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7. [2025 天津]从多角度认识化学反应,发展科学思维。
(1) 物质变化:结合反应的示意图回答问题。
① 微观分析,反应前后发生变化的是
② 宏观分析,该反应生成了新物质,反应的化学方程式为
(2) 能量变化:“神舟”系列载人飞船使用的某种发动机利用了$\ce{N_{2}H_{4}}$分解释放出热量和气体,反应的化学方程式为$a\ce{N_{2}H_{4}}\xlongequal{\mathrm{催化剂}}2\ce{N_{2}}\uparrow +3\ce{H_{2}}\uparrow +2\ce{NH_{3}}\uparrow$,其中$a=$
(3) 调控反应:做饭时,若燃气灶的火焰呈现黄色或橙色,锅底出现黑色物质,此时需要
(4) 可持续发展:为防止燃煤烟气中的二氧化硫污染环境,可用石灰石进行脱硫,这个过程中会发生化学反应:$2\ce{CaCO_{3}} + 2\ce{SO_{2}} + \ce{O_{2}} = 2\ce{CaSO_{4}} + 2\ce{CO_{2}}$,生成的硫酸钙可用于生产建筑材料。若吸收$640\ \mathrm{t}$二氧化硫,至少需要碳酸钙的质量为
(1) 物质变化:结合反应的示意图回答问题。
① 微观分析,反应前后发生变化的是
分子
（填“分子”或“原子”）。② 宏观分析,该反应生成了新物质,反应的化学方程式为
$\ce{2CO + O_{2}\xlongequal{点燃}2CO_{2}}$
。(2) 能量变化:“神舟”系列载人飞船使用的某种发动机利用了$\ce{N_{2}H_{4}}$分解释放出热量和气体,反应的化学方程式为$a\ce{N_{2}H_{4}}\xlongequal{\mathrm{催化剂}}2\ce{N_{2}}\uparrow +3\ce{H_{2}}\uparrow +2\ce{NH_{3}}\uparrow$,其中$a=$
3
。(3) 调控反应:做饭时,若燃气灶的火焰呈现黄色或橙色,锅底出现黑色物质,此时需要
调大
（填“调小”或“调大”）灶具的进风口。(4) 可持续发展:为防止燃煤烟气中的二氧化硫污染环境,可用石灰石进行脱硫,这个过程中会发生化学反应:$2\ce{CaCO_{3}} + 2\ce{SO_{2}} + \ce{O_{2}} = 2\ce{CaSO_{4}} + 2\ce{CO_{2}}$,生成的硫酸钙可用于生产建筑材料。若吸收$640\ \mathrm{t}$二氧化硫,至少需要碳酸钙的质量为
1000
$\mathrm{t}$。答案
〔解析〕(1) ① 由化学反应微观示意图可知，化学反应前后分子种类发生变化。② 由微观示意图可知，该反应的化学方程式为$\ce{2CO + O_{2}\xlongequal{点燃}2CO_{2}}$。(2) 根据质量守恒定律，化学反应前后原子种类、数目不变，反应后N、H原子个数分别为6、12，则$a=3$。(3) 燃气灶的火焰呈黄色或橙色，说明燃气没有充分燃烧，应将进风口调大，增大氧气的量。(4) 反应的化学方程式及其质量关系如下：
$\begin{aligned}&\ce{2CaCO_{3} + 2SO_{2} + O_{2}=2CaSO_{4} + 2CO_{2}}\\&\quad200\quad\quad128\\&\quad1000\ \mathrm{t}\quad640\ \mathrm{t}\end{aligned}$
则吸收640 t二氧化硫，至少需要碳酸钙的质量为1000 t。
$\begin{aligned}&\ce{2CaCO_{3} + 2SO_{2} + O_{2}=2CaSO_{4} + 2CO_{2}}\\&\quad200\quad\quad128\\&\quad1000\ \mathrm{t}\quad640\ \mathrm{t}\end{aligned}$
则吸收640 t二氧化硫，至少需要碳酸钙的质量为1000 t。
解析
【分析】
我们可以逐个小问梳理清晰解题思路：
1. 第(1)问：① 回忆化学反应的微观本质：化学反应是分子拆分为原子，原子再重新组合为新分子的过程，反应前后原子的种类、数目都不会改变，分子的种类一定发生改变，据此判断发生变化的粒子。② 先识别图中微粒：黑球代表碳原子，白球代表氧原子，反应物的两个分子均为1个碳原子结合1个氧原子，属于CO分子，另一反应物是两个氧原子构成的O₂分子，生成物的两个分子均为1个碳原子结合2个氧原子，属于CO₂分子，配平后写出对应点燃条件下的反应方程式即可。
2. 第(2)问：根据质量守恒定律，化学反应前后原子的种类、总个数均保持不变，先统计出反应后所有氮原子、氢原子的总数量，再结合单个$\ce{N_{2}H_{4}}$分子中对应的原子数，即可算出a的数值。
3. 第(3)问：火焰呈现黄色/橙色、锅底出现黑色物质，说明燃气发生了不完全燃烧，本质是氧气供给不足，因此需要增大氧气的通入量，对应调整灶具进风口即可。
4. 第(4)问：这是基础的化学方程式计算，先找出反应中$\ce{CaCO_{3}}$和$\ce{SO_{2}}$的相对总质量的比例关系，代入已知的640t二氧化硫的质量，列比例式就能算出所需碳酸钙的质量。
【解析】
(1) ① 化学反应过程中原子仅发生重新组合，种类、数目均不改变，分子会拆分重组为新的分子，因此反应前后发生变化的是分子。
② 由微观示意图可知，反应物为一氧化碳和氧气，生成物为二氧化碳，配平后反应的化学方程式为：$\ce{2CO + O_{2}\xlongequal{点燃}2CO_{2}}$。
(2) 根据质量守恒定律，反应前后氮原子、氢原子数目相等：反应后N原子总数为$2×2 + 2×1=6$，H原子总数为$3×2 + 2×3=12$；每个$\ce{N_{2}H_{4}}$分子含2个N原子、4个H原子，因此$a=\frac{6}{2}=\frac{12}{4}=3$。
(3) 火焰呈黄色/橙色、锅底出现黑色，说明氧气不足，燃气不完全燃烧，此时需要调大进风口，增加进入的空气量，保证燃气充分燃烧。
(4) 设至少需要碳酸钙的质量为x：
$\begin{aligned}\ce{2CaCO_{3} + 2SO_{2} + O_{2}}&=\ce{2CaSO_{4} + 2CO_{2}}\\2×100\quad &\quad 2×64\\x\quad &\quad 640\ \mathrm{t}\end{aligned}$
列比例式：$\frac{200}{128}=\frac{x}{640\ \mathrm{t}}$，解得$x=1000\ \mathrm{t}$。
【答案】
(1) ① 分子 ② $\ce{2CO + O_{2}\xlongequal{点燃}2CO_{2}}$
(2) 3
(3) 调大
(4) 1000
【知识点】
化学反应微观实质，质量守恒定律，化学方程式计算
【点评】
本题从物质变化、能量变化、反应调控、可持续发展四个维度综合考察初中化学核心基础知识点，既涉及微观粒子的辨识，也结合生活实际应用，同时包含基础的化学方程式计算，考点覆盖全面，侧重检验学生对基础知识的掌握程度，引导学生建立从多角度认识化学反应的化学思维。
【难度系数】
0.85
我们可以逐个小问梳理清晰解题思路：
1. 第(1)问：① 回忆化学反应的微观本质：化学反应是分子拆分为原子，原子再重新组合为新分子的过程，反应前后原子的种类、数目都不会改变，分子的种类一定发生改变，据此判断发生变化的粒子。② 先识别图中微粒：黑球代表碳原子，白球代表氧原子，反应物的两个分子均为1个碳原子结合1个氧原子，属于CO分子，另一反应物是两个氧原子构成的O₂分子，生成物的两个分子均为1个碳原子结合2个氧原子，属于CO₂分子，配平后写出对应点燃条件下的反应方程式即可。
2. 第(2)问：根据质量守恒定律，化学反应前后原子的种类、总个数均保持不变，先统计出反应后所有氮原子、氢原子的总数量，再结合单个$\ce{N_{2}H_{4}}$分子中对应的原子数，即可算出a的数值。
3. 第(3)问：火焰呈现黄色/橙色、锅底出现黑色物质，说明燃气发生了不完全燃烧，本质是氧气供给不足，因此需要增大氧气的通入量，对应调整灶具进风口即可。
4. 第(4)问：这是基础的化学方程式计算，先找出反应中$\ce{CaCO_{3}}$和$\ce{SO_{2}}$的相对总质量的比例关系，代入已知的640t二氧化硫的质量，列比例式就能算出所需碳酸钙的质量。
【解析】
(1) ① 化学反应过程中原子仅发生重新组合，种类、数目均不改变，分子会拆分重组为新的分子，因此反应前后发生变化的是分子。
② 由微观示意图可知，反应物为一氧化碳和氧气，生成物为二氧化碳，配平后反应的化学方程式为：$\ce{2CO + O_{2}\xlongequal{点燃}2CO_{2}}$。
(2) 根据质量守恒定律，反应前后氮原子、氢原子数目相等：反应后N原子总数为$2×2 + 2×1=6$，H原子总数为$3×2 + 2×3=12$；每个$\ce{N_{2}H_{4}}$分子含2个N原子、4个H原子，因此$a=\frac{6}{2}=\frac{12}{4}=3$。
(3) 火焰呈黄色/橙色、锅底出现黑色，说明氧气不足，燃气不完全燃烧，此时需要调大进风口，增加进入的空气量，保证燃气充分燃烧。
(4) 设至少需要碳酸钙的质量为x：
$\begin{aligned}\ce{2CaCO_{3} + 2SO_{2} + O_{2}}&=\ce{2CaSO_{4} + 2CO_{2}}\\2×100\quad &\quad 2×64\\x\quad &\quad 640\ \mathrm{t}\end{aligned}$
列比例式：$\frac{200}{128}=\frac{x}{640\ \mathrm{t}}$，解得$x=1000\ \mathrm{t}$。
【答案】
(1) ① 分子 ② $\ce{2CO + O_{2}\xlongequal{点燃}2CO_{2}}$
(2) 3
(3) 调大
(4) 1000
【知识点】
化学反应微观实质，质量守恒定律，化学方程式计算
【点评】
本题从物质变化、能量变化、反应调控、可持续发展四个维度综合考察初中化学核心基础知识点，既涉及微观粒子的辨识，也结合生活实际应用，同时包含基础的化学方程式计算，考点覆盖全面，侧重检验学生对基础知识的掌握程度，引导学生建立从多角度认识化学反应的化学思维。
【难度系数】
0.85
8. MnO₂ 在工业生产中有广泛的应用，制备 MnO₂ 是一项有意义的工作，某研究性学习小组对此展开了一系列研究。
（1）用高锰酸钾制备 MnO₂。
已知：$\ce{3K_{2}MnO_{4} + 2H_{2}SO_{4} = 2KMnO_{4} + MnO_{2}↓ + 2K_{2}SO_{4} + 2H_{2}O}$，$\ce{K_{2}MnO_{4}}$ 易溶于水。
实验室加热高锰酸钾制氧气，将反应后的固体剩余物用稀硫酸浸泡一段时间后过滤、洗涤、烘干即得 $\ce{MnO_{2}}$。用稀硫酸而不用水浸泡的原因是
（2）用硫酸锰制备 $\ce{MnO_{2}}$。
电解 $\ce{MnSO_{4}}$ 溶液可制得活性 $\ce{MnO_{2}}$，同时生成氢气和硫酸，该反应的化学方程式为
（3）用碳酸锰制备 $\ce{MnO_{2}}$。
① 控制一定的温度，焙烧 $\ce{MnCO_{3}}$ 制备 $\ce{MnO_{2}}$ 的装置如图甲所示。实验中观察到澄清石灰水变浑浊，焙烧 $\ce{MnCO_{3}}$ 制备 $\ce{MnO_{2}}$ 的化学方程式为
② $\ce{MnCO_{3}}$ 在空气中加热易转化为锰的不同氧化物，固体残留率随温度的变化如图乙所示。图中 $A$、$B$、$C$ 点对应的固体成分的化学式依次为
（第8题图）
（第9题图Ⅰ）
（1）用高锰酸钾制备 MnO₂。
已知：$\ce{3K_{2}MnO_{4} + 2H_{2}SO_{4} = 2KMnO_{4} + MnO_{2}↓ + 2K_{2}SO_{4} + 2H_{2}O}$，$\ce{K_{2}MnO_{4}}$ 易溶于水。
实验室加热高锰酸钾制氧气，将反应后的固体剩余物用稀硫酸浸泡一段时间后过滤、洗涤、烘干即得 $\ce{MnO_{2}}$。用稀硫酸而不用水浸泡的原因是
稀硫酸可使锰酸钾转化成二氧化锰，获得更多的二氧化锰
。（2）用硫酸锰制备 $\ce{MnO_{2}}$。
电解 $\ce{MnSO_{4}}$ 溶液可制得活性 $\ce{MnO_{2}}$，同时生成氢气和硫酸，该反应的化学方程式为
$\ce{MnSO_{4} + 2H_{2}O\xlongequal{通电}MnO_{2}\downarrow + H_{2}\uparrow + H_{2}SO_{4}}$
。（3）用碳酸锰制备 $\ce{MnO_{2}}$。
① 控制一定的温度，焙烧 $\ce{MnCO_{3}}$ 制备 $\ce{MnO_{2}}$ 的装置如图甲所示。实验中观察到澄清石灰水变浑浊，焙烧 $\ce{MnCO_{3}}$ 制备 $\ce{MnO_{2}}$ 的化学方程式为
$\ce{2MnCO_{3} + O_{2}\xlongequal{高温}2MnO_{2} + 2CO_{2}}$
。② $\ce{MnCO_{3}}$ 在空气中加热易转化为锰的不同氧化物，固体残留率随温度的变化如图乙所示。图中 $A$、$B$、$C$ 点对应的固体成分的化学式依次为
$\ce{MnO_{2}}$、$\ce{Mn_{2}O_{3}}$、$\ce{MnO}$
。（第8题图）
（第9题图Ⅰ）
答案
〔解析〕(1) 由$\ce{3K_{2}MnO_{4} + 2H_{2}SO_{4}=2KMnO_{4} + MnO_{2}\downarrow + 2K_{2}SO_{4} + 2H_{2}O}$可知，锰酸钾和稀硫酸反应可制取更多的$\ce{MnO_{2}}$。(2) 电解$\ce{MnSO_{4}}$溶液可制得活性$\ce{MnO_{2}}$，同时生成氢气和硫酸，根据生成物可知，有含氢元素的物质参与反应，故反应物还有水，化学方程式为$\ce{MnSO_{4} + 2H_{2}O\xlongequal{通电}MnO_{2}\downarrow + H_{2}\uparrow + H_{2}SO_{4}}$。(3) ① 焙烧$\ce{MnCO_{3}}$制备$\ce{MnO_{2}}$，从图甲中可看出空气参与反应，且生成使澄清石灰水变浑浊的二氧化碳，故化学方程式为$\ce{2MnCO_{3} + O_{2}\xlongequal{高温}2MnO_{2} + 2CO_{2}}$。② 碳酸锰的相对分子质量为115，锰的相对原子质量为55，假设碳酸锰的质量为115 g，则其中锰元素的质量为55 g，而生成物中锰元素的质量不变，化合物中元素质量比等于相对原子质量乘原子个数比；A点时剩余固体的质量为$115\ \mathrm{g}×75.65\%\approx87\ \mathrm{g}$，剩余固体中氧元素的质量为$87\ \mathrm{g}-55\ \mathrm{g}=32\ \mathrm{g}$，设锰原子、氧原子的个数分别为$m$、$n$，$\dfrac{55\ \mathrm{g}}{32\ \mathrm{g}}=\dfrac{55m}{16n}$，$\dfrac{m}{n}=\dfrac{1}{2}$，故A点对应的固体成分的化学式为$\ce{MnO_{2}}$；B点时剩余固体的质量为$115\ \mathrm{g}×68.70\%\approx79\ \mathrm{g}$，剩余固体中氧元素的质量为$79\ \mathrm{g}-55\ \mathrm{g}=24\ \mathrm{g}$，设锰原子、氧原子的个数分别为$x$、$y$，$\dfrac{55\ \mathrm{g}}{24\ \mathrm{g}}=\dfrac{55x}{16y}$，$\dfrac{x}{y}=\dfrac{2}{3}$，故B点对应的固体成分的化学式为$\ce{Mn_{2}O_{3}}$；C点时剩余固体的质量为$115\ \mathrm{g}×61.74\%\approx71\ \mathrm{g}$，剩余固体中氧元素的质量为$71\ \mathrm{g}-55\ \mathrm{g}=16\ \mathrm{g}$，设锰原子、氧原子的个数分别为$a$、$b$，$\dfrac{55\ \mathrm{g}}{16\ \mathrm{g}}=\dfrac{55a}{16b}$，$\dfrac{a}{b}=1$，故C点对应的固体成分的化学式为$\ce{MnO}$。
解析
【分析】
我们可以分小问逐步梳理解题思路：
1. 第(1)问：题目给出了锰酸钾和稀硫酸反应生成二氧化锰的已知反应，加热高锰酸钾制氧气后的剩余固体中含有可溶于水的$\ce{K_{2}MnO_{4}}$，如果仅用水浸泡，$\ce{K_{2}MnO_{4}}$只会溶解在水中被过滤除去，无法转化为目标产物$\ce{MnO_{2}}$；使用稀硫酸浸泡时，剩余的$\ce{K_{2}MnO_{4}}$可以和稀硫酸发生题给反应，额外生成$\ce{MnO_{2}}$，提升最终得到的$\ce{MnO_{2}}$的产率。
2. 第(2)问：根据生成物有$\ce{H_{2}}$，说明反应物中需要提供氢元素，已知反应物是$\ce{MnSO_{4}}$，结合元素守恒可知反应物还需要$\ce{H_{2}O}$，再将反应物、生成物按反应规律配平即可得到电解的化学方程式。
3. 第(3)①问：装置中通入空气，说明$\ce{O_{2}}$参与反应，澄清石灰水变浑浊说明生成了$\ce{CO_{2}}$，反应物是$\ce{MnCO_{3}}$和$\ce{O_{2}}$，产物为$\ce{MnO_{2}}$和$\ce{CO_{2}}$，配平即可得到焙烧的反应方程式。
4. 第(3)②问：利用化学反应前后Mn元素质量守恒，假设初始$\ce{MnCO_{3}}$的质量为其相对分子质量115g，其中Mn元素质量为55g，每个温度点的残留固体总质量为115g乘以对应残留率，用残留总质量减去Mn元素的质量就得到固体中O元素的总质量，再通过Mn、O元素的质量比计算二者的原子个数比，即可得到对应固体氧化物的化学式。
【解析】
(1) 加热高锰酸钾制氧气后的剩余固体中含有$\ce{K_{2}MnO_{4}}$，结合题给反应可知，稀硫酸可以和$\ce{K_{2}MnO_{4}}$反应生成额外的$\ce{MnO_{2}}$，若用水浸泡，$\ce{K_{2}MnO_{4}}$仅溶解在水中被除去，无法转化为$\ce{MnO_{2}}$，会降低产物产率，因此用稀硫酸浸泡。
(2) 电解$\ce{MnSO_{4}}$溶液生成$\ce{MnO_{2}}$、$\ce{H_{2}}$和$\ce{H_{2}SO_{4}}$，根据元素守恒，反应物除$\ce{MnSO_{4}}$外还有$\ce{H_{2}O}$，配平后化学方程式为：$\ce{MnSO_{4} + 2H_{2}O\xlongequal{通电}MnO_{2}\downarrow + H_{2}\uparrow + H_{2}SO_{4}}$。
(3) ① 焙烧$\ce{MnCO_{3}}$时，空气中的$\ce{O_{2}}$参与反应，生成使澄清石灰水变浑浊的$\ce{CO_{2}}$，产物为$\ce{MnO_{2}}$和$\ce{CO_{2}}$，配平后化学方程式为：$\ce{2MnCO_{3} + O_{2}\xlongequal{高温}2MnO_{2} + 2CO_{2}}$。
② 取1mol $\ce{MnCO_{3}}$，质量为115g，其中Mn元素质量为55g，反应前后Mn元素质量守恒：
A点：残留固体质量为$115\ \mathrm{g}×75.65\%≈87\ \mathrm{g}$，其中O元素质量为$87\ \mathrm{g}-55\ \mathrm{g}=32\ \mathrm{g}$，Mn、O原子个数比为$\frac{55}{55}:\frac{32}{16}=1:2$，对应固体为$\ce{MnO_{2}}$；
B点：残留固体质量为$115\ \mathrm{g}×68.70\%≈79\ \mathrm{g}$，其中O元素质量为$79\ \mathrm{g}-55\ \mathrm{g}=24\ \mathrm{g}$，Mn、O原子个数比为$\frac{55}{55}:\frac{24}{16}=2:3$，对应固体为$\ce{Mn_{2}O_{3}}$；
C点：残留固体质量为$115\ \mathrm{g}×61.70\%≈71\ \mathrm{g}$，其中O元素质量为$71\ \mathrm{g}-55\ \mathrm{g}=16\ \mathrm{g}$，Mn、O原子个数比为$\frac{55}{55}:\frac{16}{16}=1:1$，对应固体为$\ce{MnO}$。
【答案】
(1) 可使剩余的$\ce{K_{2}MnO_{4}}$和稀硫酸反应生成更多的$\ce{MnO_{2}}$，提高产率
(2) $\ce{MnSO_{4} + 2H_{2}O\xlongequal{通电}MnO_{2}\downarrow + H_{2}\uparrow + H_{2}SO_{4}}$
(3) ① $\ce{2MnCO_{3} + O_{2}\xlongequal{高温}2MnO_{2} + 2CO_{2}}$
② $\ce{MnO_{2}}$、$\ce{Mn_{2}O_{3}}$、$\ce{MnO}$
【知识点】
化学方程式书写，元素守恒计算，锰及其化合物性质
【点评】
本题围绕二氧化锰的三种制备方法展开命题，结合陌生反应信息、实验装置图像和固体残留率曲线，既考查了基础化学方程式的书写与配平能力，又重点考察了利用元素守恒法定量推导金属氧化物组成的计算逻辑，综合性较强，要求学生能灵活迁移所学知识结合题给信息解题。
【难度系数】
0.5
我们可以分小问逐步梳理解题思路：
1. 第(1)问：题目给出了锰酸钾和稀硫酸反应生成二氧化锰的已知反应，加热高锰酸钾制氧气后的剩余固体中含有可溶于水的$\ce{K_{2}MnO_{4}}$，如果仅用水浸泡，$\ce{K_{2}MnO_{4}}$只会溶解在水中被过滤除去，无法转化为目标产物$\ce{MnO_{2}}$；使用稀硫酸浸泡时，剩余的$\ce{K_{2}MnO_{4}}$可以和稀硫酸发生题给反应，额外生成$\ce{MnO_{2}}$，提升最终得到的$\ce{MnO_{2}}$的产率。
2. 第(2)问：根据生成物有$\ce{H_{2}}$，说明反应物中需要提供氢元素，已知反应物是$\ce{MnSO_{4}}$，结合元素守恒可知反应物还需要$\ce{H_{2}O}$，再将反应物、生成物按反应规律配平即可得到电解的化学方程式。
3. 第(3)①问：装置中通入空气，说明$\ce{O_{2}}$参与反应，澄清石灰水变浑浊说明生成了$\ce{CO_{2}}$，反应物是$\ce{MnCO_{3}}$和$\ce{O_{2}}$，产物为$\ce{MnO_{2}}$和$\ce{CO_{2}}$，配平即可得到焙烧的反应方程式。
4. 第(3)②问：利用化学反应前后Mn元素质量守恒，假设初始$\ce{MnCO_{3}}$的质量为其相对分子质量115g，其中Mn元素质量为55g，每个温度点的残留固体总质量为115g乘以对应残留率，用残留总质量减去Mn元素的质量就得到固体中O元素的总质量，再通过Mn、O元素的质量比计算二者的原子个数比，即可得到对应固体氧化物的化学式。
【解析】
(1) 加热高锰酸钾制氧气后的剩余固体中含有$\ce{K_{2}MnO_{4}}$，结合题给反应可知，稀硫酸可以和$\ce{K_{2}MnO_{4}}$反应生成额外的$\ce{MnO_{2}}$，若用水浸泡，$\ce{K_{2}MnO_{4}}$仅溶解在水中被除去，无法转化为$\ce{MnO_{2}}$，会降低产物产率，因此用稀硫酸浸泡。
(2) 电解$\ce{MnSO_{4}}$溶液生成$\ce{MnO_{2}}$、$\ce{H_{2}}$和$\ce{H_{2}SO_{4}}$，根据元素守恒，反应物除$\ce{MnSO_{4}}$外还有$\ce{H_{2}O}$，配平后化学方程式为：$\ce{MnSO_{4} + 2H_{2}O\xlongequal{通电}MnO_{2}\downarrow + H_{2}\uparrow + H_{2}SO_{4}}$。
(3) ① 焙烧$\ce{MnCO_{3}}$时，空气中的$\ce{O_{2}}$参与反应，生成使澄清石灰水变浑浊的$\ce{CO_{2}}$，产物为$\ce{MnO_{2}}$和$\ce{CO_{2}}$，配平后化学方程式为：$\ce{2MnCO_{3} + O_{2}\xlongequal{高温}2MnO_{2} + 2CO_{2}}$。
② 取1mol $\ce{MnCO_{3}}$，质量为115g，其中Mn元素质量为55g，反应前后Mn元素质量守恒：
A点：残留固体质量为$115\ \mathrm{g}×75.65\%≈87\ \mathrm{g}$，其中O元素质量为$87\ \mathrm{g}-55\ \mathrm{g}=32\ \mathrm{g}$，Mn、O原子个数比为$\frac{55}{55}:\frac{32}{16}=1:2$，对应固体为$\ce{MnO_{2}}$；
B点：残留固体质量为$115\ \mathrm{g}×68.70\%≈79\ \mathrm{g}$，其中O元素质量为$79\ \mathrm{g}-55\ \mathrm{g}=24\ \mathrm{g}$，Mn、O原子个数比为$\frac{55}{55}:\frac{24}{16}=2:3$，对应固体为$\ce{Mn_{2}O_{3}}$；
C点：残留固体质量为$115\ \mathrm{g}×61.70\%≈71\ \mathrm{g}$，其中O元素质量为$71\ \mathrm{g}-55\ \mathrm{g}=16\ \mathrm{g}$，Mn、O原子个数比为$\frac{55}{55}:\frac{16}{16}=1:1$，对应固体为$\ce{MnO}$。
【答案】
(1) 可使剩余的$\ce{K_{2}MnO_{4}}$和稀硫酸反应生成更多的$\ce{MnO_{2}}$，提高产率
(2) $\ce{MnSO_{4} + 2H_{2}O\xlongequal{通电}MnO_{2}\downarrow + H_{2}\uparrow + H_{2}SO_{4}}$
(3) ① $\ce{2MnCO_{3} + O_{2}\xlongequal{高温}2MnO_{2} + 2CO_{2}}$
② $\ce{MnO_{2}}$、$\ce{Mn_{2}O_{3}}$、$\ce{MnO}$
【知识点】
化学方程式书写，元素守恒计算，锰及其化合物性质
【点评】
本题围绕二氧化锰的三种制备方法展开命题，结合陌生反应信息、实验装置图像和固体残留率曲线，既考查了基础化学方程式的书写与配平能力，又重点考察了利用元素守恒法定量推导金属氧化物组成的计算逻辑，综合性较强，要求学生能灵活迁移所学知识结合题给信息解题。
【难度系数】
0.5
9. ［2025太原质检］质量守恒定律是定量研究化学变化的重要依据。某小组以“再探质量守恒”为主题开展项目式学习。
任务一:验证质量守恒定律
【进行实验】在质量守恒定律的课堂教学中，甲、乙、丙三个小组的同学分别做了A、B、C三个实验，他们都进行了规范的操作、准确的称量和细致的观察。
【现象与结论】分析如图Ⅰ所示的三个实验。
（1）实验A过程中观察到气球的变化是
（2）实验B结束后，天平指针指向右侧，原因是
（3）实验C中，在一根用细铜丝吊着的长玻璃棒两端分别绕上等长的粗铜丝，并使玻璃棒保持水平，用酒精灯给a端铜丝加热1～2 min。冷却后，观察到
【实验反思】
（4）通过上述实验，你得到的启示是有气体参加或生成的反应，在验证质量守恒定律时应该注意
任务二:探究蔗糖的组成
利用图Ⅱ所示的装置对“蔗糖的组成”进行探究。实验开始先通入一会儿氮气，然后关闭弹簧夹，点燃酒精灯给蔗糖加强热。实验原理:蔗糖隔绝空气受热发生分解反应。
【定性实验】
（5）实验开始先通入一会儿氮气的目的是
（6）实验时观察到干燥的小烧杯内壁有无色液滴，说明蔗糖中含有
（7）实验结束观察到玻璃管中残留有黑色固体，小组同学猜测该黑色固体是单质碳，并继续利用图示装置，另选试剂进行验证。
| 实验步骤 | 实验现象 | 实验结论 |
| --- | --- | --- |
| 小烧杯中加入足量的澄清石灰水，往玻璃管中通入氧气，点燃酒精灯加热 | 玻璃管中黑色固体燃烧
烧杯内
【定量实验】
（8）用定量方法准确测量出34.2 g蔗糖与足量氧气反应后生成52.8 g二氧化碳和19.8 g水，则34.2 g蔗糖中氧元素的质量为
【实验结论】蔗糖是由碳、氢、氧三种元素组成的。
任务一:验证质量守恒定律
【进行实验】在质量守恒定律的课堂教学中，甲、乙、丙三个小组的同学分别做了A、B、C三个实验，他们都进行了规范的操作、准确的称量和细致的观察。
【现象与结论】分析如图Ⅰ所示的三个实验。
（1）实验A过程中观察到气球的变化是
先变大后变小
。（2）实验B结束后，天平指针指向右侧，原因是
反应生成的二氧化碳逸出装置
。（3）实验C中，在一根用细铜丝吊着的长玻璃棒两端分别绕上等长的粗铜丝，并使玻璃棒保持水平，用酒精灯给a端铜丝加热1～2 min。冷却后，观察到
a端下降
。【实验反思】
（4）通过上述实验，你得到的启示是有气体参加或生成的反应，在验证质量守恒定律时应该注意
在密闭容器中进行
。任务二:探究蔗糖的组成
利用图Ⅱ所示的装置对“蔗糖的组成”进行探究。实验开始先通入一会儿氮气，然后关闭弹簧夹，点燃酒精灯给蔗糖加强热。实验原理:蔗糖隔绝空气受热发生分解反应。
【定性实验】
（5）实验开始先通入一会儿氮气的目的是
排尽装置中的空气，防止空气中的成分影响实验结果
。（6）实验时观察到干燥的小烧杯内壁有无色液滴，说明蔗糖中含有
氢、氧
元素。（7）实验结束观察到玻璃管中残留有黑色固体，小组同学猜测该黑色固体是单质碳，并继续利用图示装置，另选试剂进行验证。
| 实验步骤 | 实验现象 | 实验结论 |
| --- | --- | --- |
| 小烧杯中加入足量的澄清石灰水，往玻璃管中通入氧气，点燃酒精灯加热 | 玻璃管中黑色固体燃烧
烧杯内
澄清石灰水变浑浊
| 黑色固体是单质碳 |【定量实验】
（8）用定量方法准确测量出34.2 g蔗糖与足量氧气反应后生成52.8 g二氧化碳和19.8 g水，则34.2 g蔗糖中氧元素的质量为
17.6
g，蔗糖中碳、氢元素的质量比为72:11
（填最简整数比）。【实验结论】蔗糖是由碳、氢、氧三种元素组成的。
答案
〔解析〕(1) 实验A过程中白磷燃烧放热，气体膨胀，完全反应后温度降低，氧气消耗，观察到气球的变化是先变大后变小。(2) 实验B结束后，天平指针偏右，原因是反应生成的二氧化碳逸出装置。(3) 实验C中，在一根用细铜丝吊着的长玻璃棒两端分别绕上等长的粗铜丝，并使玻璃棒保持水平，用酒精灯给a端铜丝加热1~2 min。冷却后，观察到a端下降，是因为加热时铜和氧气反应生成氧化铜，质量增大。(5) 实验开始先通入一会儿氮气的目的是排尽装置中的空气，防止空气中的成分影响实验结果。(6) 实验时观察到干燥的小烧杯内壁有无色液滴，说明反应生成水，进一步说明蔗糖中含有氢、氧元素。(7) 碳在氧气中燃烧生成二氧化碳，小烧杯内澄清石灰水变浑浊，说明反应生成了二氧化碳。(8) 参加反应的氧气质量是$52.8\ \mathrm{g}+19.8\ \mathrm{g}-34.2\ \mathrm{g}=38.4\ \mathrm{g}$，$34.2\ \mathrm{g}$蔗糖中氧元素的质量为$52.8\ \mathrm{g}×(\dfrac{32}{44}×100\%)+19.8\ \mathrm{g}×(\dfrac{16}{18}×100\%)-38.4\ \mathrm{g}=17.6\ \mathrm{g}$，蔗糖中碳元素质量是$52.8\ \mathrm{g}×(\dfrac{12}{44}×100\%)=14.4\ \mathrm{g}$，氢元素质量是$19.8\ \mathrm{g}×(\dfrac{2}{18}×100\%)=2.2\ \mathrm{g}$，碳、氢元素的质量比为$14.4\ \mathrm{g}:2.2\ \mathrm{g}=72:11$。
解析
【分析】
这道题围绕质量守恒定律的验证与应用展开，解题时可以分模块梳理思路：
1. 任务一的验证类问题，先回忆三个经典实验的反应原理：实验A是白磷在密闭装置中燃烧，先考虑燃烧放热对瓶内压强的影响，再考虑反应结束温度降低、氧气被消耗后的压强变化，就能推导气球的变化；实验B是开放体系下生成气体的反应，气体逸出会导致左盘总质量减小，对应天平指针偏右的原因；实验C中铜丝加热会和空气中的氧气反应生成氧化铜，固体质量增加，由此判断玻璃棒的偏转现象。
2. 验证质量守恒的启示，从三个实验的变量（是否有气体进出体系）总结，有气体参与或生成的反应必须保证体系密闭。
3. 任务二探究蔗糖组成，首先通氮气的目的是排尽装置内原有空气，避免空气中的水蒸气、二氧化碳等干扰产物检验；根据反应前后元素种类不变，生成水说明蔗糖含氢、氧元素；碳燃烧生成二氧化碳，检验二氧化碳的特征现象是澄清石灰水变浑浊。
4. 定量计算部分，先利用总质量守恒算出参与反应的氧气质量，再分别算出生成物二氧化碳、水中的总氧元素质量，减去参与反应的氧气质量，就得到蔗糖中自带的氧元素质量；再分别算出二氧化碳中碳元素、水中氢元素的质量，相比化简就得到碳氢元素质量比。
【解析】
（1）白磷燃烧时放出大量热，装置内气体受热膨胀，气球变大；反应结束后温度逐渐冷却至室温，装置内氧气被消耗，压强减小，气球又会变小，因此气球变化是先变大后变小。
（2）实验B中反应生成的二氧化碳气体从开放的装置中逸出，导致左盘总质量减小，因此天平指针指向右侧。
（3）加热a端铜丝时，铜和空气中的氧气反应生成氧化铜，a端固体的总质量大于反应前铜丝的质量，因此冷却后观察到玻璃棒a端下降，另一端上升，不再保持水平。
（4）综合三个实验的结果，有气体参加或生成的反应，为了避免气体逸出/外界气体进入导致称量的总质量出现偏差，验证质量守恒定律时需要在密闭容器中进行实验。
（5）装置内原本含有空气，空气中的氧气、水蒸气、二氧化碳会干扰蔗糖分解产物的检验，因此先通入一会儿氮气，目的是排尽装置中的空气，防止空气中的成分影响实验结果。
（6）干燥的小烧杯内壁出现无色液滴，说明蔗糖分解生成了水，根据质量守恒定律反应前后元素种类不变，水中的氢、氧元素全部来自蔗糖，因此说明蔗糖中含有氢、氧元素。
（7）若黑色固体是单质碳，通入氧气加热时碳燃烧生成二氧化碳，二氧化碳进入小烧杯和澄清石灰水反应，会观察到烧杯内澄清石灰水变浑浊。
（8）根据质量守恒，参与反应的氧气质量 = 生成的CO₂质量 + 生成的H₂O质量 - 蔗糖质量 = 52.8g + 19.8g - 34.2g = 38.4g；
生成物中总氧元素质量 = 52.8g×(32/44 ×100%) + 19.8g×(16/18 ×100%) = 38.4g + 17.6g = 56g；
因此34.2g蔗糖中氧元素质量 = 总生成物氧元素质量 - 参与反应的氧气质量 = 56g - 38.4g =17.6g；
蔗糖中碳元素质量 = 52.8g×(12/44 ×100%)=14.4g；
蔗糖中氢元素质量 =19.8g×(2/18 ×100%)=2.2g；
碳氢元素质量比=14.4g:2.2g=72:11。
【答案】
(1) 先变大后变小
(2) 反应生成的二氧化碳逸出装置，左盘总质量减小
(3) 玻璃棒a端下降，另一端上升（合理即可）
(4) 在密闭容器中进行实验
(5) 排尽装置中的空气，防止空气中的成分影响实验结果
(6) 氢、氧（或H、O）
(7) 澄清石灰水变浑浊
(8) 17.6；72:11
【知识点】
质量守恒定律验证；元素守恒推断物质组成；元素质量分数计算
【点评】
本题以项目式学习的形式综合考察质量守恒定律的相关内容，从基础实验现象描述、实验操作注意事项，到利用元素守恒定性推断物质组成，最后落脚到定量元素质量计算，考点覆盖全面，既考察学生对经典实验的理解，也锻炼学生的定量计算能力，是质量守恒模块的典型常考题型。
【难度系数】
0.6
这道题围绕质量守恒定律的验证与应用展开，解题时可以分模块梳理思路：
1. 任务一的验证类问题，先回忆三个经典实验的反应原理：实验A是白磷在密闭装置中燃烧，先考虑燃烧放热对瓶内压强的影响，再考虑反应结束温度降低、氧气被消耗后的压强变化，就能推导气球的变化；实验B是开放体系下生成气体的反应，气体逸出会导致左盘总质量减小，对应天平指针偏右的原因；实验C中铜丝加热会和空气中的氧气反应生成氧化铜，固体质量增加，由此判断玻璃棒的偏转现象。
2. 验证质量守恒的启示，从三个实验的变量（是否有气体进出体系）总结，有气体参与或生成的反应必须保证体系密闭。
3. 任务二探究蔗糖组成，首先通氮气的目的是排尽装置内原有空气，避免空气中的水蒸气、二氧化碳等干扰产物检验；根据反应前后元素种类不变，生成水说明蔗糖含氢、氧元素；碳燃烧生成二氧化碳，检验二氧化碳的特征现象是澄清石灰水变浑浊。
4. 定量计算部分，先利用总质量守恒算出参与反应的氧气质量，再分别算出生成物二氧化碳、水中的总氧元素质量，减去参与反应的氧气质量，就得到蔗糖中自带的氧元素质量；再分别算出二氧化碳中碳元素、水中氢元素的质量，相比化简就得到碳氢元素质量比。
【解析】
（1）白磷燃烧时放出大量热，装置内气体受热膨胀，气球变大；反应结束后温度逐渐冷却至室温，装置内氧气被消耗，压强减小，气球又会变小，因此气球变化是先变大后变小。
（2）实验B中反应生成的二氧化碳气体从开放的装置中逸出，导致左盘总质量减小，因此天平指针指向右侧。
（3）加热a端铜丝时，铜和空气中的氧气反应生成氧化铜，a端固体的总质量大于反应前铜丝的质量，因此冷却后观察到玻璃棒a端下降，另一端上升，不再保持水平。
（4）综合三个实验的结果，有气体参加或生成的反应，为了避免气体逸出/外界气体进入导致称量的总质量出现偏差，验证质量守恒定律时需要在密闭容器中进行实验。
（5）装置内原本含有空气，空气中的氧气、水蒸气、二氧化碳会干扰蔗糖分解产物的检验，因此先通入一会儿氮气，目的是排尽装置中的空气，防止空气中的成分影响实验结果。
（6）干燥的小烧杯内壁出现无色液滴，说明蔗糖分解生成了水，根据质量守恒定律反应前后元素种类不变，水中的氢、氧元素全部来自蔗糖，因此说明蔗糖中含有氢、氧元素。
（7）若黑色固体是单质碳，通入氧气加热时碳燃烧生成二氧化碳，二氧化碳进入小烧杯和澄清石灰水反应，会观察到烧杯内澄清石灰水变浑浊。
（8）根据质量守恒，参与反应的氧气质量 = 生成的CO₂质量 + 生成的H₂O质量 - 蔗糖质量 = 52.8g + 19.8g - 34.2g = 38.4g；
生成物中总氧元素质量 = 52.8g×(32/44 ×100%) + 19.8g×(16/18 ×100%) = 38.4g + 17.6g = 56g；
因此34.2g蔗糖中氧元素质量 = 总生成物氧元素质量 - 参与反应的氧气质量 = 56g - 38.4g =17.6g；
蔗糖中碳元素质量 = 52.8g×(12/44 ×100%)=14.4g；
蔗糖中氢元素质量 =19.8g×(2/18 ×100%)=2.2g；
碳氢元素质量比=14.4g:2.2g=72:11。
【答案】
(1) 先变大后变小
(2) 反应生成的二氧化碳逸出装置，左盘总质量减小
(3) 玻璃棒a端下降，另一端上升（合理即可）
(4) 在密闭容器中进行实验
(5) 排尽装置中的空气，防止空气中的成分影响实验结果
(6) 氢、氧（或H、O）
(7) 澄清石灰水变浑浊
(8) 17.6；72:11
【知识点】
质量守恒定律验证；元素守恒推断物质组成；元素质量分数计算
【点评】
本题以项目式学习的形式综合考察质量守恒定律的相关内容，从基础实验现象描述、实验操作注意事项，到利用元素守恒定性推断物质组成，最后落脚到定量元素质量计算，考点覆盖全面，既考察学生对经典实验的理解，也锻炼学生的定量计算能力，是质量守恒模块的典型常考题型。
【难度系数】
0.6
