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4 [2026天津葛沽一中期中] 实验室用高锰酸钾制取氧气,在一次实验中固体的质量变化如下。
请计算:
(1)生成氧气的质量是
(2)剩余固体混合物中锰酸钾、二氧化锰的质量分别是多少?
(3)剩余固体混合物中有
请计算:
(1)生成氧气的质量是
3.2
g。(2)剩余固体混合物中锰酸钾、二氧化锰的质量分别是多少?
(3)剩余固体混合物中有
KMnO₄、K₂MnO₄、MnO₂
（填化学式）。答案
(1)3.2
(2)解:设生成二氧化锰的质量为x,生成锰酸钾的质量为y。
2KMnO₄ $\stackrel{△}{=\!=\!=}$K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑
197 87 32
y x 3.2 g
$\frac{87}{32} = \frac{x}{3.2\ \mathrm{g}}$ $\frac{197}{32} = \frac{y}{3.2\ \mathrm{g}}$
x = 8.7 g y = 19.7 g
答:反应后剩余固体混合物中二氧化锰的质量为8.7 g,锰酸钾的质量为19.7 g。
(3)KMnO₄、K₂MnO₄、MnO₂
【解析】 (1)根据质量守恒定律,生成氧气的质量=35 g - 31.8 g = 3.2 g。
(3)由于反应开始时高锰酸钾的质量是35 g,所以反应后剩余高锰酸钾的质量=31.8 g - 8.7 g - 19.7 g = 3.4 g。即剩余的固体混合物中有剩余的高锰酸钾,生成的锰酸钾、二氧化锰。
(2)解:设生成二氧化锰的质量为x,生成锰酸钾的质量为y。
2KMnO₄ $\stackrel{△}{=\!=\!=}$K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑
197 87 32
y x 3.2 g
$\frac{87}{32} = \frac{x}{3.2\ \mathrm{g}}$ $\frac{197}{32} = \frac{y}{3.2\ \mathrm{g}}$
x = 8.7 g y = 19.7 g
答:反应后剩余固体混合物中二氧化锰的质量为8.7 g,锰酸钾的质量为19.7 g。
(3)KMnO₄、K₂MnO₄、MnO₂
【解析】 (1)根据质量守恒定律,生成氧气的质量=35 g - 31.8 g = 3.2 g。
(3)由于反应开始时高锰酸钾的质量是35 g,所以反应后剩余高锰酸钾的质量=31.8 g - 8.7 g - 19.7 g = 3.4 g。即剩余的固体混合物中有剩余的高锰酸钾,生成的锰酸钾、二氧化锰。
解析
【分析】
首先利用质量守恒定律，反应前后固体质量的差值即为生成氧气的质量；再根据高锰酸钾分解的化学方程式，利用氧气的质量计算生成的锰酸钾和二氧化锰的质量；最后用剩余固体总质量减去生成的锰酸钾和二氧化锰的质量，得到未反应的高锰酸钾质量，从而确定剩余固体的成分。
【解析】
(1) 根据质量守恒定律，生成氧气的质量 = 反应前高锰酸钾固体质量 - 反应后剩余固体质量 = $35\ \mathrm{g} - 31.8\ \mathrm{g} = 3.2\ \mathrm{g}$。
(2) 设生成二氧化锰的质量为$x$，生成锰酸钾的质量为$y$。
高锰酸钾分解的化学方程式为：$\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta} K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$
各物质的相对质量关系：$\ce{K_{2}MnO_{4}}$为197，$\ce{MnO_{2}}$为87，$\ce{O_{2}}$为32。
则有比例式：
$\frac{87}{32} = \frac{x}{3.2\ \mathrm{g}}$，解得$x = \frac{87 × 3.2\ \mathrm{g}}{32} = 8.7\ \mathrm{g}$；
$\frac{197}{32} = \frac{y}{3.2\ \mathrm{g}}$，解得$y = \frac{197 × 3.2\ \mathrm{g}}{32} = 19.7\ \mathrm{g}$。
(3) 剩余固体中，生成的锰酸钾和二氧化锰总质量为$19.7\ \mathrm{g} + 8.7\ \mathrm{g} = 28.4\ \mathrm{g}$，则未反应的高锰酸钾质量为$31.8\ \mathrm{g} - 28.4\ \mathrm{g} = 3.4\ \mathrm{g}$，因此剩余固体混合物中有$\ce{KMnO_{4}}$、$\ce{K_{2}MnO_{4}}$、$\ce{MnO_{2}}$。
【答案】
(1) 3.2；(2) 锰酸钾19.7 g，二氧化锰8.7 g；(3) $\ce{KMnO_{4}}$、$\ce{K_{2}MnO_{4}}$、$\ce{MnO_{2}}$
【知识点】
质量守恒定律、化学方程式计算、高锰酸钾分解反应
【点评】
本题结合质量守恒定律考查化学方程式的计算，需明确反应前后固体质量差为生成氧气的质量，再通过化学方程式的比例关系计算产物质量，最后判断剩余反应物是否存在，是化学计算的基础题型，需注意计算的准确性。
【难度系数】
0.6
首先利用质量守恒定律，反应前后固体质量的差值即为生成氧气的质量；再根据高锰酸钾分解的化学方程式，利用氧气的质量计算生成的锰酸钾和二氧化锰的质量；最后用剩余固体总质量减去生成的锰酸钾和二氧化锰的质量，得到未反应的高锰酸钾质量，从而确定剩余固体的成分。
【解析】
(1) 根据质量守恒定律，生成氧气的质量 = 反应前高锰酸钾固体质量 - 反应后剩余固体质量 = $35\ \mathrm{g} - 31.8\ \mathrm{g} = 3.2\ \mathrm{g}$。
(2) 设生成二氧化锰的质量为$x$，生成锰酸钾的质量为$y$。
高锰酸钾分解的化学方程式为：$\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta} K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$
各物质的相对质量关系：$\ce{K_{2}MnO_{4}}$为197，$\ce{MnO_{2}}$为87，$\ce{O_{2}}$为32。
则有比例式：
$\frac{87}{32} = \frac{x}{3.2\ \mathrm{g}}$，解得$x = \frac{87 × 3.2\ \mathrm{g}}{32} = 8.7\ \mathrm{g}$；
$\frac{197}{32} = \frac{y}{3.2\ \mathrm{g}}$，解得$y = \frac{197 × 3.2\ \mathrm{g}}{32} = 19.7\ \mathrm{g}$。
(3) 剩余固体中，生成的锰酸钾和二氧化锰总质量为$19.7\ \mathrm{g} + 8.7\ \mathrm{g} = 28.4\ \mathrm{g}$，则未反应的高锰酸钾质量为$31.8\ \mathrm{g} - 28.4\ \mathrm{g} = 3.4\ \mathrm{g}$，因此剩余固体混合物中有$\ce{KMnO_{4}}$、$\ce{K_{2}MnO_{4}}$、$\ce{MnO_{2}}$。
【答案】
(1) 3.2；(2) 锰酸钾19.7 g，二氧化锰8.7 g；(3) $\ce{KMnO_{4}}$、$\ce{K_{2}MnO_{4}}$、$\ce{MnO_{2}}$
【知识点】
质量守恒定律、化学方程式计算、高锰酸钾分解反应
【点评】
本题结合质量守恒定律考查化学方程式的计算，需明确反应前后固体质量差为生成氧气的质量，再通过化学方程式的比例关系计算产物质量，最后判断剩余反应物是否存在，是化学计算的基础题型，需注意计算的准确性。
【难度系数】
0.6
5 取75 g某过氧化氢溶液放入锥形瓶中并加入一定量的二氧化锰，用电子天平测其质量，不同时间时电子天平的读数如下表所示。试计算75 g该过氧化氢溶液中过氧化氢的质量。（不考虑$\ce{H_{2}O}$逸出，写出计算过程）
| 反应时间/min | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 锥形瓶和瓶内物质的总质量/g | 375.00 | 371.56 |
| 365.56 | 365.40 | 365.40 |
| 反应时间/min | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 锥形瓶和瓶内物质的总质量/g | 375.00 | 371.56 |
| 365.56 | 365.40 | 365.40 |答案
解:生成氧气的质量为375.00 g - 365.40 g = 9.60 g
设生成9.60 g氧气需要过氧化氢的质量为x。
2H₂O₂ $\stackrel{MnO_2}{=\!=\!=}$ 2H₂O + O₂↑
68 32
x 9.60 g
$\frac{68}{32} = \frac{x}{9.60\ \mathrm{g}}$
x = 20.40 g
答:75 g该过氧化氢溶液中过氧化氢的质量为20.40 g。
设生成9.60 g氧气需要过氧化氢的质量为x。
2H₂O₂ $\stackrel{MnO_2}{=\!=\!=}$ 2H₂O + O₂↑
68 32
x 9.60 g
$\frac{68}{32} = \frac{x}{9.60\ \mathrm{g}}$
x = 20.40 g
答:75 g该过氧化氢溶液中过氧化氢的质量为20.40 g。
解析
【分析】首先，根据质量守恒定律，过氧化氢在二氧化锰催化下分解生成水和氧气，氧气逸出会使反应后总质量减少，减少的质量即为生成氧气的质量。接着利用过氧化氢分解的化学方程式，通过氧气的质量计算出过氧化氢的质量，具体步骤为：先计算生成氧气的质量，再写出反应的化学方程式，找出过氧化氢与氧气的质量比，最后代入氧气质量列比例式求解过氧化氢的质量。
【解析】解：根据质量守恒定律，生成氧气的质量 = 反应前锥形瓶和瓶内物质总质量 - 反应后锥形瓶和瓶内物质总质量 = 375.00 g - 365.40 g = 9.60 g。
设75 g该过氧化氢溶液中过氧化氢的质量为x。
$\ce{2H_{2}O_{2}\xlongequal{MnO_{2}} 2H_{2}O + O_{2}↑}$
$\frac{68}{32} = \frac{x}{9.60\ \mathrm{g}}$
$x = \frac{68×9.60\ \mathrm{g}}{32} = 20.40\ \mathrm{g}$
【答案】20.40 g
【知识点】根据化学方程式计算；质量守恒定律
【点评】本题结合实验数据考查质量守恒定律的应用和化学方程式的计算，核心是准确确定生成氧气的质量，再按化学方程式计算的规范步骤求解，属于基础化学计算题，难度适中。
【难度系数】0.6
【解析】解：根据质量守恒定律，生成氧气的质量 = 反应前锥形瓶和瓶内物质总质量 - 反应后锥形瓶和瓶内物质总质量 = 375.00 g - 365.40 g = 9.60 g。
设75 g该过氧化氢溶液中过氧化氢的质量为x。
$\ce{2H_{2}O_{2}\xlongequal{MnO_{2}} 2H_{2}O + O_{2}↑}$
$\frac{68}{32} = \frac{x}{9.60\ \mathrm{g}}$
$x = \frac{68×9.60\ \mathrm{g}}{32} = 20.40\ \mathrm{g}$
【答案】20.40 g
【知识点】根据化学方程式计算；质量守恒定律
【点评】本题结合实验数据考查质量守恒定律的应用和化学方程式的计算，核心是准确确定生成氧气的质量，再按化学方程式计算的规范步骤求解，属于基础化学计算题，难度适中。
【难度系数】0.6
6 为实现“碳中和”的目标，我国科学家研制出一种新型催化剂，将$\ce{CO_{2}}$与$\ce{H_{2}}$在催化剂条件下转化成甲醇($\ce{CH_{3}OH}$)和水，其反应的化学方程式为
CO₂ + 3H₂ $\stackrel{催化剂}{=\!=\!=}$ CH₃OH + H₂O
。一定质量的甲醇和氧气在密闭容器内燃烧，生成1.1 g二氧化碳和2.1 g一氧化碳，计算参加反应的甲醇与氧气的化学计量数之比。答案
CO₂ + 3H₂ $\stackrel{催化剂}{=\!=\!=}$ CH₃OH + H₂O 生成的二氧化碳(CO₂)中碳元素质量为1.1 g × $\frac{12}{44}$ × 100% = 0.3 g;生成的一氧化碳(CO)中碳元素质量为2.1 g × $\frac{12}{28}$ × 100% = 0.9 g;根据反应前后碳元素质量守恒,甲醇中碳元素质量为0.3 g + 0.9 g = 1.2 g,则甲醇的质量为1.2 g ÷ ($\frac{12}{12+4+16}$ × 100%) = 3.2 g;3.2 g甲醇中氢元素质量为3.2 g × $\frac{4}{32}$ × 100% = 0.4 g,则生成水的质量为0.4 g ÷ ($\frac{2}{18}$ × 100%) = 3.6 g;根据质量守恒定律,参加反应的氧气质量为1.1 g + 2.1 g + 3.6 g - 3.2 g = 3.6 g;该反应中甲醇和氧气的化学计量数比为$\frac{3.2\ \mathrm{g}}{32}$:$\frac{3.6\ \mathrm{g}}{32}$ = 8:9。
解析
【分析】
首先，书写CO₂与H₂反应生成甲醇和水的化学方程式时，需根据原子守恒配平；计算甲醇与氧气的化学计量数之比时，利用元素守恒和质量守恒定律：①先通过CO₂、CO的质量计算其中碳元素总质量，该质量等于甲醇中碳元素质量；②由甲醇中碳元素质量算出甲醇的质量；③再通过甲醇中氢元素质量算出生成水的质量；④根据质量守恒，生成物总质量减去甲醇质量得到参加反应的氧气质量；⑤最后化学计量数之比等于（甲醇质量÷甲醇摩尔质量）与（氧气质量÷氧气摩尔质量）的比值，代入数值计算即可。
【解析】
1. 配平CO₂与H₂反应生成甲醇和水的化学方程式：根据原子守恒，反应前后C、H、O原子个数相等，配平后为$\ce{CO_{2} + 3H_{2}\stackrel{催化剂}{=\!=\!=}CH_{3}OH + H_{2}O}$。
2. 计算生成的CO₂中碳元素质量：$1.1\ \mathrm{g} × \frac{12}{44} = 0.3\ \mathrm{g}$；
3. 计算生成的CO中碳元素质量：$2.1\ \mathrm{g} × \frac{12}{28} = 0.9\ \mathrm{g}$；
4. 根据碳元素质量守恒，甲醇中碳元素总质量为$0.3\ \mathrm{g} + 0.9\ \mathrm{g} = 1.2\ \mathrm{g}$；
5. 甲醇的相对分子质量为$12 + 4 × 1 + 16 = 32$，则甲醇的质量为$1.2\ \mathrm{g} ÷ \frac{12}{32} = 3.2\ \mathrm{g}$；
6. 甲醇中氢元素质量为$3.2\ \mathrm{g} × \frac{4}{32} = 0.4\ \mathrm{g}$，生成水的质量为$0.4\ \mathrm{g} ÷ \frac{2}{18} = 3.6\ \mathrm{g}$；
7. 根据质量守恒定律，参加反应的氧气质量为$1.1\ \mathrm{g} + 2.1\ \mathrm{g} + 3.6\ \mathrm{g} - 3.2\ \mathrm{g} = 3.6\ \mathrm{g}$；
8. 甲醇的摩尔质量为$32\ \mathrm{g/mol}$，氧气的摩尔质量为$32\ \mathrm{g/mol}$，则化学计量数之比为$\frac{3.2\ \mathrm{g}}{32\ \mathrm{g/mol}} : \frac{3.6\ \mathrm{g}}{32\ \mathrm{g/mol}} = 8:9$。
【答案】
$\ce{CO_{2} + 3H_{2}\stackrel{催化剂}{=\!=\!=}CH_{3}OH + H_{2}O}$；参加反应的甲醇与氧气的化学计量数之比为$8:9$
【知识点】
化学方程式书写、质量守恒定律、根据化学式计算元素质量
【点评】
本题综合考查化学方程式配平、质量守恒定律的应用及化学计量数的计算，核心是利用反应前后元素质量不变推导各物质质量，步骤清晰，需掌握元素守恒的解题思想，属于中等难度的化学计算题。
【难度系数】
0.5
首先，书写CO₂与H₂反应生成甲醇和水的化学方程式时，需根据原子守恒配平；计算甲醇与氧气的化学计量数之比时，利用元素守恒和质量守恒定律：①先通过CO₂、CO的质量计算其中碳元素总质量，该质量等于甲醇中碳元素质量；②由甲醇中碳元素质量算出甲醇的质量；③再通过甲醇中氢元素质量算出生成水的质量；④根据质量守恒，生成物总质量减去甲醇质量得到参加反应的氧气质量；⑤最后化学计量数之比等于（甲醇质量÷甲醇摩尔质量）与（氧气质量÷氧气摩尔质量）的比值，代入数值计算即可。
【解析】
1. 配平CO₂与H₂反应生成甲醇和水的化学方程式：根据原子守恒，反应前后C、H、O原子个数相等，配平后为$\ce{CO_{2} + 3H_{2}\stackrel{催化剂}{=\!=\!=}CH_{3}OH + H_{2}O}$。
2. 计算生成的CO₂中碳元素质量：$1.1\ \mathrm{g} × \frac{12}{44} = 0.3\ \mathrm{g}$；
3. 计算生成的CO中碳元素质量：$2.1\ \mathrm{g} × \frac{12}{28} = 0.9\ \mathrm{g}$；
4. 根据碳元素质量守恒，甲醇中碳元素总质量为$0.3\ \mathrm{g} + 0.9\ \mathrm{g} = 1.2\ \mathrm{g}$；
5. 甲醇的相对分子质量为$12 + 4 × 1 + 16 = 32$，则甲醇的质量为$1.2\ \mathrm{g} ÷ \frac{12}{32} = 3.2\ \mathrm{g}$；
6. 甲醇中氢元素质量为$3.2\ \mathrm{g} × \frac{4}{32} = 0.4\ \mathrm{g}$，生成水的质量为$0.4\ \mathrm{g} ÷ \frac{2}{18} = 3.6\ \mathrm{g}$；
7. 根据质量守恒定律，参加反应的氧气质量为$1.1\ \mathrm{g} + 2.1\ \mathrm{g} + 3.6\ \mathrm{g} - 3.2\ \mathrm{g} = 3.6\ \mathrm{g}$；
8. 甲醇的摩尔质量为$32\ \mathrm{g/mol}$，氧气的摩尔质量为$32\ \mathrm{g/mol}$，则化学计量数之比为$\frac{3.2\ \mathrm{g}}{32\ \mathrm{g/mol}} : \frac{3.6\ \mathrm{g}}{32\ \mathrm{g/mol}} = 8:9$。
【答案】
$\ce{CO_{2} + 3H_{2}\stackrel{催化剂}{=\!=\!=}CH_{3}OH + H_{2}O}$；参加反应的甲醇与氧气的化学计量数之比为$8:9$
【知识点】
化学方程式书写、质量守恒定律、根据化学式计算元素质量
【点评】
本题综合考查化学方程式配平、质量守恒定律的应用及化学计量数的计算，核心是利用反应前后元素质量不变推导各物质质量，步骤清晰，需掌握元素守恒的解题思想，属于中等难度的化学计算题。
【难度系数】
0.5
