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12. $\boldsymbol{B}$ 某同学为测定实验室里高锰酸钾样品的质量分数，取 16.0g 该样品进行加热，在加热过程中测定了剩余固体和容器的总质量如下表所示。求：
(1)盛放高锰酸钾的容器质量为
(2)该样品中高锰酸钾的质量分数是多少？
(1)盛放高锰酸钾的容器质量为
32.2g
。(2)该样品中高锰酸钾的质量分数是多少？
答案
12. (1)32.2g
点拨:盛放高锰酸钾的容器质量为$48.2\mathrm{g}-16.0\mathrm{g}=32.2\mathrm{g}$。
(2)解:反应生成氧气质量为$48.2\mathrm{g}-46.6\mathrm{g}=1.6\mathrm{g}$,设高锰酸钾的质量为x。
$2\mathrm{KMnO_4}\xlongequal{△}\mathrm{K_2MnO_4}+\mathrm{MnO_2}+\mathrm{O_2}\uparrow$
316 32
$x$ $1.6\mathrm{g}$
$\dfrac{316}{32}=\dfrac{x}{1.6\mathrm{g}}$
$x=15.8\mathrm{g}$
样品中高锰酸钾的质量分数为$\dfrac{15.8\mathrm{g}}{16.0\mathrm{g}}×100\%=98.75\%$。
答:该样品中高锰酸钾的质量分数为98.75%。
点拨:盛放高锰酸钾的容器质量为$48.2\mathrm{g}-16.0\mathrm{g}=32.2\mathrm{g}$。
(2)解:反应生成氧气质量为$48.2\mathrm{g}-46.6\mathrm{g}=1.6\mathrm{g}$,设高锰酸钾的质量为x。
$2\mathrm{KMnO_4}\xlongequal{△}\mathrm{K_2MnO_4}+\mathrm{MnO_2}+\mathrm{O_2}\uparrow$
316 32
$x$ $1.6\mathrm{g}$
$\dfrac{316}{32}=\dfrac{x}{1.6\mathrm{g}}$
$x=15.8\mathrm{g}$
样品中高锰酸钾的质量分数为$\dfrac{15.8\mathrm{g}}{16.0\mathrm{g}}×100\%=98.75\%$。
答:该样品中高锰酸钾的质量分数为98.75%。
解析
【分析】
要解决该问题，首先明确：t₀、t₁时总质量未变，说明高锰酸钾未分解，此时总质量为样品质量与容器质量之和，据此可计算容器质量；当t₄、t₅时总质量不再变化，说明反应完全，根据质量守恒定律可计算生成氧气的质量，再通过化学方程式求出样品中高锰酸钾的质量，最终计算其质量分数。
【解析】
(1) t₀时高锰酸钾未分解，剩余固体和容器的总质量为48.2g，样品质量为16.0g，因此容器质量 = 总质量 - 样品质量 = 48.2g - 16.0g = 32.2g。
(2) 高锰酸钾完全反应时总质量不再变化，根据质量守恒定律，生成氧气的质量 = 反应前总质量 - 反应后总质量 = 48.2g - 46.6g = 1.6g。
设样品中高锰酸钾的质量为x，反应的化学方程式为：
$2\mathrm{KMnO_4}\xlongequal{△}\mathrm{K_2MnO_4}+\mathrm{MnO_2}+\mathrm{O_2}\uparrow$
各物质的质量关系：$\frac{316}{32}=\frac{x}{1.6\mathrm{g}}$
解得：$x=15.8\mathrm{g}$
样品中高锰酸钾的质量分数 = $\frac{15.8\mathrm{g}}{16.0\mathrm{g}}×100\%=98.75\%$
【答案】
(1) 32.2g；(2) 98.75%
【知识点】
根据化学方程式计算、质量守恒定律、质量分数计算
【点评】
本题结合实验数据考查化学计算，核心是利用质量守恒定律确定生成氧气的质量，再通过化学方程式求解，步骤清晰，难度适中，需掌握相关计算逻辑。
【难度系数】
0.5
要解决该问题，首先明确：t₀、t₁时总质量未变，说明高锰酸钾未分解，此时总质量为样品质量与容器质量之和，据此可计算容器质量；当t₄、t₅时总质量不再变化，说明反应完全，根据质量守恒定律可计算生成氧气的质量，再通过化学方程式求出样品中高锰酸钾的质量，最终计算其质量分数。
【解析】
(1) t₀时高锰酸钾未分解，剩余固体和容器的总质量为48.2g，样品质量为16.0g，因此容器质量 = 总质量 - 样品质量 = 48.2g - 16.0g = 32.2g。
(2) 高锰酸钾完全反应时总质量不再变化，根据质量守恒定律，生成氧气的质量 = 反应前总质量 - 反应后总质量 = 48.2g - 46.6g = 1.6g。
设样品中高锰酸钾的质量为x，反应的化学方程式为：
$2\mathrm{KMnO_4}\xlongequal{△}\mathrm{K_2MnO_4}+\mathrm{MnO_2}+\mathrm{O_2}\uparrow$
各物质的质量关系：$\frac{316}{32}=\frac{x}{1.6\mathrm{g}}$
解得：$x=15.8\mathrm{g}$
样品中高锰酸钾的质量分数 = $\frac{15.8\mathrm{g}}{16.0\mathrm{g}}×100\%=98.75\%$
【答案】
(1) 32.2g；(2) 98.75%
【知识点】
根据化学方程式计算、质量守恒定律、质量分数计算
【点评】
本题结合实验数据考查化学计算，核心是利用质量守恒定律确定生成氧气的质量，再通过化学方程式求解，步骤清晰，难度适中，需掌握相关计算逻辑。
【难度系数】
0.5
13. C 化学储氢材料研发是当下科技研究的热点之一。
(1)下列化学储氢材料中含氢量最高的是
A. $NH_{3}$
B. $N_{2}H_{4}$
C. $CH_{4}$
(2)我国科学家发明了一种将甲烷中的氢转化为氢气的工艺(原理如图所示)。
总反应的化学方程式为$CH_{4} + H_{2}O\xlongequal{\;\;}CO + 3H_{2}$。
①反应器Ⅰ中反应的化学方程式为
②当甲烷的转化率$(\dfrac{\mathrm{参加反应的甲烷质量}}{\mathrm{反应前甲烷质量}}×100\%)$为80%时,理论上1.0吨甲烷与足量水蒸气反应生成氢气的总质量是
(1)下列化学储氢材料中含氢量最高的是
C
(填字母)。A. $NH_{3}$
B. $N_{2}H_{4}$
C. $CH_{4}$
(2)我国科学家发明了一种将甲烷中的氢转化为氢气的工艺(原理如图所示)。
总反应的化学方程式为$CH_{4} + H_{2}O\xlongequal{\;\;}CO + 3H_{2}$。
①反应器Ⅰ中反应的化学方程式为
$\mathrm{H_2O}+\mathrm{Ce_2O_3}\xlongequal{400℃}2\mathrm{CeO_2}+\mathrm{H_2}$
。②当甲烷的转化率$(\dfrac{\mathrm{参加反应的甲烷质量}}{\mathrm{反应前甲烷质量}}×100\%)$为80%时,理论上1.0吨甲烷与足量水蒸气反应生成氢气的总质量是
0.3
吨。答案
13. (1)C (2)①$\mathrm{H_2O}+\mathrm{Ce_2O_3}\xlongequal{400℃}2\mathrm{CeO_2}+\mathrm{H_2}$ ②0.3
点拨:(2)①根据题意,该反应是H₂O和Ce₂O₃在400℃时反应生成CeO₂和H₂,化学方程式为$\mathrm{H_2O}+\mathrm{Ce_2O_3}\xlongequal{400℃}2\mathrm{CeO_2}+\mathrm{H_2}$。
②设当甲烷的转化率为80%时,理论上1.0吨甲烷与足量水蒸气反应生成氢气的总质量是x。
$\mathrm{CH_4}+\mathrm{H_2O}=\mathrm{CO}+3\mathrm{H_2}$
16 6
$1.0\mathrm{t}×80\%$ $x$
$\dfrac{16}{6}=\dfrac{1.0\mathrm{t}×80\%}{x}$ $x=0.3\mathrm{t}$
即当甲烷的转化率为80%时,理论上1.0吨甲烷和足量水蒸气反应生成氢气的总质量是0.3吨。
点拨:(2)①根据题意,该反应是H₂O和Ce₂O₃在400℃时反应生成CeO₂和H₂,化学方程式为$\mathrm{H_2O}+\mathrm{Ce_2O_3}\xlongequal{400℃}2\mathrm{CeO_2}+\mathrm{H_2}$。
②设当甲烷的转化率为80%时,理论上1.0吨甲烷与足量水蒸气反应生成氢气的总质量是x。
$\mathrm{CH_4}+\mathrm{H_2O}=\mathrm{CO}+3\mathrm{H_2}$
16 6
$1.0\mathrm{t}×80\%$ $x$
$\dfrac{16}{6}=\dfrac{1.0\mathrm{t}×80\%}{x}$ $x=0.3\mathrm{t}$
即当甲烷的转化率为80%时,理论上1.0吨甲烷和足量水蒸气反应生成氢气的总质量是0.3吨。
解析
【分析】
第(1)问需计算各物质中氢元素的质量分数，比较得出含氢量最高的物质；第(2)问①根据反应器Ⅰ的反应物和产物，结合元素守恒配平化学方程式；②根据总反应的化学方程式，结合甲烷的转化率计算参加反应的甲烷质量，再通过化学方程式的比例关系计算生成氢气的质量。
【解析】
(1)计算各选项中氢元素的质量分数：
A. $NH_3$的相对分子质量为$14+1×3=17$，含氢量为$\frac{3}{17}×100\%≈17.6\%$；
B. $N_2H_4$的相对分子质量为$14×2+1×4=32$，含氢量为$\frac{4}{32}×100\%=12.5\%$；
C. $CH_4$的相对分子质量为$12+1×4=16$，含氢量为$\frac{4}{16}×100\%=25\%$；
因此含氢量最高的是$CH_4$，选C。
(2)①反应器Ⅰ中，反应物为$H_2O$和$Ce_2O_3$，产物为$H_2$和$CeO_2$，根据元素守恒配平，反应条件为$400℃$，化学方程式为：$\mathrm{H_2O}+\mathrm{Ce_2O_3}\xlongequal{400℃}2\mathrm{CeO_2}+\mathrm{H_2}$；
②设生成氢气的总质量为$x$，参加反应的甲烷质量为$1.0\mathrm{t}×80\%=0.8\mathrm{t}$，总反应为$\mathrm{CH_4}+\mathrm{H_2O}\xlongequal{}\mathrm{CO}+3\mathrm{H_2}$，其中$CH_4$与$H_2$的质量比为$16:(3×2)=16:6$，则：
$\frac{16}{6}=\frac{0.8\mathrm{t}}{x}$，解得$x=\frac{0.8\mathrm{t}×6}{16}=0.3\mathrm{t}$。
【答案】(1)C (2)①$\mathrm{H_2O}+\mathrm{Ce_2O_3}\xlongequal{400℃}2\mathrm{CeO_2}+\mathrm{H_2}$ ②0.3
【知识点】元素质量分数计算、化学方程式书写与配平、根据化学方程式计算
【点评】本题考查化学基础计算与化学方程式的相关知识，需掌握元素质量分数的计算方法、化学方程式的配平规则及根据化学方程式计算的步骤，整体难度适中，适合学生练习。
【难度系数】0.6
第(1)问需计算各物质中氢元素的质量分数，比较得出含氢量最高的物质；第(2)问①根据反应器Ⅰ的反应物和产物，结合元素守恒配平化学方程式；②根据总反应的化学方程式，结合甲烷的转化率计算参加反应的甲烷质量，再通过化学方程式的比例关系计算生成氢气的质量。
【解析】
(1)计算各选项中氢元素的质量分数：
A. $NH_3$的相对分子质量为$14+1×3=17$，含氢量为$\frac{3}{17}×100\%≈17.6\%$；
B. $N_2H_4$的相对分子质量为$14×2+1×4=32$，含氢量为$\frac{4}{32}×100\%=12.5\%$；
C. $CH_4$的相对分子质量为$12+1×4=16$，含氢量为$\frac{4}{16}×100\%=25\%$；
因此含氢量最高的是$CH_4$，选C。
(2)①反应器Ⅰ中，反应物为$H_2O$和$Ce_2O_3$，产物为$H_2$和$CeO_2$，根据元素守恒配平，反应条件为$400℃$，化学方程式为：$\mathrm{H_2O}+\mathrm{Ce_2O_3}\xlongequal{400℃}2\mathrm{CeO_2}+\mathrm{H_2}$；
②设生成氢气的总质量为$x$，参加反应的甲烷质量为$1.0\mathrm{t}×80\%=0.8\mathrm{t}$，总反应为$\mathrm{CH_4}+\mathrm{H_2O}\xlongequal{}\mathrm{CO}+3\mathrm{H_2}$，其中$CH_4$与$H_2$的质量比为$16:(3×2)=16:6$，则：
$\frac{16}{6}=\frac{0.8\mathrm{t}}{x}$，解得$x=\frac{0.8\mathrm{t}×6}{16}=0.3\mathrm{t}$。
【答案】(1)C (2)①$\mathrm{H_2O}+\mathrm{Ce_2O_3}\xlongequal{400℃}2\mathrm{CeO_2}+\mathrm{H_2}$ ②0.3
【知识点】元素质量分数计算、化学方程式书写与配平、根据化学方程式计算
【点评】本题考查化学基础计算与化学方程式的相关知识，需掌握元素质量分数的计算方法、化学方程式的配平规则及根据化学方程式计算的步骤，整体难度适中，适合学生练习。
【难度系数】0.6
