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16. (6分)[2025宜春质检]同学们从山上采集到一种石灰石,他们取80 g该样品进行煅烧实验(所含杂质在煅烧过程不发生变化,化学方程式为$\ce{CaCO_{3}\xlongequal{\mathrm{高温}}CaO + CO_{2}\uparrow}$),测得反应后固体的质量$(m)$与反应时间$(t)$的关系如表所示。请回答下列问题:
(1) 当石灰石完全反应后,生成二氧化碳的质量为
(2) 求该石灰石中碳酸钙的质量分数。(写出计算过程)
(3) 反应过程中固体中钙元素的质量分数
(1) 当石灰石完全反应后,生成二氧化碳的质量为
22
g。(2) 求该石灰石中碳酸钙的质量分数。(写出计算过程)
(3) 反应过程中固体中钙元素的质量分数
先增大后不变
(填“逐渐增大”“逐渐减小”“先增大后不变”“先减小后不变”或“一直不变”)。答案
16. (1) 22 (2) 解:设该石灰石中含$\ce{CaCO_{3}}$的质量为$x$。
$\ce{CaCO_{3}\xlongequal{高温}CaO + CO_{2}\uparrow}$
100 44
$x$ 22 g
$\frac{100}{44}=\frac{x}{22\ \mathrm{g}}\ \ x=50\ \mathrm{g}$
该石灰石中碳酸钙的质量分数为$\frac{50\ \mathrm{g}}{80\ \mathrm{g}}×100\%=62.5\%$。
答:该石灰石中碳酸钙的质量分数为62.5%。
(3) 先增大后不变
〔解析〕(1) 固体的质量由80 g变为58 g,减小了22 g,说明生成的气体的质量为22 g。(3) 碳酸钙在高温的条件下分解生成氧化钙和二氧化碳,$t_1∼ t_5\ \mathrm{s}$内固体的质量不断减少,当碳酸钙完全分解后,固体的质量不再改变,所以反应过程中固体所含钙元素的质量分数先增大后不变。
$\ce{CaCO_{3}\xlongequal{高温}CaO + CO_{2}\uparrow}$
100 44
$x$ 22 g
$\frac{100}{44}=\frac{x}{22\ \mathrm{g}}\ \ x=50\ \mathrm{g}$
该石灰石中碳酸钙的质量分数为$\frac{50\ \mathrm{g}}{80\ \mathrm{g}}×100\%=62.5\%$。
答:该石灰石中碳酸钙的质量分数为62.5%。
(3) 先增大后不变
〔解析〕(1) 固体的质量由80 g变为58 g,减小了22 g,说明生成的气体的质量为22 g。(3) 碳酸钙在高温的条件下分解生成氧化钙和二氧化碳,$t_1∼ t_5\ \mathrm{s}$内固体的质量不断减少,当碳酸钙完全分解后,固体的质量不再改变,所以反应过程中固体所含钙元素的质量分数先增大后不变。
解析
【分析】
这是一道结合表格数据的化学计算类题目，解题思路可以分三步梳理：
1. 第一问利用质量守恒定律分析：该反应中只有生成的CO₂是气体会逸出，且杂质不参与反应，所以反应前后固体的质量差就是生成CO₂的总质量；观察表格发现t₅之后固体质量不再变化，说明石灰石已经完全反应，用初始固体总质量减去完全反应后剩余固体质量，就能直接得到生成CO₂的质量。
2. 第二问是常规的根据化学方程式计算，将第一问算出的CO₂质量代入反应方程式，计算出参与反应的CaCO₃的质量，再除以样品总质量80g，即可得到石灰石中碳酸钙的质量分数，注意计算步骤要符合化学计算的规范要求。
3. 第三问分析钙元素质量分数的变化：整个反应过程中钙元素始终留在固体中，总质量不会发生改变；反应进行时固体总质量因为不断放出CO₂逐渐减小，因此钙元素的质量分数会逐渐变大，等碳酸钙完全反应后，固体总质量不再变化，钙元素的质量分数也不再改变，即可得到对应的变化趋势。
【解析】
(1) 根据质量守恒，反应生成的CO₂作为气体逸出，固体总质量的减少量就是生成CO₂的质量，反应完全后固体质量不再变化，因此生成CO₂的质量为$80\ \mathrm{g}-58\ \mathrm{g}=22\ \mathrm{g}$。
(2) 设该石灰石中含$\ce{CaCO_{3}}$的质量为$x$。
$\ce{CaCO_{3}\xlongequal{高温}CaO + CO_{2}\uparrow}$
$\ \ 100\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 44$
$\ \ x\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 22\ \mathrm{g}$
列比例式：$\frac{100}{44}=\frac{x}{22\ \mathrm{g}}$，解得$x=50\ \mathrm{g}$
该石灰石中碳酸钙的质量分数为$\frac{50\ \mathrm{g}}{80\ \mathrm{g}}×100\%=62.5\%$。
(3) 反应过程中钙元素始终存在于固体中，质量保持不变，反应进行时固体总质量因生成CO₂不断减小，因此钙元素的质量分数逐渐增大；当碳酸钙完全分解后，固体总质量不再变化，钙元素质量分数也不再改变，因此固体中钙元素的质量分数先增大后不变。
【答案】
(1) $\boldsymbol{22}$
(2) 该石灰石中碳酸钙的质量分数为62.5%
(3) $\boldsymbol{先增大后不变}$
【知识点】
质量守恒定律，化学方程式计算，元素质量分数
【点评】
本题属于石灰石煅烧的基础综合计算题，结合表格数据判断反应终点，核心考察质量守恒定律的灵活应用，易错点是第三问，容易忽略反应过程中固体总质量减小的特点，误以为钙元素质量分数一直不变，整体计算难度低，侧重对反应过程中元素变化的逻辑考察。
【难度系数】
0.7
这是一道结合表格数据的化学计算类题目，解题思路可以分三步梳理：
1. 第一问利用质量守恒定律分析：该反应中只有生成的CO₂是气体会逸出，且杂质不参与反应，所以反应前后固体的质量差就是生成CO₂的总质量；观察表格发现t₅之后固体质量不再变化，说明石灰石已经完全反应，用初始固体总质量减去完全反应后剩余固体质量，就能直接得到生成CO₂的质量。
2. 第二问是常规的根据化学方程式计算，将第一问算出的CO₂质量代入反应方程式，计算出参与反应的CaCO₃的质量，再除以样品总质量80g，即可得到石灰石中碳酸钙的质量分数，注意计算步骤要符合化学计算的规范要求。
3. 第三问分析钙元素质量分数的变化：整个反应过程中钙元素始终留在固体中，总质量不会发生改变；反应进行时固体总质量因为不断放出CO₂逐渐减小，因此钙元素的质量分数会逐渐变大，等碳酸钙完全反应后，固体总质量不再变化，钙元素的质量分数也不再改变，即可得到对应的变化趋势。
【解析】
(1) 根据质量守恒，反应生成的CO₂作为气体逸出，固体总质量的减少量就是生成CO₂的质量，反应完全后固体质量不再变化，因此生成CO₂的质量为$80\ \mathrm{g}-58\ \mathrm{g}=22\ \mathrm{g}$。
(2) 设该石灰石中含$\ce{CaCO_{3}}$的质量为$x$。
$\ce{CaCO_{3}\xlongequal{高温}CaO + CO_{2}\uparrow}$
$\ \ 100\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 44$
$\ \ x\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 22\ \mathrm{g}$
列比例式：$\frac{100}{44}=\frac{x}{22\ \mathrm{g}}$，解得$x=50\ \mathrm{g}$
该石灰石中碳酸钙的质量分数为$\frac{50\ \mathrm{g}}{80\ \mathrm{g}}×100\%=62.5\%$。
(3) 反应过程中钙元素始终存在于固体中，质量保持不变，反应进行时固体总质量因生成CO₂不断减小，因此钙元素的质量分数逐渐增大；当碳酸钙完全分解后，固体总质量不再变化，钙元素质量分数也不再改变，因此固体中钙元素的质量分数先增大后不变。
【答案】
(1) $\boldsymbol{22}$
(2) 该石灰石中碳酸钙的质量分数为62.5%
(3) $\boldsymbol{先增大后不变}$
【知识点】
质量守恒定律，化学方程式计算，元素质量分数
【点评】
本题属于石灰石煅烧的基础综合计算题，结合表格数据判断反应终点，核心考察质量守恒定律的灵活应用，易错点是第三问，容易忽略反应过程中固体总质量减小的特点，误以为钙元素质量分数一直不变，整体计算难度低，侧重对反应过程中元素变化的逻辑考察。
【难度系数】
0.7
