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2.一定条件下,一定质量的甲烷与16.0 g氧气恰好完全反应,生成4.4 g二氧化碳和10.8 g水及一定质量的一氧化碳。回答下列问题:
(1)甲烷的质量为
(2)生成一氧化碳的质量为
(3)该反应的化学方程式中氧气与一氧化碳的化学计量数之比为
(4)若甲烷充分燃烧只生成水和二氧化碳时,还需要氧气的质量为
(1)甲烷的质量为
4.8
g。(2)生成一氧化碳的质量为
5.6
g。(3)该反应的化学方程式中氧气与一氧化碳的化学计量数之比为
5:2
。(4)若甲烷充分燃烧只生成水和二氧化碳时,还需要氧气的质量为
3.2
g。答案
2.(1)4.8
(2)5.6
(3)5:2
(4)3.2
【解析】(1)根据质量守恒定律,甲烷中氢元素与生成的水中氢元素质量相等。设甲烷的质量为x,生成一氧化碳的质量为y。
$\ce{CH_{4}∼ 2H_{2}O}$
16 36
x 10.8 g
$\frac{16}{36}=\frac{x}{10.8\ \mathrm{g}}\ \ x=4.8\ \mathrm{g}$。
(2)生成一氧化碳的质量为$4.8\ \mathrm{g} + 16.0\ \mathrm{g} = 4.4\ \mathrm{g} + 10.8\ \mathrm{g} + y$,解得$y=5.6\ \mathrm{g}$。
(3)设该反应的化学方程式中各物质的化学计量数分别为a、b、c、d、e。
(2)5.6
(3)5:2
(4)3.2
【解析】(1)根据质量守恒定律,甲烷中氢元素与生成的水中氢元素质量相等。设甲烷的质量为x,生成一氧化碳的质量为y。
$\ce{CH_{4}∼ 2H_{2}O}$
16 36
x 10.8 g
$\frac{16}{36}=\frac{x}{10.8\ \mathrm{g}}\ \ x=4.8\ \mathrm{g}$。
(2)生成一氧化碳的质量为$4.8\ \mathrm{g} + 16.0\ \mathrm{g} = 4.4\ \mathrm{g} + 10.8\ \mathrm{g} + y$,解得$y=5.6\ \mathrm{g}$。
(3)设该反应的化学方程式中各物质的化学计量数分别为a、b、c、d、e。
解析
【分析】
本题考查甲烷不完全燃烧的相关计算，解题思路如下：
1. 利用元素守恒：甲烷中的氢元素全部转化为水中的氢元素，据此计算甲烷的质量；
2. 利用质量守恒定律：反应前后总质量相等，计算生成一氧化碳的质量；
3. 根据各物质的质量计算其物质的量，化学计量数之比等于物质的量之比，进而求出氧气与一氧化碳的化学计量数之比；
4. 先计算0.3mol甲烷充分燃烧所需氧气的总质量，减去已用氧气质量，得到还需氧气的质量。
【解析】
(1) 甲烷中的氢元素全部转化为水中的氢元素，设甲烷质量为$x$：
水中氢元素质量 = $10.8\ \mathrm{g} × \frac{2}{18} = 1.2\ \mathrm{g}$，
甲烷中氢元素质量分数为$\frac{4}{16}$，则$x × \frac{4}{16} = 1.2\ \mathrm{g}$，解得$x=4.8\ \mathrm{g}$。
(2) 根据质量守恒定律，反应前总质量 = 反应后总质量：
$4.8\ \mathrm{g} + 16.0\ \mathrm{g} = 4.4\ \mathrm{g} + 10.8\ \mathrm{g} + m(\mathrm{CO})$，
解得$m(\mathrm{CO}) = 5.6\ \mathrm{g}$。
(3) 计算各物质的物质的量：
$n(\mathrm{CH_4}) = \frac{4.8\ \mathrm{g}}{16\ \mathrm{g/mol}} = 0.3\ \mathrm{mol}$，
$n(\mathrm{O_2}) = \frac{16.0\ \mathrm{g}}{32\ \mathrm{g/mol}} = 0.5\ \mathrm{mol}$，
$n(\mathrm{CO_2}) = \frac{4.4\ \mathrm{g}}{44\ \mathrm{g/mol}} = 0.1\ \mathrm{mol}$，
$n(\mathrm{H_2O}) = \frac{10.8\ \mathrm{g}}{18\ \mathrm{g/mol}} = 0.6\ \mathrm{mol}$，
$n(\mathrm{CO}) = \frac{5.6\ \mathrm{g}}{28\ \mathrm{g/mol}} = 0.2\ \mathrm{mol}$，
化学计量数之比等于物质的量之比，故氧气与一氧化碳的化学计量数之比为$0.5:0.2 = 5:2$。
(4) 甲烷充分燃烧的反应为$\mathrm{CH_4 + 2O_2 \xlongequal{点燃} CO_2 + 2H_2O}$，0.3mol甲烷需氧气总质量为$0.3\ \mathrm{mol} × 2 × 32\ \mathrm{g/mol} = 19.2\ \mathrm{g}$，还需氧气质量为$19.2\ \mathrm{g} - 16.0\ \mathrm{g} = 3.2\ \mathrm{g}$。
【答案】
(1)4.8；(2)5.6；(3)5:2；(4)3.2
【知识点】
质量守恒定律、化学方程式计算、元素守恒
【点评】
本题结合甲烷不完全燃烧考查化学计算，核心是质量守恒和元素守恒的应用，需学生掌握物质的量与化学计量数的关系，是初中化学的重点题型，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题考查甲烷不完全燃烧的相关计算，解题思路如下：
1. 利用元素守恒：甲烷中的氢元素全部转化为水中的氢元素，据此计算甲烷的质量；
2. 利用质量守恒定律：反应前后总质量相等，计算生成一氧化碳的质量；
3. 根据各物质的质量计算其物质的量，化学计量数之比等于物质的量之比，进而求出氧气与一氧化碳的化学计量数之比；
4. 先计算0.3mol甲烷充分燃烧所需氧气的总质量，减去已用氧气质量，得到还需氧气的质量。
【解析】
(1) 甲烷中的氢元素全部转化为水中的氢元素，设甲烷质量为$x$：
水中氢元素质量 = $10.8\ \mathrm{g} × \frac{2}{18} = 1.2\ \mathrm{g}$，
甲烷中氢元素质量分数为$\frac{4}{16}$，则$x × \frac{4}{16} = 1.2\ \mathrm{g}$，解得$x=4.8\ \mathrm{g}$。
(2) 根据质量守恒定律，反应前总质量 = 反应后总质量：
$4.8\ \mathrm{g} + 16.0\ \mathrm{g} = 4.4\ \mathrm{g} + 10.8\ \mathrm{g} + m(\mathrm{CO})$，
解得$m(\mathrm{CO}) = 5.6\ \mathrm{g}$。
(3) 计算各物质的物质的量：
$n(\mathrm{CH_4}) = \frac{4.8\ \mathrm{g}}{16\ \mathrm{g/mol}} = 0.3\ \mathrm{mol}$，
$n(\mathrm{O_2}) = \frac{16.0\ \mathrm{g}}{32\ \mathrm{g/mol}} = 0.5\ \mathrm{mol}$，
$n(\mathrm{CO_2}) = \frac{4.4\ \mathrm{g}}{44\ \mathrm{g/mol}} = 0.1\ \mathrm{mol}$，
$n(\mathrm{H_2O}) = \frac{10.8\ \mathrm{g}}{18\ \mathrm{g/mol}} = 0.6\ \mathrm{mol}$，
$n(\mathrm{CO}) = \frac{5.6\ \mathrm{g}}{28\ \mathrm{g/mol}} = 0.2\ \mathrm{mol}$，
化学计量数之比等于物质的量之比，故氧气与一氧化碳的化学计量数之比为$0.5:0.2 = 5:2$。
(4) 甲烷充分燃烧的反应为$\mathrm{CH_4 + 2O_2 \xlongequal{点燃} CO_2 + 2H_2O}$，0.3mol甲烷需氧气总质量为$0.3\ \mathrm{mol} × 2 × 32\ \mathrm{g/mol} = 19.2\ \mathrm{g}$，还需氧气质量为$19.2\ \mathrm{g} - 16.0\ \mathrm{g} = 3.2\ \mathrm{g}$。
【答案】
(1)4.8；(2)5.6；(3)5:2；(4)3.2
【知识点】
质量守恒定律、化学方程式计算、元素守恒
【点评】
本题结合甲烷不完全燃烧考查化学计算，核心是质量守恒和元素守恒的应用，需学生掌握物质的量与化学计量数的关系，是初中化学的重点题型，难度适中。
【难度系数】
0.6
3. 为了测定某石灰石中碳酸钙的质量,某同学进行了如下实验:称取10.0 g石灰石样品高温煅烧,石灰石在高温条件下可生成氧化钙和二氧化碳,实验数据记录如下表(杂质不参与反应):
(1)完全反应后生成的$\ce{CO_{2}}$质量是g。
(2)该石灰石样品中碳酸钙的质量分数(写出计算过程)。
(1)完全反应后生成的$\ce{CO_{2}}$质量是g。
(2)该石灰石样品中碳酸钙的质量分数(写出计算过程)。
答案
解：
(1) 完全反应后生成的$\ce{CO_{2}}$质量是$\boldsymbol{3.3}$g。
(2) 设该石灰石样品中碳酸钙的质量为$x$。
$\ce{CaCO_{3}\xlongequal{高温} CaO + CO_{2}\uparrow}$
$\begin{array}{rl}100& \quad\quad\quad\quad 44 \\x& \quad\quad\quad\quad 3.3\ \mathrm{g}\end{array}$
$\dfrac{100}{44}=\dfrac{x}{3.3\ \mathrm{g}}$
解得：$x=7.5\ \mathrm{g}$
该石灰石样品中碳酸钙的质量分数为：$\dfrac{7.5\ \mathrm{g}}{10.0\ \mathrm{g}}×100\%=75\%$
答：该石灰石样品中碳酸钙的质量分数为75%。
(1) 完全反应后生成的$\ce{CO_{2}}$质量是$\boldsymbol{3.3}$g。
(2) 设该石灰石样品中碳酸钙的质量为$x$。
$\ce{CaCO_{3}\xlongequal{高温} CaO + CO_{2}\uparrow}$
$\begin{array}{rl}100& \quad\quad\quad\quad 44 \\x& \quad\quad\quad\quad 3.3\ \mathrm{g}\end{array}$
$\dfrac{100}{44}=\dfrac{x}{3.3\ \mathrm{g}}$
解得：$x=7.5\ \mathrm{g}$
该石灰石样品中碳酸钙的质量分数为：$\dfrac{7.5\ \mathrm{g}}{10.0\ \mathrm{g}}×100\%=75\%$
答：该石灰石样品中碳酸钙的质量分数为75%。
解析
【分析】
要解决这道题，需明确石灰石高温煅烧时，仅碳酸钙分解生成氧化钙和二氧化碳，杂质不参与反应，反应前后固体质量的差值就是生成二氧化碳的质量。当剩余固体质量不再变化时，说明碳酸钙完全反应，据此先计算生成CO₂的质量，再通过化学方程式计算碳酸钙的质量，最终求出其质量分数。
【解析】
(1) 由表格数据可知，操作3和4时剩余固体质量不再变化，说明反应完全，剩余固体质量为6.7g。根据质量守恒定律，生成CO₂的质量 = 石灰石样品质量 - 完全反应后剩余固体质量 = 10.0g - 6.7g = 3.3g。
(2) 设石灰石样品中碳酸钙的质量为$x$。
$\ce{CaCO_{3}\xlongequal{高温} CaO + CO_{2}\uparrow}$
$\begin{array}{rl}100& \quad\quad\quad\quad 44 \\x& \quad\quad\quad\quad 3.3\ \mathrm{g}\end{array}$
根据化学方程式的比例关系：$\dfrac{100}{44} = \dfrac{x}{3.3\ \mathrm{g}}$
解得：$x = \dfrac{100 × 3.3\ \mathrm{g}}{44} = 7.5\ \mathrm{g}$
则该石灰石样品中碳酸钙的质量分数为：$\dfrac{7.5\ \mathrm{g}}{10.0\ \mathrm{g}} × 100\% = 75\%$
【答案】
(1) 3.3；(2) 75%
【知识点】
根据化学方程式计算，质量守恒定律，碳酸钙分解反应
【点评】
本题结合质量守恒定律与化学方程式进行计算，核心是利用反应前后固体质量差确定生成二氧化碳的质量，步骤清晰，属于化学计算的基础题型，考查学生对相关知识点的应用能力。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需明确石灰石高温煅烧时，仅碳酸钙分解生成氧化钙和二氧化碳，杂质不参与反应，反应前后固体质量的差值就是生成二氧化碳的质量。当剩余固体质量不再变化时，说明碳酸钙完全反应，据此先计算生成CO₂的质量，再通过化学方程式计算碳酸钙的质量，最终求出其质量分数。
【解析】
(1) 由表格数据可知，操作3和4时剩余固体质量不再变化，说明反应完全，剩余固体质量为6.7g。根据质量守恒定律，生成CO₂的质量 = 石灰石样品质量 - 完全反应后剩余固体质量 = 10.0g - 6.7g = 3.3g。
(2) 设石灰石样品中碳酸钙的质量为$x$。
$\ce{CaCO_{3}\xlongequal{高温} CaO + CO_{2}\uparrow}$
$\begin{array}{rl}100& \quad\quad\quad\quad 44 \\x& \quad\quad\quad\quad 3.3\ \mathrm{g}\end{array}$
根据化学方程式的比例关系：$\dfrac{100}{44} = \dfrac{x}{3.3\ \mathrm{g}}$
解得：$x = \dfrac{100 × 3.3\ \mathrm{g}}{44} = 7.5\ \mathrm{g}$
则该石灰石样品中碳酸钙的质量分数为：$\dfrac{7.5\ \mathrm{g}}{10.0\ \mathrm{g}} × 100\% = 75\%$
【答案】
(1) 3.3；(2) 75%
【知识点】
根据化学方程式计算，质量守恒定律，碳酸钙分解反应
【点评】
本题结合质量守恒定律与化学方程式进行计算，核心是利用反应前后固体质量差确定生成二氧化碳的质量，步骤清晰，属于化学计算的基础题型，考查学生对相关知识点的应用能力。
【难度系数】
0.6
