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12.(10分)利用如图所示装置进行如下实验探究。在锥形瓶中放入一小粒白磷，塞好瓶塞后玻璃管下端刚好能与白磷接触，将整套装置放在托盘天平上调节至平衡，取下橡皮塞，将玻璃管放在酒精灯火焰上灼烧至红热，迅速塞紧瓶塞，将白磷引燃，待锥形瓶冷却后观察天平是否平衡。
（1）实验时，气球的变化是。
（2）实验前后天平保持平衡，实验后，松开橡皮塞，则天平指针（填“向左偏”“向右偏”或“指向中间”）。
（3）白磷($P_4$)燃烧生成$P_2O_5$，写出该反应的化学方程式：。
（1）实验时，气球的变化是。
（2）实验前后天平保持平衡，实验后，松开橡皮塞，则天平指针（填“向左偏”“向右偏”或“指向中间”）。
（3）白磷($P_4$)燃烧生成$P_2O_5$，写出该反应的化学方程式：。
答案
解：
（1）先膨胀后缩小
（2）向左偏
（3）$\ce{P_{4} + 5O_{2}\xlongequal{\mathrm{点燃}} 2P_{2}O_{5}}$
（1）先膨胀后缩小
（2）向左偏
（3）$\ce{P_{4} + 5O_{2}\xlongequal{\mathrm{点燃}} 2P_{2}O_{5}}$
13.(6分)2023年杭州第19届亚运会的主火炬，为杭州亚运会浓郁的“绿色”底蕴再添厚重的一笔。随着科技的进步，现在人们已经可以将二氧化碳和氢气在热催化的条件下生成甲醇，化学方程式为$\ce{CO_{2} + xH_{2}\xlongequal{热催化} CH_{4}O + H_{2}O}$，$x$为；甲醇燃烧的化学方程式为$\ce{2CH_{4}O + yO_{2}\xlongequal{点燃} 2CO_{2} + 4H_{2}O}$，则$y$为。
答案
$x$为$\boldsymbol{3}$；$y$为$\boldsymbol{3}$。
解析
解：根据质量守恒定律，化学反应前后原子的种类、数目不变。
对于反应$\ce{CO_{2} + xH_{2}\xlongequal{热催化} CH_{4}O + H_{2}O}$：
反应后氢原子总个数为$4+2=6$，反应前氢原子总个数为$2x$，因此$2x=6$，解得$x=3$。
对于反应$\ce{2CH_{4}O + yO_{2}\xlongequal{点燃} 2CO_{2} + 4H_{2}O}$：
反应后氧原子总个数为$2×2 + 4×1=8$，反应前氧原子总个数为$2×1 + 2y$，因此$2+2y=8$，解得$y=3$。
对于反应$\ce{CO_{2} + xH_{2}\xlongequal{热催化} CH_{4}O + H_{2}O}$：
反应后氢原子总个数为$4+2=6$，反应前氢原子总个数为$2x$，因此$2x=6$，解得$x=3$。
对于反应$\ce{2CH_{4}O + yO_{2}\xlongequal{点燃} 2CO_{2} + 4H_{2}O}$：
反应后氧原子总个数为$2×2 + 4×1=8$，反应前氧原子总个数为$2×1 + 2y$，因此$2+2y=8$，解得$y=3$。
14.(15分)化学兴趣小组的同学在老师的指导下设计了一款简易制氧器,其原理如图所示。取34 g过氧化氢溶液放在A中,加入一定量的二氧化锰,完全反应后,称得A内剩余物质的总质量是33.8 g,将剩余物质过滤、洗涤、干燥后得滤渣3 g。请回答下列问题:
(1)发生反应的化学方程式为________。
(2)制得氧气的质量是________。
(3)根据氧气的质量列出求解参加反应的过氧化氢质量(X)的比例式为________。
(4)该过氧化氢溶液中过氧化氢的质量分数是________。
(5)用该制氧器制氧时,观察到A中的黑色粉末翻腾,液体变得浑浊,瓶壁变得温热,B中底部导气管口有气泡冒出的现象。则B中的水可以起到的作用是________(填序号)。
① 通过观察气泡了解生成氧气的速率
② 降低氧气的温度
③ 加快氧气的生成
(1)发生反应的化学方程式为________。
(2)制得氧气的质量是________。
(3)根据氧气的质量列出求解参加反应的过氧化氢质量(X)的比例式为________。
(4)该过氧化氢溶液中过氧化氢的质量分数是________。
(5)用该制氧器制氧时,观察到A中的黑色粉末翻腾,液体变得浑浊,瓶壁变得温热,B中底部导气管口有气泡冒出的现象。则B中的水可以起到的作用是________(填序号)。
① 通过观察气泡了解生成氧气的速率
② 降低氧气的温度
③ 加快氧气的生成
答案
解：
(1) $\ce{2H_{2}O_{2}\xlongequal{MnO_{2}} 2H_{2}O + O_{2}\uparrow}$
(2) 根据质量守恒定律，制得氧气的质量为$34\ \mathrm{g}+3\ \mathrm{g}-33.8\ \mathrm{g}=3.2\ \mathrm{g}$
(3) 由反应的化学方程式可知，过氧化氢与氧气的质量比为$68:32$，求解参加反应的过氧化氢质量$X$的比例式为：$\dfrac{68}{32}=\dfrac{X}{3.2\ \mathrm{g}}$
(4) 解得$X=6.8\ \mathrm{g}$，该过氧化氢溶液中过氧化氢的质量分数为$\dfrac{6.8\ \mathrm{g}}{34\ \mathrm{g}}×100\%=20\%$
(5) ①②
(1) $\ce{2H_{2}O_{2}\xlongequal{MnO_{2}} 2H_{2}O + O_{2}\uparrow}$
(2) 根据质量守恒定律，制得氧气的质量为$34\ \mathrm{g}+3\ \mathrm{g}-33.8\ \mathrm{g}=3.2\ \mathrm{g}$
(3) 由反应的化学方程式可知，过氧化氢与氧气的质量比为$68:32$，求解参加反应的过氧化氢质量$X$的比例式为：$\dfrac{68}{32}=\dfrac{X}{3.2\ \mathrm{g}}$
(4) 解得$X=6.8\ \mathrm{g}$，该过氧化氢溶液中过氧化氢的质量分数为$\dfrac{6.8\ \mathrm{g}}{34\ \mathrm{g}}×100\%=20\%$
(5) ①②
三、计算题(本题包括1小题,共20分)
15.(20分)科学家经过研究,发现二氧化碳也是一种宝贵的碳氧资源。以$\ce{CO_{2}}$和$\ce{NH_{3}}$为原料合成尿素$\ce{[CO(NH_{2})_{2}]}$是固定和利用$\ce{CO_{2}}$的成功范例。它还可以与氢气反应生成多种有机物,如甲烷$\ce{(CH_{4})}$、乙烯$\ce{(C_{2}H_{4})}$等。试计算:
(1) $\ce{CH_{4}}$中碳、氢元素的质量比为。
(2) $\ce{CO(NH_{2})_{2}}$中氮元素的质量分数为。(计算结果精确到$0.1\%$)
(3) $\ce{CO_{2}}$转化为$\ce{C_{2}H_{4}}$的化学方程式为$\ce{2CO_{2} + 6H_{2} \xlongequal{一定条件} C_{2}H_{4} + 4H_{2}O}$,若用$24\ \mathrm{g}\ \ce{H_{2}}$转化$\ce{CO_{2}}$,则理论上能生成$\ce{C_{2}H_{4}}$的质量是多少?(列式计算)
15.(20分)科学家经过研究,发现二氧化碳也是一种宝贵的碳氧资源。以$\ce{CO_{2}}$和$\ce{NH_{3}}$为原料合成尿素$\ce{[CO(NH_{2})_{2}]}$是固定和利用$\ce{CO_{2}}$的成功范例。它还可以与氢气反应生成多种有机物,如甲烷$\ce{(CH_{4})}$、乙烯$\ce{(C_{2}H_{4})}$等。试计算:
(1) $\ce{CH_{4}}$中碳、氢元素的质量比为。
(2) $\ce{CO(NH_{2})_{2}}$中氮元素的质量分数为。(计算结果精确到$0.1\%$)
(3) $\ce{CO_{2}}$转化为$\ce{C_{2}H_{4}}$的化学方程式为$\ce{2CO_{2} + 6H_{2} \xlongequal{一定条件} C_{2}H_{4} + 4H_{2}O}$,若用$24\ \mathrm{g}\ \ce{H_{2}}$转化$\ce{CO_{2}}$,则理论上能生成$\ce{C_{2}H_{4}}$的质量是多少?(列式计算)
答案
解：
(1) $\ce{CH_{4}}$中碳、氢元素的质量比为$12:(1×4)=3:1$
(2) $\ce{CO(NH_{2})_{2}}$的相对分子质量为$12+16+(14+1×2)×2=60$，其中氮元素的质量分数为$\dfrac{14×2}{60}×100\%\approx46.7\%$
(3) 设理论上能生成$\ce{C_{2}H_{4}}$的质量为$x$。
$\ce{2CO_{2} + 6H_{2} \xlongequal{一定条件} C_{2}H_{4} + 4H_{2}O}$
$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 12\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 28$
$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 24\ \mathrm{g}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ x$
$\dfrac{12}{28}=\dfrac{24\ \mathrm{g}}{x}$
解得：$x=56\ \mathrm{g}$
答：理论上能生成$\ce{C_{2}H_{4}}$的质量是$56\ \mathrm{g}$。
(1) $\ce{CH_{4}}$中碳、氢元素的质量比为$12:(1×4)=3:1$
(2) $\ce{CO(NH_{2})_{2}}$的相对分子质量为$12+16+(14+1×2)×2=60$，其中氮元素的质量分数为$\dfrac{14×2}{60}×100\%\approx46.7\%$
(3) 设理论上能生成$\ce{C_{2}H_{4}}$的质量为$x$。
$\ce{2CO_{2} + 6H_{2} \xlongequal{一定条件} C_{2}H_{4} + 4H_{2}O}$
$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 12\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 28$
$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 24\ \mathrm{g}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ x$
$\dfrac{12}{28}=\dfrac{24\ \mathrm{g}}{x}$
解得：$x=56\ \mathrm{g}$
答：理论上能生成$\ce{C_{2}H_{4}}$的质量是$56\ \mathrm{g}$。
