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2. 二氧化碳和水在一种纳米催化剂表面可发生反应：$a\ce{CO_{2}} + b\ce{H_{2}O}\xlongequal{\mathrm{一定条件}} c\ce{C_{x}H_{y}} + d\ce{O_{2}}$
反应中生成$\ce{O_{2}}$的质量随反应$\ce{CO_{2}}$质量的变化如图所示。下列说法正确的是（
A.化学计量数$a:d=2:1$
B.物质$\ce{C_{x}H_{y}}$中碳元素的质量分数为$75\%$
C.$44\ \mathrm{g}\ \ce{CO_{2}}$参加反应时，生成$\ce{C_{x}H_{y}}$的质量为$8\ \mathrm{g}$
D.$44\ \mathrm{g}\ \ce{CO_{2}}$参加反应时，消耗$\ce{H_{2}O}$的质量为$72\ \mathrm{g}$
反应中生成$\ce{O_{2}}$的质量随反应$\ce{CO_{2}}$质量的变化如图所示。下列说法正确的是（
B
）A.化学计量数$a:d=2:1$
B.物质$\ce{C_{x}H_{y}}$中碳元素的质量分数为$75\%$
C.$44\ \mathrm{g}\ \ce{CO_{2}}$参加反应时，生成$\ce{C_{x}H_{y}}$的质量为$8\ \mathrm{g}$
D.$44\ \mathrm{g}\ \ce{CO_{2}}$参加反应时，消耗$\ce{H_{2}O}$的质量为$72\ \mathrm{g}$
答案
B
解析
【分析】
首先根据图像确定参加反应的$\ce{CO_{2}}$和生成$\ce{O_{2}}$的质量，计算其物质的量；再利用反应前后原子守恒配平化学方程式，确定$\ce{C_{x}H_{y}}$的化学式；最后结合化学式和化学方程式逐一分析各选项的正误。
【解析】
1. 计算物质的量：$\ce{CO_{2}}$的摩尔质量为$44\ \mathrm{g/mol}$，$44\ \mathrm{g}\ \ce{CO_{2}}$的物质的量为$\frac{44\ \mathrm{g}}{44\ \mathrm{g/mol}}=1\ \mathrm{mol}$；$\ce{O_{2}}$的摩尔质量为$32\ \mathrm{g/mol}$，$64\ \mathrm{g}\ \ce{O_{2}}$的物质的量为$\frac{64\ \mathrm{g}}{32\ \mathrm{g/mol}}=2\ \mathrm{mol}$。
2. 配平反应方程式：根据反应$a\ce{CO_{2}} + b\ce{H_{2}O}\xlongequal{\mathrm{一定条件}} c\ce{C_{x}H_{y}} + d\ce{O_{2}}$，代入$a=1$、$d=2$：
由$\ce{O}$元素守恒：$2a + b = 2d$，即$2×1 + b = 2×2$，得$b=2$；
由$\ce{C}$元素守恒：$a = c×x$，即$1 = c×x$；
由$\ce{H}$元素守恒：$2b = c×y$，即$2×2 = c×y$，得$c×y=4$；
结合原子总数，可知$c=1$、$x=1$、$y=4$，即$\ce{C_{x}H_{y}}$为$\ce{CH_{4}}$，反应方程式为$\ce{CO_{2} + 2H_{2}O\xlongequal{一定条件} CH_{4} + 2O_{2}}$。
3. 分析选项：
A选项：化学计量数$a:d=1:2≠2:1$，错误；
B选项：$\ce{CH_{4}}$中碳元素质量分数为$\frac{12}{12+4}×100\%=75\%$，正确；
C选项：$44\ \mathrm{g}\ \ce{CO_{2}}$（1mol）参加反应时，生成$\ce{CH_{4}}$的质量为$16\ \mathrm{g}$，不是$8\ \mathrm{g}$，错误；
D选项：消耗$\ce{H_{2}O}$的物质的量为$2\ \mathrm{mol}$，质量为$2\ \mathrm{mol}×18\ \mathrm{g/mol}=36\ \mathrm{g}≠72\ \mathrm{g}$，错误。
【答案】
B
【知识点】
化学方程式配平、元素质量分数、根据化学方程式计算
【点评】
本题结合图像考查原子守恒的应用，核心是通过反应前后原子种类和数目不变确定$\ce{C_{x}H_{y}}$的化学式，再结合化学式和方程式分析选项，需注意计算的准确性。
【难度系数】
0.5
首先根据图像确定参加反应的$\ce{CO_{2}}$和生成$\ce{O_{2}}$的质量，计算其物质的量；再利用反应前后原子守恒配平化学方程式，确定$\ce{C_{x}H_{y}}$的化学式；最后结合化学式和化学方程式逐一分析各选项的正误。
【解析】
1. 计算物质的量：$\ce{CO_{2}}$的摩尔质量为$44\ \mathrm{g/mol}$，$44\ \mathrm{g}\ \ce{CO_{2}}$的物质的量为$\frac{44\ \mathrm{g}}{44\ \mathrm{g/mol}}=1\ \mathrm{mol}$；$\ce{O_{2}}$的摩尔质量为$32\ \mathrm{g/mol}$，$64\ \mathrm{g}\ \ce{O_{2}}$的物质的量为$\frac{64\ \mathrm{g}}{32\ \mathrm{g/mol}}=2\ \mathrm{mol}$。
2. 配平反应方程式：根据反应$a\ce{CO_{2}} + b\ce{H_{2}O}\xlongequal{\mathrm{一定条件}} c\ce{C_{x}H_{y}} + d\ce{O_{2}}$，代入$a=1$、$d=2$：
由$\ce{O}$元素守恒：$2a + b = 2d$，即$2×1 + b = 2×2$，得$b=2$；
由$\ce{C}$元素守恒：$a = c×x$，即$1 = c×x$；
由$\ce{H}$元素守恒：$2b = c×y$，即$2×2 = c×y$，得$c×y=4$；
结合原子总数，可知$c=1$、$x=1$、$y=4$，即$\ce{C_{x}H_{y}}$为$\ce{CH_{4}}$，反应方程式为$\ce{CO_{2} + 2H_{2}O\xlongequal{一定条件} CH_{4} + 2O_{2}}$。
3. 分析选项：
A选项：化学计量数$a:d=1:2≠2:1$，错误；
B选项：$\ce{CH_{4}}$中碳元素质量分数为$\frac{12}{12+4}×100\%=75\%$，正确；
C选项：$44\ \mathrm{g}\ \ce{CO_{2}}$（1mol）参加反应时，生成$\ce{CH_{4}}$的质量为$16\ \mathrm{g}$，不是$8\ \mathrm{g}$，错误；
D选项：消耗$\ce{H_{2}O}$的物质的量为$2\ \mathrm{mol}$，质量为$2\ \mathrm{mol}×18\ \mathrm{g/mol}=36\ \mathrm{g}≠72\ \mathrm{g}$，错误。
【答案】
B
【知识点】
化学方程式配平、元素质量分数、根据化学方程式计算
【点评】
本题结合图像考查原子守恒的应用，核心是通过反应前后原子种类和数目不变确定$\ce{C_{x}H_{y}}$的化学式，再结合化学式和方程式分析选项，需注意计算的准确性。
【难度系数】
0.5
3. 在进行“氧气的实验室制取与性质”前，化学老师预计本次实验共需要收集45瓶氧气，通过计算得知：这些氧气的总质量约是16 g。请计算要想制取足够的氧气，至少需要准备多少克高锰酸钾？
答案
解:设制取16 g氧气至少需要高锰酸钾的质量为x。
$\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta}K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$
316 32
x 16 g
$\dfrac{316}{32}=\dfrac{x}{16\ \mathrm{g}}\ \ \ x=158\ \mathrm{g}$
答:至少需要准备158 g $\ce{KMnO_{4}}$。
$\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta}K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$
316 32
x 16 g
$\dfrac{316}{32}=\dfrac{x}{16\ \mathrm{g}}\ \ \ x=158\ \mathrm{g}$
答:至少需要准备158 g $\ce{KMnO_{4}}$。
解析
【分析】本题为根据化学方程式的计算问题，解题思路：①设未知量（不带单位）；②正确书写高锰酸钾受热分解的化学方程式；③找出相关物质的相对分子质量、已知量和未知量；④依据化学方程式中各物质质量比恒定列比例式求解；⑤规范作答。
【解析】解：设制取16 g氧气至少需要高锰酸钾的质量为x。
$\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta}K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$
316 32
x 16 g
$\dfrac{316}{32}=\dfrac{x}{16\ \mathrm{g}}\ \ \ x=158\ \mathrm{g}$
【答案】至少需要准备158 g高锰酸钾。
【知识点】根据化学方程式的计算；高锰酸钾制取氧气
【点评】本题是化学计算基础题型，考查化学方程式计算的规范步骤，需注意化学方程式书写、相对分子质量计算及比例式应用，难度较低。
【难度系数】0.8
【解析】解：设制取16 g氧气至少需要高锰酸钾的质量为x。
$\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta}K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$
316 32
x 16 g
$\dfrac{316}{32}=\dfrac{x}{16\ \mathrm{g}}\ \ \ x=158\ \mathrm{g}$
【答案】至少需要准备158 g高锰酸钾。
【知识点】根据化学方程式的计算；高锰酸钾制取氧气
【点评】本题是化学计算基础题型，考查化学方程式计算的规范步骤，需注意化学方程式书写、相对分子质量计算及比例式应用，难度较低。
【难度系数】0.8
4. 在催化剂的作用下，用$\ce{O_{2}}$将$\ce{HCl}$转化为$\ce{Cl_{2}}$，可提高效益，减少污染。
（1）写出反应Ⅰ的化学方程式：
（2）反应Ⅱ所属基本反应类型为
（3）钠在氯气中燃烧生成氯化钠，若4.6 g钠完全转化为氯化钠，则至少需要氯气的质量是多少？
（1）写出反应Ⅰ的化学方程式：
$\ce{CuO + 2HCl\xlongequal{催化剂}CuCl_{2} + H_{2}O}$
。（2）反应Ⅱ所属基本反应类型为
置换反应
。（3）钠在氯气中燃烧生成氯化钠，若4.6 g钠完全转化为氯化钠，则至少需要氯气的质量是多少？
答案
(1) $\ce{CuO + 2HCl\xlongequal{催化剂}CuCl_{2} + H_{2}O}$
(2) 置换反应
(3) 解:设至少需要氯气的质量为x。
$\ce{2Na + Cl_{2}\xlongequal{点燃}2NaCl}$
46 71
4.6 g x
$\dfrac{46}{71}=\dfrac{4.6\ \mathrm{g}}{x}\ \ \ x=7.1\ \mathrm{g}$
答:至少需要氯气的质量为7.1 g。
(2) 置换反应
(3) 解:设至少需要氯气的质量为x。
$\ce{2Na + Cl_{2}\xlongequal{点燃}2NaCl}$
46 71
4.6 g x
$\dfrac{46}{71}=\dfrac{4.6\ \mathrm{g}}{x}\ \ \ x=7.1\ \mathrm{g}$
答:至少需要氯气的质量为7.1 g。
解析
【分析】
首先根据图示明确各反应的反应物、生成物及反应条件：反应Ⅰ的反应物为$\ce{HCl}$和$\ce{CuO}$，生成物为$\ce{CuCl_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$；反应Ⅱ的反应物为$\ce{CuCl_{2}}$和$\ce{O_{2}}$，生成物为$\ce{Cl_{2}}$和$\ce{CuO}$。问题（1）需依据反应物、生成物及反应条件书写化学方程式；问题（2）根据反应中物质的类别判断基本反应类型；问题（3）利用钠与氯气反应的化学方程式，结合已知钠的质量，按规范步骤计算所需氯气的质量。
【解析】
（1）反应Ⅰ中，$\ce{HCl}$与$\ce{CuO}$在催化剂作用下反应生成氯化铜和水，化学方程式为：$\ce{CuO + 2HCl\xlongequal{催化剂}CuCl_{2} + H_{2}O}$；
（2）反应Ⅱ为$\ce{2CuCl_{2} + O_{2}=2CuO + 2Cl_{2}}$，该反应是单质（$\ce{O_{2}}$）与化合物（$\ce{CuCl_{2}}$）反应生成另一种单质（$\ce{Cl_{2}}$）和另一种化合物（$\ce{CuO}$），属于置换反应；
（3）设至少需要氯气的质量为$x$。
钠与氯气反应的化学方程式为：$\ce{2Na + Cl_{2}\xlongequal{点燃}2NaCl}$
各物质的相对质量：$2\ce{Na}$的相对质量为$2×23=46$，$\ce{Cl_{2}}$的相对分子质量为$35.5×2=71$。
代入已知量列比例式：$\dfrac{46}{71}=\dfrac{4.6\ \mathrm{g}}{x}$，解得$x=7.1\ \mathrm{g}$。
【答案】
(1) $\ce{CuO + 2HCl\xlongequal{催化剂}CuCl_{2} + H_{2}O}$
(2) 置换反应
(3) 至少需要氯气的质量为7.1 g。
【知识点】
化学方程式书写、反应类型判断、根据化学方程式计算
【点评】
本题结合工业转化流程，考察化学核心基础知识点，题型常规，注重知识的应用，难度适中。
【难度系数】
0.6
首先根据图示明确各反应的反应物、生成物及反应条件：反应Ⅰ的反应物为$\ce{HCl}$和$\ce{CuO}$，生成物为$\ce{CuCl_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$；反应Ⅱ的反应物为$\ce{CuCl_{2}}$和$\ce{O_{2}}$，生成物为$\ce{Cl_{2}}$和$\ce{CuO}$。问题（1）需依据反应物、生成物及反应条件书写化学方程式；问题（2）根据反应中物质的类别判断基本反应类型；问题（3）利用钠与氯气反应的化学方程式，结合已知钠的质量，按规范步骤计算所需氯气的质量。
【解析】
（1）反应Ⅰ中，$\ce{HCl}$与$\ce{CuO}$在催化剂作用下反应生成氯化铜和水，化学方程式为：$\ce{CuO + 2HCl\xlongequal{催化剂}CuCl_{2} + H_{2}O}$；
（2）反应Ⅱ为$\ce{2CuCl_{2} + O_{2}=2CuO + 2Cl_{2}}$，该反应是单质（$\ce{O_{2}}$）与化合物（$\ce{CuCl_{2}}$）反应生成另一种单质（$\ce{Cl_{2}}$）和另一种化合物（$\ce{CuO}$），属于置换反应；
（3）设至少需要氯气的质量为$x$。
钠与氯气反应的化学方程式为：$\ce{2Na + Cl_{2}\xlongequal{点燃}2NaCl}$
各物质的相对质量：$2\ce{Na}$的相对质量为$2×23=46$，$\ce{Cl_{2}}$的相对分子质量为$35.5×2=71$。
代入已知量列比例式：$\dfrac{46}{71}=\dfrac{4.6\ \mathrm{g}}{x}$，解得$x=7.1\ \mathrm{g}$。
【答案】
(1) $\ce{CuO + 2HCl\xlongequal{催化剂}CuCl_{2} + H_{2}O}$
(2) 置换反应
(3) 至少需要氯气的质量为7.1 g。
【知识点】
化学方程式书写、反应类型判断、根据化学方程式计算
【点评】
本题结合工业转化流程，考察化学核心基础知识点，题型常规，注重知识的应用，难度适中。
【难度系数】
0.6
