程式$ CaCO_3 + 2HCl = CaCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$,我们可以得到比例关系:
$\frac{100}{44} = \frac{x}{17.6\ g}$
解这个比例式,我们得到:
x = 40\ g
3. 计算所需的大理石的质量:
由于大理石中碳酸钙的含量为80\%,所以所需的大理石的质量为:
$m_{大理石} = \frac{40\ g}{80\%} = 50\ g$
【答案】:
解:设需要碳酸钙的质量为x。
二氧化碳的质量为$2\ {g\cdot L^{-1}} × 8.8\ L = 17.6\ g$
$CaCO_3 + 2HCl = CaCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$,
100 44
x 17.6 g
$\frac{100}{44} = \frac{x}{17.6\ g}$
解得x = 40\ g
则需要大理石的质量为$\frac{40\ g}{80\%} = 50\ g$
答:需要50g含碳酸钙80\%的大理石。
解析:
【分析】
本题为初中化学基础计算题,解题思路分三步:首先利用密度公式计算制取的二氧化碳质量;再根据大理石与稀盐酸反应的化学方程式,由二氧化碳质量算出所需纯碳酸钙的质量;最后结合大理石中碳酸钙的质量分数,求出所需含杂质的大理石总质量。
【解析】
1. 计算二氧化碳的质量:根据密度公式$m=\rho V$,代入数据得:$m_{CO_2}=2\ g·L^{-1}×8.8\ L=17.6\ g$;
2. 设需要纯碳酸钙的质量为$x$,反应的化学方程式为$CaCO_3 + 2HCl = CaCl_2 + H_2O + CO_2↑$,各物质质量比为$100:44$,列比例式:$\frac{100}{44}=\frac{x}{17.6\ g}$,解得$x=40\ g$;
3. 计算含碳酸钙80%的大理石质量:纯碳酸钙质量除以其质量分数,即$m_{大理石}=\frac{40\ g}{80\%}=50\ g$。
【答案】
需要50g含碳酸钙80%的大理石。
【知识点】
根据化学方程式计算、质量分数计算、密度与质量体积换算
【点评】
本题结合密度计算、化学方程式计算和混合物纯物质质量计算,是初中化学典型基础综合题,步骤清晰,考查学生基础计算能力,只要掌握核心公式即可顺利解答。
【难度系数】
0.7
本题为初中化学基础计算题,解题思路分三步:首先利用密度公式计算制取的二氧化碳质量;再根据大理石与稀盐酸反应的化学方程式,由二氧化碳质量算出所需纯碳酸钙的质量;最后结合大理石中碳酸钙的质量分数,求出所需含杂质的大理石总质量。
【解析】
1. 计算二氧化碳的质量:根据密度公式$m=\rho V$,代入数据得:$m_{CO_2}=2\ g·L^{-1}×8.8\ L=17.6\ g$;
2. 设需要纯碳酸钙的质量为$x$,反应的化学方程式为$CaCO_3 + 2HCl = CaCl_2 + H_2O + CO_2↑$,各物质质量比为$100:44$,列比例式:$\frac{100}{44}=\frac{x}{17.6\ g}$,解得$x=40\ g$;
3. 计算含碳酸钙80%的大理石质量:纯碳酸钙质量除以其质量分数,即$m_{大理石}=\frac{40\ g}{80\%}=50\ g$。
【答案】
需要50g含碳酸钙80%的大理石。
【知识点】
根据化学方程式计算、质量分数计算、密度与质量体积换算
【点评】
本题结合密度计算、化学方程式计算和混合物纯物质质量计算,是初中化学典型基础综合题,步骤清晰,考查学生基础计算能力,只要掌握核心公式即可顺利解答。
【难度系数】
0.7