《2025年暑假Happy假日八年级化学人教版五四制》

12. 某实验小组的同学为了测定实验室中氯酸钾样品的纯度,取一定质量的该样品与$1g$二氧化锰混合,其总质量为$6g$。依次加热该混合物$t_{1}$、$t_{2}$、$t_{3}$、$t_{4}$时间后,分别冷却并称量剩余固体的质量,记录的有关数据如下表所示(提示:氯酸钾在二氧化锰作催化剂并加热的条件下发生反应的化学方程式为$2KClO_{3}\overset{MnO_{2}}{\underset{\triangle}{\!=\!=\!=\!=\!=}}2KCl+3O_{2}\uparrow$,样品中的杂质不参与化学反应)。

试计算:
(1)完全反应后产生氧气的总质量为1.92g。
(2)样品中氯酸钾的纯度。98%

答案： 【解析】：
1. 首先确定完全反应的时间和剩余固体质量：
根据质量守恒定律，在化学反应中，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。随着反应的进行，氯酸钾分解生成氯化钾和氧气，固体质量逐渐减少，当固体质量不再减少时，说明氯酸钾已经完全分解。
由表格数据可知，加热$t_3$和$t_4$时间后，剩余固体质量都是$4.08g$，说明在$t_3$时氯酸钾已经完全分解。
混合物的总质量为$6g$，完全反应后剩余固体质量为$4.08g$，根据质量守恒定律，生成氧气的质量$m(O_{2})$等于反应前混合物的总质量减去反应后剩余固体的质量，即$m(O_{2})=6g - 4.08g=1.92g$。
2. 然后根据氧气的质量计算氯酸钾的质量：
设样品中氯酸钾的质量为$x$。
已知氯酸钾分解的化学方程式为$2KClO_{3}\overset{MnO_{2}}{\underset{\triangle}{\!=\!=\!=\!=\!=}}2KCl + 3O_{2}\uparrow$。
根据化学方程式中各物质的相对分子质量比等于实际质量比来计算。$KClO_{3}$的相对分子质量为$39 + 35.5+16\times3 = 122.5$，$O_{2}$的相对分子质量为$16\times2 = 32$。
由化学方程式可得$\frac{2\times122.5}{3\times32}=\frac{x}{1.92g}$。
先计算$2\times122.5 = 245$，$3\times32 = 96$，则$\frac{245}{96}=\frac{x}{1.92g}$，通过交叉相乘可得$96x=245\times1.92g$，解得$x=\frac{245\times1.92g}{96}=4.9g$。
3. 最后计算样品中氯酸钾的纯度：
样品的质量为$6g - 1g=5g$（因为混合物总质量$6g$，其中二氧化锰$1g$）。
氯酸钾的纯度$=\frac{4.9g}{5g}\times100\% = 98\%$。
【答案】：
(1)$1.92g$；
(2)$98\%$

13. 现有$6g$镁分别与不同质量的氧气反应,试将生成氧化镁的质量填入下表,并通过计算回答下列问题。
|实验次数|镁的质量/g|氧气的质量/g|生成氧化镁的质量/g|
| ---- | ---- | ---- | ---- |
|第一次|6|2|5|
|第二次|6|4|10|
|第三次|6|6|10|
|第四次|6|8|10|
(1)第一次实验中,$6g$镁和$2g$氧气反应为什么不能生成$8g$氧化镁?
根据化学方程式计算可知6g镁完全反应需要4g氧气，而第一次实验中只有2g氧气，氧气的量不足，镁有剩余，所以不能生成8g氧化镁。
(2)第二次实验以后,为什么增加氧气的质量,生成氧化镁的质量却不再增加?
6g镁完全反应只需要4g氧气，第二次实验时6g镁和4g氧气恰好完全反应，之后再增加氧气的质量，镁已经完全反应，氧气有剩余，所以生成氧化镁的质量不再增加。

答案： 【解析】：
本题可根据镁与氧气反应的化学方程式，结合各物质之间的质量比来分析解答。
镁与氧气反应的化学方程式为$2Mg + O_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}2MgO$，各物质之间的质量比为$(2\times24):32:(2\times40)=48:32:80 = 3:2:5$。
### 第一次实验
已知镁的质量为$6g$，设$6g$镁完全反应需要氧气的质量为$x$，生成氧化镁的质量为$y$。
$\begin{cases}\dfrac{48}{32}=\dfrac{6g}{x}\\\dfrac{48}{80}=\dfrac{6g}{y}\end{cases}$
解得$x = 4g$，$y = 10g$。
而第一次实验中只有$2g$氧气，氧气的量不足，镁有剩余，所以不能生成$8g$氧化镁。
### 第二次实验
由上述计算可知$6g$镁完全反应需要$4g$氧气，生成$10g$氧化镁。
所以第二次实验中$6g$镁和$4g$氧气恰好完全反应，生成$10g$氧化镁。
### 第三次实验
当氧气的质量增加到$6g$时，镁的质量不变仍为$6g$，根据前面计算可知$6g$镁完全反应只需要$4g$氧气，此时镁完全反应，氧气有剩余，所以生成氧化镁的质量还是$10g$。
同理，第四次实验中氧气质量为$8g$，镁完全反应，氧气有剩余，生成氧化镁的质量依然是$10g$。
综上，第一次生成氧化镁的质量为$5g$（因为$2g$氧气完全反应，根据质量比$3:2:5$，生成氧化镁质量为$2g\div2\times5 = 5g$），第二次、第三次、第四次生成氧化镁的质量均为$10g$。
### 问题回答
(1) 第一次实验中，$6g$镁和$2g$氧气反应不能生成$8g$氧化镁，是因为根据化学方程式计算可知$6g$镁完全反应需要$4g$氧气，而实际只有$2g$氧气，氧气的量不足，镁有剩余，所以生成氧化镁的质量小于$8g$。
(2) 第二次实验以后，增加氧气的质量，生成氧化镁的质量却不再增加，是因为$6g$镁完全反应只需要$4g$氧气，第二次实验时$6g$镁和$4g$氧气恰好完全反应，之后再增加氧气的质量，镁已经完全反应，氧气有剩余，所以生成氧化镁的质量不再增加。
【答案】：
|实验次数|镁的质量/g|氧气的质量/g|生成氧化镁的质量/g|
| ---- | ---- | ---- | ---- |
|第一次|6|2|5|
|第二次|6|4|10|
|第三次|6|6|10|
|第四次|6|8|10|
(1) 根据化学方程式计算可知$6g$镁完全反应需要$4g$氧气，而第一次实验中只有$2g$氧气，氧气的量不足，镁有剩余，所以不能生成$8g$氧化镁。
(2) $6g$镁完全反应只需要$4g$氧气，第二次实验时$6g$镁和$4g$氧气恰好完全反应，之后再增加氧气的质量，镁已经完全反应，氧气有剩余，所以生成氧化镁的质量不再增加。