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第五单元 定量研究化学反应,总纲目录,泰安考情分析,基础知识过关,知识点一 质量守恒定律,1.质量守恒定律的理解,2.化学反应前、后各种量的关系,3.质量守恒定律的应用,误区警示 1.质量守恒定律适用于化学变化。,2.不能把“参加反应的各物质”简单更换为“反应物”,因为化 学反应中往往存在“某些物质过量”问题。,3.不能把化学反应前后“两变”“五不变”“两可能变”混 淆。,4.实质 在化学变化中,旧的分子被 打破 ,形成 原子 , 原 子 重新组合成新的分子。即在化学反应前后,原子的 种类 没有改变,原子的 数目 没有增减,原子的 质量 没 有变化,因此化学反应前后物质的总质量守恒。,知识点二 化学方程式,1.化学方程式的概念 用 化学式 来表示化学反应的式子,叫作化学方程式。,2.化学方程式的意义和读法,3.化学方程式的书写与配平 (1)化学方程式的书写原则 a.要以 客观事实 为基础; b.要遵守 质量守恒定律 。 (2)化学方程式的书写步骤 写“写”出化学式:将 反应物 的化学式写在左边,将 生成物 的化学式写在右边,中间用短线连接。 配“配”平:在化学式前配上适当的化学计量数,使短线两边 各种元素的 原子个数 相等,然后将短线改为 等号 。 注“注”明反应条件,生成气体或沉淀,要用规定的箭头注,明。 提示 “”和“”是生成物的状态符号,在反应物中都不 能标注。 若反应物中有气体,生成物中即使有气体也无需用“”符号 标明。 在溶液中进行的反应,如果有不溶性固体生成则用“”符号 标明;但如果反应物中有不溶性固体,则生成物中的不溶性固体无 需用“”符号标明。 (3)化学方程式的配平方法 .化学方程式配平的常用方法: 最小公倍数法、观察法和,奇数配偶法 。 .奇数配偶法 a.适用类型:这种方法适用于一种单质和一种化合物反应,生成两 种化合物且两边的原子个数有一奇一偶的化学方程式的配平。 b.举例:黄铁矿(主要成分FeS2)在空气中高温煅烧生成Fe2O3和SO2, 试写出该反应的化学方程式。 写出基本反应式:FeS2+O2 Fe2O3+SO2 选定在反应式中出现最多且在反应式两边原子个数分别是一奇 一偶的那种元素作为配平的起点,这里可以选氧元素。把原子个 数为奇数的元素所在的化学式前配化学计量数2,把“奇”变为,“偶”。 FeS2+O2 2Fe2O3+SO2 逐步求算出其他物质的化学计量数。 4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2 写出配平的化学方程式并检查。 4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2 提示 奇数配偶法配平化学方程式口诀 一找元素出现多,二将奇数配成偶;三按连锁先配法,四用观察配 其他。,知识点三 利用化学方程式的计算,1.理论依据: 质量守恒定律 。,2.根据化学方程式简单计算的步骤 设根据题意设未知数 写正确书写 化学方程式 找找出已知物、待求物的质量关系 列列出比例式 求求出未知数 答简明地写出答案,3.根据化学方程式简单计算的常见类型 (1)纯净的反应物(或生成物)质量的计算。 (2)含杂质的反应物(或生成物)质量的计算。 a.将含杂质的已知物的质量换算为纯物质的质量,其关系式为:纯 度= 100%,纯物质的质量=含杂质物质的质量 纯度; b.将纯物质质量代入化学方程式进行计算; c.将计算得到的纯物质质量换算成含杂质物质的质量:含杂质物 质的质量= 。,实验 探究化学反应前后物质的质量有无变化 一、实验用品 托盘天平、烧杯、试管、胶头滴管、锥形瓶、酒精灯、橡皮 塞、导管、试管夹、玻璃棒、气球、细沙、放大镜、火柴、盐 酸、大理石、硫酸铜溶液、氢氧化钠、白磷等。 二、实验方案,核心实验突破,三、原理及现象,1.盐酸和大理石 原理:CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2。 现象:大量气泡产生,气球鼓起,最终天平平衡。 特别提醒 (1)气球作用:密封作用,防止实验过程中气体逸出。 (2)有气体生成的化学反应,在验证质量守恒定律时,必须在密闭 容器内进行。,2.白磷在空气中燃烧 原理:4P+5O2 2P2O5。 现象:白磷燃烧,产生大量白烟,小气球鼓起;冷却后,气球变瘪,天平 平衡。 特别提醒 (1)锥形瓶底部应铺一层细沙,防止锥形瓶底部因受热 不均匀而炸裂。 (2)白磷的用量对实验结果没有影响。 (3)实验过程中,由于气球膨胀,可能天平会短暂不平衡,但是最终 冷却后天平是平衡的。 (4)有气体参加的化学反应,在验证质量守恒定律时,必须在密闭,容器内进行。,3.硫酸铜溶液和氢氧化钠反应 原理:2NaOH+CuSO4 Cu(OH)2+Na2SO4。 现象:产生蓝色沉淀,天平平衡。,4.实验结论 参加反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量 总和。,5.其他方案 上述两个方案无法正确验证质量守恒定律,因为反应都会产生气 体,生成的气体逸散到空气中,质量减少,天平指针会发生偏转。 改进方案:不改变药品的情况下,将装置密闭,形成密封环境。,6.误差分析 所有的化学反应都遵循质量守恒定律,造成不平衡的原因有装置 的密封性不好,部分物质进入或者逸散等。 例1 化学实验是科学探究的重要途径。请根据下列实验图示回 答相关问题:,实验中设计合理的是 (填“”或“”),另一装置设计 中存在的问题是 装置不密封 。,解析 实验中设计合理的是,能够验证质量守恒定律;设计不合 理的是,因为装置不密封,生成的二氧化碳逸散到空气中,无法 验证质量守恒定律。 变式1-1 (2018辽宁沈阳,12,2分)下列实验方案设计能达到实验 目的的是(B ),解析 A项,木炭在空气中燃烧生成气体二氧化碳,利用图示装置 不能测定空气中氧气的含量;B项,可以比较食用油在水和汽油中 的溶解性,从而得出影响物质溶解性的因素之一是溶剂的种类;C 项,氢氧化钠变质生成碳酸钠,碳酸钠溶液和氢氧化钠溶液均显碱 性,均能使酚酞试液变红,故C不能达到实验目的;D项,盐酸和碳酸 钠反应会生成气体二氧化碳,由于装置不密闭,二氧化碳会扩散到 空气中,故D不能达到实验目的。,泰安真题精练,考点一 质量守恒定律的理解,1.(2014泰安,10,2分)实验室中利用过氧化氢、氯酸钾、高锰酸钾 都可以制取氧气,其原因是 (D ) A.都属于氧化物 B.都含有氧气 C.都含有氧气分子 D.都含有氧元素,解析 实验室用题述三种物质制取氧气是因为这三种物质均含 有氧元素。,考点二 质量守恒定律的应用利用质量守 恒定律推断物质的化学式,2.(2015泰安,11,2分)2015年我国计划发射4颗北斗三期试验卫星, 对全球导航中的新技术进行验证。发射卫星的火箭常用的燃料 是肼(N2H4),反应的化学方程式为:2N2H4+N2O4 3X+4H2O,则X 的化学式是 (A ) A.N2 B.NO2 C.NO D.HNO3,解析 根据质量守恒定律,化学反应前后原子的种类、个数不变, 已知反应前共有6个氮原子、8个氢原子、4个氧原子,反应后已 有8个氢原子、4个氧原子,所以X的化学式为N2。,考点三 质量守恒定律的应用利用质量守 恒定律计算物质的质量,3.(2017泰安,15,2分)四种物质在一定的条件下充分混合反应,测 得反应前后各物质的质量分数如图所示。则有关说法中不正确 的是 (C ) A.丁一定是化合物 B.乙可能是这个反应的催化剂 C.生成的甲、丙两物质的质量比为81 D.参加反应的丁的质量一定等于生成甲和丙的质量之和,解析 化学反应遵守质量守恒定律,反应后质量增多的物质是生 成物,质量减少的物质是反应物。据题图可知,甲是生成物,丁是 反应物,丙是生成物,乙质量不变,可能是该反应的催化剂,该反应 可表示为丁 丙+甲。丁发生分解反应,丁一定是化合物,故A 正确;乙可能是这个反应的催化剂,故B正确;生成的甲、丙两物质 的质量比为(19%-17%)(41%-25%)=18,故C错误;根据质量守 恒定律,参加反应的丁的质量一定等于生成甲和丙的质量之和,故 D正确。,4.(2016泰安,19,2分)在一个密闭容器中放入X、Y、Z、W四种物 质,在一定条件下发生化学反应,一段时间后,测得有关数据如下 表。下列关于此反应的认识,正确的是 (D ),A.若W为水,则X或Y必定为酸或碱 B.若X为化合物,Y为单质,则该反应一定为置换反应 C.m的数值为32 D.参加反应的X与Y的质量比为14,解析 由表中数据分析可知,反应后X的质量减小了10 g-2 g=8 g, 故X是反应物,参加反应的X的质量为8 g;同理可以确定Z是生成 物,生成的Z的质量为30 g-8 g=22 g;W是生成物,生成的W的质量 为25 g-7 g=18 g;由质量守恒定律可知,Y应是反应物,且参加反应 的Y的质量为22 g+18 g-8 g=32 g,故m的数值为32+3=35。若W为 水,则X或Y不一定为酸或碱,如甲烷等有机物燃烧也能生成水,故 A错误;若X为化合物,Y为单质,无法确定Z和W的类别,该反应不 一定为置换反应,故B错误;由上述分析可知m为35,故C错误;参加 反应的X与Y的质量比为8 g32 g=14,故D正确。,考点四 质量守恒定律的应用利用质量守 恒定律解微观示意图题,5.(2016泰安,8,2分)科学家最新发现,通过简单的化学反应,可以将 树木纤维素转变成超级储能装置,如图是该反应的微观示意图。 下列说法错误的是 (B ) A.参加反应的X、Y两物质的粒子个数比为34 B.该反应不属于置换反应 C.W物质中碳元素的质量分数为75% D.化学反应前后原子的种类、个数、质量均保持不变,解析 由反应的微观示意图可知,该反应是碳和氨气在一定条件 下反应生成了氮气和甲烷,反应的化学方程式是3C+4NH3 2N2+3CH4。由化学方程式可知,参加反应的X、Y两物 质的粒子个数比为34,故A正确;该反应由一种单质与一种化合 物反应生成了另一种单质和另一种化合物,属于置换反应,故B错 误;由图示可知,W为甲烷,碳元素的质量分数为 100%=7 5%,故C正确;由反应的微观示意图可知,化学反应前后原子的种 类、个数、质量均保持不变,故D正确。,6.(2017泰安,22,4分)某物质在点燃的条件下发生反应,生成物和 反应物共四种,它们的微观示意图和反应前后的质量如下表所 示。,(1)由 构成的物质中 所代表的元素的化合价为 -2 ; (2)表中的四种物质中,属于氧化物的是 H2O、SO2 (填化学 式); (3)上述反应的化学方程式为 2H2S+3O2 2H2O+2SO2 ; (4)一位同学在计算x、y和z数值的过程中,列出了以下等式,其中 正确的是 AD (填字母序号)。 A.x+y+z=169 B.y+z=168 C.(100-x)z=3264 D.(100-x)(y-1)=83,解析 由微观示意图可知甲是H2S,乙是O2,丙是H2O,丁是SO2。 (1)由 构成的物质是H2S, 所代表的元素是硫元素,它的化合价 为-2。(2)四种物质中,属于氧化物的是H2O、SO2。(3)反应的化 学方程式为2H2S+3O2 2H2O+2SO2。(4)根据质量守恒定律,68 +(100-x)=(y-1)+z,变形得x+y+z=169;根据反应方程式及参加反应 的H2S的质量为68 g可计算出,x=4、y=37、z=128,则y+z=165,(100 -x)z=34;反应中氧气与水的质量比为(100-x)(y-1)=(332) (218)=83,故选A、D。,7.(2015泰安,22节选,1分)将CO2转化为化工原料乙烯(C2H4),其反 应的微观过程如图所示: 请写出上述反应的化学方程式 2CO2+6H2 C2H4+4H2O 。,解析 根据CO2转化为乙烯(C2H4)的微观反应示意图可完成反应 的化学方程式。,考点五 化学方程式的书写及意义,8.(2013泰安,13,3分)关于化学方程式CH4+2O2 CO2+2H2O的 描述正确的是 (C ) A.甲烷加氧气在点燃条件下,反应生成二氧化碳和水 B.1个甲烷和2个氧气在点燃条件下,生成1个二氧化碳和2个水 C.1个CH4分子和2个O2分子在点燃条件下,生成1个CO2分子和2个 H2O分子 D.1 g CH4和2 g O2在点燃条件下,生成1 g CO2和2 g H2O,解析 在化学方程式中“+”读作“和”,该反应可读作:甲烷和 氧气在点燃条件下,反应生成二氧化碳和水,故A错误;从微观上 看,1个CH4分子和2个O2分子在点燃条件下,生成1个CO2分子和2 个H2O分子,故B错误、C正确;该反应可读作:每16份质量的甲烷 和64份质量的氧气在点燃条件下恰好反应生成44份质量的二氧 化碳和36份质量的水,故D错误。,山东真题精练,考点一 质量守恒定律的理解,1.(2017德州,9,2分)对下面四个常见的化学反应进行对比分析: 分解反应:2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2 置换反应:2CuO+C 2Cu+CO2 复分解反应:Ca(OH)2+Na2CO3 CaCO3+2NaOH 化合反应:2H2+O2 2H2O 请从以下各项中选择恰当的内容,用对应的序号填空: 元素的种类;原子的种类;原子的个数;分子的种类; 物 质的组成(或结构);物质的总质量;元素的化合价 在化学反应过程中,一定发生变化的是 ;可能发生变化的 是 。,解析 化学反应前后,原子的种类、质量、数目,元素的质量、种 类和物质的总质量一定不变;分子的种类和物质的组成(或结构) 一定发生改变;分子的数目和元素的化合价可能发生改变。,考点二 质量守恒定律的验证实验,2.(2017青岛,25,5分)为了探究化学反应前后物质的总质量是否发 生改变,甲同学和乙同学分别设计了下面两个实验,请根据图示回 答问题: (1)甲同学设计的实验如图 A 所示,反应前,托盘天平的指针指向 刻度盘的中间;两种物质反应后,托盘天平的指针 向右 (选填,“向左”“向右”或“不”)偏转,原因是 生成的气体逸散到 空气中,反应后左侧质量减少 。 (2)乙同学设计的实验如图B所示,通过实验得出结论:化学反应前 后物质的总质量 不变 。 (3)两位同学通过交流反思得到启示:在探究化学反应前后物质的 总质量是否发生改变时,对于有气体参加或有气体生成的反应一 定要在 密闭 装置中进行。 (4)从微观角度分析,在化学反应前后一定不变的是 (选填序号)。 原子种类 分子种类 原子数目,分子质量 分子数目 原子质量,解析 (1)反应前,托盘天平的指针指向刻度盘的中间;两种物质 反应后,生成的氢气逸散到空气中,使反应后的质量比反应前少, 托盘天平的指针向右偏转。(2)乙同学设计的实验中没有涉及气 体,可得出结论:化学反应前后物质的总质量不变。(3)在探究化 学反应前后物质的总质量是否发生改变时,对于有气体参加或有 气体生成的反应,一定要在密闭装置中进行。(4)从微观角度分 析,在化学反应前后一定不变的是原子种类、原子数目、原子质 量。,考点三 利用质量守恒定律推断物质的化学式,3.(2018东营,9,4分)生活中常用湿润的PdCl2试纸来检测CO对环境 的污染情况。已知CO与PdCl2溶液反应的化学方程式:CO+PdCl2 +X 2HCl+Pd+CO2。下列说法错误的是 (C ) A.X为H2O B.从生成物的角度分析,金属Pd应位于金属活动顺序中氢之后 C.反应前后各元素的化合价都发生了变化 D.列入空气污染指数的项目暂定为:CO、NO2、SO2、O3和可吸 入颗粒物等,解析 由质量守恒定律:反应前后,原子种类、数目均不变,及反 应的化学方程式CO+PdCl2+X 2HCl+Pd+CO2可知,每个X分 子由2个氢原子和1个氧原子构成,则物质X的化学式为H2O,故A 正确。生成物是Pd和HCl,说明两者不反应,即金属Pd应位于金属 活动顺序中氢之后,故B正确。反应前后氧元素的化合价不变,均 为-2价,故C错误。目前,列入空气污染指数的项目暂定为:CO、 NO2、SO2、O3和可吸入颗粒物等,故D正确。,4.(2018青岛,15,1分)“生命至上、安全第一”,为及时发现天然 气泄漏,某燃气公司常在天然气中加入少量具有特殊气味的乙硫 醇(C2H5SH)。乙硫醇在空气中也能燃烧,反应的化学方程式为:2C 2H5SH+9O2 4CO2+6H2O+2X。下列说法错误的是 (D ) A.乙硫醇是由三种元素组成的有机物 B.X的化学式为SO2 C.乙硫醇中碳、氢、硫元素的质量比为12316 D.乙硫醇中碳元素的质量分数最大,解析 由乙硫醇的化学式可知,乙硫醇是由碳、氢、硫三种元素 组成的有机物,故A正确;分析化学方程式可知,反应前碳、氢、 硫、氧原子个数分别为4、12、2、18,反应后的已知生成物中 碳、氢、硫、氧原子个数分别为4、12、0、14,根据反应前后原 子种类、数目不变,每个X分子由1个硫原子和2个氧原子构成,即 X的化学式为SO2,故B正确;乙硫醇中碳、氢、硫元素的质量比为 (122)(16)32=12316,故C正确;由C项分析可知,硫元素 的质量分数最大,故D错误。,考点四 利用质量守恒定律计算物质的质量或 质量比(表格题目及变式),5.(2018新泰联盟联考)在一密闭容器中,有X、O2、CO2、H2O四 种物质,在一定条件下发生某种反应,反应一段时间后,测得反应 前后各物质的质量如下表。下列说法正确的是 (D ),A.表中的待测值为32 B.X中一定含有C、H、O元素 C.该反应是置换反应 D.反应中CO2和H2O的分子个数比为12,解析 通过质量守恒定律可知:待测值=19+34+6+2-11-28-20=2, 故A错误。22 g二氧化碳中氧元素的质量为22 g =16 g;18 g水 中氧元素的质量为18 g =16 g;生成物中氧元素的质量为16 g+ 16 g=32 g,与参加反应的氧气的质量正好相等,说明X中一定只含 有碳、氢两种元素,故B错误;根据反应前后质量的变化可以判断 二氧化碳和水为生成物,而X和氧气为反应物,一定不是置换反应, 故C错误;反应中生成二氧化碳的质量为22 g,生成水的质量为18 g,反应中CO2和H2O的分子个数比为 =1 2,故D正确。,考点五 利用质量守恒定律解微观示意图题,6.(2017烟台,8,2分)清华大学研究人员成功研制出一种纳米纤维 催化剂,可将二氧化碳转化成液体燃料甲醇,其微观示意图如图所 示(图中的微粒恰好完全反应)。下列说法正确的是 (D ) A.丁的化学式为H2O,该反应为置换反应 B.参加反应的甲与乙的质量比为31 C.甲是单质,乙、丙、丁均为氧化物 D.该反应体现了无机物可以转化为有机物,解析 由题目信息和质量守恒定律可知,该反应的化学方程式为 CO2+3H2 CH3OH+H2O。由上述反应可知,丁的化学式 为H2O,该反应的生成物是两种化合物,不属于置换反应,故A不正 确;由上述反应可知,参加反应的甲与乙的质量比为(23)(12+1 62)=322,故B不正确;由微粒的构成可知,甲是单质,乙、丁均 为氧化物,丙不是氧化物,故C不正确;由上述反应物质的变化可 知,该反应体现了无机物可以转化为有机物,故D正确。,7.(2017淄博,14,2分)下图是一氧化碳在氧气中燃烧的微观示意 图,下列观点与客观事实相符合的是 (A ) A.该反应属于化合反应 B.该反应前后氧气分子没有发生变化 C.该反应生成的二氧化碳分子中碳元素与氧元素的质量比为1 2 D.一氧化碳和氧气的相对分子质量之和等于二氧化碳的相对分,子质量,解析 由一氧化碳在氧气中燃烧的微观示意图可知,该反应的化 学方程式为2CO+O2 2CO2。该反应由两种物质生成一种物 质,属于化合反应,故A正确;由微粒的变化可知,该反应前后氧气 分子发生了变化,故B错误;该反应生成的二氧化碳分子中碳元素 与氧元素的质量比为12(162)=3812,故C错误;由方程式 可知,一氧化碳和氧气的相对分子质量之和不等于二氧化碳的相 对分子质量,故D错误。,考点六 化学方程式的书写及意义,8.(2017淄博,15,2分)镁条在氧气中燃烧的化学反应可用“2Mg+ O2 2MgO”来表示。以下信息:反应条件 反应速率 反应物、生成物各物质间的质量关系 反应的微观过程 反应过程中的能量变化 反应体系中微观粒子的数量关 系。能从上述化学方程式中获得的是 (C ) A. B. C. D.,解析 从反应的化学方程式可以获得的已给信息有反应条件 (点燃);反应物、生成物各物质间的质量关系;反应体系中微 观粒子的数量关系。,9.(2017济宁,4,1分)分析下列反应所得结论中,正确的是 (D ) CO+CuO Cu+CO2 2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe 2Na2O2+2CO2 2Na2CO3+O2 2H2S+SO2 2H2O+3S A.属于置换反应 B.属于复分解反应 C.中氧元素化合价不变 D.都有单质生成,解析 中反应物中没有单质,不属于置换反应,故A错;中的 生成物中都含有单质,复分解反应的反应物和生成物中都只有化 合物,故B错;中反应物中的氧元素化合价是-2价,生成物氧气中 氧元素化合价是零,故C错;单质是由一种元素组成的纯净物,由化 学方程式可知都有单质生成,故D正确。,考点七 质量守恒定律的简单计算,10.(2017烟台,15,2分)在托盘天平的两盘上各放一只质量相同的 烧杯,分别加入等质量、等溶质质量分数的足量稀盐酸,将天平调 节至平衡。然后向左盘的烧杯中加入4.0 g含钙元素的质量分数 为50%的碳酸钙与氧化钙的固体混合物,使之完全反应。欲使天 平恢复平衡,可向右盘的烧杯中加入 (B ) A.3.5 g氢氧化钠溶液 B.2.8 g氧化铁 C.2.8 g碳酸钠溶液 D.2.4 g镁,解析 设碳酸钙质量为x,根据题意有:x 100%+(4.0 g-x) 100%=4.0 g50%,x=2.7 g, 设2.7 g碳酸钙和稀盐酸反应生成二氧化碳质量为y, CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2 100 44 2.7 g y = y=1.2 g 完全反应后,左盘质量增加4.0 g-1.2 g=2.8 g, 要使天平恢复平衡,右盘质量应该增加2.8 g,加入3.5 g氢氧化钠溶,液时右盘质量增加3.5 g;加入2.8 g碳酸钠溶液时右盘增加的质量 小于2.8 g;加入2.4 g镁时右盘增加的质量小于2.4 g;加入2.8 g氧化 铁时右盘质量增加2.8 g,因此欲使天平恢复平衡,可向右盘的烧杯 中加入2.8 g氧化铁。,11.(2017枣庄,38,5分)一化工厂产生的废液中含有硫酸亚铁和硫 酸铜(不考虑其他物质),为回收铜和硫酸亚铁,研究人员设计出 “用铁处理”的方案。取100 g上述废液,向其中加入2.8 g铁粉, 恰好完全反应,测得反应后溶液中溶质的质量分数为15%。求: (1)回收得到铜的质量为 g。 (2)回收得到硫酸亚铁的质量是多少?(写出计算过程),答案 (1)3.2 (2)解:设生成铜的质量为x。 Fe+CuSO4 FeSO4+Cu 56 64 2.8 g x = x=3.2 g FeSO4的质量为(100 g+2.8 g-3.2 g)15%=14.94 g 答:得到硫酸亚铁的质量是14.94 g。,
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