15. 新素养 科学思维 （2025·四川宜宾）实验小组取 20 g 石灰石样品于烧杯中,将 100 g 稀盐酸分四次加入,充分反应后测得实验数据如下表(杂质不参与反应,生成的气体全部逸出)。
回答下列问题:
(1) 实验中发生反应的化学方程式是
$\ce{CaCO_{3} + 2HCl\xlongequal{\;\;}CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
。
(2) 反应中产生气体的总质量是
6.6
g。
(3) 该石灰石样品中碳酸钙的质量分数为多少?(写出计算过程)
答案：15. (1) $\ce{CaCO_{3} + 2HCl\xlongequal{\;\;}CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
(2) 6.6
(3) 解:设该石灰石样品中碳酸钙的质量为$x$。
$\ce{CaCO_{3} + 2HCl\xlongequal{\;\;}CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
100 44
$x$ 6.6 g
$\dfrac{100}{44}=\dfrac{x}{6.6\ \mathrm{g}}\ \ \ x=15\ \mathrm{g}$
该石灰石样品中碳酸钙的质量分数为$\dfrac{15\ \mathrm{g}}{20\ \mathrm{g}}×100\%=75\%$
答:该石灰石样品中碳酸钙的质量分数为75%。
解析：
【分析】首先明确实验中石灰石的主要成分碳酸钙与稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，杂质不参与反应。根据质量守恒定律，反应前后烧杯内物质的总质量差即为生成二氧化碳的总质量。再利用化学方程式，由二氧化碳的质量计算出碳酸钙的质量，最后计算碳酸钙在样品中的质量分数。
【解析】(1) 碳酸钙与稀盐酸反应的化学方程式为：$\ce{CaCO_{3} + 2HCl\xlongequal{\;\;}CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$；
(2) 根据质量守恒定律，反应前总质量为石灰石样品20g + 稀盐酸100g = 120g，反应后剩余物质总质量为113.4g，所以生成二氧化碳的总质量为$120\ \mathrm{g} - 113.4\ \mathrm{g} = 6.6\ \mathrm{g}$；
(3) 设石灰石样品中碳酸钙的质量为$x$。
$\ce{CaCO_{3} + 2HCl\xlongequal{\;\;}CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
100 44
$x$ 6.6 g
$\dfrac{100}{44} = \dfrac{x}{6.6\ \mathrm{g}}$，解得$x = 15\ \mathrm{g}$。
该石灰石样品中碳酸钙的质量分数为$\dfrac{15\ \mathrm{g}}{20\ \mathrm{g}} × 100\% = 75\%$。
【答案】(1) $\ce{CaCO_{3} + 2HCl\xlongequal{\;\;}CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$；(2) 6.6；(3) 75%
【知识点】化学方程式书写、质量守恒定律、根据化学方程式计算
【点评】本题结合实验数据考查化学计算，核心是利用质量守恒定律求生成气体的质量，再通过化学方程式计算反应物的质量，步骤清晰，是化学计算的基础题型，需要学生熟练掌握相关计算方法。
【难度系数】0.6
16. (2026·福建厦门期末改编) 过氧化钙晶体$(\ce{CaO_{2}· xH_{2}O})$中常含有$\ce{CaO}$。为测定某过氧化钙晶体样品中结晶水及$\ce{CaO}$的含量，取$24\ \mathrm{g}$样品用热分析仪对其进行热分解实验，残留固体质量随温度的变化如图所示(已知：受热时$\ce{CaO_{2}· xH_{2}O}$先分解，生成$\ce{CaO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$；$\ce{CaO_{2}}$后分解，生成$\ce{CaO}$和$\ce{O_{2}}$)。下列说法错误的是（
B
）
A.$\mathrm{C}\to\mathrm{D}$发生的反应为$\ce{2CaO_{2}\xlongequal{350\ ° C} 2CaO + O_{2}\uparrow}$
B.样品中$\ce{CaO}$的质量分数为$33.3\%$
C.$x$的值为$8$
D.$\mathrm{A}\to\mathrm{B}$、$\mathrm{C}\to\mathrm{D}$固体中氧元素的质量均减小
答案：16. B 解析:由题意可知,$\mathrm{C}\to\mathrm{D}$发生的反应是$\ce{CaO_{2}}$在$350\ °\mathrm{C}$的条件下分解生成$\ce{CaO}$和$\ce{O_{2}}$,反应的化学方程式为$\ce{2CaO_{2}\xlongequal{350\ °\mathrm{C}}2CaO + O_{2}\uparrow}$,故A正确。由题图可知,过氧化钙和氧化钙固体混合物的质量为9.6 g,过氧化钙分解生成氧气的质量为$9.6\ \mathrm{g}-8\ \mathrm{g}=1.6\ \mathrm{g}$;设9.6 g固体中过氧化钙的质量为$x$。
$\ce{2CaO_{2}\xlongequal{350\ °\mathrm{C}}2CaO + O_{2}\uparrow}$
144 32
$x$ 1.6 g
$\dfrac{144}{32}=\dfrac{x}{1.6\ \mathrm{g}}\ \ \ x=7.2\ \mathrm{g}$
则9.6 g固体混合物中氧化钙的质量为$9.6\ \mathrm{g}-7.2\ \mathrm{g}=2.4\ \mathrm{g}$,所以原样品中$\ce{CaO}$的质量分数为$\dfrac{2.4\ \mathrm{g}}{24\ \mathrm{g}}×100\%=10\%$,故B错误。由题图数据及上述计算可知,24 g样品中结晶水的质量为$24\ \mathrm{g}-9.6\ \mathrm{g}=14.4\ \mathrm{g}$,受热后分解生成的过氧化钙的质量为7.2 g。
$\ce{CaCO_{2}· xH_{2}O\xlongequal{\Delta}CaO_{2} + xH_{2}O}$
72 $18x$
7.2 g 14.4 g
$\dfrac{72}{18x}=\dfrac{7.2\ \mathrm{g}}{14.4\ \mathrm{g}}\ \ \ x=8$
所以$x$的值为8,故C正确。由题图可知,$\mathrm{A}\to\mathrm{B}$是$\ce{CaO_{2}· xH_{2}O}$分解生成$\ce{CaO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$,$\mathrm{C}\to\mathrm{D}$是$\ce{CaO_{2}}$分解生成$\ce{CaO}$和$\ce{O_{2}}$,固体中氧元素的质量均减小,故D正确。
解析：
【分析】
首先明确样品的热分解过程：A点为24g样品，A→B阶段是$\ce{CaO_{2}· xH_{2}O}$分解生成$\ce{CaO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$，B→C阶段为$\ce{CaO_{2}}$稳定存在，C→D阶段是$\ce{CaO_{2}}$分解生成$\ce{CaO}$和$\ce{O_{2}}$。解题时需结合各阶段的质量变化，利用化学方程式计算推导，逐一分析选项：先通过C→D的质量差计算生成$\ce{O_{2}}$的质量，进而算出$\ce{CaO_{2}}$的质量，再推导原样品中$\ce{CaO}$的质量分数、结晶水的质量，最终确定$x$的值，同时分析氧元素质量变化。
【解析】
1. 验证A选项：C→D是$\ce{CaO_{2}}$在$350\ °\mathrm{C}$分解生成$\ce{CaO}$和$\ce{O_{2}}$，反应方程式为$\ce{2CaO_{2}\xlongequal{350\ ° C} 2CaO + O_{2}\uparrow}$，故A正确。
2. 计算$\ce{CaO}$的质量分数：C→D生成$\ce{O_{2}}$的质量为$9.6\ \mathrm{g} - 8\ \mathrm{g} = 1.6\ \mathrm{g}$。设9.6g固体中$\ce{CaO_{2}}$的质量为$x$，根据反应$\ce{2CaO_{2}\xlongequal{350\ ° C} 2CaO + O_{2}\uparrow}$，可得$\dfrac{144}{32} = \dfrac{x}{1.6\ \mathrm{g}}$，解得$x=7.2\ \mathrm{g}$。则9.6g固体中$\ce{CaO}$的质量为$9.6\ \mathrm{g} - 7.2\ \mathrm{g} = 2.4\ \mathrm{g}$，这部分$\ce{CaO}$来自原样品，故原样品中$\ce{CaO}$的质量分数为$\dfrac{2.4\ \mathrm{g}}{24\ \mathrm{g}}×100\% = 10\%$，并非33.3%，故B错误。
3. 计算$x$的值：24g样品中，结晶水的质量为$24\ \mathrm{g} - 9.6\ \mathrm{g} = 14.4\ \mathrm{g}$，分解生成的$\ce{CaO_{2}}$质量为7.2g。根据反应$\ce{CaO_{2}· xH_{2}O\xlongequal{\Delta}CaO_{2} + xH_{2}O}$，可得$\dfrac{72}{18x} = \dfrac{7.2\ \mathrm{g}}{14.4\ \mathrm{g}}$，解得$x=8$，故C正确。
4. 分析D选项：A→B是$\ce{CaO_{2}· xH_{2}O}$分解生成$\ce{CaO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$，固体中氧元素转化为$\ce{H_{2}O}$中的氧，质量减小；C→D是$\ce{CaO_{2}}$分解生成$\ce{CaO}$和$\ce{O_{2}}$，固体中氧元素转化为$\ce{O_{2}}$，质量减小，故D正确。
【答案】
B
【知识点】
根据化学方程式计算、结晶水合物分解、质量守恒定律
【点评】
本题结合热重图像考查化学计算与反应分析，需准确判断各阶段反应类型，利用质量差结合化学方程式推导，综合性较强，需理清各物质的质量关系。
【难度系数】
0.5
17. 某创新小组的同学,在用$\ce{MnO_{2}}$作催化剂制取$\ce{O_{2}}$的实验过程中遇到了困惑,通过老师点拨,他们理清了思路,找到了解决问题的办法,小华将图像绘制在黑板上,并将方法分享给其他同学。
(1) 观点分享:曲线b始终不变的原因是
没有加热(或加热温度太低等)
(写出一种即可)。
(2) 展示交流:结合黑板上(如图)的试题要求,请写出解题过程(结果保留两位小数)。
答案：17. (1) 没有加热(或加热温度太低等)
(2) 解:$\ce{KClO_{3}}$的质量为$2\ \mathrm{g}÷25\%-2\ \mathrm{g}=6\ \mathrm{g}$;设$\ce{KClO_{3}}$完全反应后生成$\ce{O_{2}}$的质量为$x$。
$\ce{2KClO_{3}\xlongequal[\Delta]{MnO_{2}} 2KCl + 3O_{2}\uparrow}$
245 96
6 g $x$
$\dfrac{245}{96}=\dfrac{6\ \mathrm{g}}{x}\ \ \ x\approx2.35\ \mathrm{g}$
答:$\ce{KClO_{3}}$完全反应后生成$\ce{O_{2}}$的质量为2.35 g。
解析:(1) 二氧化锰是该反应的催化剂,质量不变,曲线b始终不变即二氧化锰的质量分数不变,原因是没有加热或加热温度太低等。
解析：
【分析】
首先分析曲线b不变的原因：MnO₂是氯酸钾分解反应的催化剂，反应前后质量不变，若氯酸钾未分解，固体总质量不会变化，MnO₂的质量分数就保持初始值，因此曲线b不变的原因是反应未发生（如未加热）。计算氧气质量时，需先根据MnO₂的质量和其质量分数算出原混合物总质量，再得到KClO₃的质量，最后利用化学方程式中各物质的质量比计算生成O₂的质量。
【解析】
(1) 曲线b中MnO₂的质量分数始终为25%，说明反应过程中固体总质量未改变，即氯酸钾未分解，原因可能是没有加热（或加热温度太低，氯酸钾未达到分解温度等，合理即可）。
(2) 计算步骤：
① 原固体混合物总质量：$\frac{2\ \mathrm{g}}{25\%}=8\ \mathrm{g}$；
② KClO₃的质量：$8\ \mathrm{g}-2\ \mathrm{g}=6\ \mathrm{g}$；
③ 设生成O₂的质量为$x$，根据化学方程式：
$\ce{2KClO_{3}\xlongequal[\Delta]{MnO_{2}} 2KCl + 3O_{2}\uparrow}$
质量比：245 96
列比例式：$\frac{245}{96}=\frac{6\ \mathrm{g}}{x}$
解得：$x=\frac{6\ \mathrm{g}×96}{245}≈2.35\ \mathrm{g}$
【答案】
(1) 没有加热（合理即可）；(2) 2.35 g
【知识点】
根据化学方程式计算；催化剂的性质；质量分数计算
【点评】
本题结合图像考查催化剂的性质和化学方程式的计算，需先理解图像含义，再进行化学计算，属于基础题型，侧重基础知识的应用。
【难度系数】
0.6
