第五单元 化学方程式
课题1 质量守恒定律
【培优训练题】
1．（黑龙江初赛）某物质在氧气中完全燃烧生成二氧化碳和水，关于该物质的组成有下列推断：①一定含有C、H；②一定不含O；③可能含O；④一定含O；⑤分子中C、H的原子个数比为1∶2；⑥分子中C、H的原子个数比为1∶4。其中正确的是( )
A．①②⑥ B．①②⑤ C．①③⑥ D．①④⑤
2．（全国复赛）在一个密闭的钢筒内有甲、乙、丙、丁四种物质，在电火花作用下，发生充分反应，测得反应前后各物质的质量如右表所示。已知甲的相对分子质量为丁的2倍，则该反应的化学方程式中甲与丁的化学计量数之比为（ ）
A．1∶2 B．1∶．2∶1 D．2∶3
3．（全国初赛）在“绿色化学工艺”中，最好是反应物中原子全部转化为欲制得的产物，即原子的利用率为100％。在用C3H4（丙炔）合成C5H8O2（2-甲基丙烯酸甲酯）的过程中，欲使原子的利用率达到最高，在催化剂作用下还需要其他的反应物是（ ）
A．CO2和CH3OH B．CO2和H2O C．H2和CO D．CH3OH和H2
【情景创新题】
4．（原创题）1673年，英国化学家波义耳做了一个有名的实验，他将金属放在密闭容器里煅烧，煅烧后他立即打开容器盖进行称量，结果发现反应后的固体质量增加了，由于波义耳在该实验中称量方法上的原因，导致他错过了发现质量守恒定律的机会。
拉瓦锡做的是糖发酵生成酒精的实验。这是一个复杂的生化反应。他把糖、水和含有水的酵母溶液混合，使其充分发酵，发酵后定量测定的结果是放出的气体中含有二氧化碳、水蒸气，余下的液体中含水、酒精、醋酸、糖和酵母。此外，拉瓦锡还做了许多化学实验证明物质不灭，并在他的名著《化学概要》中指出：“无论是人工还是自然作用都没有创造出新东西，物质在每一个化学变化前的数量，等于反应后的数量，这可以算是一个公理。” 虽然拉瓦锡所处时代的实验工具和技术不能得到精确的实验数据，但在实验误差允许范围之内，科学家们一致承认了这一定律。后来，科学家们根据质能关系公式计算及实验结果证明，质量守恒定律是完全正确的。
请根据上述资料回答下列问题：
（1）早在17世纪，质量守恒定律被发现之前，英国化学家波义耳就曾做过一个实验，他在密闭的容器中燃烧某金属时，得到了金属灰，然后称量该金属灰的质量，发现比原来金属的质量增加了。
①试解释金属灰比原金属质量增加的原因 。
②由于波义耳称量方法上的原因，他错过了发现质量守恒定律的机会，请你改进他的称量方法以验证质量守恒定律： 。
（2）某同学按下图装置对质量守恒定律进行实验探究，结果观察到反应后天平不平衡，由此得出这个化学反应不遵守质量守恒定律的结论。这个结论是否正确?为什么?
（3）拉瓦锡之所以成为质量守恒定律的真正发现者，应该归功于拉瓦锡具有怎样的科学精神？
参考答案
1．A 解析：4.4 g CO2中含碳元素质量为4.4 g××100%=1.2 g；3.6 g H2O中含氢元素质量为3.6 g ××100%=0.4 g，因1.2 g+0.4 g=1.6 g，所以该物质中不含氧元素；分子中碳、氢原子个数比为：︰=1︰4。
2．C 解析：反应后质量增加的物质是生成物，反应后质量减少的物质是反应物。反应后，乙物质质量增加54 g-10 g=44 g；丙物质质量增加37 g-1 g=36 g；丁物质质量减少质量为25 g-
9 g=16 g；进而推知甲物质应该是反应物，其质量减少44 g+36 g-16 g=64 g。设丁物质相对分子质量为w，则甲物质相对分子质量为2w，若该反应的化学方程式为：
x甲 + y丁=== z乙+ k丙
2wg3N2
（2）Mg3N2＋6H2O==3Mg(OH)2↓＋2NH3↑
（3）O2 生成物基本上是白色的，说明产物中MgO较多，而Mg3N2较少
解析：空气主要是由氮气和氧气组成的，由“镁在空气中燃烧生成氧化镁和氮化镁”可知，镁既能与氧气反应生成白色氧化镁，又能与氮气反应生成黄绿色氮化镁。镁在空气中燃烧生成白色固体这一实验现象可知，镁更易与空气中的氧气化合。
4.（1）红磷 P2O5 4P +5O22P2O5 化合反应
（2）①2KClO32KCl+3O2↑ ② 2Sb2S3 + 11O22Sb2O5 + 6SO2 ③ S +O2SO2
解析：由题给信息可知，当火柴头在火柴盒侧面摩擦时，产生大量热（火柴盒侧面的玻璃粉起到增大摩擦作用），又因红磷的着火点（大约250℃左右）相对其他物质来说比较低，故而摩擦产生的热量先将红磷引燃，红磷与氧气发生剧烈的氧化反应，产生白烟是生成的五氧化二磷固体小颗粒；红磷燃烧放出的热量达到氯酸钾的分解温度，氯酸钾在二氧化锰催化作用下分解产生氧气和氯化钾；生成的氧气又与三硫化二锑作用生成Sb2O5和SO2；再联系实际划火柴时总会闻到一股刺激性气味，结合火柴头的成分可知，硫黄与氧气反应生成了刺激性气味气体二氧化硫。问题（2）中三硫化二锑燃烧的方程式书写是难点，一般采用“奇偶配平法”或“设1法”，这里说说“奇偶配平法”先找短线两侧同种原子出现次数最多的原子，且有奇有偶的，将最大的奇数配成偶数，该反应中氧原子出现次数最多共3次，最大奇数是Sb2O5中氧为5，先在Sb2O5前配上化学计量数2，然后在Sb2S3前配上化学计量数2，将Sb 原子配平，在SO2前配上化学计量数6，将S原子配平，最后用观察法配平O原子，并注明条件。
课题3 利用化学方程式的简单计算
【培优训练题】
1.（广东初赛）为解决水中氧气不足的问题，某同学发现养鱼师傅通常向鱼池中撒一种微黄色的固体，这种固体的主要成分是过氧化钙（CaO2），是为了解决鱼塘中氧气不足的问题。他回家后查阅资料得知：CaO2与Na2O2都属于过氧化物，过氧化钠与水反应的化学方程式是：2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑，且CaO2与Na2O2的化学性质非常相似。
（1）写出CaO2与H2O反应的化学方程式 。
（2）现称取20 g样品加入到足量的水中，结果生成3.2 g O2（样品中其他成分与水不反应）。请计算该样品中CaO2的质量分数。
2.（齐齐哈尔竞赛题）已知相对原子质量：Li为6.9；Na为23；K为39；Rb为85。今有某碱金属M及其氧化物M2O组成的混合物10.8 g，加足量水充分反应后，溶液经蒸发和干燥得固体16 g。据此可确定金属M为何种元素？（提示：2M+2H2O===2MOH+H2↑，M2O+H2O === 2MOH）（上海科技P208）
3．（全国复赛）航天技术中的火箭推进剂可用醇类为燃料，液态氧为氧化剂，但后者的沸点较低（），需要额外的隔热装置，因而增加了火箭的重量。为了避免此缺点，可用过氧化氢（H2O2）代替液态氧，它具有相对高的沸点和较低的凝固点，而且没有毒性，和醇反应时也能放出很高的能量。现有一液体推进剂以醇（含碳52%，含氢13%，含氧35%）为燃料，质量分数为90%的过氧化氢作氧化剂，欲使 该醇燃料完全燃烧，计算需消耗质量分数为90%的过氧化氢的质量。（提示：①醇消耗氧的质量可按它的各元素消耗的氧来计算；②H2O2提供的氧可按2H2O22H2O + O2↑来计算）
【情景创新题】
4.（原创题）中国第一个目标飞行器“天宫一号”，在酒泉卫星发射中心发射成功，它的发射标志着中国迈入中国航天“三步走”战略的第二步第二阶段。据了解发射“天宫一号”目标飞行器是用长征二号F运载火箭，火箭所用燃烧剂是偏二甲肼（C2H8N2），氧化剂是四氧化二氮。
（1）反应的化学方程式为：2N2O4+ C2H8N23N2+4R+2CO2，则R的化学式为 。
（2）请计算6.0 kg C2H8N2完全燃烧生成CO2的质量。（写出计算过程）
（3）为倡导“节能减排、低碳生活”， 减低二氧化碳的排放量，请你对发射卫星的火箭所用燃料提出一点可行性建议 。
参考答案
1．（1）2CaO2＋2H2O === 2Ca(OH)2＋O2↑
（2）解：根据题意设 20 g 样品中CaO2的质量为x。
2CaO2＋2H2O===2Ca(OH)2＋O2↑
144 32
x 3.2 g
＝ x=14.4 g
该样品中CaO2的质量分数为： ×100%=72%
2．解：设金属M的相对原子质量为a，若10.8 g混合物全为M，由M~MOH产关系可知：可产生MOH的质量为10.8 g×；若10.8 g混合物全为M2O，则可产生MOH的质量为10.8 g×。因此产生MOH的质量为：10.8 g×＜16 g＜10.8 g×，即：＜＜，解得：10.7＜a＜35.3，因此M为Na元素（相对原子质量为23）。
3．解：设1 kg该醇燃料中的碳和氢完全燃烧分别消耗氧气的质量为x和y。
C + O2 CO2 2H2 + O2 2H2O
12 32 4 32
1000 g×52% x 1000 g×13% y
= x= 1387 g = y = 1040g
则1 kg该醇燃料完全燃烧消耗氧气的质量为：1387 g + 1040 g－1000 g×35% = 2077 g
设需H2O2的质量为w。
2H2O2 2H2O + O2↑
68 32
w×90%
= w = 4904 g
4.（1）H2O
（2）解：设6.0 kg C2H8N2完全燃烧生成CO2的质量为x。
2N2O4+ C2H8N23N2+4H2O+2CO2
60 88
6.0 kg x
= x=8.8 kg
（3）使用不含碳的新型燃料
第五单元 化学方程式综合训练
【培优训练题】
1．（全国复赛）将一定质量的a、b、c、d四种物质放入一密闭容器中，在一定条件下反应一段时间后，测得反应后各物质的质量如下。下列说法错误的是（ ）
A．a和b是反应物，d可能是催化剂
B．反应后a物质的质量为4.64 g
C．c物质中元素的种类，一定和a、b二种物质中元素的种类相同
D．若物质a与物质b的相对分子质量之比为2︰1，则反应中a与b的化学计量数（系数）之比为2︰l
2．（珠海初赛）化学小魔术“魔棒点灯”的表演过程是：用玻璃棒蘸取固体高锰酸钾与浓硫酸的混合物，将混合物与酒精灯的灯芯接触，酒精即燃。其原理是：固体高锰酸钾与浓硫酸反应生成高锰酸（HMnO4）和硫酸钾，高锰酸立即分解生成一种棕色油状物——七氧化二锰和水，七氧化二锰遇酒精时，发生剧烈的氧化还原反应使酒精燃烧。七氧化二锰还能爆炸，分解生成二氧化锰、氧气和臭氧。氧气和臭氧的分子个数比为3︰1。试写出生成高锰酸、七氧化二锰和它爆炸分解的化学方程式：
___________________________________________________________________________；
___________________________________________________________________________；
___________________________________________________________________________。
3.（吉林初赛）甲醇是一种剧毒的、具有酒精气味的液体。现把一定量的甲醇与4.4 g O2混合于一密闭容器中，引燃发生反应如下：8CH3OH＋xO2→mCO2＋nCO＋16H2O。当反应物完全转化为生成物后，降至常温常压下，容器内余下的液体为3.6 g。
求：（1）化学计量数x的值。
（2）化学计量数m和n的和。
（3）该反应生成CO2的质量。
【情景创新题】
4．（原创题）我国已经立法规定酒驾入刑，严禁司机酒后驾驶车辆。饮酒往往会使人兴奋、激动，如果饮酒过量就会恶心、呕吐、心烦甚至使人麻醉。这是为什么呢？因为各种饮用酒里都含乙醇（CH3CH2OH），乙醇在体内主要发生如下变化：乙醇首先在体内酶的作用下氧化成乙醛（CH3CHO）和水；生成的乙醛继续在酶作用下与氧化合成乙酸（CH3COOH）。这两个反应中“酶”起了决定性的催化作用，人体内每时每刻都在发生各种复杂的化学反应，这些反应都是在特殊的蛋白酶的作用下进行的。人体内含有各种蛋白酶的量因人而异。
有的人体内含某种酶比较多，有的人则较少。含酶多的人虽饮了较多的酒，但能顺利地完成上述化学变化，而那些酶含量比较少的人，酒后不能顺利完成上述变化，甚至失去催化作用，过多的乙醇和乙醛会刺激神经系统，使人产生一系列反应，也就是酒精中毒。
请分析回答下列问题：
（1）人体内各种蛋白酶在化学反应起到 作用。
（2）乙醇转化成乙酸的反应方程式： ；
。
（3）若某人饮用300 g酒精，在体内最终转化成乙酸多少克？
参考答案
1．B 解析：d物质反应前后质量不变，可能是反应的催化剂；b物质反应后质量减少了-
=，是反应物；c物质反应后质量增加了=，是生成物，依据质量守恒定律推知，a是反应物，参加反应a质量为=，反应后剩余a物质质量为 =。
2．2KMnO4+H2SO4（浓）===K2SO4+2HMnO4 2HMnO4===Mn2O7+H2O 3Mn2O7===6MnO2+ 3O2↑+O3↑
解析：根据题意，“魔棒点灯”的反应原理是：固体高锰酸钾与浓硫酸反应生成高锰酸（HMnO4）和硫酸钾，高锰酸随即分解生成七氧化二锰和水，七氧化二锰分解生成二氧化锰、氧气和臭氧。氧气和臭氧的分子个数比为3︰1，即化学计量数之比为3︰1。知道了反应物、生成物、反应条件，就能写出相应的化学方程式了。
3．（1）11 （2）8 （3）3.3 g
解析：根据反应前后各元素原子的个数守恒，有：
8＝m＋n ①
8×4＝16×2 ②
8＋2x＝2m＋n＋16 ③
根据氢元素质量守恒，设参加反应的甲醇的质量为a。
a××100％＝3.6 g××100％ 解得：a＝3.2 g
8CH3OH＋xO2→mCO2＋nCO＋16H2O
8×32 32x
3.2 g 4.4 g
= 解得：x＝11
代入③，有30＝2m＋n＋16；与①联立，解得m＝6、n＝2，再根据化学方程式计算得反应生成CO2的质量为3.3 g。
注意：很多同学试图先配平化学方程式，然后根据化学方程式求解。事实上，该方程式配平的化学计量数受甲醇和氧气质量比的影响，因而出现多个符合原子种类和个数守恒的化学方程式。只有根据题给条件，运用化学反应前后，元素质量守恒，原子的种类、数目守恒，结合化学式和化学方程式的计算，才能准确求解。
4.（1）催化
（2）2CH3CH2OH +O22CH3CHO +2H2O 2CH3CHO +O22CH3COOH
（3）解：根据问题（2）反应方程式，可得出乙醇和乙酸关系式如下：2CH3CH2OH ~ 2CH3COOH。设300 g乙醇在体内完全氧化最终转化成乙酸质量为x，则：
2CH3CH2OH ~ 2CH3COOH
120
300 g x
= x=391.3 g
答：在体内最终转化成乙酸391.3 g。