13 如图甲所示,在容积为 100 mL 的三颈烧瓶中集满 $\ce{CO_{2}}$,将注射器中的 30 mL 蒸馏水全部压入烧瓶,并立即夹紧止水夹。开始注水后,烧瓶内气体压强和温度随时间的变化情况如图乙所示。下列说法不正确的是（
D
）
A.30 mL 水加入,使瓶内气体被压缩,压强变大
B.$\ce{CO_{2}}$溶于水,与水反应,没有明显的温度变化
C.该实验条件下,30 mL 水中所能溶解 $\ce{CO_{2}}$ 的体积小于30 mL
D.该三颈烧瓶中收集的 $\ce{CO_{2}}$ 不纯
答案：13.D
解析：
【分析】
本题需结合CO₂的性质（能溶于水、与水反应），分析实验中压强、温度变化的原因，逐一判断选项：先明确气体体积变化、溶解反应对压强的影响，再结合图中曲线特征分析各选项的正误。
【解析】
逐一分析各选项：
选项A：加入30mL蒸馏水后，三颈烧瓶内气体体积从100mL压缩至70mL，气体体积减小导致压强增大，与图乙中压强先上升的变化一致，A正确；
选项B：由图乙温度曲线可知，反应过程中温度始终保持在26℃左右，无明显波动，说明CO₂溶于水、与水反应时没有明显的温度变化，B正确；
选项C：初始压强为100kPa，最终压强略小于100kPa，根据同温同压下气体体积与物质的量成正比，可计算得30mL水中溶解的CO₂体积小于30mL，C正确；
选项D：若三颈烧瓶中收集的CO₂不纯，含有不溶于水的气体，则最终压强会比纯CO₂反应后的压强大，而图中压强变化符合纯CO₂与水反应的压强变化规律，说明CO₂是纯净的，故D错误。
【答案】
D
【知识点】
二氧化碳的性质、气体压强与物质的量的关系
【点评】
本题结合实验装置和压强-温度曲线考查CO₂的性质，需准确分析气体压缩、溶解对压强的影响，区分曲线变化的原因，是基础实验分析题。
【难度系数】
0.5
14 一种以$\ce{CO_{2}}$为原料生产炭黑的物质转化如图所示。下列说法正确的是（
D
）
A.反应Ⅰ发生后，固体物质所含氧元素质量分数变大
B.反应Ⅱ发生后，碳元素化合价升高
C.反应Ⅱ中，$\ce{FeO}$与$\mathrm{C}$的质量比为$18:1$
D.整个循环过程可将$\ce{CO_{2}}$转化为$\mathrm{C}$和$\ce{O_{2}}$
答案：14.D 【解析】反应Ⅰ是四氧化三铁在太阳能、高温作用下生成氧气和氧化亚铁，化学方程式为 $2\ce{Fe_{3}O_{4}}\xlongequal[高温]{太阳能}\ce{O_{2}}↑+6\ce{FeO}$，由于产生了氧气，固体物质所含氧元素质量分数变小，A错误；反应Ⅱ是二氧化碳和氧化亚铁在加热条件下转化为C和四氧化三铁，反应前碳元素的化合价为+4，反应后为0，故碳元素化合价降低，B错误；反应Ⅱ是二氧化碳和氧化亚铁在加热条件下转化为C和四氧化三铁，化学方程式为 $6\ce{FeO}+\ce{CO_{2}}\xlongequal{\Delta}2\ce{Fe_{3}O_{4}}+\ce{C}$，故FeO与C的质量比为$[(56+16)×6]:12=36:1$，C错误；根据物质转化图示可知，整个循环过程可将$\ce{CO_{2}}$转化为C和$\ce{O_{2}}$，D正确。
解析：
【分析】要解决这道题，需先根据转化图写出反应Ⅰ和反应Ⅱ的化学方程式，再逐一分析各选项：首先确定反应Ⅰ为$\ce{Fe_{3}O_{4}}$在太阳能、高温条件下生成$\ce{O_{2}}$和$\ce{FeO}$，反应Ⅱ为$\ce{FeO}$和$\ce{CO_{2}}$在特定温度下生成$\ce{Fe_{3}O_{4}}$和$\ce{C}$；接着针对每个选项，结合元素质量分数、化合价、质量比等知识判断正误。
【解析】
先写出两个反应的化学方程式：
反应Ⅰ：$\ce{2Fe_{3}O_{4}\xlongequal[高温]{太阳能} O_{2}↑ + 6FeO}$
反应Ⅱ：$\ce{6FeO + CO_{2}\xlongequal{426.85℃} 2Fe_{3}O_{4} + C}$
对各选项分析：
选项A：反应Ⅰ中，固体从$\ce{Fe_{3}O_{4}}$变为$\ce{FeO}$。$\ce{Fe_{3}O_{4}}$中氧元素质量分数为$\frac{16×4}{56×3 + 16×4}≈27.6\%$，$\ce{FeO}$中氧元素质量分数为$\frac{16}{56+16}≈22.2\%$，反应后固体氧元素质量分数变小，A错误；
选项B：反应Ⅱ中，$\ce{CO_{2}}$中碳元素化合价为+4价，生成的$\ce{C}$中碳元素化合价为0价，碳元素化合价降低，B错误；
选项C：反应Ⅱ中，$\ce{FeO}$与$\ce{C}$的质量比为$(6×72):12 = 36:1$，并非18:1，C错误；
选项D：整个循环过程中，反应物为$\ce{CO_{2}}$，最终产物为$\ce{C}$和$\ce{O_{2}}$，$\ce{Fe_{3}O_{4}}$和$\ce{FeO}$可循环使用，D正确。
【答案】D
【知识点】化学方程式书写、元素化合价、质量比计算、物质转化
【点评】本题以物质转化图为载体，考查化学反应的分析与计算，需准确书写反应方程式，结合元素相关知识判断选项，属于中等难度的化学综合题。
【难度系数】0.5
15 若将 10 g $\ce{CO}$ 和 $\ce{CO_{2}}$ 的混合气体先缓缓通过足量的灼热氧化铜,再缓缓通入足量的澄清石灰水中,得到 30 g 白色沉淀(假设每步反应都进行完全),则原混合气体中碳元素的质量分数为（
D
）
A.$44\%$
B.$12\%$
C.$64\%$
D.$36\%$
答案：15.D 【解析】一氧化碳和氧化铜在加热的条件下反应生成铜和二氧化碳，二氧化碳和氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水，最终碳元素从混合气体中转化到碳酸钙中，所以碳酸钙中碳元素的质量就是原混合气体中碳元素的质量；碳酸钙中碳元素的质量为 $30\ \mathrm{g}×(\frac{12}{40+12+16×3}×100\%)=3.6\ \mathrm{g}$，则原混合气体中碳元素的质量分数为 $\frac{3.6\ \mathrm{g}}{10\ \mathrm{g}}×100\%=36\%$。
解析：
【分析】
这道题可利用碳元素守恒简化计算：混合气体中的CO与灼热氧化铜反应生成CO₂，原混合气体中的CO₂和反应生成的CO₂全部通入澄清石灰水，最终碳元素都转化到碳酸钙白色沉淀中。因此，先算出30g碳酸钙中含有的碳元素质量，该质量就是原10g混合气体中碳元素的总质量，再计算碳元素的质量分数即可，无需分别计算CO和CO₂的质量。
【解析】
1. 确定碳元素转化关系：CO→CO₂，CO₂（原+生成）→CaCO₃，原混合气体中碳元素全部进入CaCO₃沉淀。
2. 计算CaCO₃中碳元素质量：CaCO₃的相对分子质量为$40+12+16×3=100$，碳元素质量分数为$\frac{12}{100}×100\%=12\%$，则30g CaCO₃中碳元素质量为$30\ \mathrm{g}×12\%=3.6\ \mathrm{g}$。
3. 计算原混合气体中碳元素的质量分数：$\frac{3.6\ \mathrm{g}}{10\ \mathrm{g}}×100\%=36\%$。
【答案】
D
【知识点】
元素守恒、根据化学式计算
【点评】
本题运用元素守恒法简化计算，避免了复杂的方程式推导，是化学计算中常用的技巧，重点考查学生对守恒思想的应用能力，解题思路清晰高效。
【难度系数】
0.6
二、填空与简答题(共18分)
16（8分）石墨烯是一种由碳原子构成的材料，可用机械剥离法从石墨中剥离制得，它是目前发现的最薄、强度最大、导电和导热性能最强的一种新型纳米材料。回答下列问题：
(1) 石墨烯强度大、导电和导热性能强属于它的
物理
（填“物理”或“化学”）性质。
(2) 石墨烯与金刚石的组成元素相同，石墨烯有良好的导电性，而金刚石却没有导电性，从微观角度分析，原因是
石墨烯和金刚石的碳原子排列方式不同
。
(3) 下列关于石墨烯的认识正确的是
AC
（填字母）。
A. 可用作散热材料
B. 是一种化合物
C. 可作新型电池的电极
(4) 工业上可利用甲烷$(\ce{CH_{4}})$在高温、催化剂的条件下分解制取石墨烯，同时产生氢气，写出该反应的化学方程式：
$\ce{CH_{4}}\xlongequal[高温]{催化剂}\ce{C}+2\ce{H_{2}}$
。
答案：16.(1)物理 (2)石墨烯和金刚石的碳原子排列方式不同 (3)AC (4)$\ce{CH_{4}}\xlongequal[高温]{催化剂}\ce{C}+2\ce{H_{2}}$
解析：
【分析】
1. 第(1)问：需明确物理性质与化学性质的区别，物理性质是不需要发生化学变化就能表现的性质，强度、导电性、导热性均无需化学变化体现，据此判断；
2. 第(2)问：金刚石和石墨烯均为碳单质，碳单质的性质差异源于碳原子排列方式不同，据此分析导电性差异的原因；
3. 第(3)问：结合题干中石墨烯的性质（导电、导热），判断各选项的正误；
4. 第(4)问：根据反应物（甲烷）、生成物（碳、氢气）及反应条件，配平并书写化学方程式。
【解析】
(1) 物质的物理性质是不需要发生化学变化就表现出来的性质，强度、导电性、导热性均属于物理性质，故填物理；
(2) 金刚石和石墨烯都是由碳原子构成的碳单质，二者碳原子的排列方式不同，导致物理性质（如导电性）存在差异，故填石墨烯和金刚石的碳原子排列方式不同；
(3) A选项：石墨烯导热性能强，可用作散热材料，正确；B选项：石墨烯仅由碳元素组成，属于单质而非化合物，错误；C选项：石墨烯导电性强，可作新型电池的电极，正确，故选AC；
(4) 甲烷在催化剂、高温条件下分解生成碳（石墨烯）和氢气，化学方程式为：$\ce{CH_{4}}\xlongequal[高温]{催化剂}\ce{C}+2\ce{H_{2}}$。
【答案】16.(1)物理 (2)石墨烯和金刚石的碳原子排列方式不同 (3)AC (4)$\ce{CH_{4}}\xlongequal[高温]{催化剂}\ce{C}+2\ce{H_{2}}$
【知识点】物理性质与化学性质、碳单质的结构与性质、化学方程式书写
【点评】本题以新型材料石墨烯为情境，综合考察碳相关的基础知识点，结合新情境但考点贴合教材，难度适中，能较好检验学生对碳单质性质、结构等知识的掌握情况。
【难度系数】0.7
