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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
B
$\ce{C_{2}H_{5}OH +3O_{2}\xlongequal{点燃}3H_{2}O +2CO_{2}}$
步骤2中白磷未燃烧，步骤4中白磷燃烧，产生白烟
$m_1>m_2=m_3$
取土填埋，隔绝空气(合理答案均可)
铁的表面积、氧气的浓度(合理答案均可)
7.2≤ a≤8.0
$\ce{C_{2}H_{5}OH +3O_{2}\xlongequal{点燃}3H_{2}O +2CO_{2}}$
步骤2中白磷未燃烧，步骤4中白磷燃烧，产生白烟
$m_1>m_2=m_3$
取土填埋，隔绝空气(合理答案均可)
铁的表面积、氧气的浓度(合理答案均可)
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和化学方程式；任务二通过实验探究燃烧条件及质量变化；任务三应用灭火原理解答实际问题；任务四探究铁燃烧的影响因素及相关计算。解题时需结合燃烧条件、质量守恒定律、化学方程式书写规则等，逐步分析每个问题：
1. 任务一(1)对比三种燃料燃烧的产物和现象，找出共有的特征；(2)根据酒精燃烧的反应物和生成物配平化学方程式；
2. 任务二(3)①通过白磷在有无氧气时的燃烧现象，验证燃烧需要氧气；②结合气体密度差异和质量守恒判断质量关系；
3. 任务三(4)根据灭火原理给出合理建议；
4. 任务四(5)①结合纳米铁粉自燃特点分析影响铁燃烧的因素；②计算5.6g铁生成不同铁的氧化物的质量，确定a的范围。
【解析】
(1) 酒精、天然气燃烧生成CO₂和H₂O，无刺激性气体；煤燃烧可能生成SO₂等刺激性气体，但三者燃烧均发光、放热，且生成CO₂（能使澄清石灰水变浑浊），故不属于共有的现象是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中白磷温度达80℃（着火点）但无氧气，不燃烧；步骤4通入氧气后，白磷满足燃烧三条件，燃烧产生白烟，对比证明燃烧需要氧气；
② 步骤1装置总质量为m₁，步骤3通入氧气时，打开K₁、K₂，通入的氧气会排出等体积的CO₂，CO₂密度比O₂大，排出气体质量大于通入氧气质量，故m₂ ＜ m₁；步骤4白磷燃烧在密闭装置中，根据质量守恒，反应前后总质量不变，故m₃ = m₂，因此质量关系为$m_1＞m_2=m_3$；
(4) 灭火需破坏燃烧条件，煤层自燃可通过取土填埋隔绝空气，阻止燃烧继续（合理即可）；
(5)① 纳米铁粉表面积大，在空气中自燃，说明铁的表面积影响燃烧；空气中氧气浓度低于纯氧，纳米铁粉在空气中能自燃，说明氧气浓度也影响铁的燃烧（合理即可）；
② 5.6g铁的物质的量为$\frac{5.6g}{56g/mol}=0.1mol$，若全部生成FeO，质量为$0.1mol×72g/mol=7.2g$；若全部生成Fe₂O₃，质量为$0.05mol×160g/mol=8.0g$；若生成Fe₃O₄，质量约为7.73g，故a的取值范围是$7.2≤ a≤8.0$。
【答案】
B；$\ce{C_{2}H_{5}OH +3O_{2}\xlongequal{点燃}2CO_{2} +3H_{2}O}$；步骤2中白磷未燃烧，步骤4中白磷燃烧，产生白烟；$m_1＞m_2=m_3$；取土填埋，隔绝空气（合理即可）；铁的表面积、氧气的浓度（合理即可）；$7.2≤ a≤8.0$
【知识点】
燃烧条件；化学方程式书写；质量守恒定律
【点评】
本题以项目式学习为背景，将燃烧知识与实验探究、化学计算结合，全面考查学生对燃烧相关知识的掌握，同时培养实验分析和逻辑推理能力，综合性较强。
【难度系数】
0.5
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和化学方程式；任务二通过实验探究燃烧条件及质量变化；任务三应用灭火原理解答实际问题；任务四探究铁燃烧的影响因素及相关计算。解题时需结合燃烧条件、质量守恒定律、化学方程式书写规则等，逐步分析每个问题：
1. 任务一(1)对比三种燃料燃烧的产物和现象，找出共有的特征；(2)根据酒精燃烧的反应物和生成物配平化学方程式；
2. 任务二(3)①通过白磷在有无氧气时的燃烧现象，验证燃烧需要氧气；②结合气体密度差异和质量守恒判断质量关系；
3. 任务三(4)根据灭火原理给出合理建议；
4. 任务四(5)①结合纳米铁粉自燃特点分析影响铁燃烧的因素；②计算5.6g铁生成不同铁的氧化物的质量，确定a的范围。
【解析】
(1) 酒精、天然气燃烧生成CO₂和H₂O，无刺激性气体；煤燃烧可能生成SO₂等刺激性气体，但三者燃烧均发光、放热，且生成CO₂（能使澄清石灰水变浑浊），故不属于共有的现象是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中白磷温度达80℃（着火点）但无氧气，不燃烧；步骤4通入氧气后，白磷满足燃烧三条件，燃烧产生白烟，对比证明燃烧需要氧气；
② 步骤1装置总质量为m₁，步骤3通入氧气时，打开K₁、K₂，通入的氧气会排出等体积的CO₂，CO₂密度比O₂大，排出气体质量大于通入氧气质量，故m₂ ＜ m₁；步骤4白磷燃烧在密闭装置中，根据质量守恒，反应前后总质量不变，故m₃ = m₂，因此质量关系为$m_1＞m_2=m_3$；
(4) 灭火需破坏燃烧条件，煤层自燃可通过取土填埋隔绝空气，阻止燃烧继续（合理即可）；
(5)① 纳米铁粉表面积大，在空气中自燃，说明铁的表面积影响燃烧；空气中氧气浓度低于纯氧，纳米铁粉在空气中能自燃，说明氧气浓度也影响铁的燃烧（合理即可）；
② 5.6g铁的物质的量为$\frac{5.6g}{56g/mol}=0.1mol$，若全部生成FeO，质量为$0.1mol×72g/mol=7.2g$；若全部生成Fe₂O₃，质量为$0.05mol×160g/mol=8.0g$；若生成Fe₃O₄，质量约为7.73g，故a的取值范围是$7.2≤ a≤8.0$。
【答案】
B；$\ce{C_{2}H_{5}OH +3O_{2}\xlongequal{点燃}2CO_{2} +3H_{2}O}$；步骤2中白磷未燃烧，步骤4中白磷燃烧，产生白烟；$m_1＞m_2=m_3$；取土填埋，隔绝空气（合理即可）；铁的表面积、氧气的浓度（合理即可）；$7.2≤ a≤8.0$
【知识点】
燃烧条件；化学方程式书写；质量守恒定律
【点评】
本题以项目式学习为背景，将燃烧知识与实验探究、化学计算结合，全面考查学生对燃烧相关知识的掌握，同时培养实验分析和逻辑推理能力，综合性较强。
【难度系数】
0.5
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
提高$\ce{SO_{2}}$的吸收率(合理答案均可)
$\ce{CO_{2}}$
$+4\rightarrow+6$
B
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。
$2\mathrm {CaCO}_{3} +2\mathrm {SO}_{2} +\mathrm {O}_{2}\xlongequal{\;\;}2\mathrm {CaSO}_{4} +2\mathrm {CO}_{2} 200 128$
5t x
$\frac {200}{128}=\frac {5 \mathrm {t}}{x}$
$ x=3.2 \mathrm {t}$
废气中二氧化硫的质量分数为$\frac {3.2 \mathrm {t}}{2 000 \mathrm {t}}×100\%=0.16\%$。
答:废气中二氧化硫的质量分数为0.16\%。
$\ce{CO_{2}}$
$+4\rightarrow+6$
B
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。
$2\mathrm {CaCO}_{3} +2\mathrm {SO}_{2} +\mathrm {O}_{2}\xlongequal{\;\;}2\mathrm {CaSO}_{4} +2\mathrm {CO}_{2} 200 128$
5t x
$\frac {200}{128}=\frac {5 \mathrm {t}}{x}$
$ x=3.2 \mathrm {t}$
废气中二氧化硫的质量分数为$\frac {3.2 \mathrm {t}}{2 000 \mathrm {t}}×100\%=0.16\%$。
答:废气中二氧化硫的质量分数为0.16\%。
解析
【分析】
1. 第（1）问：石灰石制成浆状，可增大与废气中二氧化硫的接触面积，使反应更充分，提升二氧化硫的吸收效率；
2. 第（2）问：依据质量守恒定律，反应前后原子种类、数目不变推导X的化学式；再根据化合物中化合价代数和为0，计算反应前后硫元素的化合价变化；
3. 第（3）问：明确二氧化硫对环境的危害，判断减少其排放的目的；
4. 第（4）问：利用化学方程式，根据碳酸钙的质量计算吸收的二氧化硫质量，再计算废气中二氧化硫的质量分数，按设未知量、写方程式、找相对质量、列比例式、求解的步骤进行。
【解析】
（1）石灰石加水制成石灰石浆，能增大反应物与废气中二氧化硫的接触面积，使反应更充分，提高二氧化硫的吸收率，故答案为提高$\ce{SO_{2}}$的吸收率（合理即可）。
（2）根据质量守恒定律，反应前后原子种类和数目不变：反应前$\ce{Ca}$原子2个、$\ce{C}$原子2个、$\ce{O}$原子共12个、$\ce{S}$原子2个；反应后$2\ce{CaSO_{4}}$中含$\ce{Ca}$原子2个、$\ce{S}$原子2个、$\ce{O}$原子8个，因此2个$\ce{X}$分子含$\ce{C}$原子2个、$\ce{O}$原子4个，即$\ce{X}$为$\ce{CO_{2}}$。反应前$\ce{SO_{2}}$中$\ce{S}$化合价：设为$a$，$a + 2×(-2)=0$，得$a=+4$；反应后$\ce{CaSO_{4}}$中$\ce{S}$化合价：设为$b$，$(+2)+b +4×(-2)=0$，得$b=+6$，故硫元素化合价变化为$+4\rightarrow+6$。
（3）二氧化硫排放到空气中会形成酸雨，减少其排放是为了减少酸雨形成，选B。
（4）解：设废气中二氧化硫的质量为$x$。
$\ce{2CaCO_{3} + 2SO_{2} + O_{2}\xlongequal{\;\;}2CaSO_{4} + 2CO_{2}}$
相对质量：$2×100=200$，$2×64=128$
$\frac{200}{128}=\frac{5\mathrm{t}}{x}$
解得：$x=3.2\mathrm{t}$
废气中二氧化硫的质量分数为：$\frac{3.2\mathrm{t}}{2000\mathrm{t}}×100\%=0.16\%$
答：废气中二氧化硫的质量分数为$0.16\%$。
【答案】
提高$\ce{SO_{2}}$的吸收率(合理答案均可)；$\ce{CO_{2}}$；$+4\rightarrow+6$；B；0.16%
【知识点】
质量守恒定律、化学方程式计算、酸雨的成因
【点评】
本题结合工业脱硫流程，综合考查化学核心知识点，涵盖质量守恒应用、化合价计算、环境问题及化学计算，难度适中，需学生熟练掌握基础并灵活运用。
【难度系数】
0.6
1. 第（1）问：石灰石制成浆状，可增大与废气中二氧化硫的接触面积，使反应更充分，提升二氧化硫的吸收效率；
2. 第（2）问：依据质量守恒定律，反应前后原子种类、数目不变推导X的化学式；再根据化合物中化合价代数和为0，计算反应前后硫元素的化合价变化；
3. 第（3）问：明确二氧化硫对环境的危害，判断减少其排放的目的；
4. 第（4）问：利用化学方程式，根据碳酸钙的质量计算吸收的二氧化硫质量，再计算废气中二氧化硫的质量分数，按设未知量、写方程式、找相对质量、列比例式、求解的步骤进行。
【解析】
（1）石灰石加水制成石灰石浆，能增大反应物与废气中二氧化硫的接触面积，使反应更充分，提高二氧化硫的吸收率，故答案为提高$\ce{SO_{2}}$的吸收率（合理即可）。
（2）根据质量守恒定律，反应前后原子种类和数目不变：反应前$\ce{Ca}$原子2个、$\ce{C}$原子2个、$\ce{O}$原子共12个、$\ce{S}$原子2个；反应后$2\ce{CaSO_{4}}$中含$\ce{Ca}$原子2个、$\ce{S}$原子2个、$\ce{O}$原子8个，因此2个$\ce{X}$分子含$\ce{C}$原子2个、$\ce{O}$原子4个，即$\ce{X}$为$\ce{CO_{2}}$。反应前$\ce{SO_{2}}$中$\ce{S}$化合价：设为$a$，$a + 2×(-2)=0$，得$a=+4$；反应后$\ce{CaSO_{4}}$中$\ce{S}$化合价：设为$b$，$(+2)+b +4×(-2)=0$，得$b=+6$，故硫元素化合价变化为$+4\rightarrow+6$。
（3）二氧化硫排放到空气中会形成酸雨，减少其排放是为了减少酸雨形成，选B。
（4）解：设废气中二氧化硫的质量为$x$。
$\ce{2CaCO_{3} + 2SO_{2} + O_{2}\xlongequal{\;\;}2CaSO_{4} + 2CO_{2}}$
相对质量：$2×100=200$，$2×64=128$
$\frac{200}{128}=\frac{5\mathrm{t}}{x}$
解得：$x=3.2\mathrm{t}$
废气中二氧化硫的质量分数为：$\frac{3.2\mathrm{t}}{2000\mathrm{t}}×100\%=0.16\%$
答：废气中二氧化硫的质量分数为$0.16\%$。
【答案】
提高$\ce{SO_{2}}$的吸收率(合理答案均可)；$\ce{CO_{2}}$；$+4\rightarrow+6$；B；0.16%
【知识点】
质量守恒定律、化学方程式计算、酸雨的成因
【点评】
本题结合工业脱硫流程，综合考查化学核心知识点，涵盖质量守恒应用、化合价计算、环境问题及化学计算，难度适中，需学生熟练掌握基础并灵活运用。
【难度系数】
0.6
