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15.(科学思维 宏微结合)节能减排中“减排”的一个重要手段是合理利用二氧化碳。科学家在一定条件下将二氧化碳转化为甲烷。其反应的微观过程如图所示。
（1）在丙物质的方框内补全相应微粒的图示。
（2）反应物中属于氧化物的是（填化学式）。
（3）该反应中甲、乙、丙、丁四种粒子的个数比为。
（4）丁中碳元素与氢元素的质量比为，3.2 g丁中含有g碳元素。
（1）在丙物质的方框内补全相应微粒的图示。
（2）反应物中属于氧化物的是（填化学式）。
（3）该反应中甲、乙、丙、丁四种粒子的个数比为。
（4）丁中碳元素与氢元素的质量比为，3.2 g丁中含有g碳元素。
答案
15.（1）
（2）$\ce{CO_{2}}$（3）4 : 1 : 2 : 1 （4）3 : 1；2.4
【点拨】（1）由微观反应示意图以及质量守恒定律可知，在丙物质的方框内应补充两个水分子。（2）氧化物是由两种元素组成，且其中一种元素是氧元素的化合物，反应物中的二氧化碳属于氧化物。（3）由微观示意图可知，该反应中甲、乙、丙、丁四种粒子的个数比为4 : 1 : 2 : 1。（4）丁是甲烷，其中碳元素与氢元素的质量比为12 :（1×4）= 3 : 1；3.2 g甲烷中所含碳元素的质量为3.2 g × $\frac{12}{16}$ ×100% =2.4 g。
解析
【分析】
本题结合微观反应示意图考查化学核心知识，需运用质量守恒定律、氧化物定义、化学式相关计算解题。首先根据反应前后原子的种类和数目不变确定丙的微粒；再依据氧化物定义判断反应物中的氧化物；通过配平反应式确定各粒子个数比；最后根据化学式计算元素质量比和元素质量。
【解析】
（1）根据质量守恒定律，反应前后原子的种类、数目不变。反应前：甲为$\ce{H_{2}}$（4个$\ce{H_{2}}$分子，含8个氢原子），乙为$\ce{CO_{2}}$（1个$\ce{CO_{2}}$分子，含1个碳原子、2个氧原子）；反应后丁为$\ce{CH_{4}}$（1个$\ce{CH_{4}}$分子，含1个碳原子、4个氢原子）。反应后剩余原子：氢原子$8-4=4$个，氧原子2个，可组成2个$\ce{H_{2}O}$分子，故丙的方框内应补充2个水分子。
（2）氧化物是由两种元素组成且其中一种为氧元素的化合物，反应物中$\ce{CO_{2}}$符合定义，$\ce{H_{2}}$为单质，故反应物中的氧化物为$\ce{CO_{2}}$。
（3）该反应的化学方程式配平后为$\ce{4H_{2} + CO_{2}\xlongequal{一定条件} 2H_{2}O + CH_{4}}$，因此甲、乙、丙、丁四种粒子的个数比为$4:1:2:1$。
（4）丁为$\ce{CH_{4}}$，碳元素与氢元素的质量比为$12:(1×4)=3:1$；$3.2\ \mathrm{g}$ $\ce{CH_{4}}$中碳元素的质量为$3.2\ \mathrm{g}×\frac{12}{16}=2.4\ \mathrm{g}$。
【答案】
（1） （2）$\ce{CO_{2}}$ （3）$4:1:2:1$ （4）$3:1$；$2.4$
【知识点】
质量守恒定律、氧化物、化学式计算
【点评】
本题以微观反应图为载体，考查宏微结合的化学思维，需掌握基础概念和计算方法，难度适中，侧重对核心知识的应用。
【难度系数】
0.5
本题结合微观反应示意图考查化学核心知识，需运用质量守恒定律、氧化物定义、化学式相关计算解题。首先根据反应前后原子的种类和数目不变确定丙的微粒；再依据氧化物定义判断反应物中的氧化物；通过配平反应式确定各粒子个数比；最后根据化学式计算元素质量比和元素质量。
【解析】
（1）根据质量守恒定律，反应前后原子的种类、数目不变。反应前：甲为$\ce{H_{2}}$（4个$\ce{H_{2}}$分子，含8个氢原子），乙为$\ce{CO_{2}}$（1个$\ce{CO_{2}}$分子，含1个碳原子、2个氧原子）；反应后丁为$\ce{CH_{4}}$（1个$\ce{CH_{4}}$分子，含1个碳原子、4个氢原子）。反应后剩余原子：氢原子$8-4=4$个，氧原子2个，可组成2个$\ce{H_{2}O}$分子，故丙的方框内应补充2个水分子。
（2）氧化物是由两种元素组成且其中一种为氧元素的化合物，反应物中$\ce{CO_{2}}$符合定义，$\ce{H_{2}}$为单质，故反应物中的氧化物为$\ce{CO_{2}}$。
（3）该反应的化学方程式配平后为$\ce{4H_{2} + CO_{2}\xlongequal{一定条件} 2H_{2}O + CH_{4}}$，因此甲、乙、丙、丁四种粒子的个数比为$4:1:2:1$。
（4）丁为$\ce{CH_{4}}$，碳元素与氢元素的质量比为$12:(1×4)=3:1$；$3.2\ \mathrm{g}$ $\ce{CH_{4}}$中碳元素的质量为$3.2\ \mathrm{g}×\frac{12}{16}=2.4\ \mathrm{g}$。
【答案】
（1）
（2）$\ce{CO_{2}}$ （3）$4:1:2:1$ （4）$3:1$；$2.4$【知识点】
质量守恒定律、氧化物、化学式计算
【点评】
本题以微观反应图为载体，考查宏微结合的化学思维，需掌握基础概念和计算方法，难度适中，侧重对核心知识的应用。
【难度系数】
0.5
16. 2025·南阳期中 新考法·对比探究题 某化学兴趣小组的同学分别设计了四个实验用于验证质量守恒定律：
(1) 实验A中，发生化学反应的文字表达式为
(2) 实验B中，反应前天平平衡，然后将稀盐酸倒入烧杯中与石灰石充分反应后再称量，观察到反应后天平不平衡，天平指针向
(3) 如图C所示小实验(已知金属铜与氧气反应会生成氧化铜，氧化铜为黑色固体)，在一根用细铜丝吊着的长玻璃棒两端分别绕上10 cm长的粗铜丝，并使玻璃棒保持水平。然后，用酒精灯给a端铜丝加热1~2分钟。冷却后，观察到的现象是
(4) 先在托盘天平上称量一小段洁净的镁条的质量，在空气中点燃后再称量燃烧产物的质量。观察到反应后天平不平衡，若固体质量变化如图2所示，则理论上$m_2$与$m_1$之差表示
(5) D实验过程中，镁条完全燃烧后称量得知陶土网上留下的固体质量反而比反应前的镁条还轻，其原因可能是
(1) 实验A中，发生化学反应的文字表达式为
磷+氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷
。(2) 实验B中，反应前天平平衡，然后将稀盐酸倒入烧杯中与石灰石充分反应后再称量，观察到反应后天平不平衡，天平指针向
右
偏转，其原因是碳酸钙和稀盐酸反应生成的二氧化碳气体逸出
。(3) 如图C所示小实验(已知金属铜与氧气反应会生成氧化铜，氧化铜为黑色固体)，在一根用细铜丝吊着的长玻璃棒两端分别绕上10 cm长的粗铜丝，并使玻璃棒保持水平。然后，用酒精灯给a端铜丝加热1~2分钟。冷却后，观察到的现象是
a端铜丝变黑，玻璃棒a端下降，b端上升
，其原因是加热条件下，铜和氧气反应生成黑色固体氧化铜，生成氧化铜的质量大于原铜丝的质量
。(4) 先在托盘天平上称量一小段洁净的镁条的质量，在空气中点燃后再称量燃烧产物的质量。观察到反应后天平不平衡，若固体质量变化如图2所示，则理论上$m_2$与$m_1$之差表示
参加反应的氧气
的质量。(5) D实验过程中，镁条完全燃烧后称量得知陶土网上留下的固体质量反而比反应前的镁条还轻，其原因可能是
生成的白烟部分逸散到空气中
；若用该实验验证质量守恒定律，则应将该实验改在密闭容器
中进行。答案
16.（1）磷+氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷
（2）右；碳酸钙和稀盐酸反应生成的二氧化碳气体逸出
（3）a端铜丝变黑，玻璃棒a端下降，b端上升；加热条件下，铜和氧气反应生成黑色固体氧化铜，生成氧化铜的质量大于原铜丝的质量
（4）参加反应的氧气
（5）生成的白烟部分逸散到空气中；密闭容器
【点拨】（1）A中白磷燃烧生成五氧化二磷，反应的文字表达式为磷+氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷。（2）实验B中，反应前天平平衡，然后将稀盐酸倒入烧杯中与石灰石充分反应后再称量，观察到反应后天平不平衡，天平指针向右偏转，其原因是碳酸钙和稀盐酸反应生成的二氧化碳气体逸出。（3）加热条件下，铜和氧气反应生成黑色固体氧化铜，生成氧化铜的质量大于原铜丝的质量，因此观察到的现象是a端铜丝变黑色，玻璃棒a端下降，b端上升。（4）镁条和氧气在点燃的条件下生成氧化镁，理论上$m_2$与$m_1$之差表示参加反应的氧气的质量。（5）镁条完全燃烧后，称量得知陶土网上留下的固体质量反而比反应前的镁条还轻，其原因可能是生成的白烟部分逸出；若用该实验验证质量守恒定律，则应将该实验改在密闭容器中进行。
（2）右；碳酸钙和稀盐酸反应生成的二氧化碳气体逸出
（3）a端铜丝变黑，玻璃棒a端下降，b端上升；加热条件下，铜和氧气反应生成黑色固体氧化铜，生成氧化铜的质量大于原铜丝的质量
（4）参加反应的氧气
（5）生成的白烟部分逸散到空气中；密闭容器
【点拨】（1）A中白磷燃烧生成五氧化二磷，反应的文字表达式为磷+氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷。（2）实验B中，反应前天平平衡，然后将稀盐酸倒入烧杯中与石灰石充分反应后再称量，观察到反应后天平不平衡，天平指针向右偏转，其原因是碳酸钙和稀盐酸反应生成的二氧化碳气体逸出。（3）加热条件下，铜和氧气反应生成黑色固体氧化铜，生成氧化铜的质量大于原铜丝的质量，因此观察到的现象是a端铜丝变黑色，玻璃棒a端下降，b端上升。（4）镁条和氧气在点燃的条件下生成氧化镁，理论上$m_2$与$m_1$之差表示参加反应的氧气的质量。（5）镁条完全燃烧后，称量得知陶土网上留下的固体质量反而比反应前的镁条还轻，其原因可能是生成的白烟部分逸出；若用该实验验证质量守恒定律，则应将该实验改在密闭容器中进行。
解析
【分析】
本题围绕质量守恒定律的验证展开，需结合各实验的反应原理分析现象与质量变化：
1. 实验A为白磷燃烧，根据反应物、反应条件、生成物书写对应文字表达式；
2. 实验B中石灰石与稀盐酸反应生成二氧化碳气体，气体逸出会改变反应体系的总质量，据此判断天平指针偏转方向及原因；
3. 实验C中铜加热时与氧气反应生成氧化铜，结合质量守恒定律分析固体质量变化，进而判断玻璃棒两端的升降及铜丝的变化；
4. 实验D中镁燃烧是镁与氧气反应生成氧化镁，根据质量守恒定律分析反应前后固体质量差的含义；
5. 镁燃烧生成的氧化镁白烟易逸散，导致残留固体质量减轻，据此分析实验改进的要求。
【解析】
（1）实验A中，白磷在点燃条件下与氧气反应生成五氧化二磷，据此书写文字表达式；
（2）实验B中，碳酸钙与稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，二氧化碳气体逸散到空气中，使反应后左盘总质量减小，因此天平指针向右偏转；
（3）加热时，铜与空气中的氧气反应生成黑色的氧化铜，根据质量守恒定律，生成氧化铜的质量等于参加反应的铜和氧气的质量之和，因此a端铜丝质量增加，观察到a端铜丝变黑，玻璃棒a端下降、b端上升；
（4）镁条燃烧是镁与氧气反应生成氧化镁，反应后固体（氧化镁）的质量等于镁条质量与参加反应的氧气质量之和，因此$m_2$与$m_1$之差表示参加反应的氧气的质量；
（5）镁条燃烧时，生成的氧化镁白烟部分逸散到空气中，导致陶土网上残留固体质量比反应前镁条轻；若用该实验验证质量守恒定律，需防止气体逸出，应在密闭容器中进行实验。
【答案】
（1）磷+氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷
（2）右；碳酸钙和稀盐酸反应生成的二氧化碳气体逸出
（3）a端铜丝变黑，玻璃棒a端下降，b端上升；加热条件下，铜和氧气反应生成黑色固体氧化铜，生成氧化铜的质量大于原铜丝的质量
（4）参加反应的氧气
（5）生成的白烟部分逸散到空气中；密闭容器
【知识点】
质量守恒定律的验证、化学反应的文字表达式、金属的化学性质
【点评】
本题为对比探究题，通过四个典型实验考查质量守恒定律的理解与应用，重点在于分析反应中气体的参与或逸出对体系质量的影响，需掌握常见化学反应的原理及实验现象，是质量守恒定律应用的核心题型。
【难度系数】
0.6
本题围绕质量守恒定律的验证展开，需结合各实验的反应原理分析现象与质量变化：
1. 实验A为白磷燃烧，根据反应物、反应条件、生成物书写对应文字表达式；
2. 实验B中石灰石与稀盐酸反应生成二氧化碳气体，气体逸出会改变反应体系的总质量，据此判断天平指针偏转方向及原因；
3. 实验C中铜加热时与氧气反应生成氧化铜，结合质量守恒定律分析固体质量变化，进而判断玻璃棒两端的升降及铜丝的变化；
4. 实验D中镁燃烧是镁与氧气反应生成氧化镁，根据质量守恒定律分析反应前后固体质量差的含义；
5. 镁燃烧生成的氧化镁白烟易逸散，导致残留固体质量减轻，据此分析实验改进的要求。
【解析】
（1）实验A中，白磷在点燃条件下与氧气反应生成五氧化二磷，据此书写文字表达式；
（2）实验B中，碳酸钙与稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，二氧化碳气体逸散到空气中，使反应后左盘总质量减小，因此天平指针向右偏转；
（3）加热时，铜与空气中的氧气反应生成黑色的氧化铜，根据质量守恒定律，生成氧化铜的质量等于参加反应的铜和氧气的质量之和，因此a端铜丝质量增加，观察到a端铜丝变黑，玻璃棒a端下降、b端上升；
（4）镁条燃烧是镁与氧气反应生成氧化镁，反应后固体（氧化镁）的质量等于镁条质量与参加反应的氧气质量之和，因此$m_2$与$m_1$之差表示参加反应的氧气的质量；
（5）镁条燃烧时，生成的氧化镁白烟部分逸散到空气中，导致陶土网上残留固体质量比反应前镁条轻；若用该实验验证质量守恒定律，需防止气体逸出，应在密闭容器中进行实验。
【答案】
（1）磷+氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷
（2）右；碳酸钙和稀盐酸反应生成的二氧化碳气体逸出
（3）a端铜丝变黑，玻璃棒a端下降，b端上升；加热条件下，铜和氧气反应生成黑色固体氧化铜，生成氧化铜的质量大于原铜丝的质量
（4）参加反应的氧气
（5）生成的白烟部分逸散到空气中；密闭容器
【知识点】
质量守恒定律的验证、化学反应的文字表达式、金属的化学性质
【点评】
本题为对比探究题，通过四个典型实验考查质量守恒定律的理解与应用，重点在于分析反应中气体的参与或逸出对体系质量的影响，需掌握常见化学反应的原理及实验现象，是质量守恒定律应用的核心题型。
【难度系数】
0.6
