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14.(4分)为了探究化学反应前后物质的总质量是否发生改变,甲同学和乙同学分别设计了下面两个实验。反应前按照图示称量总质量,实验时将试管中的溶液倒入烧杯中,反应一段时间后再次称量总质量。请根据图示回答问题:
(1)甲同学设计的实验如图A所示,反应前,托盘天平的指针指向刻度盘的中间。两种物质反应后,托盘天平的指针(填“向左”“向右”或“不”)偏转,原因是。
(2)乙同学设计的实验如图B所示,反应过程中可以观察到的现象是,从而得出结论:化学反应前后物质的总质量不发生改变。
(3)两位同学通过交流反思得到启示:在探究化学反应前后物质的总质量是否发生改变时,对于有气体参加或有气体生成的反应一定要在装置中进行。
(1)甲同学设计的实验如图A所示,反应前,托盘天平的指针指向刻度盘的中间。两种物质反应后,托盘天平的指针(填“向左”“向右”或“不”)偏转,原因是。
(2)乙同学设计的实验如图B所示,反应过程中可以观察到的现象是,从而得出结论:化学反应前后物质的总质量不发生改变。
(3)两位同学通过交流反思得到启示:在探究化学反应前后物质的总质量是否发生改变时,对于有气体参加或有气体生成的反应一定要在装置中进行。
答案
解：
(1) 向右
稀盐酸与碳酸钠反应生成的二氧化碳气体逸散到空气中，使反应后左盘总质量小于右盘总质量
(2) 铁钉表面有红色固体析出，溶液由蓝色逐渐变为浅绿色，天平指针始终指向刻度盘中央（天平保持平衡）
(3) 密闭
(1) 向右
稀盐酸与碳酸钠反应生成的二氧化碳气体逸散到空气中，使反应后左盘总质量小于右盘总质量
(2) 铁钉表面有红色固体析出，溶液由蓝色逐渐变为浅绿色，天平指针始终指向刻度盘中央（天平保持平衡）
(3) 密闭
解析
【分析】
要解决这道题，需结合两个化学反应的特点分析天平的变化：
1. 分析图A：碳酸钠与稀盐酸反应会生成二氧化碳气体，该气体会逸散到空气中，导致左盘总质量减少，右盘质量不变，因此天平指针会偏转。
2. 分析图B：铁与硫酸铜反应无气体生成，反应前后各物质总质量不变，需描述反应的固体、溶液颜色变化及天平状态。
3. 总结实验启示：有气体参与或生成的反应，若要验证质量守恒，需保证所有物质都被称量，因此要在密闭装置中进行。
【解析】
(1) 图A中，稀盐酸与碳酸钠反应生成氯化钠、水和二氧化碳，反应的化学方程式为：$\ce{Na_{2}CO_{3} + 2HCl = 2NaCl + H_{2}O + CO_{2}↑}$，生成的二氧化碳气体逸散到空气中，使反应后左盘烧杯内物质的总质量小于右盘砝码的总质量，因此托盘天平的指针向右偏转。
(2) 图B中，铁与硫酸铜发生置换反应，化学方程式为：$\ce{Fe + CuSO_{4} = FeSO_{4} + Cu}$，可观察到：铁钉表面有红色固体（铜）析出，溶液由蓝色（硫酸铜溶液）逐渐变为浅绿色（硫酸亚铁溶液）；由于反应没有气体生成，反应前后物质总质量不变，因此天平指针始终指向刻度盘中央（天平保持平衡）。
(3) 由A实验可知，有气体生成的反应若在敞口装置中进行，会因气体逸散导致天平不平衡，无法验证质量守恒；同理，有气体参加的反应也需密闭装置，因此对于有气体参加或有气体生成的反应，一定要在密闭装置中进行。
【答案】
(1) 向右；稀盐酸与碳酸钠反应生成的二氧化碳气体逸散到空气中，使反应后左盘总质量小于右盘总质量
(2) 铁钉表面有红色固体析出，溶液由蓝色逐渐变为浅绿色，天平指针始终指向刻度盘中央（天平保持平衡）
(3) 密闭
【知识点】
质量守恒定律，化学方程式应用，实验装置选择
【点评】
本题通过两个对比实验考查质量守恒定律的验证，重点在于理解有气体参与或生成的反应的实验装置要求，是质量守恒定律的典型基础应用，需学生掌握相关反应的现象和质量变化的原因。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需结合两个化学反应的特点分析天平的变化：
1. 分析图A：碳酸钠与稀盐酸反应会生成二氧化碳气体，该气体会逸散到空气中，导致左盘总质量减少，右盘质量不变，因此天平指针会偏转。
2. 分析图B：铁与硫酸铜反应无气体生成，反应前后各物质总质量不变，需描述反应的固体、溶液颜色变化及天平状态。
3. 总结实验启示：有气体参与或生成的反应，若要验证质量守恒，需保证所有物质都被称量，因此要在密闭装置中进行。
【解析】
(1) 图A中，稀盐酸与碳酸钠反应生成氯化钠、水和二氧化碳，反应的化学方程式为：$\ce{Na_{2}CO_{3} + 2HCl = 2NaCl + H_{2}O + CO_{2}↑}$，生成的二氧化碳气体逸散到空气中，使反应后左盘烧杯内物质的总质量小于右盘砝码的总质量，因此托盘天平的指针向右偏转。
(2) 图B中，铁与硫酸铜发生置换反应，化学方程式为：$\ce{Fe + CuSO_{4} = FeSO_{4} + Cu}$，可观察到：铁钉表面有红色固体（铜）析出，溶液由蓝色（硫酸铜溶液）逐渐变为浅绿色（硫酸亚铁溶液）；由于反应没有气体生成，反应前后物质总质量不变，因此天平指针始终指向刻度盘中央（天平保持平衡）。
(3) 由A实验可知，有气体生成的反应若在敞口装置中进行，会因气体逸散导致天平不平衡，无法验证质量守恒；同理，有气体参加的反应也需密闭装置，因此对于有气体参加或有气体生成的反应，一定要在密闭装置中进行。
【答案】
(1) 向右；稀盐酸与碳酸钠反应生成的二氧化碳气体逸散到空气中，使反应后左盘总质量小于右盘总质量
(2) 铁钉表面有红色固体析出，溶液由蓝色逐渐变为浅绿色，天平指针始终指向刻度盘中央（天平保持平衡）
(3) 密闭
【知识点】
质量守恒定律，化学方程式应用，实验装置选择
【点评】
本题通过两个对比实验考查质量守恒定律的验证，重点在于理解有气体参与或生成的反应的实验装置要求，是质量守恒定律的典型基础应用，需学生掌握相关反应的现象和质量变化的原因。
【难度系数】
0.6
15. (5分)(2026遂宁)2026年春晚武术节目《武BOT》展现了我国在人工智能、人机协同等领域的技术突破。武术机器人的机身与关节采用钛合金制造,工业上生产钛的反应为$\ce{TiCl_{4} + 2Mg\xlongequal{高温} 2X + Ti}$。已知生产一台某人形机器人需要5 kg钛合金,钛合金中钛的含量为90%。
(1)X的化学式为。
(2)某企业有一订单要生产10台该类型机器人,需要镁的质量是多少?(写出解题过程)
(1)X的化学式为。
(2)某企业有一订单要生产10台该类型机器人,需要镁的质量是多少?(写出解题过程)
答案
解：
(1) $\ce{MgCl_{2}}$
(2) 生产10台该类型机器人所需钛的总质量为：
$10×5\ \mathrm{kg}×90\% = 45\ \mathrm{kg}$
设需要镁的质量为$x$。
$\ce{TiCl_{4} + 2Mg\xlongequal{高温} 2MgCl_{2} + Ti}$
$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 48\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 48$
$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ x\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 45\ \mathrm{kg}$
$\dfrac{48}{48}=\dfrac{x}{45\ \mathrm{kg}}$
$x=45\ \mathrm{kg}$
答：需要镁的质量是45 kg。
(1) $\ce{MgCl_{2}}$
(2) 生产10台该类型机器人所需钛的总质量为：
$10×5\ \mathrm{kg}×90\% = 45\ \mathrm{kg}$
设需要镁的质量为$x$。
$\ce{TiCl_{4} + 2Mg\xlongequal{高温} 2MgCl_{2} + Ti}$
$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 48\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 48$
$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ x\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 45\ \mathrm{kg}$
$\dfrac{48}{48}=\dfrac{x}{45\ \mathrm{kg}}$
$x=45\ \mathrm{kg}$
答：需要镁的质量是45 kg。
解析
【分析】
首先，第一问利用质量守恒定律，化学反应前后原子的种类、数目不变，通过对比反应前后各原子的数量确定X的化学式；第二问先计算10台机器人所需钛的总质量，再根据化学方程式中镁与钛的质量关系，列比例式计算所需镁的质量。
【解析】
(1) 根据质量守恒定律，化学反应前后原子的种类和数目不变。反应前有1个Ti原子、4个Cl原子、2个Mg原子，反应后已有1个Ti原子，因此2个X分子需提供2个Mg原子和4个Cl原子，即每个X分子含1个Mg原子和2个Cl原子，故X的化学式为$\ce{MgCl_{2}}$。
(2) 计算10台机器人所需钛的总质量：
$10 × 5\ \mathrm{kg} × 90\% = 45\ \mathrm{kg}$
设需要镁的质量为$x$，写出反应的化学方程式：
$\ce{TiCl_{4} + 2Mg\xlongequal{高温} 2MgCl_{2} + Ti}$
反应中Mg的总相对质量为$2×24=48$，Ti的相对质量为48，因此质量比为$48:48$，列比例式：
$\dfrac{48}{48} = \dfrac{x}{45\ \mathrm{kg}}$
解得$x=45\ \mathrm{kg}$。
【答案】
(1) $\ce{MgCl_{2}}$；(2) 需要镁的质量是45 kg。
【知识点】
质量守恒定律、根据化学方程式的计算
【点评】
本题结合工业生产实际，考查质量守恒定律的应用和化学方程式的基本计算，题型常规，注重基础，需要学生掌握原子守恒规律和化学方程式计算的规范步骤。
【难度系数】
0.5
首先，第一问利用质量守恒定律，化学反应前后原子的种类、数目不变，通过对比反应前后各原子的数量确定X的化学式；第二问先计算10台机器人所需钛的总质量，再根据化学方程式中镁与钛的质量关系，列比例式计算所需镁的质量。
【解析】
(1) 根据质量守恒定律，化学反应前后原子的种类和数目不变。反应前有1个Ti原子、4个Cl原子、2个Mg原子，反应后已有1个Ti原子，因此2个X分子需提供2个Mg原子和4个Cl原子，即每个X分子含1个Mg原子和2个Cl原子，故X的化学式为$\ce{MgCl_{2}}$。
(2) 计算10台机器人所需钛的总质量：
$10 × 5\ \mathrm{kg} × 90\% = 45\ \mathrm{kg}$
设需要镁的质量为$x$，写出反应的化学方程式：
$\ce{TiCl_{4} + 2Mg\xlongequal{高温} 2MgCl_{2} + Ti}$
反应中Mg的总相对质量为$2×24=48$，Ti的相对质量为48，因此质量比为$48:48$，列比例式：
$\dfrac{48}{48} = \dfrac{x}{45\ \mathrm{kg}}$
解得$x=45\ \mathrm{kg}$。
【答案】
(1) $\ce{MgCl_{2}}$；(2) 需要镁的质量是45 kg。
【知识点】
质量守恒定律、根据化学方程式的计算
【点评】
本题结合工业生产实际，考查质量守恒定律的应用和化学方程式的基本计算，题型常规，注重基础，需要学生掌握原子守恒规律和化学方程式计算的规范步骤。
【难度系数】
0.5
