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B
$\ce{C_{2}H_{5}OH +3O_{2}\xlongequal{点燃}3H_{2}O +2CO_{2}}$
步骤2中白磷未燃烧,步骤4中白磷燃烧,产生白烟
$m_1>m_2=m_3$
取土填埋,隔绝空气(合理答案均可)
铁的表面积、氧气的浓度(合理答案均可)
$7.2≤ a≤8.0$
提高$\ce{SO_{2}}$的吸收率(合理答案均可)
$\ce{CO_{2}}$
$+4\rightarrow+6$
B
解​$:$​设含5 t碳酸钙的石灰石浆可吸收的二氧化硫的质量为​$x。$​
​$2\mathrm {CaCO}_{3} +2\mathrm {SO}_{2} +\mathrm {O}_{2}\xlongequal{\;\;}2\mathrm {CaSO}_{4} +2\mathrm {CO}_{2}$
​   200           128
    5t               x    ​
​$\frac {200}{128}=\frac {5 \mathrm {t}}{x}$​
​$ x=3.2 \mathrm {t}$​
废气中二氧化硫的质量分数为​$\frac {3.2 \mathrm {t}}{2 000 \mathrm {t}}×100\%=0.16\%。$​
答​$:$​废气中二氧化硫的质量分数为​$0.16\%。$​
【分析】
本题围绕燃烧主题分四个任务考查相关知识:任务一分析常见燃料燃烧的现象和化学方程式;任务二通过实验探究燃烧条件及质量变化;任务三应用灭火原理解答实际问题;任务四探究铁燃烧的影响因素及相关计算。解题时需结合燃烧条件、质量守恒定律、化学方程式书写规则等,逐步分析每个问题:
1. 任务一(1)对比三种燃料燃烧的产物和现象,找出共有的特征;(2)根据酒精燃烧的反应物和生成物配平化学方程式;
2. 任务二(3)①通过白磷在有无氧气时的燃烧现象,验证燃烧需要氧气;②结合气体密度差异和质量守恒判断质量关系;
3. 任务三(4)根据灭火原理给出合理建议;
4. 任务四(5)①结合纳米铁粉自燃特点分析影响铁燃烧的因素;②计算5.6g铁生成不同铁的氧化物的质量,确定a的范围。
【解析】
(1) 酒精、天然气燃烧生成CO₂和H₂O,无刺激性气体;煤燃烧可能生成SO₂等刺激性气体,但三者燃烧均发光、放热,且生成CO₂(能使澄清石灰水变浑浊),故不属于共有的现象是B;
(2) 酒精完全燃烧生成二氧化碳和水,配平后化学方程式为:$\ce{C_{2}H_{5}OH +3O_{2}\xlongequal{点燃}2CO_{2} +3H_{2}O}$;
(3)① 步骤2中白磷温度达80℃(着火点)但无氧气,不燃烧;步骤4通入氧气后,白磷满足燃烧三条件,燃烧产生白烟,对比证明燃烧需要氧气;
② 步骤1装置总质量为m₁,步骤3通入氧气时,打开K₁、K₂,通入的氧气会排出等体积的CO₂,CO₂密度比O₂大,排出气体质量大于通入氧气质量,故m₂ < m₁;步骤4白磷燃烧在密闭装置中,根据质量守恒,反应前后总质量不变,故m₃ = m₂,因此质量关系为$m_1>m_2=m_3$;
(4) 灭火需破坏燃烧条件,煤层自燃可通过取土填埋隔绝空气,阻止燃烧继续(合理即可);
(5)① 纳米铁粉表面积大,在空气中自燃,说明铁的表面积影响燃烧;空气中氧气浓度低于纯氧,纳米铁粉在空气中能自燃,说明氧气浓度也影响铁的燃烧(合理即可);
② 5.6g铁的物质的量为$\frac{5.6g}{56g/mol}=0.1mol$,若全部生成FeO,质量为$0.1mol×72g/mol=7.2g$;若全部生成Fe₂O₃,质量为$0.05mol×160g/mol=8.0g$;若生成Fe₃O₄,质量约为7.73g,故a的取值范围是$7.2≤ a≤8.0$。
【答案】
B;$\ce{C_{2}H_{5}OH +3O_{2}\xlongequal{点燃}2CO_{2} +3H_{2}O}$;步骤2中白磷未燃烧,步骤4中白磷燃烧,产生白烟;$m_1>m_2=m_3$;取土填埋,隔绝空气(合理即可);铁的表面积、氧气的浓度(合理即可);$7.2≤ a≤8.0$
【知识点】
燃烧条件;化学方程式书写;质量守恒定律
【点评】
本题以项目式学习为背景,将燃烧知识与实验探究、化学计算结合,全面考查学生对燃烧相关知识的掌握,同时培养实验分析和逻辑推理能力,综合性较强。
【难度系数】
0.5
【分析】
1. 第(1)问:石灰石制成浆状,可增大与废气中二氧化硫的接触面积,使反应更充分,提升二氧化硫的吸收效率;
2. 第(2)问:依据质量守恒定律,反应前后原子种类、数目不变推导X的化学式;再根据化合物中化合价代数和为0,计算反应前后硫元素的化合价变化;
3. 第(3)问:明确二氧化硫对环境的危害,判断减少其排放的目的;
4. 第(4)问:利用化学方程式,根据碳酸钙的质量计算吸收的二氧化硫质量,再计算废气中二氧化硫的质量分数,按设未知量、写方程式、找相对质量、列比例式、求解的步骤进行。
【解析】
(1)石灰石加水制成石灰石浆,能增大反应物与废气中二氧化硫的接触面积,使反应更充分,提高二氧化硫的吸收率,故答案为提高$\ce{SO_{2}}$的吸收率(合理即可)。
(2)根据质量守恒定律,反应前后原子种类和数目不变:反应前$\ce{Ca}$原子2个、$\ce{C}$原子2个、$\ce{O}$原子共12个、$\ce{S}$原子2个;反应后$2\ce{CaSO_{4}}$中含$\ce{Ca}$原子2个、$\ce{S}$原子2个、$\ce{O}$原子8个,因此2个$\ce{X}$分子含$\ce{C}$原子2个、$\ce{O}$原子4个,即$\ce{X}$为$\ce{CO_{2}}$。反应前$\ce{SO_{2}}$中$\ce{S}$化合价:设为$a$,$a + 2×(-2)=0$,得$a=+4$;反应后$\ce{CaSO_{4}}$中$\ce{S}$化合价:设为$b$,$(+2)+b +4×(-2)=0$,得$b=+6$,故硫元素化合价变化为$+4\rightarrow+6$。
(3)二氧化硫排放到空气中会形成酸雨,减少其排放是为了减少酸雨形成,选B。
(4)解:设废气中二氧化硫的质量为$x$。
$\ce{2CaCO_{3} + 2SO_{2} + O_{2}\xlongequal{\;\;}2CaSO_{4} + 2CO_{2}}$
相对质量:$2×100=200$,$2×64=128$
$\frac{200}{128}=\frac{5\mathrm{t}}{x}$
解得:$x=3.2\mathrm{t}$
废气中二氧化硫的质量分数为:$\frac{3.2\mathrm{t}}{2000\mathrm{t}}×100\%=0.16\%$
答:废气中二氧化硫的质量分数为$0.16\%$。
【答案】
提高$\ce{SO_{2}}$的吸收率(合理答案均可);$\ce{CO_{2}}$;$+4\rightarrow+6$;B;0.16%
【知识点】
质量守恒定律、化学方程式计算、酸雨的成因
【点评】
本题结合工业脱硫流程,综合考查化学核心知识点,涵盖质量守恒应用、化合价计算、环境问题及化学计算,难度适中,需学生熟练掌握基础并灵活运用。
【难度系数】
0.6