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11 新趋势 项目式学习 关于燃烧的研究是一项重要的课题。某小组以“探究燃烧的奥秘”为主题开展项目式学习。
【任务一】认识燃烧。
(1) 酒精、煤、天然气是生活中常见的燃料，下列不属于三者燃烧共有的现象是
A. 发光
B. 产生有刺激性气味的气体
C. 放热
D. 产生能使澄清石灰水变浑浊的气体
(2) 写出酒精$\ce{(C_{2}H_{5}OH)}$完全燃烧的化学方程式：
【任务二】探究燃烧的条件及质量变化。
(3) 该小组同学按下列实验步骤开展探究。
步骤1:室温下，按如图组装装置，装入试剂，称量装置总质量为$m_1\ \mathrm{g}$。
步骤2:将锥形瓶浸入$80°\mathrm{C}$的热水中，观察现象。
步骤3:取出装置，恢复至室温并擦干锥形瓶；打开弹簧夹$\mathrm{K}_1$和$\mathrm{K}_2$，从$\mathrm{K}_1$处缓慢通入约$50\ \mathrm{mL}$氧气，再关闭$\mathrm{K}_1$和$\mathrm{K}_2$，称量装置总质量为$m_2\ \mathrm{g}$。
步骤4:将锥形瓶再次浸入$80°\mathrm{C}$的热水中，观察现象。
步骤5:取出装置，恢复至室温并擦干锥形瓶，称量装置总质量为$m_3\ \mathrm{g}$。
① 通过上述实验，能证明燃烧需要氧气的实验现象是
② $m_1$、$m_2$、$m_3$的大小关系是
【任务三】调控燃烧。
(4) 报道显示:国内外一些煤田因发生煤层自燃，带来了资源浪费和环境污染。一旦煤层自燃，请给出一条合理的灭火建议：
【任务四】再探铁的燃烧。
(5) 查阅文献:颗粒直径为$20∼30\ \mathrm{nm}$的铁粉，在空气中会发生自燃生成氧化铁。
① 影响铁燃烧的因素有
② 铁与氧气反应的条件不同，产物不同。若$5.6\ \mathrm{g}$铁与氧气反应可得$a\ \mathrm{g}$产物，且铁无剩余，则$a$的取值范围是
【任务一】认识燃烧。
(1) 酒精、煤、天然气是生活中常见的燃料，下列不属于三者燃烧共有的现象是
B
(填字母)。A. 发光
B. 产生有刺激性气味的气体
C. 放热
D. 产生能使澄清石灰水变浑浊的气体
(2) 写出酒精$\ce{(C_{2}H_{5}OH)}$完全燃烧的化学方程式：
$\ce{C_{2}H_{5}OH +3O_{2}\xlongequal{点燃}3H_{2}O +2CO_{2}}$
。【任务二】探究燃烧的条件及质量变化。
(3) 该小组同学按下列实验步骤开展探究。
步骤1:室温下，按如图组装装置，装入试剂，称量装置总质量为$m_1\ \mathrm{g}$。
步骤2:将锥形瓶浸入$80°\mathrm{C}$的热水中，观察现象。
步骤3:取出装置，恢复至室温并擦干锥形瓶；打开弹簧夹$\mathrm{K}_1$和$\mathrm{K}_2$，从$\mathrm{K}_1$处缓慢通入约$50\ \mathrm{mL}$氧气，再关闭$\mathrm{K}_1$和$\mathrm{K}_2$，称量装置总质量为$m_2\ \mathrm{g}$。
步骤4:将锥形瓶再次浸入$80°\mathrm{C}$的热水中，观察现象。
步骤5:取出装置，恢复至室温并擦干锥形瓶，称量装置总质量为$m_3\ \mathrm{g}$。
① 通过上述实验，能证明燃烧需要氧气的实验现象是
步骤2中白磷未燃烧,步骤4中白磷燃烧,产生白烟
。② $m_1$、$m_2$、$m_3$的大小关系是
$m_1＞m_2=m_3$
。【任务三】调控燃烧。
(4) 报道显示:国内外一些煤田因发生煤层自燃，带来了资源浪费和环境污染。一旦煤层自燃，请给出一条合理的灭火建议：
取土填埋,隔绝空气(合理答案均可)
。【任务四】再探铁的燃烧。
(5) 查阅文献:颗粒直径为$20∼30\ \mathrm{nm}$的铁粉，在空气中会发生自燃生成氧化铁。
① 影响铁燃烧的因素有
铁的表面积、氧气的浓度(合理答案均可)
(至少写出两点)。② 铁与氧气反应的条件不同，产物不同。若$5.6\ \mathrm{g}$铁与氧气反应可得$a\ \mathrm{g}$产物，且铁无剩余，则$a$的取值范围是
$7.2≤ a≤8.0$
。答案
(1) B
(2) $\ce{C_{2}H_{5}OH +3O_{2}\xlongequal{点燃}3H_{2}O +2CO_{2}}$
(3) ① 步骤2中白磷未燃烧,步骤4中白磷燃烧,产生白烟 ② $m_1＞m_2=m_3$
(4) 取土填埋,隔绝空气(合理答案均可)
(5) ① 铁的表面积、氧气的浓度(合理答案均可) ② $7.2≤ a≤8.0$
【解析】(1)酒精、煤(含硫)、天然气中,只有煤燃烧会产生有刺激性气味的气体。(2)酒精完全燃烧生成二氧化碳和水,化学方程式为$\ce{C_{2}H_{5}OH +3O_{2}\xlongequal{点燃}2CO_{2} +3H_{2}O}$。(3) ① 分析实验装置图,原锥形瓶中充满$\ce{CO_{2}}$,不支持白磷燃烧,步骤2将锥形瓶浸入$80\ °\mathrm{C}$的热水中,白磷不燃烧;步骤3将弹簧夹打开,通入约50 mL氧气,则锥形瓶内氧气的体积分数约为20%,步骤4将锥形瓶放入$80\ °\mathrm{C}$的热水中,白磷燃烧。步骤2和步骤4对比,说明白磷燃烧的条件之一是需要氧气。② 由于等体积的二氧化碳的质量大于氧气,故通入约50 mL氧气后,装置的总质量变小,由于燃烧反应在密闭容器中进行,故反应前后质量不发生变化,即$m_1＞m_2=m_3$。(4)灭火只需破坏燃烧条件中的一个即可。煤的主要成分是碳,其发生自燃时,不能用水灭火,否则碳和水在高温条件下会反应生成一氧化碳和氢气,使燃烧更旺,甚至发生爆炸,可以通过取土填埋等隔绝空气的方法灭火。(5) ① 影响铁燃烧的因素很多,如温度、氧气浓度、铁的表面积等。② 铁与氧气反应的条件不同,产物不同,产物可能是氧化铁、四氧化三铁或氧化亚铁中的一种或几种,根据铁与氧气反应的化学方程式和铁的质量计算,5.6 g铁完全反应生成以上三种产物的质量分别为8.0 g、约7.73 g、7.2 g。故$a$的取值范围为$7.2≤ a≤8.0$。
(2) $\ce{C_{2}H_{5}OH +3O_{2}\xlongequal{点燃}3H_{2}O +2CO_{2}}$
(3) ① 步骤2中白磷未燃烧,步骤4中白磷燃烧,产生白烟 ② $m_1＞m_2=m_3$
(4) 取土填埋,隔绝空气(合理答案均可)
(5) ① 铁的表面积、氧气的浓度(合理答案均可) ② $7.2≤ a≤8.0$
【解析】(1)酒精、煤(含硫)、天然气中,只有煤燃烧会产生有刺激性气味的气体。(2)酒精完全燃烧生成二氧化碳和水,化学方程式为$\ce{C_{2}H_{5}OH +3O_{2}\xlongequal{点燃}2CO_{2} +3H_{2}O}$。(3) ① 分析实验装置图,原锥形瓶中充满$\ce{CO_{2}}$,不支持白磷燃烧,步骤2将锥形瓶浸入$80\ °\mathrm{C}$的热水中,白磷不燃烧;步骤3将弹簧夹打开,通入约50 mL氧气,则锥形瓶内氧气的体积分数约为20%,步骤4将锥形瓶放入$80\ °\mathrm{C}$的热水中,白磷燃烧。步骤2和步骤4对比,说明白磷燃烧的条件之一是需要氧气。② 由于等体积的二氧化碳的质量大于氧气,故通入约50 mL氧气后,装置的总质量变小,由于燃烧反应在密闭容器中进行,故反应前后质量不发生变化,即$m_1＞m_2=m_3$。(4)灭火只需破坏燃烧条件中的一个即可。煤的主要成分是碳,其发生自燃时,不能用水灭火,否则碳和水在高温条件下会反应生成一氧化碳和氢气,使燃烧更旺,甚至发生爆炸,可以通过取土填埋等隔绝空气的方法灭火。(5) ① 影响铁燃烧的因素很多,如温度、氧气浓度、铁的表面积等。② 铁与氧气反应的条件不同,产物不同,产物可能是氧化铁、四氧化三铁或氧化亚铁中的一种或几种,根据铁与氧气反应的化学方程式和铁的质量计算,5.6 g铁完全反应生成以上三种产物的质量分别为8.0 g、约7.73 g、7.2 g。故$a$的取值范围为$7.2≤ a≤8.0$。
解析
【分析】
本题围绕燃烧主题分四个任务考查相关知识：任务一分析常见燃料燃烧的现象与反应方程式；任务二通过对比实验探究燃烧条件及质量变化；任务三应用灭火原理解决实际问题；任务四探究铁燃烧的影响因素与定量计算。解题时需结合物质组成、实验对比、质量守恒及化学计算方法逐一分析。
【解析】
(1) 酒精、天然气不含硫，燃烧不会产生刺激性气味气体；煤含硫，燃烧生成有刺激性气味的$\ce{SO_{2}}$，故选B。
(2) 酒精完全燃烧生成二氧化碳和水，配平后化学方程式为：$\ce{C_{2}H_{5}OH +3O_{2}\xlongequal{点燃}2CO_{2} +3H_{2}O}$。
(3) ① 步骤2中锥形瓶内为$\ce{CO_{2}}$，白磷温度达着火点但无氧气，不燃烧；步骤4通入氧气后，白磷同时满足温度达着火点、有氧气的条件，燃烧，对比证明燃烧需要氧气，故现象为：步骤2中白磷未燃烧，步骤4中白磷燃烧，产生白烟。
② 同体积$\ce{CO_{2}}$质量大于$\ce{O_{2}}$，通入50mL氧气后装置内气体质量减小，故$m_1＞m_2$；燃烧在密闭容器中进行，遵循质量守恒，反应前后总质量不变，故$m_2=m_3$，因此大小关系为$m_1＞m_2=m_3$。
(4) 灭火需破坏燃烧条件之一，煤层自燃可通过取土填埋隔绝空气（合理即可）。
(5) ① 纳米铁粉在空气中自燃，说明铁的表面积、氧气浓度等影响铁的燃烧（合理即可）。
② 5.6g铁的物质的量为0.1mol，分别计算生成不同产物的质量：生成$\ce{FeO}$时质量为7.2g，生成$\ce{Fe_{2}O_{3}}$时质量为8.0g，生成$\ce{Fe_{3}O_{4}}$时约7.73g，故$a$的范围为$7.2≤ a≤8.0$。
【答案】
(1) B；(2) $\ce{C_{2}H_{5}OH +3O_{2}\xlongequal{点燃}2CO_{2} +3H_{2}O}$；(3) ① 步骤2中白磷未燃烧，步骤4中白磷燃烧，产生白烟；② $m_1＞m_2=m_3$；(4) 取土填埋，隔绝空气（合理即可）；(5) ① 铁的表面积、氧气的浓度（合理即可）；② $7.2≤ a≤8.0$
【知识点】
燃烧的条件、化学方程式书写、质量守恒定律
【点评】
本题以项目式学习整合燃烧相关知识，涵盖基础判断、实验探究、灭火应用及定量计算，注重实验对比分析与化学计算能力，是初中化学燃烧模块的典型综合题。
【难度系数】
0.6
本题围绕燃烧主题分四个任务考查相关知识：任务一分析常见燃料燃烧的现象与反应方程式；任务二通过对比实验探究燃烧条件及质量变化；任务三应用灭火原理解决实际问题；任务四探究铁燃烧的影响因素与定量计算。解题时需结合物质组成、实验对比、质量守恒及化学计算方法逐一分析。
【解析】
(1) 酒精、天然气不含硫，燃烧不会产生刺激性气味气体；煤含硫，燃烧生成有刺激性气味的$\ce{SO_{2}}$，故选B。
(2) 酒精完全燃烧生成二氧化碳和水，配平后化学方程式为：$\ce{C_{2}H_{5}OH +3O_{2}\xlongequal{点燃}2CO_{2} +3H_{2}O}$。
(3) ① 步骤2中锥形瓶内为$\ce{CO_{2}}$，白磷温度达着火点但无氧气，不燃烧；步骤4通入氧气后，白磷同时满足温度达着火点、有氧气的条件，燃烧，对比证明燃烧需要氧气，故现象为：步骤2中白磷未燃烧，步骤4中白磷燃烧，产生白烟。
② 同体积$\ce{CO_{2}}$质量大于$\ce{O_{2}}$，通入50mL氧气后装置内气体质量减小，故$m_1＞m_2$；燃烧在密闭容器中进行，遵循质量守恒，反应前后总质量不变，故$m_2=m_3$，因此大小关系为$m_1＞m_2=m_3$。
(4) 灭火需破坏燃烧条件之一，煤层自燃可通过取土填埋隔绝空气（合理即可）。
(5) ① 纳米铁粉在空气中自燃，说明铁的表面积、氧气浓度等影响铁的燃烧（合理即可）。
② 5.6g铁的物质的量为0.1mol，分别计算生成不同产物的质量：生成$\ce{FeO}$时质量为7.2g，生成$\ce{Fe_{2}O_{3}}$时质量为8.0g，生成$\ce{Fe_{3}O_{4}}$时约7.73g，故$a$的范围为$7.2≤ a≤8.0$。
【答案】
(1) B；(2) $\ce{C_{2}H_{5}OH +3O_{2}\xlongequal{点燃}2CO_{2} +3H_{2}O}$；(3) ① 步骤2中白磷未燃烧，步骤4中白磷燃烧，产生白烟；② $m_1＞m_2=m_3$；(4) 取土填埋，隔绝空气（合理即可）；(5) ① 铁的表面积、氧气的浓度（合理即可）；② $7.2≤ a≤8.0$
【知识点】
燃烧的条件、化学方程式书写、质量守恒定律
【点评】
本题以项目式学习整合燃烧相关知识，涵盖基础判断、实验探究、灭火应用及定量计算，注重实验对比分析与化学计算能力，是初中化学燃烧模块的典型综合题。
【难度系数】
0.6
12 工业上用石灰石浆吸收废气中的二氧化硫，并制取石膏（主要成分为硫酸钙），简易流程如图，发生的主要反应为 $2\ce{CaCO_{3}}+2\ce{SO_{2}}+\ce{O_{2}}\xlongequal{\;\;}2\ce{CaSO_{4}}+2\ce{X}$。
（1）流程中石灰石加水制成石灰石浆的目的是
（2）反应中 X 的化学式为
（3）减少二氧化硫的排放，主要是为了
A. 减缓温室效应
B. 减少酸雨的形成
C. 防止破坏臭氧层
（4）按上述方法处理 2000 t 废气，吸收废气中的二氧化硫，至少需要含 5 t 碳酸钙的石灰石浆。求废气中二氧化硫的质量分数。
（1）流程中石灰石加水制成石灰石浆的目的是
提高$\ce{SO_{2}}$的吸收率(合理答案均可)
。（2）反应中 X 的化学式为
$\ce{CO_{2}}$
，硫元素的化合价在反应前后的变化为$+4\rightarrow+6$
。（3）减少二氧化硫的排放，主要是为了
B
（填字母）。A. 减缓温室效应
B. 减少酸雨的形成
C. 防止破坏臭氧层
（4）按上述方法处理 2000 t 废气，吸收废气中的二氧化硫，至少需要含 5 t 碳酸钙的石灰石浆。求废气中二氧化硫的质量分数。
答案
(1) 提高$\ce{SO_{2}}$的吸收率(合理答案均可)
(2) $\ce{CO_{2}}$ $+4\rightarrow+6$
(3) B
(4) 解:设含5 t碳酸钙的石灰石浆可吸收的二氧化硫的质量为$x$。
$\ce{2CaCO_{3} +2SO_{2} +O_{2}\xlongequal{\;\;}2CaSO_{4} +2CO_{2}}$
$\begin{array}{lcr}200&128\\5\ \mathrm{t}&x\end{array}$
$\dfrac{200}{128}=\dfrac{5\ \mathrm{t}}{x}\quad x=3.2\ \mathrm{t}$
废气中二氧化硫的质量分数为$\dfrac{3.2\ \mathrm{t}}{2\ 000\ \mathrm{t}}×100\%=0.16\%$。
答:废气中二氧化硫的质量分数为0.16%。
(2) $\ce{CO_{2}}$ $+4\rightarrow+6$
(3) B
(4) 解:设含5 t碳酸钙的石灰石浆可吸收的二氧化硫的质量为$x$。
$\ce{2CaCO_{3} +2SO_{2} +O_{2}\xlongequal{\;\;}2CaSO_{4} +2CO_{2}}$
$\begin{array}{lcr}200&128\\5\ \mathrm{t}&x\end{array}$
$\dfrac{200}{128}=\dfrac{5\ \mathrm{t}}{x}\quad x=3.2\ \mathrm{t}$
废气中二氧化硫的质量分数为$\dfrac{3.2\ \mathrm{t}}{2\ 000\ \mathrm{t}}×100\%=0.16\%$。
答:废气中二氧化硫的质量分数为0.16%。
解析
【分析】
本题结合工业脱硫制石膏的流程，需运用化学基本定律、化合价规则、环境知识及化学计算逐一解答：
1. 石灰石加水制成浆，核心是增大反应物接触面积，提升SO₂的吸收效果；
2. 推导X化学式需依据质量守恒定律（反应前后原子种类、数目不变），硫元素化合价需用化合物中正负化合价代数和为0计算；
3. 二氧化硫的排放危害对应酸雨形成，据此选择答案；
4. 计算SO₂质量分数需利用化学方程式的质量比，结合已知碳酸钙质量求出SO₂质量，再计算质量分数。
【解析】
（1）石灰石加水制成石灰石浆，可增大石灰石与废气中SO₂的接触面积，使反应更充分，从而提高SO₂的吸收率；
（2）根据质量守恒定律，反应前后原子种类、数目不变：反应前原子总数为Ca：2，C：2，O：2×3 + 2×2 + 2×1 = 12，S：2；反应后已知原子为Ca：2，S：2，O：2×4 = 8，剩余原子由2个X提供，即C：2、O：4，故每个X含1个C和2个O，化学式为$\ce{CO_{2}}$；
硫元素化合价：$\ce{SO_{2}}$中，设S化合价为$a$，则$a + (-2)×2 = 0$，得$a=+4$；$\ce{CaSO_{4}}$中，设S化合价为$b$，则$(+2) + b + (-2)×4 =0$，得$b=+6$，故硫元素化合价变化为+4→+6；
（3）二氧化硫是形成酸雨的主要污染物，减少其排放可减少酸雨，故选B；
（4）设吸收SO₂的质量为$x$，根据化学方程式：
$\ce{2CaCO_{3} +2SO_{2} +O_{2}\xlongequal{\;\;}2CaSO_{4} +2CO_{2}}$
各物质质量比：$2×100=200$，$2×64=128$
则 $\frac{200}{128} = \frac{5\ \mathrm{t}}{x}$，解得$x=3.2\ \mathrm{t}$；
废气中SO₂的质量分数为：$\frac{3.2\ \mathrm{t}}{2000\ \mathrm{t}}×100\% = 0.16\%$。
【答案】
（1）提高$\ce{SO_{2}}$的吸收率（合理即可）；
（2）$\ce{CO_{2}}$；+4→+6；
（3）B；
（4）0.16%。
【知识点】
质量守恒定律；化学方程式计算；酸雨防治
【点评】
本题以工业实际流程为载体，综合考察化学核心知识，既注重基础应用，又结合环境问题，能有效考查学生的知识迁移与计算能力，是一道典型的综合类化学题。
【难度系数】
0.6
本题结合工业脱硫制石膏的流程，需运用化学基本定律、化合价规则、环境知识及化学计算逐一解答：
1. 石灰石加水制成浆，核心是增大反应物接触面积，提升SO₂的吸收效果；
2. 推导X化学式需依据质量守恒定律（反应前后原子种类、数目不变），硫元素化合价需用化合物中正负化合价代数和为0计算；
3. 二氧化硫的排放危害对应酸雨形成，据此选择答案；
4. 计算SO₂质量分数需利用化学方程式的质量比，结合已知碳酸钙质量求出SO₂质量，再计算质量分数。
【解析】
（1）石灰石加水制成石灰石浆，可增大石灰石与废气中SO₂的接触面积，使反应更充分，从而提高SO₂的吸收率；
（2）根据质量守恒定律，反应前后原子种类、数目不变：反应前原子总数为Ca：2，C：2，O：2×3 + 2×2 + 2×1 = 12，S：2；反应后已知原子为Ca：2，S：2，O：2×4 = 8，剩余原子由2个X提供，即C：2、O：4，故每个X含1个C和2个O，化学式为$\ce{CO_{2}}$；
硫元素化合价：$\ce{SO_{2}}$中，设S化合价为$a$，则$a + (-2)×2 = 0$，得$a=+4$；$\ce{CaSO_{4}}$中，设S化合价为$b$，则$(+2) + b + (-2)×4 =0$，得$b=+6$，故硫元素化合价变化为+4→+6；
（3）二氧化硫是形成酸雨的主要污染物，减少其排放可减少酸雨，故选B；
（4）设吸收SO₂的质量为$x$，根据化学方程式：
$\ce{2CaCO_{3} +2SO_{2} +O_{2}\xlongequal{\;\;}2CaSO_{4} +2CO_{2}}$
各物质质量比：$2×100=200$，$2×64=128$
则 $\frac{200}{128} = \frac{5\ \mathrm{t}}{x}$，解得$x=3.2\ \mathrm{t}$；
废气中SO₂的质量分数为：$\frac{3.2\ \mathrm{t}}{2000\ \mathrm{t}}×100\% = 0.16\%$。
【答案】
（1）提高$\ce{SO_{2}}$的吸收率（合理即可）；
（2）$\ce{CO_{2}}$；+4→+6；
（3）B；
（4）0.16%。
【知识点】
质量守恒定律；化学方程式计算；酸雨防治
【点评】
本题以工业实际流程为载体，综合考察化学核心知识，既注重基础应用，又结合环境问题，能有效考查学生的知识迁移与计算能力，是一道典型的综合类化学题。
【难度系数】
0.6
