8. (2024·徐州)为了实现碳的资源化利用,我国科学家用纳米镍粒子作催化剂用二氧化碳合成甲烷,反应的化学方程式为$\ce{CO_{2} + 4H_{2} \xlongequal{纳米镍粒子} CH_{4} + 2X}$。下列说法正确的是 ()

A.X的化学式为$\ce{H_{2}O_{2}}$
B.甲烷中碳、氢元素的质量比为$3:1$
C.反应前后分子的数目不变
D.参加反应的$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}}$的质量比为$22:1$

8.B

【分析】本题围绕化学方程式的相关知识，需结合质量守恒定律、化学式计算、化学方程式的分子数和质量比计算逐一分析选项：1. 根据反应前后原子种类和数目不变确定X的化学式，判断A；2. 利用化学式中元素质量比的计算方法判断B；3. 统计反应前后分子总数判断C；4. 计算反应物的质量比判断D，最终选出正确选项。
【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。反应前原子总数：C：1，O：2，H：8；反应后已知物质（$\ce{CH_{4}}$）含C：1，H：4，因此2个X分子含O：2，H：4，即X的化学式为$\ce{H_{2}O}$，故A错误；甲烷（$\ce{CH_{4}}$）中碳、氢元素质量比为$12:(1×4)=3:1$，故B正确；反应前分子总数为$1(\ce{CO_{2}})+4(\ce{H_{2}})=5$，反应后分子总数为$1(\ce{CH_{4}})+2(\ce{H_{2}O})=3$，分子数目减少，故C错误；参加反应的$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}}$的质量比为$(12+16×2):(4×2)=44:8=11:1$，不是$22:1$，故D错误。
【答案】B
【知识点】质量守恒定律、化学式计算、化学方程式计算
【点评】本题属于初中化学基础题型，考查质量守恒定律的应用、化学式及化学方程式的相关计算，知识点较为基础，学生只要掌握基本的化学计算方法和质量守恒定律即可轻松解答，需注意仔细核对原子数目、质量比等细节，避免出错。
【难度系数】0.6

9. 科普材料（2024·深圳）中国天宫空间站中的三名航天员每日需要2.4 kg O₂，固体燃料氧气发生器中制氧，是航天员安全可靠的供氧途径之一。向氧气发生器加入粉末状的铁粉和氯酸钠（NaClO₃），点燃铁粉，铁粉剧烈燃烧，放出大量的热，NaClO₃受热分解为NaCl和O₂。
（1）氯酸钠受热分解所需的能量来自。
（2）三名航天员4天所需O₂的质量为9.6 kg，则理论上至少需要加热分解NaClO₃的质量为多少？（NaClO₃的相对分子质量为106.5，列出化学方程式写出完整计算过程）
（3）①加热KClO₃和MnO₂混合物制取O₂的化学方程式为。
②在一定条件下，制取相同质量的O₂，则加热分解（填“KClO₃”或“NaClO₃”）所需质量更少。

核心素养全解

(1)铁粉的剧烈燃烧
(2)解:设理论上至少需要加热分解$\ce{NaClO_{3}}$的质量为$x$。
$\ce{2NaClO_{3}\xlongequal{△}2NaCl + 3O_{2}\uparrow}$
213 96
$x$ 9.6 kg
$\dfrac{213}{96}=\dfrac{x}{9.6\ \mathrm{kg}}$
$x=21.3\ \mathrm{kg}$
答:理论上至少需要加热分解$\ce{NaClO_{3}}$的质量为 21.3 kg。
(3)①$\ce{2KClO_{3}\xlongequal[△]{MnO_{2}} 2KCl + 3O_{2}\uparrow}$
②$\ce{NaClO_{3}}$

【分析】
本题结合天宫空间站供氧的实际情境设置问题，分三小问：（1）需从题目描述中提取氯酸钠分解的能量来源，根据“铁粉剧烈燃烧放出大量热，NaClO₃受热分解”可直接推导；（2）是根据化学方程式的计算，需先正确书写氯酸钠分解的化学方程式，再利用已知氧气的质量，通过比例关系计算所需氯酸钠的质量；（3）①考查氯酸钾分解制氧气的化学方程式书写，②需通过计算制取相同质量氧气时两种物质的质量，比较得出所需质量更少的物质。
【解析】
（1）根据题目信息，点燃铁粉后铁粉剧烈燃烧放出大量热，为NaClO₃受热分解提供能量，因此氯酸钠受热分解所需的能量来自铁粉的剧烈燃烧。
（2）解：设理论上至少需要加热分解$\ce{NaClO_{3}}$的质量为$x$。
氯酸钠受热分解的化学方程式为：$\ce{2NaClO_{3}\xlongequal{\Delta}2NaCl + 3O_{2}\uparrow}$
各物质的质量关系：$\ce{2NaClO_{3}}$的总相对质量为$2×106.5=213$，$\ce{O_{2}}$的总相对质量为$3×32=96$。
已知生成$\ce{O_{2}}$的质量为$9.6\ \mathrm{kg}$，则：
$\dfrac{213}{96}=\dfrac{x}{9.6\ \mathrm{kg}}$
解得：$x=\dfrac{213×9.6\ \mathrm{kg}}{96}=21.3\ \mathrm{kg}$
答：理论上至少需要加热分解$\ce{NaClO_{3}}$的质量为$21.3\ \mathrm{kg}$。
（3）①加热$\ce{KClO_{3}}$和$\ce{MnO_{2}}$混合物制取$\ce{O_{2}}$的化学方程式为：$\ce{2KClO_{3}\xlongequal[\Delta]{MnO_{2}} 2KCl + 3O_{2}\uparrow}$；
②计算制取相同质量$\ce{O_{2}}$时所需两种物质的质量：制取$96\ \mathrm{g}\ \ce{O_{2}}$时，需要$\ce{NaClO_{3}}$的质量为$213\ \mathrm{g}$，需要$\ce{KClO_{3}}$的质量为$2×(39+35.5+16×3)=245\ \mathrm{g}$，因此制取相同质量的$\ce{O_{2}}$，加热分解$\ce{NaClO_{3}}$所需质量更少。
【答案】
(1)铁粉的剧烈燃烧
(2)21.3 kg
(3)①$\ce{2KClO_{3}\xlongequal[\Delta]{MnO_{2}} 2KCl + 3O_{2}\uparrow}$；②$\ce{NaClO_{3}}$
【知识点】
化学方程式计算、氧气制取
【点评】
本题以天宫空间站供氧为真实情境，将化学知识与科技应用结合，考查化学方程式的书写、根据化学方程式的计算，题目难度适中，需要学生准确掌握化学用语及计算步骤，体现了化学在实际生活中的应用价值。
【难度系数】
0.6

10.(2024·武汉)化学项目小组用图1所示装置验证质量守恒定律。点燃红磷前电子天平示数为106.23 g(见图1)。验证质量守恒定律后,待白烟完全沉降取下橡胶塞,片刻后再一起称量,电子天平示数稳定为106.28 g(见图2)。

回答下列问题:
(1)仪器甲的名称为(填“锥形瓶”或“烧杯”)。
(2)计算参加反应的红磷的质量(结果精确到0.01 g)。

(1)锥形瓶
(2)解:参加反应的氧气的质量为$106.28\ \mathrm{g}-106.23\ \mathrm{g}=0.05\ \mathrm{g}$。
设参加反应的红磷的质量为$x$。
$\ce{4P + 5O_{2}\xlongequal{点燃}2P_{2}O_{5}}$
124 160
$x$ 0.05 g
$\dfrac{124}{160}=\dfrac{x}{0.05\ \mathrm{g}}$
$x\approx0.04\ \mathrm{g}$
答:参加反应的红磷的质量为 0.04 g。

【分析】
第(1)问：根据常见化学仪器的外形特征，判断仪器甲的名称；第(2)问：红磷燃烧消耗瓶内氧气，打开橡胶塞后外界空气进入，天平示数增加的质量等于参加反应的氧气质量，再结合红磷燃烧的化学方程式，利用氧气质量计算参加反应的红磷质量。
【解析】
(1) 观察图中仪器甲的形状，其为锥形瓶，故填锥形瓶。
(2) 首先计算参加反应的氧气质量：天平示数的差值即为进入瓶内的空气质量，也就是消耗氧气的质量，即$106.28\ \mathrm{g}-106.23\ \mathrm{g}=0.05\ \mathrm{g}$。
设参加反应的红磷质量为$x$，红磷燃烧的化学方程式为：$\ce{4P + 5O_{2}\xlongequal{点燃}2P_{2}O_{5}}$，其中红磷与氧气的质量比为$124:160$，则：
$\dfrac{124}{160}=\dfrac{x}{0.05\ \mathrm{g}}$
解得$x\approx0.04\ \mathrm{g}$。
【答案】
(1)锥形瓶；(2)参加反应的红磷的质量为0.04 g。
【知识点】
常见仪器名称、质量守恒定律、根据化学方程式计算
【点评】
本题结合实验装置考查基础化学知识，既需要识别常见仪器，又要理解质量守恒定律在实验中的应用，关键是明确天平示数变化对应的是消耗氧气的质量，再进行化学方程式计算，难度适中。
【难度系数】
0.5