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中考化学一轮微专题复习学案：科学探究题 (含答案)
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这是一份中考化学一轮微专题复习学案：科学探究题 (含答案)，共32页。学案主要包含了提出问题，猜想与假设，制订计划，进行实验，搜集证据，解释与结论，反思与评价，表达与交流等内容，欢迎下载使用。
中考化学一轮微专题复习学案： 科学探究题
一个完整的科学探究实验的内容一般包括以下8个环节:提出问题、猜想与假设、制订计划、进行实验、搜集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流。每个环节的目的和意义如下:【提出问题】能从日常现象和化学学习中发现一些有探究价值的问题;能比较清楚地表述所发现的问题。【猜想与假设】能针对问题提出合理的猜想与假设;能依据已有的知识和经验对猜想和假设进行初步论证。【制订计划】通过老师的指导或小组讨论,提出活动方案,制订科学探究活动计划;根据具体问题设计化学实验方案,具有控制实验条件的意识。【进行实验】能积极参与化学实验;顺利完成实验操作;能在实验中做到观察与思考相结合。【搜集证据】学习运用多种方式对物质及其变化进行观察;对观察和测量的结果进行记录,能运用图表等形式加以表述;学会多种搜集证据的方法。【解释与结论】能对事实和证据进行简单加工与整理,判断证据与假设之间的关系;能依据一定的标准对物质及其变化进行简单的分类;对所获得的事实与证据进行归纳,得出正确的结论;认识知识之间的联系,形成合理的认知结构。【反思与评价】有对探究结果进行评价的意识;能对探究过程进行反思,提出具体的改进建议。【表达与交流】能用书面方式明确表述探究的过程和结果。
类型1 有关物质成分的探究
探究物质成分的实质就是物质的鉴别,可以根据物质的颜色、溶解性等物理性质进行区分。若不能通过物理性质区分,则从物质的反应现象进行判断,用化学方法判断物质的成分时要先排除其他物质的干扰。
典例 某“自加热食品”发热包的主要成分为生石灰、活性炭、铝粉、铁粉、碳酸钠和氯化钙,其使用说明如图1:
某化学兴趣小组对发热包进行了如下探究。
探究Ⅰ:发热包的发热原理
将发热包中固体倒入烧杯中,加入适量水,发生剧烈反应,水很快沸腾。反应结束后,烧杯底部有大量固体,继续加水搅拌,过滤、洗涤、干燥,得到固体混合物。
(1)发热包中的某成分与水反应放出大量的热,该反应的化学方程式是 。
探究Ⅱ:固体混合物的成分
查阅资料:单质铝既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应,并产生H2。
小组同学认为固体混合物的成分可能是活性炭、铝粉、铁粉、碳酸钙和氢氧化钙。为进一步探究其成分,小组同学设计并进行如下实验:
(2)取少量固体于试管中,加水振荡,静置,滴入几滴酚酞溶液,溶液变为红色,证明固体中含有 。
(3)另取少量固体于锥形瓶中,逐渐加入稀盐酸至不再产生气泡为止(如图2),反应停止后瓶底有黑色固体剩余,溶液呈浅绿色。
①反应停止后,瓶底的黑色固体为 ,判断依据是 。
②当观察到 现象,证明固体中含有CaCO3。
③证明固体中含有铁粉的现象是 。
(4)设计实验方案证明固体混合物中含有铝粉(可供选择的试剂:CuCl2溶液、稀盐酸、NaOH溶液)。
实验操作: ;
实验现象: ;
实验结论: 。
【解析】(1)发热包中的氧化钙与水反应生成氢氧化钙,放出大量的热,该反应的化学方程式是CaO+H2OCa(OH)2。(2)溶液变为红色,说明溶液显碱性,证明固体中含有氢氧化钙。(3)①发热包中的活性炭是黑色固体,不能和稀盐酸反应。②碳酸钙和稀盐酸反应生成氯化钙、二氧化碳和水,二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。③若溶液由无色变为浅绿色,则证明固体中含有铁粉,因为铁和稀盐酸反应生成的氯化亚铁在溶液中呈浅绿色。(4)实验步骤:取适量样品于试管中,加入足量氢氧化钠溶液;实验现象:固体部分溶解,产生气泡;实验结论:样品中含有铝。
【答案】 (1)CaO+H2OCa(OH)2
(2)氢氧化钙
(3)①活性炭 活性炭是黑色固体,且不与稀盐酸反应 ②澄清石灰水变浑浊 ③溶液由无色变为浅绿色
(4)取适量固体混合物于试管中,加入足量氢氧化钠溶液 固体部分溶解,产生气泡 固体混合物中含有铝粉
此类题目主要考查反应前后混合物的组成分析,解答时可根据质量守恒定律、题干信息和
所学知识对物质成分作出猜想,并利用各种物质的性质设计合适的实验方案,选取适当的试剂逐一验证,从而得出正确的结论。探究混合物的成分时应注意以下几点:
1.考虑物质的颜色、状态、溶解性等物理性质。
2.物质成分间是否发生反应(即能否共存),以及反应后生成的物质。
3.鉴别物质中某成分时选择的试剂对其他物质的鉴别是否产生干扰。
针对训练
1.学校在进行消防演练过程中,老师带领学生使用干粉灭火器进行模拟灭火演练。化学兴趣小组收集灭火后残留的白色固体,探究其成分(不考虑杂质的影响)。
【查阅资料】
①干粉灭火器的主要成分是碳酸氢钠。
②碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、水和二氧化碳;碳酸钠受热难分解。
③碳酸氢钠与氯化钙不发生反应。
【作出猜想】
猜想一:固体成分为碳酸钠;
猜想二:固体成分为碳酸氢钠;
猜想三:固体成分为 碳酸钠与碳酸氢钠 。
【实验验证】
操作
现象
结论
小明同学取少量白色固体于试管中,加水溶解,再滴入无色酚酞溶液
无色酚酞溶液变红
猜想一成立
【提出质疑】
小红认为小明得出的结论不准确,她知道碳酸氢钠在医疗上是治疗胃酸过多症的一种药剂,推测碳酸氢钠的水溶液可能显 碱 性,并通过实验得到了验证。
【实验探究】小明和小红继续实验:
步骤
现象
结论
1.取少量白色固体加热,将生成的气体通入澄清石灰水中
澄清石灰水变浑浊
固体中含有碳酸氢钠,写出石灰水变浑浊的化学方程式: CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O
2.另取少量的白色固体加水溶解,向所得溶液中滴入氯化钙溶液
有白色沉淀生成
总结论:猜想三成立
【拓展延伸】
师生通过讨论又设计了另一种实验方案(如图):关闭弹簧夹,将注射器内等体积、等质量分数的稀盐酸同时加入试管中,观察到甲、乙、丙的三支试管中均有气泡产生。
(1)丙试管中的m的数值为 0.5 。
(2)0.5 g碳酸钠与5%的稀盐酸完全反应,生成二氧化碳的质量为 0.2 g(结果精确到0.1)。
[附加题]
(3)关闭注射器活塞,关闭弹簧夹,待反应结束后(固体完全消失),打开弹簧夹,U形管两侧液面变化是 左侧液面降低,右侧液面升高 ,U形管右侧液面变化大小比较: 乙>丙>甲(或甲<丙<乙) ,进一步证明猜想三成立。
2.菱铁矿主要成分是碳酸亚铁(FeCO3),是一种分布广泛的矿物。某同学对碳酸亚铁和氧气充分反应后的固体成分进行了如下探究。
【查阅资料】
①FeCO3在空气中加热生成铁的氧化物和二氧化碳。
②FeO是一种黑色粉末,在空气中加热,能迅速被氧化成四氧化三铁。
③Fe3O4能与盐酸反应生成氯化亚铁、氯化铁和水。
④FeCl2能使高锰酸钾溶液褪色,而FeCl3不能使高锰酸钾溶液褪色。
⑤向FeCl3溶液中滴加KSCN溶液,溶液变红色;向FeCl2溶液中滴加KSCN溶液,溶液不变红色。
【猜想与假设】猜想1:固体成分是Fe2O3;
猜想2:固体成分是Fe3O4;
猜想3:固体成分是FeO。
【活动与探究】
利用如图装置进行实验(加热和固定装置已略去,装置气密性良好)。打开弹簧夹K,通入氧气,加热FeCO3。当瓶中产生的沉淀不再增加时,停止加热,继续通入氧气至玻璃管冷却。取玻璃管里的少量固体于试管中,滴加过量稀盐酸,微热,固体完全溶解。将所得溶液分成甲、乙两份进行实验。
实验编号
实验步骤
实验现象
a
向甲溶液中滴加KSCN溶液
溶液变红色
b
向乙溶液中滴加高锰酸钾溶液
高锰酸钾溶液不褪色
【解释与结论】
(1)碳酸亚铁(FeCO3)中铁元素的质量分数是 48.3% (结果精确到0.1%)。
(2)在实验前就可以判断猜想 3 不成立,因为 FeO在加热时,能迅速被氧化成四氧化三铁 。
(3)由实验a、b的现象可知,猜想 1 成立,则FeCO3与氧气在加热时反应的化学方程式为 4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2 。
(4)实验b的目的是 检验溶液中是否含有氯化亚铁 。
[附加题]
(5)该同学反思后发现,不做实验 A 也能得出相同的结论,理由是 氧化铁和四氧化三铁与盐酸反应后都能生成氯化铁,加入KSCN溶液后溶液都变红色,因此不做该实验也能得出相同结论 。
【拓展与应用】
(6)碳酸亚铁可作为补血剂,可由FeSO4溶液与过量的NH4HCO3溶液反应制取,反应时需要控制温度在35 ℃以下,其原因可能是 温度高于35 ℃时NH4HCO3容易分解 。
3.实验室有一包混有少量锌粉和碳粉的碳酸钙粉末,化学兴趣小组的同学对其产生了兴趣。为验证其组成,兴趣小组的同学按如图所示装置(部分承持装置已略去)进行了如下实验探究。
(1)将混合物置于锥形瓶中并加入足量的稀盐酸,充分反应后,在乙、丙两集气瓶中分别收集到两种气体。将乙瓶气体导入澄清石灰水,石灰水变浑浊;丙瓶的气体经验纯可以在空气中安静地燃烧。
①写出产生乙瓶所得气体的化学方程式: CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑ ,由此证明混合物中含有碳酸钙。
②写出产生丙瓶所得气体的化学方程式: Zn+2HClZnCl2+H2↑ ,由此证明混合物中含有锌。
(2)将甲处反应后的剩余物过滤、干燥并与氧化铜粉末高温加热,观察到黑色粉末逐渐变红。实验证明该混合物确实存在 C (填化学式)。
类型2 有关物质变质的探究
初中化学对于物质变质的探究主要涉及氧化钙、氢氧化钠和氢氧化钙三种物质,其变质后均生成相应的碳酸盐。此类问题主要针对氧化物、碱和碳酸盐的性质进行探究,用酸碱指示剂鉴别OH-前要排除某些呈碱性的盐溶液的干扰。
典例 化学老师交给某研究性学习小组一个任务:测定实验室里一瓶久置的NaOH固体是否变质。该小组的同学进行了如下实验探究:
【提出问题】
猜想Ⅰ:没变质,全部是 ;
猜想Ⅱ:部分变质,既含有NaOH又含有Na2CO3;
猜想Ⅲ:完全变质,全部是Na2CO3。
【查阅资料】
①已知信息:BaCl2+Na2CO32NaCl+BaCO3↓
②部分盐溶液在常温下的pH如下:
盐溶液
NaCl
Na2CO3
BaCl2
pH
等于7
大于7
等于7
【设计方案并进行实验】
请你与他们一起完成,并回答所给问题:
实验步骤
实验现象
实验结论
①称取上述氢氧化钠固体样品10.00 g溶于50 mL水配成溶液,向溶液中滴加氯化钡溶液至过量,充分反应,静置
说明久置固体中一定含有Na2CO3
②用 蘸取少量①中充分反应后的上层清液滴在一小块pH试纸上,与 比较,读出pH
pH=11
说明久置固体中还一定含有 (填化学式)
滴加过量BaCl2溶液的目的是 。
【实验结论】通过实验,说明上述猜想中 (填“猜想Ⅰ”“猜想Ⅱ”或“猜想Ⅲ”)是正确的。
【拓展】该小组同学为测定出该NaOH固体的变质程度,继续将上述白色沉淀过滤、洗净、干燥,称得其质量为9.85 g,则原试剂中NaOH的质量分数为 (假定试剂中无其他杂质,忽略实验损耗)。
【反思】久置氢氧化钠变质的原因是 (用化学方程式表示)。
【提升】能否通过取适量试剂溶于水,然后滴加酚酞的方法作出判断: (填“能”或“不能”),理由是 。
【解析】【提出问题】氢氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和水,若未变质,则固体为氢氧化钠;若部分变质,则固体为氢氧化钠和碳酸钠的混合物;若全部变质,则固体为碳酸钠。【设计方案并进行实验】①由实验结论可知,固体中含有碳酸钠,碳酸钠与氯化钡反应生成碳酸钡沉淀和氯化钠,可以看到有白色沉淀生成。②测定溶液pH的方法:用玻璃棒蘸取溶液,滴在pH试纸上,与标准比色卡对比读出数值。pH=11,说明溶液显碱性,因此固体中还含有氢氧化钠。测定溶液pH时,若存在碳酸钠溶液,会对氢氧化钠的检验产生干扰,所以加入足量氯化钡溶液的目的是除去碳酸钠。【实验结论】根据①和②可以得出固体中含有氢氧化钠和碳酸钠,即猜想Ⅱ成立。【拓展】设含有碳酸钠的质量为m,由化学方程式可知,Na2CO3~BaCO3,,m=5.3 g,则固体中氢氧化钠的质量为10 g-5.3 g=4.7 g,原试剂中氢氧化钠的质量分数为×100%=47%。【反思】氢氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和水,化学方程式为2NaOH+CO2Na2CO3+H2O。【提升】碳酸钠和氢氧化钠溶液都显碱性,都能使无色酚酞变红,无法判断物质组成。
【答案】 【提出问题】NaOH
【设计方案并进行实验】①有白色沉淀生成 ②玻璃棒 标准比色卡 NaOH 使碳酸钠完全反应,以防对氢氧化钠的检验产生干扰
【实验结论】猜想Ⅱ
【拓展】47%
【反思】2NaOH+CO2Na2CO3+H2O
【提升】不能 碳酸钠和氢氧化钠的溶液都能使无色酚酞溶液变红,无法确定组分
物质A变质通常是因为露置在空气中发生化学反应生成B,作出猜想时一般考虑没有变质、部分变质和全部变质三种情况。对于物质是否变质以及变质后物质成分的探究可分为以下几个步骤:
第一步:确定物质变质所发生反应的化学方程式;
第二步:进行猜想,从物质没有变质、部分变质和全部变质三个角度考虑,因此一般猜想有三种:①只有A(没有变质);②A和B(部分变质);③只有B(全部变质);
第三步:选取合适的试剂分别验证A和B是否存在,若需要用酸碱指示剂鉴别酸或碱时需注意排除某些呈酸性或碱性的盐溶液的干扰。
针对训练
1.某兴趣小组的同学对一包久置的生石灰(CaO)干燥剂产生了好奇,于是他们对这包干燥剂的成分展开了探究。
【提出问题】这包干燥剂是否变质,成分是什么?
【作出猜想】猜想一:全部是CaO;
猜想二:是CaO和Ca(OH)2的混合物;
猜想三:全部是Ca(OH)2;
猜想四:是Ca(OH)2和CaCO3的混合物。
【实验探究】(1)取部分该干燥剂于试管中,加水,无放热现象,说明干燥剂中不含 CaO 。
(2)继续向试管中滴加足量稀盐酸,有气泡出现,说明这包干燥剂中含有 CaCO3 。
(3)为了进一步确定这包干燥剂中有无其他成分,小组同学设计了以下两种方案。另取部分干燥剂于烧杯中,加水并搅拌,静置后取上层清液于2支试管中。请你参与实验,并填写表中的空白:
实验方案
方案一
方案二
实验操作
实验现象
溶液由无色变红色
澄清溶液变浑浊
写出方案二发生反应的化学方程式: Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O 。
【实验结论】通过以上实验探究,得出猜想 四 成立。
【拓展迁移】小组同学反思了生石灰干燥剂变质的原因,认识到实验室保存氧化钙应注意 密封保存 。
2.氢氧化钾是工业强碱之一,与氢氧化钠化学性质相似。一次化学实验后同学忘记盖瓶塞。化学兴趣小组同学想探究该瓶氢氧化钾固体是否变质。大家展开充分讨论,邀你参与。
【作出猜想】A.没有变质 B.部分变质 C.完全变质
(1)氢氧化钾在空气中变质的原因: 2KOH+CO2K2CO3+H2O (用化学方程式表示)。
【査阅资料】氯化钾溶液和氯化钙溶液呈中性。
(2)设计甲、乙两组实验方案并完成实验。取瓶中固体少许,加水溶解配成溶液,分装于两支洁净试管。
实验
方案
实验操作
实验现象
实验结论
甲
取一支试管,滴入无色酚酞试液,振荡
溶液变红色
猜想A
正确
乙
取另一支试管,滴入足量的氯化钙溶液,充分反应后再滴入几滴硫酸铵溶液
先有 白色沉淀 产生;再有 刺激性气味的气体 产生
猜想B
正确
(3)【相互交流】大家认为甲的方案不可信,请你说出理由: 碳酸钾溶液也显碱性,能使无色酚酞试液变红色 。写出滴入硫酸铵后发生的化学方程式: 2KOH+(NH4)2SO4K2SO4+2H2O+2NH3↑ 。
(4)如果猜想B是正确的,大家想继续探究该瓶氢氧化钾固体中KOH的质量分数。设计了下列实验,装置如图所示。
【操作步骤】①首先称量出饱和烧碱溶液(含仪器)的质量m1,再与前面装置连接。
②按正确方法检查装置气密性,气密性良好。
③关闭K2、打开K1和K3,挤压N2储气囊给装置充分充气。
④关闭K1、打开K2,滴入足量稀HCl,充分反应。
⑤关闭K2、打开K1,再次挤压N2储气囊,给装置充分充气。
⑥关闭K3,取下盛装烧碱的装置,称量质量为m2。
回答问题:
(Ⅰ)步骤③充入N2的目是 排出装置中的空气 。
(Ⅱ)浓硫酸的作用是 干燥二氧化碳 。
(Ⅲ)若不进行步骤⑤,KOH质量分数 偏大 (填“偏大”或“偏小”)。
类型3 有关影响化学反应速率因素的探究
本类型试题主要探究某些因素对反应快慢的影响。①影响过氧化氢分解制氧气快慢的主要因素:过氧化氢溶液的浓度、温度、有无催化剂、催化剂的种类以及催化剂颗粒大小等。②影响金属与酸反应快慢的主要因素:金属的种类、金属的纯度、金属颗粒的大小、酸的种类、酸的浓度、温度、有无催化剂等。一般会设置多组对照实验,解答时注意控制变量法的应用,然后通过反应过程的现象进行分析、比较、判断,最终得出实验结论等。
典例 化学实验室常用二氧化锰催化过氧化氢溶液分解的方法制取氧气。某兴趣小组的同学查阅资料发现,人体肝脏中的过氧化氢酶也能催化过氧化氢分解产生氧气和水,但其催化效果受温度影响大;FeCl3也能催化过氧化氢分解。为比较过氧化氢酶和FeCl3催化效率的高低,该同学在28 ℃环境下进行了如下探究:
(1)二氧化锰在过氧化氢溶液分解前后 和化学性质不变,设计实验证明化学性质不变: 。
(2)请你写出用FeCl3溶液催化过氧化氢溶液分解的化学方程式: 。
【提出问题】过氧化氢酶和FeCl3催化效率哪个更高?
(3)【猜想与假设】 。
【实验材料】适宜浓度的FeCl3溶液,适宜浓度的新鲜猪肝研磨液(含有过氧化氢酶),适宜浓度的过氧化氢溶液等。
【实验步骤】①取2支洁净的试管,编号为1、2,分别注入3 mL适宜浓度的过氧化氢溶液;
②向1号试管内滴入2滴适宜浓度的FeCl3溶液,向2号试管内 ;
③观察并记录两支试管产生气泡的情况。
【预测实验结果】请写出一种可能的实验结果: 。
(4)该组同学又完成了“探究温度对猪肝研磨液和FeCl3催化效率的影响”实验,实验结果如图1所示。图中代表猪肝研磨液催化效率的曲线是 (填“甲”或“乙”),判断的理由是 。
【拓展延伸】同学们在老师的指导下设计实验继续探究。向两支试管中分别加入等质量不同浓度的H2O2溶液,再加入等质量、等浓度的FeCl3溶液,分别用气压传感器测定两试管中气体压强的变化曲线,如图2、图3所示。请你思考:
(5)为保证实验的准确性,请你设计向两支试管中加入FeCl3溶液的具体方法: 。
(6)图3中前100 s压强变化不大的原因是 。
(7)请你从曲线中总结出FeCl3溶液对H2O2溶液分解影响的两条规律性结论: 、 。
【解析】(1)二氧化锰是催化剂,在过氧化氢溶液分解前后质量和化学性质均不变。反应后将二氧化锰过滤分离出来,洗涤、干燥后再加入盛有过氧化氢溶液的试管中,若立即观察到产生大量的气泡,说明二氧化锰的化学性质没有改变。(2)过氧化氢在FeCl3溶液作催化剂的条件下分解生成水和氧气,化学方程式为2H2O22H2O+O2↑。(3)【实验步骤】在对比实验中,要注意控制变量,应向第2支试管中滴加相同量的猪肝研磨液。(4)图中代表猪肝研磨液催化效率的曲线是乙,因为酶的活性受温度影响较大,在一定温度范围内,随着温度的升高,酶的活性增强;超过适宜的温度范围,酶的活性会随温度的升高而减弱。(5)向试管中加入FeCl3溶液,可以分别用注射器吸取等量、等浓度的FeCl3溶液同时注入两支试管中。(6)氯化铁溶液没有和过氧化氢溶液充分混合,过氧化氢分解速率较慢,故前100 s压强变化不大。(7)根据曲线可以看出,FeCl3溶液能加快H2O2溶液的分解;FeCl3溶液对浓度较大的H2O2溶液分解促进效果更好。
【答案】 (1)质量 将反应后的二氧化锰过滤分离出来,洗涤、干燥后再放入盛有过氧化氢溶液的试管中,若立即观察到产生大量的气泡,说明二氧化锰的化学性质没有发生改变
(2)2H2O22H2O+O2↑
(3)过氧化氢酶的催化效率更高
【实验步骤】滴入2滴适宜浓度的新鲜猪肝研磨液
【预测实验结果】2号试管内产生气泡的速度比1号试管快
(4)乙 酶的活性受温度影响较大,在一定温度范围内,随着温度的升高,酶的活性增强;超过适宜的温度范围,酶的活性会随温度的升高而减弱
(5)分别用注射器吸取等量、等浓度的FeCl3溶液同时注入两支试管中
(6)氯化铁溶液没有和过氧化氢溶液充分混合,过氧化氢分解速率较慢
(7)FeCl3溶液能加快H2O2溶液的分解 FeCl3溶液对浓度较大的H2O2溶液分解促进效果更好
影响化学反应速率的因素可分为内因和外因两种,内因包括反应物的种类、浓度与反应物间的接触面积,外因包括温度、催化剂(是否使用催化剂、催化剂的种类、质量、颗粒大小等),对于有气体参加的反应还得考虑气体压强。设计实验时,注意对照实验或控制变量法的使用,实验流程包括明确实验目的、选择实验药品和仪器、实验预测、设计实验方案、观察实验现象、得出实验结论这几个步骤。
针对训练
1.某兴趣小组发现铁钉生锈较慢,往往需要几天的时间,通过询问老师后得知氯化物可能会加快铁钉生锈的速度。
【提出问题】氯化物对铁钉生锈有怎样的影响?
【查阅资料】Ⅰ.NaCl、CaCl2、CuCl2等由氯离子与金属离子构成的盐属于氯化物。
Ⅱ.铜能与氧气加热发生反应,生成黑色的CuO。
Ⅲ.CuO能与稀硫酸发生反应:CuO+H2SO4CuSO4+H2O。
实验1:探究氯化物对铁钉生锈速度的影响
试管
编号
①
②
③
④
实验
现象
2天后铁
钉表面出
现红色固体
1天后铁钉
表面出现红
色固体
1天后铁钉
表面出现红
色固体
7分钟后铁钉表面出现红色固体,20分钟后试管底部出现红色沉淀
(1)对比实验①②③可以得到的结论是 氯化物能加快铁钉生锈的速度 。
(2)小组同学认为,试管④中的红色沉淀可能是铁锈,也可能是铜。他们认为红色沉淀可能是铜的理由是 CuCl2+FeFeCl2+Cu (用化学方程式解释)。
实验2:探究试管④中红色沉淀的物质组成
实验
步骤
实验操作
实验现象
Ⅰ
取出试管④中的铁钉,过滤剩余物,洗涤滤纸上的物质
固体为红色
Ⅱ
向试管中加入步骤Ⅰ所得红色固体,再加入足量试剂X
红色固体大部分溶解,溶液变为黄色
Ⅲ
将步骤Ⅱ所得混合物过滤,洗涤、干燥滤纸上的固体后,置于石棉网上充分加热
红色固体变黑
Ⅳ
向试管中加入步骤Ⅲ所得黑色固体,再加入足量稀硫酸
黑色固体全部溶解,溶液变为蓝色
(3)步骤Ⅱ中所加入的试剂X是 稀盐酸(或稀硫酸) 。
(4)步骤Ⅲ、Ⅳ的实验目的是 检验红色沉淀中是否含有铜 。
(5)由实验2可得出结论:试管④中红色沉淀的物质组成是 Cu和Fe2O3 。
(6)结合实验1、2的结论,对于“氯化物对铁钉生锈速度的影响”,小组同学提出了进一步的假设: 当氯化物能与铁钉反应时,可能铁钉生锈速度更快 。
2.某实验小组选择“探究铜和硫酸的反应”作为课题开展探究实验,下表是他们分别用相同质量的铜粉和足量硫酸反应的几组实验数据:
实验
编号
硫酸的质量分数/%
温度/℃
铜粉消失的时间/s
①
98
120
400
②
98
200
200
③
80
120
500
④
80
200
280
⑤
70
200
不消失
⑥
40
200
不消失
(1)实验①、②表明:该反应快慢与 温度 有关,其关系是 温度越高,化学反应速率越快 ;能表明硫酸浓度对反应快慢有影响的实验组合是 ①③(或②④) (填编号,写一组即可)。
(2)如果把实验①中硫酸的质量分数改为85%,请你推出铜粉消失时间(用t表示)的取值范围: 400 s
[附加题]
【拓展延伸】已知浓硫酸与铜粉加热时产生刺激性气体氧化物,同时溶液变蓝。如图是利用压强传感器测定浓硫酸与铜粉加热产生的气体与NaOH溶液发生喷泉实验的过程及压强变化曲线图。
(5)请写出铜粉与浓硫酸加热条件下发生反应的化学方程式: Cu+2H2SO4CuSO4+2H2O+SO2↑ 。
(6)实验过程:三颈烧瓶内装有收集满的气体,采集数据,用吸有NaOH溶液的胶头滴管塞紧颈口c,挤尽胶头滴管内的液体,然后打开阀门b,烧杯内的NaOH溶液喷到三颈烧瓶内形成喷泉,瓶内压强变化如图2所示。曲线CD段上升的原因是 液体喷到三颈烧瓶中填补了气体被反应后的压强差(合理即可) 。
3.某兴趣小组的同学在实验室用碳酸钙和稀盐酸进行二氧化碳制取的探究,请根据题意回答下列问题。
【提出问题】二氧化碳产生的快慢与哪些因素有关?
【作出猜想】猜想1:与稀盐酸的浓度有关;猜想2: 与碳酸钙颗粒大小有关 。
【实验和结论】(1)甲同学实验时用普通漏斗(如图1装置A),发现该装置不能用作制取二氧化碳的发生装置,于是他把装置A改装成装置B,则B中小试管的作用是 形成液封 。
(2)为了准确比较二氧化碳气体的产生速度,请列举一种判断反应快慢的方法: 测定收集相同体积二氧化碳气体需要的时间 。
(3)为了验证猜想2,乙同学按如图2所示装置进行实验,倾斜锥形瓶,使10 mL稀盐酸与固体充分接触,瓶内气压随时间的变化如图2曲线所示。则图中m数值为 1 ;图中d点对应的溶液中溶质为 CaCl2、HCl (填化学式);形成图像的两条曲线不是从原点开始的原因是 装置内原来就含有空气 ;乙同学实验的结论是 其他条件相同时,碳酸钙的颗粒越小,化学反应速率越快 。
4.理科实验操作考试中,小明同学在做铝和稀盐酸反应时无意中加入了几滴硫酸铜溶液,发现铝片表面产生气泡的速率明显加快,对此他产生了兴趣。
【提出问题】硫酸铜溶液是不是该反应的催化剂?硫酸铜溶液的体积对该实验有影响吗?
【设计并实验】室温下,小明将过量、表面积相同且已打磨过的铝片分别加入6份30 mL 10%的稀盐酸中,并在每份中加入不同体积的硫酸铜饱和溶液,记录获得相同体积氢气的时间,从而确定产生氢气的速率。
混合溶液编号
1
2
3
4
5
6
饱和硫酸铜溶液/mL
0
0.5
2.5
5
10
20
水/mL
20
19.5
17.5
V
10
0
(1)上述表格中V= 15 。
(2)写出铝和稀盐酸反应的化学方程式: 2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑ 。
(3)定量收集氢气可选用下图 C (填字母序号)装置。
【实验现象】随着硫酸铜溶液体积的增加,产生氢气的速率先加快后明显减慢,且铝片表面附着的红色物质逐渐增多。
【结论与解释】(4)随着硫酸铜溶液体积的增加,反应速率明显变慢的可能原因是 部分铝和硫酸铜溶液发生了置换反应 。
(5)根据实验现象,小明认为硫酸铜溶液不是此反应的催化剂,其原因是 硫酸铜和铝发生了反应 。
【实验反思】加快铝和稀盐酸反应速率还可以采取的措施是 升高温度(或增大盐酸浓度,合理即可) (写出一点)。
【实验拓展】根据上述实验,小明认为是盐中的金属离子影响了铝和稀盐酸的反应速率。为了研究不同金属离子对反应速率的影响,小明同学继续实验,取过量、表面积相同的铝片和30 mL 10%的稀盐酸混合后加入不同的盐溶液,实验现象如下(加号越多,代表反应速率越快)。
实验编号
1
2
3
4
5
加入试剂0.5 mL
水
5%的
NaCl
溶液
5%的
Mg(NO3)2
溶液
5%的
FeSO4
溶液
5%的
CuSO4
溶液
产生气
泡速率
+
+
+
++
+++
(6)上表中,用水进行实验的目的是 进行对照 。
(7)上述实验设计存在缺陷,该缺陷是 铝片表面未经打磨且所用盐溶液中的阴离子不同 ;改进实验后,仍符合上表中的实验现象,可得到的结论是① Na+、Mg2+对铝和稀盐酸的反应速率无影响 ;② Fe2+、Cu2+能加快铝和稀盐酸反应的速率,且Cu2+加快反应速率的效果更明显 。
类型4 有关“条件类”问题的探究
大多数化学反应都需要在一定条件下才能发生,如:①燃烧的条件:可燃物、达到着火点、与氧气接触。②铁锈蚀的条件:与氧气和水同时接触。此类试题通常设置对照实验,根据不同的反应现象判断发生反应的条件。对于有多因素的问题可以通过控制变量设计实验。
典例 某研究性学习小组将镁条放到盛有冷水(蒸馏水)的试管中,没有明显的现象,然后将试管放在酒精灯上加热,发现试管中有气泡产生。
【提出问题】加热时镁条与水发生反应吗?
【进行实验】
实验
实验操作
实验现象
实验结论
①
往盛有镁与水的试管中滴加1~2滴无色酚酞溶液,加热
溶液变红
有
生成
②
收集一小试管生成的气体,用燃着的小木条靠近
有氢气
生成
【讨论交流】
(1)加热时应该先将蒸馏水煮沸并迅速冷却,理由是 。
(2)写出镁与水反应的化学方程式: 。
(3)反思上述实验,对灭火方法的选择你有什么新的认识? 。
[附加题]
【实验拓展】向稀盐酸中加入足量的镁条,利用pH和温度传感仪测定pH、温度随时间变化的关系曲线如图所示。
资料:Mg(OH)2在常温下难溶于水,温度升高溶解度增大。
(4)甲图中A点与乙图中的 (填字母序号)点的反应时刻相对应。
(5)P点对应的物质中,主要成分是 (填化学式)。
【解析】【进行实验】①加入酚酞后溶液显红色,说明溶液显碱性,可知有氢氧化镁生成。②由结论可知,该反应生成了氢气,氢气为可燃性气体,可以被点燃,产生淡蓝色火焰。【讨论交流】(1)空气中的某些气体能溶于水,为了避免气体对实验产生影响,需要加热煮沸排出蒸馏水中的气体。(2)根据实验可知镁与水在加热条件下反应生成氢氧化镁和氢气,化学方程式为Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑。(3)镁可与水反应生成具有可燃性的氢气,若镁着火时用水灭火,不仅不能灭火,反而会使火势变大,因此不是所有火灾都可以用水扑灭。【实验拓展】(4)镁与盐酸反应生成氯化镁和氢气,随着盐酸被消耗,溶液pH增大,当盐酸被全部消耗完毕后,溶液pH为7;该反应属于放热反应,随着反应进行,温度会一直升高,当反应完毕时,温度达到最高,故图甲中的A点与图乙中的N点的反应时刻相对应。(5)当达到N点以后,温度较高,镁与水在加热条件下反应生成氢氧化镁和氢气,氢氧化镁显碱性,所以溶液pH>7,故P点对应的物质主要为镁与盐酸生成的氯化镁和镁与水反应生成的氢氧化镁。
【答案】 【进行实验】①氢氧化镁 ②气体燃烧,产生淡蓝色火焰
【讨论交流】(1)排出溶于水的气体
(2)Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
(3)有些物质着火不能用水扑灭
【实验拓展】(4)N
(5)MgCl2、Mg(OH)2
针对训练
1.“蓝瓶子”实验是一个有趣的化学振荡实验:盛有氢氧化钠、亚甲蓝(C16H18N3SCl)、葡萄糖混合液的试管,经振荡、静置后溶液颜色会出现反复变化(如图1)。某兴趣小组开展如下探究,回答下列问题。
(1)混合液中属于人类基本营养物质的有水和 葡萄糖 。
(2)小明对振荡后溶液变蓝的原因进行如下猜想:①溶液中溶入CO2;②溶液中溶入O2;③溶液中溶入 N2(合理即可) (填化学式)。
(3)小红利用图2装置,从A端吹入呼出的气体,混合液由无色变蓝色,由此 不能 (填“能”或“不能”)得出猜想①正确,原因是 人体呼出的气体中也含有氮气和氧气等 。
(4)为探究猜想②,利用图2装置设计实验方案: 从A端通入氧气,若溶液变蓝,则猜想②正确;若溶液不变蓝,则猜想②不正确 。
2.在老师的指导下,某化学兴趣小组利用下列装置进行了“可燃物燃烧的条件”的探究实验。
【实验目的】探究可燃物燃烧的条件。
【实验步骤】①将所需仪器按照装置图连接起来。
②打开K1和K2,向上拉动任意一支注射器的活塞。
③将实验所需药品加入对应的仪器中。
④将装有适量白磷的具支试管放入冷水中。
⑤打开K1,关闭K2,往装置甲中加入适量的双氧水,氧气进入具支试管中。
⑥关闭K1,打开K2,往装置乙中加入适量的盐酸,二氧化碳进入具支试管中。
⑦将装有适量白磷的具支试管放入80 ℃的热水中。
⑧打开K1,关闭K2,往装置甲中加入适量双氧水,氧气进入具支试管中。
⑨关闭K1,打开K2,往装置乙中加入适量的盐酸。
【问题解答】(1)实验步骤②的目的是 检查装置气密性 。
(2)装置乙中发生反应的化学方程式是 Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2↑ 。
(3)在实验步骤⑥中,表明具支试管中氧气已经排尽的实验现象是 烧杯中的澄清石灰水变浑浊 。
(4)能看到白磷燃烧起来的实验步骤是 ⑧ 。
【实验结论】可燃物燃烧必须同时满足两个条件:可燃物与氧气接触;温度达到可燃物的着火点。
3.在化学兴趣小组的活动中,老师让甲同学给大家表演了一个小魔术:“清水变牛奶,牛奶变雪碧”。A、B、C三种溶液分别是稀盐酸、氢氧化钙溶液、碳酸钠溶液中的某一种。
【实验活动】
【交流讨论】同学们根据新奇的现象展开了热烈的讨论。
乙同学:“清水变牛奶”就是无色溶液中产生白色浑浊。
丙同学:“牛奶变雪碧”就是白色浑浊消失,溶液中产生大量的气泡。
大家都点头认同。
【提出问题】甲同学:A、B、C分别是什么?为什么能出现上述现象呢?
【解释结论】丁同学:根据步骤2的现象可确定C为 稀盐酸 (填物质名称)。
戊同学:产生步骤1现象的原因是 Na2CO3+Ca(OH)2CaCO3↓+2NaOH (用化学方程式表示),但还无法确定A、B各是什么。
【实验证明】己同学:另取A于试管中,把C滴加至A中,观察到的现象如图2所示,因此他断定A是 Na2CO3 (填化学式)溶液,同时也确定了B。
【深入交流】甲同学:步骤1加入B时,溶液中C的数目变化趋势曲线应该是 B (如图3,填“a”或“b”)。
【总结归纳】上述实验活动涉及的这类化学反应,只有当两种化合物互相交换成分, 生成物中有沉淀或气体或水生成 时,复分解反应才可以发生,除此之外还可能生成 可溶的化合物 ,且反应前后没有 化合价的改变 (答一点即可)。
小组活动结束,老师为同学们的探究意识和探究能力点赞。
4.某兴趣小组同学发现镁条在空气中久置表面会变灰黑。为了探究镁条变灰黑的原因,他们进行了如下探究,请你根据题意回答问题。
【提出问题】空气中什么物质使镁条久置表面变灰黑?
【猜想假设】甲同学认为是氧气;
乙同学认为是二氧化碳;
丙同学认为是水蒸气;
丁同学认为是氧气、二氧化碳、水蒸气都需要。
【进行实验】小组为了验证猜想,做了以下实验(每组镁条长度为3 cm,试管容积为20 mL)。
【实验现象】实验⑥中的镁条久置变灰黑,其他组实验均无明显变化。
【解释与结论】
(1)根据现象,丁同学认为①~⑥中多余的实验设计是 ①②③ 。
(2)得出“镁条变灰黑一定与CO2有关”的结论,依据的两个实验是 ⑤⑥ 。
(3)大家在老师的帮助下得出结论:丁同学猜想是正确的。但是甲同学认为要得出丁同学猜想是正确的,需要补充一个实验,即 取相同试管,充入干燥的二氧化碳和氧气,加入等长度的打磨光亮的镁条,观察是否变灰黑 。
(4)在猜想与假设时,同学们认为镁条变灰黑与N2无关,其理由是 氮气常温下化学性质稳定 。
(5)经过老师指导,同学们得知镁条在空气中变灰黑,是因为与这三种物质反应生成了碱式碳酸镁[Mg2(OH)2CO3],请写出该反应的化学方程式: 2Mg+CO2+H2O+O2Mg2(OH)2CO3 。
类型5 有关金属化学性质的探究
初中化学对于金属化学性质的探究通常考查金属与氧气、酸、可溶性盐的反应及金属活动性顺序。该类试题的设置一般给定情境,考查考生的归纳、猜想、判断能力。此类题目要求考生熟知常见金属反应的化学方程式、反应现象。解决金属活动性相关试题可以采用间接比较法和直接比较法。
典例 兴趣小组同学在做金属化学性质实验时,发现铜片与不同浓度的硫酸溶液接触时现象不相同,如图,请你与他们一起探究(所用铜片大小、种类相同,溶液均为硫酸溶液)。
【实验现象】①②③④无明显现象;⑤铜片溶解,溶液变蓝并生成有刺激性气味的气体。
(1)以上实验中,欲得出“升高温度可使铜与硫酸反应”需对比的实验是 (填实验序号)。
【提出问题】刺激性气体是什么?
【查阅资料】HCl、NH3、SO2均有刺激性气味且污染空气;SO2化学性质与CO2相似,但SO2具有漂白性,能使红色的品红溶液褪色,HCl、NH3不行。
【猜想假设】甲同学:HCl;乙同学:NH3;丙同学:H2;丁同学: 。
【实验与结论】(2)大家认为甲、乙同学的猜想不合理,理由是 。丙同学的猜想不合理,理由是 。
(3)丁同学设计如图实验,将生成的气体通入A、B装置。
A中观察到的现象是紫色石蕊溶液变红;B中观察到的现象是 。结论:丁同学猜想正确。
【反思评价】(4)同学们认为丁同学实验有不足之处,请你改进: 。
[附加题]
【拓展延伸】(5)根据结论,写出实验⑤的化学方程式: 。
(6)实验⑤反应停止后,所得溶液里 (填“有”或“没有”)溶质硫酸,理由是
。
【解析】(1)要想得出“升高温度可使铜与硫酸反应”需要注意控制温度为唯一变量,应对比实验③和⑤。【猜想假设】该反应的反应物是铜和浓硫酸,由质量守恒定律可推知,该刺激性气体可能是SO2。(2)由质量守恒定律可知,化学反应前后元素的种类不变,反应物中没有氮元素与氯元素,该气体不可能是氨气或氯化氢气体。氢气没有气味,丙同学的猜想也不合理。(3)由题意可知,丁同学猜想正确,则该气体是SO2,SO2具有漂白性,能使红色的品红溶液褪色。(4)SO2是一种有毒气体,不能直接排放到空气中,否则会造成空气污染,故应在B装置的后面增加盛有氢氧化钠溶液的装置或用气囊回收过量的有害气体。(5)铜和浓硫酸在加热的条件下反应生成硫酸铜、水和二氧化硫气体,化学方程式为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+2H2O+SO2↑。
【答案】 (1)③⑤
【猜想假设】SO2
【实验与结论】(2)不遵循质量守恒定律(或反应前没有氮元素与氯元素) 氢气没有气味
(3)品红溶液褪色
(4)在B装置后增加盛有氢氧化钠溶液的装置(或用气囊回收过量的有害气体)
(5)Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+2H2O+SO2↑
(6)有 由实验④可知,硫酸的浓度为50%时就不能与铜继续反应,所以停止反应后溶液中仍含有溶质硫酸
金属的化学性质一般包括金属与氧气、酸、可溶性盐等物质的反应以及金属活动性。进行实验时需注意以下几点:
1.实验前金属必须经过打磨;
2.做金属与酸的反应时一般用稀盐酸或稀硫酸,不用浓盐酸、浓硫酸或硝酸;
3.金属与盐溶液的反应,盐必须可溶于水;
4.并不是所有排在前面的金属都能把排在其后面的金属从盐溶液中置换出来,如钾、钙、钠;
5.在比较金属活动性时需要注意控制变量法的应用,如酸溶液的温度、浓度、体积和金属的形状、表面积等需保持一致。
针对训练
1.某班学生在老师指导下探究铁与水蒸气的反应。
(1)按图甲装好药品、连好装置(夹持仪器已略去)。其中A装置的作用是 提供水蒸气 。
(2)加热一段时间后,灰色铁粉逐渐变黑,吹泡器连续吹出气泡,且气泡向上飞起;用燃着的木条靠近气泡,能产生爆鸣声。该气体燃烧的化学方程式是 2H2+O22H2O 。
(3)同学们讨论后认为铁与水蒸气反应生成的固体是铁的一种氧化物,玻璃管内的黑色固体中还可能含有过量的铁。
【查阅资料】铁有三种氧化物,FeO(黑色、无磁性)、Fe2O3(红棕色、无磁性)、Fe3O4(黑色、有磁性);铁的三种氧化物都不与硫酸铜溶液反应。
【实验探究】
实验步骤
实验现象
实验结论
①倒出玻璃管中的黑色固体,平铺于白纸上
黑色固体不变色
黑色固体中一定没有 氧化亚铁和氧化铁 (填物质名称,下同)
②取上述黑色固体少许,装入试管,加入足量硫酸铜溶液
黑色固体部分溶解 ,有红色固体出现
黑色固体中一定含有 铁
③过滤第②步的产物,将所得固体干燥,用磁铁接触该固体
固体可以被磁铁吸起
黑色固体中一定含有 四氧化三铁
【探究结论】铁与水蒸气发生置换反应,有关的化学方程式是 3Fe+4H2OFe3O4+4H2 。
【拓展创新】同学们利用微型仪器“长柄V形玻璃管”改进了图甲装置,设计出图乙装置,并分别选用湿棉布、湿粉笔、芦荟叶、氢氧化铜等作为供水剂,实验都获得成功。
①与甲装置相比,乙装置有很多优点,请你写出一条: 装置简单(或节约药品,合理即可) 。
②用化学方程式解释氢氧化铜供水的原理: Cu(OH)2CuO+H2O 。
2.某探究小组为了探究镁、铝、铜的金属活动性强弱,设计了以下实验探究方案。
【实验探究1】将大小一样且均未打磨的镁、铝、铜片分别放入等质量的溶质质量分数相同的稀盐酸中。
【实验现象】镁片表面很快产生大量气泡,铝片表面过一段时间后才产生较少气泡,铜不反应。
【结论】镁、铝、铜的金属活动性由强到弱的顺序为 Mg>Al>Cu (用化学式表示)。
(1)一段时间后,铝片表面才产生较少气泡的原因是 Al2O3+6HCl2AlCl3+3H2O (用化学方程式表示)。
(2)有同学提出疑问:镁、铝、铜片均未打磨,会影响反应现象,那么镁、铝、铜片有必要打磨吗? 有 ,打磨的目的是 除去金属表面的氧化物 。
【实验探究2】取打磨过的镁片、铝片分别插入盛有硫酸铜溶液的试管中。镁片、铝片表面都有红色疏松的物质析出,硫酸铜溶液颜色变浅,据此可以探究出三者的金属活动性强弱。
(3)写出铝与硫酸铜溶液反应的化学方程式: 2Al+3CuSO4Al2(SO4)3+3Cu 。
[附加题]
【拓展探究】细心的同学发现,将打磨过的镁片插入硫酸铜溶液中时,镁片表面除了有红色疏松的物质析出,还有气泡产生,为什么会有气泡产生呢?
【查阅资料】在硫酸铜溶液中,由于铜离子的水解作用,溶液显酸性,硫酸铜溶液的浓度越大,铜离子的水解作用越强。
(4)写出镁片与硫酸铜溶液反应产生气泡的化学方程式: Mg+H2SO4MgSO4+H2↑ 。
(5)设计实验探究硫酸铜溶液的浓度与铜离子的水解作用的关系: 取等质量的溶质质量分数分别为5%和10%的硫酸铜溶液于试管中,分别加入打磨过的质量、表面积均相同的金属镁片,观察镁片表面产生气泡的速率 。
3.如图所示,“铝热反应”指铝和氧化铁的反应:2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe,常用于焊接铁轨。过程为引燃镁条,漏斗内物质熔化,大量熔融物落下焊接。
(1)氧化铁和铝粉都用粉末状的,目的是 增大反应物之间的接触面积,使反应更快、更充分 。
(2)某学习兴趣小组对所得熔融物的成分进行了探究。
【查阅资料】①铝能和氢氧化钠溶液反应产生偏铝酸钠(NaAlO2)和氢气。
②铁可以被磁铁吸引,铝不能被磁铁吸引。
【猜想假设】同学们猜测铝热反应所得到的熔融物中的金属:假设一:铁;假设二:铁和铝的混合物。
(3)【进行实验】同学们设计以下实验方案验证猜想。
实验步骤
实验现象
实验结论
取少量冷却后的熔融物于石棉网上,用磁铁吸引
熔融物能够被吸引
假设二
正确
取少量冷却后的熔融物于试管中,加入 NaOH溶液
熔融物部分溶解,有气泡产生
请写出铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式: 2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑ 。
类型6 有关酸、碱、盐性质的探究
安徽省中考主要考查酸、碱及碳酸盐的化学性质。解答此类问题的关键是熟悉常见物质之间的反应现象、常见物质的性质,并能推测同类物质的性质,以及熟知验证无明显现象的反应的方法:指示剂法、pH值法、温度变化、压强变化等。
典例 学习了酸、碱、盐的相关知识后,某兴趣小组同学在老师的指导下开展了以下探究活动。
实验一:验证酸、碱、盐之间能发生化学反应。
【进行实验】为了验证硫酸与碳酸钠能发生化学反应,小明做了如图1所示实验,观察到试管中的现象为 ,则证明两种物质发生了化学反应,该反应的化学方程式为 。
【设计实验】为了验证硫酸与氢氧化钠能发生化学反应,小刚设计了如下实验方案。
实验操作
预期实验现象
实验结论
步骤一:将氢氧化钠溶液滴入稀硫酸中并振荡
溶液呈无色
硫酸与氢氧化钠能发生化学反应
步骤二:向步骤一所得无色溶液中滴加几滴酚酞溶液
溶液呈无色
请你评价小刚设计的实验方案是否可行,并说明理由:
。
【反思提高】证明无色溶液之间能发生化学反应的方法有很多,请你举出一个通过生成沉淀来证明发生化学反应的实例: (只要求写出两种反应物)。
实验二:利用酸、碱溶于水放热的性质探究燃烧条件。
【进行实验】如图2所示,实验过程中,观察到滴水之前白磷不燃烧,滴水之后白磷燃烧。由此可推出可燃物燃烧需要的条件之一是 。写出白磷燃烧的化学方程式: 。
【拓展延伸】有同学想利用图2装置,并且将部分药品进行更换(如图3所示),也来探究燃烧条件,你认为此实验方案是否可行并说明理由:
。
【解析】实验一:【进行实验】硫酸与碳酸钠反应生成硫酸钠、水和二氧化碳,能观察到有气泡产生,化学方程式为Na2CO3+H2SO4Na2SO4+H2O+CO2↑。【设计实验】由于氢氧化钠溶液显碱性,加入酚酞后溶液呈红色,但是向稀硫酸中加入氢氧化钠后,再加入酚酞,溶液呈无色,说明溶液中不再含氢氧化钠,从而验证氢氧化钠与硫酸能发生化学反应。【反思提高】碳酸钠与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠,可以通过产生沉淀证明发生了化学反应。实验二:【进行实验】氢氧化钠溶于水中会放出大量热,使温度升高,从而达到白磷的着火点使其燃烧。磷与氧气在点燃条件下反应生成五氧化二磷,化学方程式为4P+5O22P2O5。【拓展延伸】浓硫酸溶于水会形成稀硫酸,稀硫酸可与铁反应生成硫酸亚铁和氢气,而氢气属于易燃易爆气体,遇明火易发生爆炸。
【答案】 实验一:【进行实验】产生气泡 Na2CO3+H2SO4Na2SO4+H2O+CO2↑
【设计实验】此方案可行,滴加酚酞溶液后溶液仍然为无色,说明溶液中氢氧化钠消失了,进而说明氢氧化钠与硫酸发生了化学反应
【反思提高】碳酸钠溶液、氢氧化钙溶液
实验二:【进行实验】温度达到可燃物的着火点 4P+5O22P2O5
【拓展延伸】不可行,因为浓硫酸稀释后会与铁槽发生反应产生H2,可能发生爆炸
酸、碱、盐这几类物质能够相互发生反应,且有的反应现象十分明显,如生成气体或沉淀,有的却几乎观察不到变化。解答此类问题需要掌握各类物质的性质及不同物质反应的实验现象,以此来判断反应是否发生以及是何种反应物。
针对训练
1.某化学兴趣小组为探究碱和盐的化学性质,进行了如图1所示的实验(忽略空气中CO2对本实验的影响)。请你参与并完成相关内容。
【查阅资料】碳酸钡难溶于水。
(1)步骤一:关闭K,向下缓慢推动注射器活塞并轻轻振荡锥形瓶,使二氧化碳全部进入锥形瓶,并与m g溶质质量分数为10%的NaOH溶液恰好完全反应转化为碳酸钠,轻轻振荡锥形瓶的目的是 增大反应物接触面积,使氢氧化钠溶液与二氧化碳充分反应 。
步骤二:打开K,向上缓慢拉动注射器活塞,观察到乙中溶液进入甲。
(2)上述实验过程中,甲中溶质总质量变化情况如图2所示,B点对应的溶质总质量为 +0.1 m) (用含m的代数式表示,可以不化简)g,BC段反应的化学方程式为 Na2CO3+Ba(OH)2BaCO3↓+2NaOH ,BC段溶质总质量下降的原因是 加入的氢氧化钡溶液与碳酸钠溶液反应生成沉淀,每171份质量的氢氧化钡,生成197份质量的碳酸钡沉淀,溶质质量减少26份 。
(3)步骤一和步骤二结束后,将甲和乙中的物质全部转移到烧杯中,搅拌后过滤,得到白色沉淀和滤液。结合图2中C点的值确定滤液中溶质的成分为 NaOH、Ba(OH)2 (填化学式)。
2.某化学课堂围绕“酸碱中和反应”,将学生分成若干小组开展探究活动,请你和他们一起完成以下实验探究。
【提出问题】将一定量稀盐酸加入盛有氢氧化钙溶液的小烧杯中,实验中未观察到明显现象,部分同学产生了疑问:反应后溶液中溶质的成分是什么?
【查阅资料】CaCl2溶液显中性。
【猜想与假设】针对疑问,甲组同学猜想如下:
猜想Ⅰ:只有CaCl2;猜想Ⅱ:有 CaCl2和HCl ;猜想Ⅲ:有CaCl2和Ca(OH)2;猜想Ⅳ:有CaCl2、HCl和Ca(OH)2。
乙组同学对以上猜想提出质疑,认为猜想Ⅳ不合理,其理由是 Ca(OH)2+2HClCaCl2+2H2O (用化学方程式解释)。
【实验探究】为了验证其余猜想,各小组进行了下列三个方案的探究。
实验
方案
滴加紫色
石蕊溶液
通入CO2
滴加Na2CO3
溶液
实验
操作
实验
现象
溶液变为蓝色
产生白色沉淀
产生白色沉淀
实验
结论
溶液中含有Ca(OH)2
溶液中含有Ca(OH)2
溶液中含有Ca(OH)2
【得出结论】通过探究,全班同学一致确定猜想Ⅲ是正确的。
【评价反思】(1)丙组同学认为滴加Na2CO3溶液产生白色沉淀,并不能证明溶液中一定含有Ca(OH)2,请你帮助他们说明原因: 碳酸钠和氯化钙反应也能产生白色沉淀 。
(2)在分析反应后所得溶液中溶质的成分时,除了考虑生成物外,还需要考虑 反应物是否过量 。
【反思交流】(3)某同学在进行酸碱中和滴定实验时,测得溶液的pH变化如图所示,请回答下列问题:
①由图可知,在c点处溶液中溶质是 HCl和CaCl2 。
②若要使c点对应的溶液变成b点对应的溶液,需要除去杂质,其中的一种方法是向烧杯中加入过量的 碳酸钙 (填物质名称),然后过滤,除杂。
3.某校九年级“我们爱化学”活动小组的同学,在老师的指导下对稀硝酸的性质进行了实验探究。
【实验设计】(1)将紫色石蕊溶液滴入稀硝酸中,预计紫色石蕊溶液由紫色变为 红 色;(2)将铜片加入稀硝酸中,观察现象。
【实验验证】同学们按上述设计进行了实验,却发现紫色石蕊溶液变色后一会儿即褪去,铜片投入稀硝酸后,有气泡冒出,产生无色气体X,无色气体X遇空气变成红棕色有刺激性气味的气体。
【提出问题】(1)紫色石蕊溶液变色后为何会褪色?(2)上述产生的无色气体X是什么?硝酸具有哪些特性?
【查阅资料】Ⅰ.硝酸具有强氧化性,可与Cu、Zn等多种金属反应生成相应的硝酸盐,但不会生成H2。
Ⅱ.某些气态含氮物质的物理性质如下表所示:
物质
N2
NH3
NO
NO2
颜色
无色
无色
无色
红棕色
溶解性
不溶于水
极易溶于水
不溶于水
可溶于水
【猜想与分析】(1)小强同学认为紫色石蕊溶液变色后又褪色是由于试管不干净,含有其他杂质造成的,要证明小强的观点,应进行的操作是 换一支干净的试管重新进行实验 。
(2)大家一致认为红棕色气体是NO2,但对于无色气体X及变化的原因有不同的观点。
①小华同学认为气体X是N2,但遭到大家的一致反对,理由是 氮气常温下化学性质稳定,不会与空气中的成分反应产生红棕色气体 。
②小明同学认为气体X是NH3,也遭到大家的一致反对,理由是 氨气极易溶于水且可与酸反应,生成铵盐,不会逸出 。
③经讨论,最终大家获得了气体X是NO的共识。NO遇到空气中的氧气生成NO2的化学方程式为 2NO+O22NO2 。
【表达交流】根据探究结果,请分析稀盐酸和铜不反应而稀硝酸却能与铜反应的原因: 硝酸具有强氧化性 。
[附加题]
【反思拓展】(1)活动小组的同学对硝酸能与Zn反应很感兴趣,便取了一小块锌片投入稀硝酸中,发现锌片溶解,也出现上述Cu与稀硝酸反应的类似现象,确定生成了NO,并在老师的帮助下,测出恰好反应时Zn和HNO3的质量比为65∶168,由此获得了Zn与稀硝酸反应的化学方程式为 3Zn+8HNO33Zn(NO3)2+2NO↑+4H2O 。
(2)活动小组的同学在老师的帮助下获得了一定质量分数的硝酸和锌反应对应的产物:质量分数为1%时生成NH4NO3;质量分数为15%时生成N2O;质量分数为50%时生成NO;质量分数为80%时生成NO2。由此可以得到的规律是 随着硝酸浓度增大,其氧化性增强 。
(3)将铜片加入足量的浓硝酸中,发现反应后所得溶液呈绿色。活动小组的同学查阅资料得知,这是由于生成的红棕色NO2溶解在溶液中引起的,请设计一个简单的实验证明: 取适量该溶液于试管内,加热,观察到有红棕色气体产生,溶液变为蓝色,说明溶液呈绿色是由生成的红棕色NO2溶解在溶液中引起的 。
4.如图是两个实验小组分别进行“加热硫酸铜和氢氧化钠溶液反应后的生成物”的实验过程示意图:
【甲组】氢氧化钠与硫酸铜反应的化学方程式为 2NaOH+CuSO4Na2SO4+Cu(OH)2↓ ,加热后产生黑色的氧化铜。
【乙组】为寻找实验中没有产生氧化铜的原因,他们进行了以下实验探究。
【查阅资料】在酸性条件下,氢氧化钠与硫酸铜在溶液中可发生如下反应:6NaOH+4CuSO43Na2SO4+Cu4(OH)6SO4↓,生成的碱式硫酸铜是不溶于水的蓝白色固体,加热不易发生分解。
【提出猜想】根据资料分析,同学们针对试管中溶液呈酸性的原因提出以下猜想:
猜想Ⅰ:硫酸铜溶液呈酸性。
猜想Ⅱ:生成的硫酸钠使溶液呈酸性。
【实验与结论】实验①:用pH试纸测定硫酸铜溶液的酸碱度,得出其pH < 7(填“>”“<”或“=”),说明硫酸铜溶液呈酸性,猜想Ⅰ成立。
实验②:向盛有硫酸钠溶液的试管中逐滴加入石蕊溶液,观察到溶液显紫色,说明硫酸钠溶液呈 中 (填“酸”“碱”或“中”)性,猜想Ⅱ不成立。
【交流与反思】(1)甲组同学认真分析乙组实验后,一致认为不需要通过实验就能判断猜想Ⅱ不成立,理由是 甲组实验也生成了Na2SO4,若其溶液显酸性,则在此条件下氢氧化钠与硫酸铜反应也会生成蓝白色沉淀 。
(2)在化学反应中,相同的反应物因质量比不同可能会导致生成物不同,请另举一例: 碳与氧气(合理即可) (写出反应物即可)。
5.兴趣小组的同学对碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠的某些性质进行相关探究。
【提出问题】三种溶液的酸碱性及与酸反应时溶液的pH如何变化?
【实验探究1】向等体积、等浓度的碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠溶液中分别加入几滴紫甘蓝汁液,同时用蒸馏水进行对比实验,观察并记录现象。
液体名称
蒸馏水
碳酸氢钠
溶液
碳酸钠
溶液
氢氧化钠
溶液
紫甘蓝汁液
显示的颜色
蓝紫色
蓝色
绿色
黄色
【查阅资料】
pH
7.5~9
10~11.9
12~14
紫甘蓝汁液显示的颜色
蓝色
绿色
黄色
【得出结论1】三种溶液的碱性由强到弱的顺序为 氢氧化钠溶液>碳酸钠溶液>碳酸氢钠溶液 。
【实验探究2】甲同学向烧杯中加入约5 mL稀氢氧化钠溶液,滴入几滴酚酞溶液,此时溶液由 无 色变为 红 色。向其中加入稀盐酸,该反应的化学方程式为 NaOH+HClNaCl+H2O 。
乙同学向一定体积、一定浓度的氢氧化钠溶液中,逐滴加入一定浓度的盐酸,得到pH的变化与时间的关系如图1所示。
【得出结论2】从微观角度分析,该反应的实质是 氢离子和氢氧根离子结合生成水分子 。
【实验探究3】向等体积、含等碳原子数的碳酸氢钠和碳酸钠溶液中分别逐滴加入一定浓度的盐酸,得到pH的变化与时间的关系如图2、图3所示。
【交流与反思】b点的溶质为 NaCl、HCl (写化学式,下同),将图2和图3中的阴影部分进行叠加,发现两者基本重合,c点的溶质为 NaCl、NaHCO3 。
【得出结论3】通过上述分析,碳酸钠和盐酸的反应过程,可以依次用以下两个化学方程式表示: Na2CO3+HClNaCl+NaHCO3 、 NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2↑ 。
【结论与反思】探究溶液的酸碱性及反应pH的变化,可以认识反应的原理及进行的过程。
类型7 有关实验异常现象的探究
化学实验中可能会出现与所探究目的不一样的现象。此类题目一般考查导致异常现象的因素或异常现象的结果。解决此类问题要根据已有知识建立合理的猜想,假设所有符合实际的可能因素或结果,并设计实验进行验证。
典例 某研究性学习小组在验证“碱使酚酞试液变红”的实验时,发现一个意外现象:将酚酞试液滴入某NaOH溶液中,溶液变成了红色,可是过一会儿红色却消失了。
【提出问题】是什么原因导致滴有酚酞的NaOH溶液由红色褪为无色?
【猜想与假设】他们分别对这种意外现象作出如下猜想:
甲同学:可能是酚酞与O2发生了反应;
乙同学:可能是NaOH溶液与空气中的CO2发生了反应;
丙同学:可能与NaOH溶液浓度大小有关;
你认为可能还与 有关(写一条即可)。
【设计实验】三位同学分别设计实验验证自己的猜想:
(1)甲同学设计了如下实验,请你填写下表。
实验步骤
设计这一步
骤的目的
实验现象
实验结论
1.将NaOH溶液加热煮沸
溶液变红,过一会儿红色消失
甲同学猜想 (填“正确”或“不正确”)
2.向冷却后的溶液中滴入酚酞,并滴一些植物油在其上方
(2)乙同学设计如图1装置进行实验,一段时间后,试管中溶液的红色褪去,于是认定自己的猜想正确。请写出CO2与NaOH溶液反应的化学方程式: 。甲同学认为乙同学的实验不够严谨,理由是 。
(3)丙同学使用了色度传感器测溶液的颜色。他在a、b、c三个比色皿中分别加入等量5%、10%、20%的NaOH溶液,然后各滴加2滴酚酞试液。溶液颜色的变化曲线如图2[说明:溶液无色时色度值(透过率)为100%]。请你观察图2回答问题。
①写出两条规律性结论: ; 。
②推测5%的NaOH溶液滴加2滴酚酞试液后褪为无色的时间约为 (填字母序号)。
A.小于30 s B.30~90 s C.90~140 s
D.140~180 s E.180~280 s F.大于280 s
【解析】【猜想与假设】除了题中猜想外,还可考虑滴入酚酞溶液的多少、滴入酚酞溶液的浓度大小以及氢氧化钠溶液中含有的杂质等因素。【设计实验】(1)将NaOH溶液加热煮沸是为了除去氢氧化钠溶液中溶解的氧气;向冷却后的溶液中滴入酚酞,并滴一些植物油在其上方能隔绝氧气。由实验现象可知,甲同学猜想不正确。(2)CO2与NaOH反应生成碳酸钠和水,化学方程式为2NaOH+CO2Na2CO3+H2O;二氧化碳中可能混有氯化氢气体,氢氧化钠会与氯化氢发生反应,试管中溶液的红色也能褪去。(3)由题图2可以得出:氢氧化钠溶液的浓度越大,酚酞试液变红后褪色越快;氢氧化钠溶液的浓度越大,起始颜色越深。由题图2可看出,5%的NaOH溶液滴加2滴酚酞试液后140 s内色度从85%升高至约92%,那么从92%升高至100%,所需时间要大于140 s。
【答案】 【猜想与假设】滴入酚酞溶液的多少(或滴入酚酞溶液的浓度大小、氢氧化钠溶液中含有杂质等,合理即可)
【设计实验】(1)除去氢氧化钠溶液中溶解的氧气 隔绝氧气 不正确
(2)2NaOH+CO2Na2CO3+H2O 若制取的二氧化碳气体中混有氯化氢气体,试管中溶液的红色也能褪去
(3)①氢氧化钠溶液的浓度越大,酚酞试液变红后褪色越快 氢氧化钠溶液的浓度越大,起始颜色越深 ②F
探究实验中产生异常现象的原因可从以下角度分析:
1.反应物
2.生成物
3.反应条件
4.反应伴随现象:主要是热现象
5.环境:周围环境的差异(温度、物质等)、环境中某些物质是否参与了反应
针对训练
1.在一支试管中放入一小段镁条(已打磨除去氧化膜),再向试管中加入一定量的盐酸,镁条表面有 气泡 产生,反应的化学方程式是 Mg+2HClMgCl2+H2↑ 。
【发现问题】为了再次观察上述反应现象,小林同学用较长的镁条重做上述实验,但发现了异常现象,试管中出现了白色沉淀。
【实验验证1】小林同学针对两次实验的不同结果,设计对比实验方案,探究出现异常现象的原因。
试管(盛有同体积、同浓度的盐酸)
①
②
③
④
镁条长度/cm
1
2
3
4
相同的实验现象(省略题干现象)
快速反应,试管发热,镁条全部消失
沉淀量差异(恢复至20 ℃)
无
少量
较多
很多
【得出结论】镁条与盐酸反应产生白色沉淀与 镁条长度 有关。
【追问】白色沉淀是什么物质?
【查阅资料】①20 ℃时,100 g水中最多能溶解氯化镁54.8 g;
②镁能与热水反应产生一种碱和氢气;
③氯化银既不溶于水也不溶于稀硝酸。
【作出猜想】猜想一:镁;
猜想二:氯化镁;
猜想三:氢氧化镁,猜想的依据是 Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑ (用化学方程式表示)。
【实验验证2】将白色沉淀洗涤干净,分别取少量沉淀于A、B、C试管中,进行如下实验。
试管
操作
现象
结论
A
加入足量盐酸
没有气泡产生 ,白色沉淀 消失
猜想一错误,但这种白色沉淀能溶于盐酸
B
加入足量水
白色沉淀不消失
猜想二错误
C
加入适量稀硝酸
白色沉淀消失
原白色沉淀中含有的离子是Mg2+、 Cl-
继续滴加几滴硝酸银溶液
出现大量白色沉淀
【拓展延伸】足量镁与盐酸反应过程中,溶液会经历从酸性到碱性并且碱性逐渐增强的过程,从而促使白色碱式氯化镁的生成。
2.兴趣小组进行课外实验时,意外发现打磨过的铝片投入氯化铁溶液中有无色气体产生,而且一段时间后试管内有棕黄色固体析出。为此,他们展开了如下探究。
【提出问题1】无色气体成分是什么?
小组同学用pH试纸测定氯化铁溶液的pH=2,说明溶液呈 酸 性,他们推测该气体为 氢气 (填物质名称)。他们将气体通入肥皂液吹出气泡,气泡向上飞起,且可以引燃产生爆鸣声,从而验证了猜想。
【提出问题2】棕黄色固体成分是什么?
【查阅资料】①Al3+、Fe3+在溶液中易与水发生水解反应生成氢氧化铝(白色)、氢氧化铁(红褐色)沉淀;②氢氧化铝和氢氧化铁都溶于稀盐酸,且氢氧化铝还能溶于NaOH溶液。
【猜想与假设】甲同学:棕黄色固体为氢氧化铁。
乙同学: 棕黄色固体为氢氧化铝和氢氧化铁的混合物 。
【实验验证】
实验步骤
实验现象
实验结论
取少量棕黄色固体样品于试管中,加入足量的稀盐酸
固体全部溶解,溶液变成黄色
乙同学猜想正确
取少量棕黄色固体样品于试管中,加入足量的氢氧化钠溶液
固体部分溶解
【拓展反思】根据以上探究内容,你对课本“位于前面的金属能把位于后面的金属从它们化合物的溶液里置换出来”这句话有何新的理解: 对于活动性较强的金属,位于前面的金属不一定能把位于后面的金属从它的化合物的溶液里置换出来 。
3.某同学在实验室中做实验时,意外发现盛装NaOH溶液的玻璃瓶盖和瓶口粘在一起,无法打开,且在瓶口位置可以看到有一些白色粉末。请教老师后得知,玻璃的主要成分为SiO2,而SiO2可与NaOH反应产生胶状物Na2SiO3(该反应类似NaOH与CO2的反应),而瓶塞和瓶口粘在一起就是因为发生了以上反应。联想到不久前所学的碱的化学性质,该同学对白色粉末的成分展开探究。
【推导新知】
请写出NaOH与SiO2反应的化学方程式: 2NaOH+SiO2Na2SiO3+H2O 。
【提出问题】
白色粉末中含有哪些成分?
【猜想假设】
猜想一:Na2SiO3和NaOH;
猜想二:Na2SiO3和Na2CO3;
猜想三: Na2CO3、NaOH、Na2SiO3 。
【查阅资料】
Na2SiO3化学性质与碳酸钠类似,其水溶液显碱性,可与CaCl2溶液反应。CaCl2溶液呈中性。硅酸钙是难溶于水的白色固体。
【设计实验】
实验步骤
实验现象
解释或结论
①取少量白色粉末于试管中完全溶解,并滴入两滴无色酚酞溶液
溶液 变红
说明白色粉末的水溶液显碱性
②向上述溶液中加入足量的CaCl2溶液
有 白色沉淀 生成,且溶液红色 消失 (填“消失”或“不消失”)
猜想二成立
【实验延伸】
该同学用pH计(一种精确测定溶液pH的仪器)测定了上述反应后的废液,结果显示废液pH=7.8,他认为可能是仪器坏了,于是另换仪器重新测定,发现废液pH仍然为7.8,这意味着此时溶液显 碱 性,但是酚酞却显示无色。
【反思交流】
在向老师请教后,该同学认识到,原来所有酸碱指示剂都有一定的变色范围。例如酚酞,在pH大于8.2时才会变为红色。据此对酚酞检验后未变色的溶液酸碱性,你有何新的看法: 该溶液可能是酸性溶液、中性溶液或是pH小于等于8.2的碱性溶液 。
类型8 数字化实验探究
有些化学反应现象不明显,就需要借助温度传感器、pH传感器以及浓度传感器监测,并通过电脑描绘图像。解决此类题目的关键是能看懂题给图像,善于从图像中总结归纳有价值的信息。
典例 氢氧化亚铁[Fe(OH)2]可以用来制颜料、药物、催化剂、吸收剂和砷解毒剂等,学习小组展开制取Fe(OH)2的实验探究。
【查阅资料】(1)Fe(OH)2是一种难溶于水的白色固体,在空气中易被氧气氧化;
(2)2NaOH+FeSO4Na2SO4+Fe(OH)2↓。
【实验制备】小组同学向盛有FeSO4溶液的试管中滴加NaOH溶液,观察到开始有大量白色沉淀生成,很快变成灰绿色,最终变成红褐色物质。
【提出问题】实验制备中沉淀颜色为什么会发生改变?
【猜想假设】通过对资料进行分析,小组同学认为是氧气将Fe(OH)2氧化成红褐色的Fe(OH)3。
【实验验证】小组同学利用氧气传感器、溶解氧传感器进行数字化实验,实验装置如图1所示(夹持装置略去,装置气密性良好)。打开磁力搅拌器,立即加入氢氧化钠溶液,实验数据如图2、图3所示。
【解释与结论】
(1)搅拌的作用是 。
(2)通过上述数字化实验,可得到“Fe(OH)2在制备过程中,沉淀颜色的改变与氧气有关”的结论。其依据是 。
【清洗仪器】实验结束后,装置内壁沾有的红褐色固体用水不易洗去,小林同学提议利用 (填化学式)清洗。
小组同学为制取纯净的Fe(OH)2,设计了如下实验:
【改进方案】向盛有5 mL新制FeSO4溶液的试管中加入10滴植物油,然后用胶头滴管滴加煮沸过的氢氧化钠溶液,此时胶头滴管的正确使用方法是 (填字母序号)。
【实验现象】能较长时间看到白色沉淀产生。
【反思交流】该实验中加入植物油的目的是 ;氢氧化钠溶液煮沸的目的是 。
【解析】【解释与结论】(1)搅拌有利于沉淀与氧气接触,使充分反应。(2)从题图2和题图3中可以看出氧气浓度明显降低,沉淀颜色随之发生变化。【清洗仪器】红褐色固体为氢氧化铁,属于碱,可与酸反应生成可溶性盐和水,故可利用盐酸进行清洗。【改进方案】为防止氢氧化钠和硫酸亚铁生成的氢氧化亚铁被氧化,滴加氢氧化钠时需要将胶头滴管伸入液面以下,保证液体全部加入。【反思交流】植物油可以起到密封作用,避免氧气进入溶液;氢氧化钠溶液可以溶解一定的氧气,加热煮沸可以将其除去,从而消除溶解氧对沉淀的影响。
【答案】 【解释与结论】(1)使反应物充分反应
(2)瓶内空气中、溶液中的氧气含量均降低,沉淀颜色改变
【清洗仪器】HCl
【改进方案】D
【反思交流】隔绝氧气 除去氢氧化钠溶液中的氧气
数字化实验通常用于反应现象不明显的实验中,一般需要借助传感器(温度传感器、压强传感器、pH传感器)、电脑等仪器绘制图像,从而证明反应发生。解答此类题目需掌握以下几点:
1.清楚横纵坐标表示的量以及不同曲线所表示的含义;
2.了解图像的起点、拐点、变化趋势与反应进程的联系;
3.善于从图像中归纳出有价值的信息,结合题意进行分析解答。
针对训练
1.小明在市场看到,鱼老板将一勺白色粉末“鱼浮灵”加入水中,有气泡产生,水中奄奄一息的鱼很快张开嘴,活蹦乱跳起来,小明对这种白色粉末展开了相关探究。
【査阅资料】“鱼浮灵”主要成分是过氧碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2),俗称固体双氧水,该晶体具有Na2CO3和H2O2的双重性质。
(1)取少量“鱼浮灵”于试管中,加水,有持续细小气泡缓慢放出,将带火星木条伸入试管中, 木条不复燃(或无明显变化) ,不能得出是否有氧气生成。
(2)通过数字实验进一步探究,如图1所示,在三颈烧瓶中加入“鱼浮灵”和适量水,三颈烧瓶两端分别插入氧气传感器和溶解氧传感器(氧气传感器用于测定装置内气体中氧气的含量变化,溶解氧传感器用于测定溶液中溶解氧气的含量变化),测定的图像如图2,根据溶解氧传感器测得的曲线可以得出结论: “鱼浮灵”与水作用产生的气体是氧气 。
【实验反思】(3)结合曲线,实验中小明看不到明显现象的原因是 产生的氧气较少,主要溶解在水中 。
(4)向实验(1)试管中加入少量 二氧化锰 (填物质名称),产生大量气泡,伸入带火星木条,木条复燃。
(5)取实验(1)中上层清液,测得溶液pH > (填“>”“<”或“=”)7;向溶液中滴加足量稀盐酸,产生大量气泡;将产生的气体通入澄清石灰水中, 澄清石灰水变浑浊 ,说明有CO2生成。
(6)向过氧碳酸钠中加入下列物质时,不会导致过氧碳酸钠变质的是 C (填字母序号)。
A.硫酸铜 B.醋酸 C.硫酸钠 D.氯化钡
2.海洋酸化对海洋生物造成了威胁,尤其是珊瑚和软体动物等长有坚硬外壳(主要成分是碳酸钙)的生物,会出现外壳溶解现象而难以生存。如图1是1990—2010年间某海域中二氧化碳浓度及海水pH变化趋势,请回答下列问题。
(1)该海域海水呈 碱 (填“酸”或“碱”)性。
(2)珊瑚等动物难以生存的主要原因是碳酸钙与海水中的CO2和水反应生成了可溶的碳酸氢钙,该化学方程式为 CO2+H2O+CaCO3Ca(HCO3)2 。
【校内拓展】为研究降低CO2的方法,小铭在实验室用传感器研究等量饱和澄清石灰水、饱和NaOH溶液分别吸收CO2的效果,装置及测定结果如图2、图3所示。
(3)实验开始前应先进行的操作是 检查装置的气密性 。
(4)表示石灰水吸收CO2结果的曲线是 ① (填“①”或“②”)。
(5)小铭的实验结论: 相同情况下,氢氧化钠溶液吸收CO2的效果比澄清石灰水好 。
3.消防教育常提及火灾发生时“要往低处逃生”,提出这一逃生技巧的科学依据是什么?同学们对这一问题进行探究。
【查阅资料】Ⅰ.空气中氧气含量低于18%时人会感到不适。
Ⅱ.二氧化碳含量过多是火灾中使人窒息的主要原因之一。
Ⅲ.高温是火灾中使人伤亡的另一主要原因,温度大于50 ℃时人就会被烫伤。
【进行实验】
实验装置
实验步骤
在圆筒形容器中放置3支不同高度的蜡烛,传感器及蜡烛摆放位置如图所示
a、b、c三点均放置氧气、二氧化碳和温度三种传感器
①设置好传感器;
②点燃蜡烛,迅速封盖并开始采集数据;
③观察蜡烛熄灭顺序并记录熄灭时间;
④待3支蜡烛完全熄灭、曲线趋于稳定时,停止数据采集
【实验数据】
(1)不同高度蜡烛的熄灭时间:
蜡烛高度
高(30 cm)
中(20 cm)
低(10 cm)
熄灭时间
106 s
164 s
199 s
(2)不同位置传感器测得的相应数据如图:
【解释与结论】
(1)蜡烛燃烧生成水和二氧化碳,则蜡烛中一定含有的元素是 C、H 。
(2)实验中3支蜡烛放置位置的俯视图正确的是 B (填字母序号)。
(3)低处蜡烛熄灭时,c处氧气的含量约为 18.5% 。
【反思与评价】
(4)某同学认为,二氧化碳的密度比空气大,二氧化碳应在下方聚集,但实验数据显示,在100 s时,a处二氧化碳浓度最大,分析其原因是 蜡烛燃烧放热,温度升高,生成的二氧化碳受热体积膨胀变大,此时密度小于空气,向上聚集 。
(5)本实验证明火灾发生时“要往低处逃生”是合理的,其依据是 发生火灾时,位置较低处的温度低、二氧化碳含量低、氧气含量高 。
(6)下列火灾逃生的做法合理的是 BCD (填字母序号)。
A.坐电梯往楼下撤离
B.身上着火不可乱跑,要就地打滚使火熄灭
C.沿着大火尚未燃及的应急通道迅速往未起火的楼下撤离
D.逃生路线被火封住,应退回室内,关闭门窗,向门窗浇水,发出求救信号
中考化学一轮微专题复习学案： 科学探究题
一个完整的科学探究实验的内容一般包括以下8个环节:提出问题、猜想与假设、制订计划、进行实验、搜集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流。每个环节的目的和意义如下:【提出问题】能从日常现象和化学学习中发现一些有探究价值的问题;能比较清楚地表述所发现的问题。【猜想与假设】能针对问题提出合理的猜想与假设;能依据已有的知识和经验对猜想和假设进行初步论证。【制订计划】通过老师的指导或小组讨论,提出活动方案,制订科学探究活动计划;根据具体问题设计化学实验方案,具有控制实验条件的意识。【进行实验】能积极参与化学实验;顺利完成实验操作;能在实验中做到观察与思考相结合。【搜集证据】学习运用多种方式对物质及其变化进行观察;对观察和测量的结果进行记录,能运用图表等形式加以表述;学会多种搜集证据的方法。【解释与结论】能对事实和证据进行简单加工与整理,判断证据与假设之间的关系;能依据一定的标准对物质及其变化进行简单的分类;对所获得的事实与证据进行归纳,得出正确的结论;认识知识之间的联系,形成合理的认知结构。【反思与评价】有对探究结果进行评价的意识;能对探究过程进行反思,提出具体的改进建议。【表达与交流】能用书面方式明确表述探究的过程和结果。
类型1 有关物质成分的探究
探究物质成分的实质就是物质的鉴别,可以根据物质的颜色、溶解性等物理性质进行区分。若不能通过物理性质区分,则从物质的反应现象进行判断,用化学方法判断物质的成分时要先排除其他物质的干扰。
典例 某“自加热食品”发热包的主要成分为生石灰、活性炭、铝粉、铁粉、碳酸钠和氯化钙,其使用说明如图1:
某化学兴趣小组对发热包进行了如下探究。
探究Ⅰ:发热包的发热原理
将发热包中固体倒入烧杯中,加入适量水,发生剧烈反应,水很快沸腾。反应结束后,烧杯底部有大量固体,继续加水搅拌,过滤、洗涤、干燥,得到固体混合物。
(1)发热包中的某成分与水反应放出大量的热,该反应的化学方程式是 。
探究Ⅱ:固体混合物的成分
查阅资料:单质铝既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应,并产生H2。
小组同学认为固体混合物的成分可能是活性炭、铝粉、铁粉、碳酸钙和氢氧化钙。为进一步探究其成分,小组同学设计并进行如下实验:
(2)取少量固体于试管中,加水振荡,静置,滴入几滴酚酞溶液,溶液变为红色,证明固体中含有 。
(3)另取少量固体于锥形瓶中,逐渐加入稀盐酸至不再产生气泡为止(如图2),反应停止后瓶底有黑色固体剩余,溶液呈浅绿色。
①反应停止后,瓶底的黑色固体为 ,判断依据是 。
②当观察到 现象,证明固体中含有CaCO3。
③证明固体中含有铁粉的现象是 。
(4)设计实验方案证明固体混合物中含有铝粉(可供选择的试剂:CuCl2溶液、稀盐酸、NaOH溶液)。
实验操作: ;
实验现象: ;
实验结论: 。
【解析】(1)发热包中的氧化钙与水反应生成氢氧化钙,放出大量的热,该反应的化学方程式是CaO+H2OCa(OH)2。(2)溶液变为红色,说明溶液显碱性,证明固体中含有氢氧化钙。(3)①发热包中的活性炭是黑色固体,不能和稀盐酸反应。②碳酸钙和稀盐酸反应生成氯化钙、二氧化碳和水,二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。③若溶液由无色变为浅绿色,则证明固体中含有铁粉,因为铁和稀盐酸反应生成的氯化亚铁在溶液中呈浅绿色。(4)实验步骤:取适量样品于试管中,加入足量氢氧化钠溶液;实验现象:固体部分溶解,产生气泡;实验结论:样品中含有铝。
【答案】 (1)CaO+H2OCa(OH)2
(2)氢氧化钙
(3)①活性炭 活性炭是黑色固体,且不与稀盐酸反应 ②澄清石灰水变浑浊 ③溶液由无色变为浅绿色
(4)取适量固体混合物于试管中,加入足量氢氧化钠溶液 固体部分溶解,产生气泡 固体混合物中含有铝粉
此类题目主要考查反应前后混合物的组成分析,解答时可根据质量守恒定律、题干信息和
所学知识对物质成分作出猜想,并利用各种物质的性质设计合适的实验方案,选取适当的试剂逐一验证,从而得出正确的结论。探究混合物的成分时应注意以下几点:
1.考虑物质的颜色、状态、溶解性等物理性质。
2.物质成分间是否发生反应(即能否共存),以及反应后生成的物质。
3.鉴别物质中某成分时选择的试剂对其他物质的鉴别是否产生干扰。
针对训练
1.学校在进行消防演练过程中,老师带领学生使用干粉灭火器进行模拟灭火演练。化学兴趣小组收集灭火后残留的白色固体,探究其成分(不考虑杂质的影响)。
【查阅资料】
①干粉灭火器的主要成分是碳酸氢钠。
②碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、水和二氧化碳;碳酸钠受热难分解。
③碳酸氢钠与氯化钙不发生反应。
【作出猜想】
猜想一:固体成分为碳酸钠;
猜想二:固体成分为碳酸氢钠;
猜想三:固体成分为 碳酸钠与碳酸氢钠 。
【实验验证】
操作
现象
结论
小明同学取少量白色固体于试管中,加水溶解,再滴入无色酚酞溶液
无色酚酞溶液变红
猜想一成立
【提出质疑】
小红认为小明得出的结论不准确,她知道碳酸氢钠在医疗上是治疗胃酸过多症的一种药剂,推测碳酸氢钠的水溶液可能显 碱 性,并通过实验得到了验证。
【实验探究】小明和小红继续实验:
步骤
现象
结论
1.取少量白色固体加热,将生成的气体通入澄清石灰水中
澄清石灰水变浑浊
固体中含有碳酸氢钠,写出石灰水变浑浊的化学方程式: CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O
2.另取少量的白色固体加水溶解,向所得溶液中滴入氯化钙溶液
有白色沉淀生成
总结论:猜想三成立
【拓展延伸】
师生通过讨论又设计了另一种实验方案(如图):关闭弹簧夹,将注射器内等体积、等质量分数的稀盐酸同时加入试管中,观察到甲、乙、丙的三支试管中均有气泡产生。
(1)丙试管中的m的数值为 0.5 。
(2)0.5 g碳酸钠与5%的稀盐酸完全反应,生成二氧化碳的质量为 0.2 g(结果精确到0.1)。
[附加题]
(3)关闭注射器活塞,关闭弹簧夹,待反应结束后(固体完全消失),打开弹簧夹,U形管两侧液面变化是 左侧液面降低,右侧液面升高 ,U形管右侧液面变化大小比较: 乙>丙>甲(或甲<丙<乙) ,进一步证明猜想三成立。
2.菱铁矿主要成分是碳酸亚铁(FeCO3),是一种分布广泛的矿物。某同学对碳酸亚铁和氧气充分反应后的固体成分进行了如下探究。
【查阅资料】
①FeCO3在空气中加热生成铁的氧化物和二氧化碳。
②FeO是一种黑色粉末,在空气中加热,能迅速被氧化成四氧化三铁。
③Fe3O4能与盐酸反应生成氯化亚铁、氯化铁和水。
④FeCl2能使高锰酸钾溶液褪色,而FeCl3不能使高锰酸钾溶液褪色。
⑤向FeCl3溶液中滴加KSCN溶液,溶液变红色;向FeCl2溶液中滴加KSCN溶液,溶液不变红色。
【猜想与假设】猜想1:固体成分是Fe2O3;
猜想2:固体成分是Fe3O4;
猜想3:固体成分是FeO。
【活动与探究】
利用如图装置进行实验(加热和固定装置已略去,装置气密性良好)。打开弹簧夹K,通入氧气,加热FeCO3。当瓶中产生的沉淀不再增加时,停止加热,继续通入氧气至玻璃管冷却。取玻璃管里的少量固体于试管中,滴加过量稀盐酸,微热,固体完全溶解。将所得溶液分成甲、乙两份进行实验。
实验编号
实验步骤
实验现象
a
向甲溶液中滴加KSCN溶液
溶液变红色
b
向乙溶液中滴加高锰酸钾溶液
高锰酸钾溶液不褪色
【解释与结论】
(1)碳酸亚铁(FeCO3)中铁元素的质量分数是 48.3% (结果精确到0.1%)。
(2)在实验前就可以判断猜想 3 不成立,因为 FeO在加热时,能迅速被氧化成四氧化三铁 。
(3)由实验a、b的现象可知,猜想 1 成立,则FeCO3与氧气在加热时反应的化学方程式为 4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2 。
(4)实验b的目的是 检验溶液中是否含有氯化亚铁 。
[附加题]
(5)该同学反思后发现,不做实验 A 也能得出相同的结论,理由是 氧化铁和四氧化三铁与盐酸反应后都能生成氯化铁,加入KSCN溶液后溶液都变红色,因此不做该实验也能得出相同结论 。
【拓展与应用】
(6)碳酸亚铁可作为补血剂,可由FeSO4溶液与过量的NH4HCO3溶液反应制取,反应时需要控制温度在35 ℃以下,其原因可能是 温度高于35 ℃时NH4HCO3容易分解 。
3.实验室有一包混有少量锌粉和碳粉的碳酸钙粉末,化学兴趣小组的同学对其产生了兴趣。为验证其组成,兴趣小组的同学按如图所示装置(部分承持装置已略去)进行了如下实验探究。
(1)将混合物置于锥形瓶中并加入足量的稀盐酸,充分反应后,在乙、丙两集气瓶中分别收集到两种气体。将乙瓶气体导入澄清石灰水,石灰水变浑浊;丙瓶的气体经验纯可以在空气中安静地燃烧。
①写出产生乙瓶所得气体的化学方程式: CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑ ,由此证明混合物中含有碳酸钙。
②写出产生丙瓶所得气体的化学方程式: Zn+2HClZnCl2+H2↑ ,由此证明混合物中含有锌。
(2)将甲处反应后的剩余物过滤、干燥并与氧化铜粉末高温加热,观察到黑色粉末逐渐变红。实验证明该混合物确实存在 C (填化学式)。
类型2 有关物质变质的探究
初中化学对于物质变质的探究主要涉及氧化钙、氢氧化钠和氢氧化钙三种物质,其变质后均生成相应的碳酸盐。此类问题主要针对氧化物、碱和碳酸盐的性质进行探究,用酸碱指示剂鉴别OH-前要排除某些呈碱性的盐溶液的干扰。
典例 化学老师交给某研究性学习小组一个任务:测定实验室里一瓶久置的NaOH固体是否变质。该小组的同学进行了如下实验探究:
【提出问题】
猜想Ⅰ:没变质,全部是 ;
猜想Ⅱ:部分变质,既含有NaOH又含有Na2CO3;
猜想Ⅲ:完全变质,全部是Na2CO3。
【查阅资料】
①已知信息:BaCl2+Na2CO32NaCl+BaCO3↓
②部分盐溶液在常温下的pH如下:
盐溶液
NaCl
Na2CO3
BaCl2
pH
等于7
大于7
等于7
【设计方案并进行实验】
请你与他们一起完成,并回答所给问题:
实验步骤
实验现象
实验结论
①称取上述氢氧化钠固体样品10.00 g溶于50 mL水配成溶液,向溶液中滴加氯化钡溶液至过量,充分反应,静置
说明久置固体中一定含有Na2CO3
②用 蘸取少量①中充分反应后的上层清液滴在一小块pH试纸上,与 比较,读出pH
pH=11
说明久置固体中还一定含有 (填化学式)
滴加过量BaCl2溶液的目的是 。
【实验结论】通过实验,说明上述猜想中 (填“猜想Ⅰ”“猜想Ⅱ”或“猜想Ⅲ”)是正确的。
【拓展】该小组同学为测定出该NaOH固体的变质程度,继续将上述白色沉淀过滤、洗净、干燥,称得其质量为9.85 g,则原试剂中NaOH的质量分数为 (假定试剂中无其他杂质,忽略实验损耗)。
【反思】久置氢氧化钠变质的原因是 (用化学方程式表示)。
【提升】能否通过取适量试剂溶于水,然后滴加酚酞的方法作出判断: (填“能”或“不能”),理由是 。
【解析】【提出问题】氢氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和水,若未变质,则固体为氢氧化钠;若部分变质,则固体为氢氧化钠和碳酸钠的混合物;若全部变质,则固体为碳酸钠。【设计方案并进行实验】①由实验结论可知,固体中含有碳酸钠,碳酸钠与氯化钡反应生成碳酸钡沉淀和氯化钠,可以看到有白色沉淀生成。②测定溶液pH的方法:用玻璃棒蘸取溶液,滴在pH试纸上,与标准比色卡对比读出数值。pH=11,说明溶液显碱性,因此固体中还含有氢氧化钠。测定溶液pH时,若存在碳酸钠溶液,会对氢氧化钠的检验产生干扰,所以加入足量氯化钡溶液的目的是除去碳酸钠。【实验结论】根据①和②可以得出固体中含有氢氧化钠和碳酸钠,即猜想Ⅱ成立。【拓展】设含有碳酸钠的质量为m,由化学方程式可知,Na2CO3~BaCO3,,m=5.3 g,则固体中氢氧化钠的质量为10 g-5.3 g=4.7 g,原试剂中氢氧化钠的质量分数为×100%=47%。【反思】氢氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和水,化学方程式为2NaOH+CO2Na2CO3+H2O。【提升】碳酸钠和氢氧化钠溶液都显碱性,都能使无色酚酞变红,无法判断物质组成。
【答案】 【提出问题】NaOH
【设计方案并进行实验】①有白色沉淀生成 ②玻璃棒 标准比色卡 NaOH 使碳酸钠完全反应,以防对氢氧化钠的检验产生干扰
【实验结论】猜想Ⅱ
【拓展】47%
【反思】2NaOH+CO2Na2CO3+H2O
【提升】不能 碳酸钠和氢氧化钠的溶液都能使无色酚酞溶液变红,无法确定组分
物质A变质通常是因为露置在空气中发生化学反应生成B,作出猜想时一般考虑没有变质、部分变质和全部变质三种情况。对于物质是否变质以及变质后物质成分的探究可分为以下几个步骤:
第一步:确定物质变质所发生反应的化学方程式;
第二步:进行猜想,从物质没有变质、部分变质和全部变质三个角度考虑,因此一般猜想有三种:①只有A(没有变质);②A和B(部分变质);③只有B(全部变质);
第三步:选取合适的试剂分别验证A和B是否存在,若需要用酸碱指示剂鉴别酸或碱时需注意排除某些呈酸性或碱性的盐溶液的干扰。
针对训练
1.某兴趣小组的同学对一包久置的生石灰(CaO)干燥剂产生了好奇,于是他们对这包干燥剂的成分展开了探究。
【提出问题】这包干燥剂是否变质,成分是什么?
【作出猜想】猜想一:全部是CaO;
猜想二:是CaO和Ca(OH)2的混合物;
猜想三:全部是Ca(OH)2;
猜想四:是Ca(OH)2和CaCO3的混合物。
【实验探究】(1)取部分该干燥剂于试管中,加水,无放热现象,说明干燥剂中不含 CaO 。
(2)继续向试管中滴加足量稀盐酸,有气泡出现,说明这包干燥剂中含有 CaCO3 。
(3)为了进一步确定这包干燥剂中有无其他成分,小组同学设计了以下两种方案。另取部分干燥剂于烧杯中,加水并搅拌,静置后取上层清液于2支试管中。请你参与实验,并填写表中的空白:
实验方案
方案一
方案二
实验操作
实验现象
溶液由无色变红色
澄清溶液变浑浊
写出方案二发生反应的化学方程式: Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O 。
【实验结论】通过以上实验探究,得出猜想 四 成立。
【拓展迁移】小组同学反思了生石灰干燥剂变质的原因,认识到实验室保存氧化钙应注意 密封保存 。
2.氢氧化钾是工业强碱之一,与氢氧化钠化学性质相似。一次化学实验后同学忘记盖瓶塞。化学兴趣小组同学想探究该瓶氢氧化钾固体是否变质。大家展开充分讨论,邀你参与。
【作出猜想】A.没有变质 B.部分变质 C.完全变质
(1)氢氧化钾在空气中变质的原因: 2KOH+CO2K2CO3+H2O (用化学方程式表示)。
【査阅资料】氯化钾溶液和氯化钙溶液呈中性。
(2)设计甲、乙两组实验方案并完成实验。取瓶中固体少许,加水溶解配成溶液,分装于两支洁净试管。
实验
方案
实验操作
实验现象
实验结论
甲
取一支试管,滴入无色酚酞试液,振荡
溶液变红色
猜想A
正确
乙
取另一支试管,滴入足量的氯化钙溶液,充分反应后再滴入几滴硫酸铵溶液
先有 白色沉淀 产生;再有 刺激性气味的气体 产生
猜想B
正确
(3)【相互交流】大家认为甲的方案不可信,请你说出理由: 碳酸钾溶液也显碱性,能使无色酚酞试液变红色 。写出滴入硫酸铵后发生的化学方程式: 2KOH+(NH4)2SO4K2SO4+2H2O+2NH3↑ 。
(4)如果猜想B是正确的,大家想继续探究该瓶氢氧化钾固体中KOH的质量分数。设计了下列实验,装置如图所示。
【操作步骤】①首先称量出饱和烧碱溶液(含仪器)的质量m1,再与前面装置连接。
②按正确方法检查装置气密性,气密性良好。
③关闭K2、打开K1和K3,挤压N2储气囊给装置充分充气。
④关闭K1、打开K2,滴入足量稀HCl,充分反应。
⑤关闭K2、打开K1,再次挤压N2储气囊,给装置充分充气。
⑥关闭K3,取下盛装烧碱的装置,称量质量为m2。
回答问题:
(Ⅰ)步骤③充入N2的目是 排出装置中的空气 。
(Ⅱ)浓硫酸的作用是 干燥二氧化碳 。
(Ⅲ)若不进行步骤⑤,KOH质量分数 偏大 (填“偏大”或“偏小”)。
类型3 有关影响化学反应速率因素的探究
本类型试题主要探究某些因素对反应快慢的影响。①影响过氧化氢分解制氧气快慢的主要因素:过氧化氢溶液的浓度、温度、有无催化剂、催化剂的种类以及催化剂颗粒大小等。②影响金属与酸反应快慢的主要因素:金属的种类、金属的纯度、金属颗粒的大小、酸的种类、酸的浓度、温度、有无催化剂等。一般会设置多组对照实验,解答时注意控制变量法的应用,然后通过反应过程的现象进行分析、比较、判断,最终得出实验结论等。
典例 化学实验室常用二氧化锰催化过氧化氢溶液分解的方法制取氧气。某兴趣小组的同学查阅资料发现,人体肝脏中的过氧化氢酶也能催化过氧化氢分解产生氧气和水,但其催化效果受温度影响大;FeCl3也能催化过氧化氢分解。为比较过氧化氢酶和FeCl3催化效率的高低,该同学在28 ℃环境下进行了如下探究:
(1)二氧化锰在过氧化氢溶液分解前后 和化学性质不变,设计实验证明化学性质不变: 。
(2)请你写出用FeCl3溶液催化过氧化氢溶液分解的化学方程式: 。
【提出问题】过氧化氢酶和FeCl3催化效率哪个更高?
(3)【猜想与假设】 。
【实验材料】适宜浓度的FeCl3溶液,适宜浓度的新鲜猪肝研磨液(含有过氧化氢酶),适宜浓度的过氧化氢溶液等。
【实验步骤】①取2支洁净的试管,编号为1、2,分别注入3 mL适宜浓度的过氧化氢溶液;
②向1号试管内滴入2滴适宜浓度的FeCl3溶液,向2号试管内 ;
③观察并记录两支试管产生气泡的情况。
【预测实验结果】请写出一种可能的实验结果: 。
(4)该组同学又完成了“探究温度对猪肝研磨液和FeCl3催化效率的影响”实验,实验结果如图1所示。图中代表猪肝研磨液催化效率的曲线是 (填“甲”或“乙”),判断的理由是 。
【拓展延伸】同学们在老师的指导下设计实验继续探究。向两支试管中分别加入等质量不同浓度的H2O2溶液,再加入等质量、等浓度的FeCl3溶液,分别用气压传感器测定两试管中气体压强的变化曲线,如图2、图3所示。请你思考:
(5)为保证实验的准确性,请你设计向两支试管中加入FeCl3溶液的具体方法: 。
(6)图3中前100 s压强变化不大的原因是 。
(7)请你从曲线中总结出FeCl3溶液对H2O2溶液分解影响的两条规律性结论: 、 。
【解析】(1)二氧化锰是催化剂,在过氧化氢溶液分解前后质量和化学性质均不变。反应后将二氧化锰过滤分离出来,洗涤、干燥后再加入盛有过氧化氢溶液的试管中,若立即观察到产生大量的气泡,说明二氧化锰的化学性质没有改变。(2)过氧化氢在FeCl3溶液作催化剂的条件下分解生成水和氧气,化学方程式为2H2O22H2O+O2↑。(3)【实验步骤】在对比实验中,要注意控制变量,应向第2支试管中滴加相同量的猪肝研磨液。(4)图中代表猪肝研磨液催化效率的曲线是乙,因为酶的活性受温度影响较大,在一定温度范围内,随着温度的升高,酶的活性增强;超过适宜的温度范围,酶的活性会随温度的升高而减弱。(5)向试管中加入FeCl3溶液,可以分别用注射器吸取等量、等浓度的FeCl3溶液同时注入两支试管中。(6)氯化铁溶液没有和过氧化氢溶液充分混合,过氧化氢分解速率较慢,故前100 s压强变化不大。(7)根据曲线可以看出,FeCl3溶液能加快H2O2溶液的分解;FeCl3溶液对浓度较大的H2O2溶液分解促进效果更好。
【答案】 (1)质量 将反应后的二氧化锰过滤分离出来,洗涤、干燥后再放入盛有过氧化氢溶液的试管中,若立即观察到产生大量的气泡,说明二氧化锰的化学性质没有发生改变
(2)2H2O22H2O+O2↑
(3)过氧化氢酶的催化效率更高
【实验步骤】滴入2滴适宜浓度的新鲜猪肝研磨液
【预测实验结果】2号试管内产生气泡的速度比1号试管快
(4)乙 酶的活性受温度影响较大,在一定温度范围内,随着温度的升高,酶的活性增强;超过适宜的温度范围,酶的活性会随温度的升高而减弱
(5)分别用注射器吸取等量、等浓度的FeCl3溶液同时注入两支试管中
(6)氯化铁溶液没有和过氧化氢溶液充分混合,过氧化氢分解速率较慢
(7)FeCl3溶液能加快H2O2溶液的分解 FeCl3溶液对浓度较大的H2O2溶液分解促进效果更好
影响化学反应速率的因素可分为内因和外因两种,内因包括反应物的种类、浓度与反应物间的接触面积,外因包括温度、催化剂(是否使用催化剂、催化剂的种类、质量、颗粒大小等),对于有气体参加的反应还得考虑气体压强。设计实验时,注意对照实验或控制变量法的使用,实验流程包括明确实验目的、选择实验药品和仪器、实验预测、设计实验方案、观察实验现象、得出实验结论这几个步骤。
针对训练
1.某兴趣小组发现铁钉生锈较慢,往往需要几天的时间,通过询问老师后得知氯化物可能会加快铁钉生锈的速度。
【提出问题】氯化物对铁钉生锈有怎样的影响?
【查阅资料】Ⅰ.NaCl、CaCl2、CuCl2等由氯离子与金属离子构成的盐属于氯化物。
Ⅱ.铜能与氧气加热发生反应,生成黑色的CuO。
Ⅲ.CuO能与稀硫酸发生反应:CuO+H2SO4CuSO4+H2O。
实验1:探究氯化物对铁钉生锈速度的影响
试管
编号
①
②
③
④
实验
现象
2天后铁
钉表面出
现红色固体
1天后铁钉
表面出现红
色固体
1天后铁钉
表面出现红
色固体
7分钟后铁钉表面出现红色固体,20分钟后试管底部出现红色沉淀
(1)对比实验①②③可以得到的结论是 氯化物能加快铁钉生锈的速度 。
(2)小组同学认为,试管④中的红色沉淀可能是铁锈,也可能是铜。他们认为红色沉淀可能是铜的理由是 CuCl2+FeFeCl2+Cu (用化学方程式解释)。
实验2:探究试管④中红色沉淀的物质组成
实验
步骤
实验操作
实验现象
Ⅰ
取出试管④中的铁钉,过滤剩余物,洗涤滤纸上的物质
固体为红色
Ⅱ
向试管中加入步骤Ⅰ所得红色固体,再加入足量试剂X
红色固体大部分溶解,溶液变为黄色
Ⅲ
将步骤Ⅱ所得混合物过滤,洗涤、干燥滤纸上的固体后,置于石棉网上充分加热
红色固体变黑
Ⅳ
向试管中加入步骤Ⅲ所得黑色固体,再加入足量稀硫酸
黑色固体全部溶解,溶液变为蓝色
(3)步骤Ⅱ中所加入的试剂X是 稀盐酸(或稀硫酸) 。
(4)步骤Ⅲ、Ⅳ的实验目的是 检验红色沉淀中是否含有铜 。
(5)由实验2可得出结论:试管④中红色沉淀的物质组成是 Cu和Fe2O3 。
(6)结合实验1、2的结论,对于“氯化物对铁钉生锈速度的影响”,小组同学提出了进一步的假设: 当氯化物能与铁钉反应时,可能铁钉生锈速度更快 。
2.某实验小组选择“探究铜和硫酸的反应”作为课题开展探究实验,下表是他们分别用相同质量的铜粉和足量硫酸反应的几组实验数据:
实验
编号
硫酸的质量分数/%
温度/℃
铜粉消失的时间/s
①
98
120
400
②
98
200
200
③
80
120
500
④
80
200
280
⑤
70
200
不消失
⑥
40
200
不消失
(1)实验①、②表明:该反应快慢与 温度 有关,其关系是 温度越高,化学反应速率越快 ;能表明硫酸浓度对反应快慢有影响的实验组合是 ①③(或②④) (填编号,写一组即可)。
(2)如果把实验①中硫酸的质量分数改为85%,请你推出铜粉消失时间(用t表示)的取值范围: 400 s
[附加题]
【拓展延伸】已知浓硫酸与铜粉加热时产生刺激性气体氧化物,同时溶液变蓝。如图是利用压强传感器测定浓硫酸与铜粉加热产生的气体与NaOH溶液发生喷泉实验的过程及压强变化曲线图。
(5)请写出铜粉与浓硫酸加热条件下发生反应的化学方程式: Cu+2H2SO4CuSO4+2H2O+SO2↑ 。
(6)实验过程:三颈烧瓶内装有收集满的气体,采集数据,用吸有NaOH溶液的胶头滴管塞紧颈口c,挤尽胶头滴管内的液体,然后打开阀门b,烧杯内的NaOH溶液喷到三颈烧瓶内形成喷泉,瓶内压强变化如图2所示。曲线CD段上升的原因是 液体喷到三颈烧瓶中填补了气体被反应后的压强差(合理即可) 。
3.某兴趣小组的同学在实验室用碳酸钙和稀盐酸进行二氧化碳制取的探究,请根据题意回答下列问题。
【提出问题】二氧化碳产生的快慢与哪些因素有关?
【作出猜想】猜想1:与稀盐酸的浓度有关;猜想2: 与碳酸钙颗粒大小有关 。
【实验和结论】(1)甲同学实验时用普通漏斗(如图1装置A),发现该装置不能用作制取二氧化碳的发生装置,于是他把装置A改装成装置B,则B中小试管的作用是 形成液封 。
(2)为了准确比较二氧化碳气体的产生速度,请列举一种判断反应快慢的方法: 测定收集相同体积二氧化碳气体需要的时间 。
(3)为了验证猜想2,乙同学按如图2所示装置进行实验,倾斜锥形瓶,使10 mL稀盐酸与固体充分接触,瓶内气压随时间的变化如图2曲线所示。则图中m数值为 1 ;图中d点对应的溶液中溶质为 CaCl2、HCl (填化学式);形成图像的两条曲线不是从原点开始的原因是 装置内原来就含有空气 ;乙同学实验的结论是 其他条件相同时,碳酸钙的颗粒越小,化学反应速率越快 。
4.理科实验操作考试中,小明同学在做铝和稀盐酸反应时无意中加入了几滴硫酸铜溶液,发现铝片表面产生气泡的速率明显加快,对此他产生了兴趣。
【提出问题】硫酸铜溶液是不是该反应的催化剂?硫酸铜溶液的体积对该实验有影响吗?
【设计并实验】室温下,小明将过量、表面积相同且已打磨过的铝片分别加入6份30 mL 10%的稀盐酸中,并在每份中加入不同体积的硫酸铜饱和溶液,记录获得相同体积氢气的时间,从而确定产生氢气的速率。
混合溶液编号
1
2
3
4
5
6
饱和硫酸铜溶液/mL
0
0.5
2.5
5
10
20
水/mL
20
19.5
17.5
V
10
0
(1)上述表格中V= 15 。
(2)写出铝和稀盐酸反应的化学方程式: 2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑ 。
(3)定量收集氢气可选用下图 C (填字母序号)装置。
【实验现象】随着硫酸铜溶液体积的增加,产生氢气的速率先加快后明显减慢,且铝片表面附着的红色物质逐渐增多。
【结论与解释】(4)随着硫酸铜溶液体积的增加,反应速率明显变慢的可能原因是 部分铝和硫酸铜溶液发生了置换反应 。
(5)根据实验现象,小明认为硫酸铜溶液不是此反应的催化剂,其原因是 硫酸铜和铝发生了反应 。
【实验反思】加快铝和稀盐酸反应速率还可以采取的措施是 升高温度(或增大盐酸浓度,合理即可) (写出一点)。
【实验拓展】根据上述实验,小明认为是盐中的金属离子影响了铝和稀盐酸的反应速率。为了研究不同金属离子对反应速率的影响,小明同学继续实验,取过量、表面积相同的铝片和30 mL 10%的稀盐酸混合后加入不同的盐溶液,实验现象如下(加号越多,代表反应速率越快)。
实验编号
1
2
3
4
5
加入试剂0.5 mL
水
5%的
NaCl
溶液
5%的
Mg(NO3)2
溶液
5%的
FeSO4
溶液
5%的
CuSO4
溶液
产生气
泡速率
+
+
+
++
+++
(6)上表中,用水进行实验的目的是 进行对照 。
(7)上述实验设计存在缺陷,该缺陷是 铝片表面未经打磨且所用盐溶液中的阴离子不同 ;改进实验后,仍符合上表中的实验现象,可得到的结论是① Na+、Mg2+对铝和稀盐酸的反应速率无影响 ;② Fe2+、Cu2+能加快铝和稀盐酸反应的速率,且Cu2+加快反应速率的效果更明显 。
类型4 有关“条件类”问题的探究
大多数化学反应都需要在一定条件下才能发生,如:①燃烧的条件:可燃物、达到着火点、与氧气接触。②铁锈蚀的条件:与氧气和水同时接触。此类试题通常设置对照实验,根据不同的反应现象判断发生反应的条件。对于有多因素的问题可以通过控制变量设计实验。
典例 某研究性学习小组将镁条放到盛有冷水(蒸馏水)的试管中,没有明显的现象,然后将试管放在酒精灯上加热,发现试管中有气泡产生。
【提出问题】加热时镁条与水发生反应吗?
【进行实验】
实验
实验操作
实验现象
实验结论
①
往盛有镁与水的试管中滴加1~2滴无色酚酞溶液,加热
溶液变红
有
生成
②
收集一小试管生成的气体,用燃着的小木条靠近
有氢气
生成
【讨论交流】
(1)加热时应该先将蒸馏水煮沸并迅速冷却,理由是 。
(2)写出镁与水反应的化学方程式: 。
(3)反思上述实验,对灭火方法的选择你有什么新的认识? 。
[附加题]
【实验拓展】向稀盐酸中加入足量的镁条,利用pH和温度传感仪测定pH、温度随时间变化的关系曲线如图所示。
资料:Mg(OH)2在常温下难溶于水,温度升高溶解度增大。
(4)甲图中A点与乙图中的 (填字母序号)点的反应时刻相对应。
(5)P点对应的物质中,主要成分是 (填化学式)。
【解析】【进行实验】①加入酚酞后溶液显红色,说明溶液显碱性,可知有氢氧化镁生成。②由结论可知,该反应生成了氢气,氢气为可燃性气体,可以被点燃,产生淡蓝色火焰。【讨论交流】(1)空气中的某些气体能溶于水,为了避免气体对实验产生影响,需要加热煮沸排出蒸馏水中的气体。(2)根据实验可知镁与水在加热条件下反应生成氢氧化镁和氢气,化学方程式为Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑。(3)镁可与水反应生成具有可燃性的氢气,若镁着火时用水灭火,不仅不能灭火,反而会使火势变大,因此不是所有火灾都可以用水扑灭。【实验拓展】(4)镁与盐酸反应生成氯化镁和氢气,随着盐酸被消耗,溶液pH增大,当盐酸被全部消耗完毕后,溶液pH为7;该反应属于放热反应,随着反应进行,温度会一直升高,当反应完毕时,温度达到最高,故图甲中的A点与图乙中的N点的反应时刻相对应。(5)当达到N点以后,温度较高,镁与水在加热条件下反应生成氢氧化镁和氢气,氢氧化镁显碱性,所以溶液pH>7,故P点对应的物质主要为镁与盐酸生成的氯化镁和镁与水反应生成的氢氧化镁。
【答案】 【进行实验】①氢氧化镁 ②气体燃烧,产生淡蓝色火焰
【讨论交流】(1)排出溶于水的气体
(2)Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
(3)有些物质着火不能用水扑灭
【实验拓展】(4)N
(5)MgCl2、Mg(OH)2
针对训练
1.“蓝瓶子”实验是一个有趣的化学振荡实验:盛有氢氧化钠、亚甲蓝(C16H18N3SCl)、葡萄糖混合液的试管,经振荡、静置后溶液颜色会出现反复变化(如图1)。某兴趣小组开展如下探究,回答下列问题。
(1)混合液中属于人类基本营养物质的有水和 葡萄糖 。
(2)小明对振荡后溶液变蓝的原因进行如下猜想:①溶液中溶入CO2;②溶液中溶入O2;③溶液中溶入 N2(合理即可) (填化学式)。
(3)小红利用图2装置,从A端吹入呼出的气体,混合液由无色变蓝色,由此 不能 (填“能”或“不能”)得出猜想①正确,原因是 人体呼出的气体中也含有氮气和氧气等 。
(4)为探究猜想②,利用图2装置设计实验方案: 从A端通入氧气,若溶液变蓝,则猜想②正确;若溶液不变蓝,则猜想②不正确 。
2.在老师的指导下,某化学兴趣小组利用下列装置进行了“可燃物燃烧的条件”的探究实验。
【实验目的】探究可燃物燃烧的条件。
【实验步骤】①将所需仪器按照装置图连接起来。
②打开K1和K2,向上拉动任意一支注射器的活塞。
③将实验所需药品加入对应的仪器中。
④将装有适量白磷的具支试管放入冷水中。
⑤打开K1,关闭K2,往装置甲中加入适量的双氧水,氧气进入具支试管中。
⑥关闭K1,打开K2,往装置乙中加入适量的盐酸,二氧化碳进入具支试管中。
⑦将装有适量白磷的具支试管放入80 ℃的热水中。
⑧打开K1,关闭K2,往装置甲中加入适量双氧水,氧气进入具支试管中。
⑨关闭K1,打开K2,往装置乙中加入适量的盐酸。
【问题解答】(1)实验步骤②的目的是 检查装置气密性 。
(2)装置乙中发生反应的化学方程式是 Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2↑ 。
(3)在实验步骤⑥中,表明具支试管中氧气已经排尽的实验现象是 烧杯中的澄清石灰水变浑浊 。
(4)能看到白磷燃烧起来的实验步骤是 ⑧ 。
【实验结论】可燃物燃烧必须同时满足两个条件:可燃物与氧气接触;温度达到可燃物的着火点。
3.在化学兴趣小组的活动中,老师让甲同学给大家表演了一个小魔术:“清水变牛奶,牛奶变雪碧”。A、B、C三种溶液分别是稀盐酸、氢氧化钙溶液、碳酸钠溶液中的某一种。
【实验活动】
【交流讨论】同学们根据新奇的现象展开了热烈的讨论。
乙同学:“清水变牛奶”就是无色溶液中产生白色浑浊。
丙同学:“牛奶变雪碧”就是白色浑浊消失,溶液中产生大量的气泡。
大家都点头认同。
【提出问题】甲同学:A、B、C分别是什么?为什么能出现上述现象呢?
【解释结论】丁同学:根据步骤2的现象可确定C为 稀盐酸 (填物质名称)。
戊同学:产生步骤1现象的原因是 Na2CO3+Ca(OH)2CaCO3↓+2NaOH (用化学方程式表示),但还无法确定A、B各是什么。
【实验证明】己同学:另取A于试管中,把C滴加至A中,观察到的现象如图2所示,因此他断定A是 Na2CO3 (填化学式)溶液,同时也确定了B。
【深入交流】甲同学:步骤1加入B时,溶液中C的数目变化趋势曲线应该是 B (如图3,填“a”或“b”)。
【总结归纳】上述实验活动涉及的这类化学反应,只有当两种化合物互相交换成分, 生成物中有沉淀或气体或水生成 时,复分解反应才可以发生,除此之外还可能生成 可溶的化合物 ,且反应前后没有 化合价的改变 (答一点即可)。
小组活动结束,老师为同学们的探究意识和探究能力点赞。
4.某兴趣小组同学发现镁条在空气中久置表面会变灰黑。为了探究镁条变灰黑的原因,他们进行了如下探究,请你根据题意回答问题。
【提出问题】空气中什么物质使镁条久置表面变灰黑?
【猜想假设】甲同学认为是氧气;
乙同学认为是二氧化碳;
丙同学认为是水蒸气;
丁同学认为是氧气、二氧化碳、水蒸气都需要。
【进行实验】小组为了验证猜想,做了以下实验(每组镁条长度为3 cm,试管容积为20 mL)。
【实验现象】实验⑥中的镁条久置变灰黑,其他组实验均无明显变化。
【解释与结论】
(1)根据现象,丁同学认为①~⑥中多余的实验设计是 ①②③ 。
(2)得出“镁条变灰黑一定与CO2有关”的结论,依据的两个实验是 ⑤⑥ 。
(3)大家在老师的帮助下得出结论:丁同学猜想是正确的。但是甲同学认为要得出丁同学猜想是正确的,需要补充一个实验,即 取相同试管,充入干燥的二氧化碳和氧气,加入等长度的打磨光亮的镁条,观察是否变灰黑 。
(4)在猜想与假设时,同学们认为镁条变灰黑与N2无关,其理由是 氮气常温下化学性质稳定 。
(5)经过老师指导,同学们得知镁条在空气中变灰黑,是因为与这三种物质反应生成了碱式碳酸镁[Mg2(OH)2CO3],请写出该反应的化学方程式: 2Mg+CO2+H2O+O2Mg2(OH)2CO3 。
类型5 有关金属化学性质的探究
初中化学对于金属化学性质的探究通常考查金属与氧气、酸、可溶性盐的反应及金属活动性顺序。该类试题的设置一般给定情境,考查考生的归纳、猜想、判断能力。此类题目要求考生熟知常见金属反应的化学方程式、反应现象。解决金属活动性相关试题可以采用间接比较法和直接比较法。
典例 兴趣小组同学在做金属化学性质实验时,发现铜片与不同浓度的硫酸溶液接触时现象不相同,如图,请你与他们一起探究(所用铜片大小、种类相同,溶液均为硫酸溶液)。
【实验现象】①②③④无明显现象;⑤铜片溶解,溶液变蓝并生成有刺激性气味的气体。
(1)以上实验中,欲得出“升高温度可使铜与硫酸反应”需对比的实验是 (填实验序号)。
【提出问题】刺激性气体是什么?
【查阅资料】HCl、NH3、SO2均有刺激性气味且污染空气;SO2化学性质与CO2相似,但SO2具有漂白性,能使红色的品红溶液褪色,HCl、NH3不行。
【猜想假设】甲同学:HCl;乙同学:NH3;丙同学:H2;丁同学: 。
【实验与结论】(2)大家认为甲、乙同学的猜想不合理,理由是 。丙同学的猜想不合理,理由是 。
(3)丁同学设计如图实验,将生成的气体通入A、B装置。
A中观察到的现象是紫色石蕊溶液变红;B中观察到的现象是 。结论:丁同学猜想正确。
【反思评价】(4)同学们认为丁同学实验有不足之处,请你改进: 。
[附加题]
【拓展延伸】(5)根据结论,写出实验⑤的化学方程式: 。
(6)实验⑤反应停止后,所得溶液里 (填“有”或“没有”)溶质硫酸,理由是
。
【解析】(1)要想得出“升高温度可使铜与硫酸反应”需要注意控制温度为唯一变量,应对比实验③和⑤。【猜想假设】该反应的反应物是铜和浓硫酸,由质量守恒定律可推知,该刺激性气体可能是SO2。(2)由质量守恒定律可知,化学反应前后元素的种类不变,反应物中没有氮元素与氯元素,该气体不可能是氨气或氯化氢气体。氢气没有气味,丙同学的猜想也不合理。(3)由题意可知,丁同学猜想正确,则该气体是SO2,SO2具有漂白性,能使红色的品红溶液褪色。(4)SO2是一种有毒气体,不能直接排放到空气中,否则会造成空气污染,故应在B装置的后面增加盛有氢氧化钠溶液的装置或用气囊回收过量的有害气体。(5)铜和浓硫酸在加热的条件下反应生成硫酸铜、水和二氧化硫气体,化学方程式为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+2H2O+SO2↑。
【答案】 (1)③⑤
【猜想假设】SO2
【实验与结论】(2)不遵循质量守恒定律(或反应前没有氮元素与氯元素) 氢气没有气味
(3)品红溶液褪色
(4)在B装置后增加盛有氢氧化钠溶液的装置(或用气囊回收过量的有害气体)
(5)Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+2H2O+SO2↑
(6)有 由实验④可知,硫酸的浓度为50%时就不能与铜继续反应,所以停止反应后溶液中仍含有溶质硫酸
金属的化学性质一般包括金属与氧气、酸、可溶性盐等物质的反应以及金属活动性。进行实验时需注意以下几点:
1.实验前金属必须经过打磨;
2.做金属与酸的反应时一般用稀盐酸或稀硫酸,不用浓盐酸、浓硫酸或硝酸;
3.金属与盐溶液的反应,盐必须可溶于水;
4.并不是所有排在前面的金属都能把排在其后面的金属从盐溶液中置换出来,如钾、钙、钠;
5.在比较金属活动性时需要注意控制变量法的应用,如酸溶液的温度、浓度、体积和金属的形状、表面积等需保持一致。
针对训练
1.某班学生在老师指导下探究铁与水蒸气的反应。
(1)按图甲装好药品、连好装置(夹持仪器已略去)。其中A装置的作用是 提供水蒸气 。
(2)加热一段时间后,灰色铁粉逐渐变黑,吹泡器连续吹出气泡,且气泡向上飞起;用燃着的木条靠近气泡,能产生爆鸣声。该气体燃烧的化学方程式是 2H2+O22H2O 。
(3)同学们讨论后认为铁与水蒸气反应生成的固体是铁的一种氧化物,玻璃管内的黑色固体中还可能含有过量的铁。
【查阅资料】铁有三种氧化物,FeO(黑色、无磁性)、Fe2O3(红棕色、无磁性)、Fe3O4(黑色、有磁性);铁的三种氧化物都不与硫酸铜溶液反应。
【实验探究】
实验步骤
实验现象
实验结论
①倒出玻璃管中的黑色固体,平铺于白纸上
黑色固体不变色
黑色固体中一定没有 氧化亚铁和氧化铁 (填物质名称,下同)
②取上述黑色固体少许,装入试管,加入足量硫酸铜溶液
黑色固体部分溶解 ,有红色固体出现
黑色固体中一定含有 铁
③过滤第②步的产物,将所得固体干燥,用磁铁接触该固体
固体可以被磁铁吸起
黑色固体中一定含有 四氧化三铁
【探究结论】铁与水蒸气发生置换反应,有关的化学方程式是 3Fe+4H2OFe3O4+4H2 。
【拓展创新】同学们利用微型仪器“长柄V形玻璃管”改进了图甲装置,设计出图乙装置,并分别选用湿棉布、湿粉笔、芦荟叶、氢氧化铜等作为供水剂,实验都获得成功。
①与甲装置相比,乙装置有很多优点,请你写出一条: 装置简单(或节约药品,合理即可) 。
②用化学方程式解释氢氧化铜供水的原理: Cu(OH)2CuO+H2O 。
2.某探究小组为了探究镁、铝、铜的金属活动性强弱,设计了以下实验探究方案。
【实验探究1】将大小一样且均未打磨的镁、铝、铜片分别放入等质量的溶质质量分数相同的稀盐酸中。
【实验现象】镁片表面很快产生大量气泡,铝片表面过一段时间后才产生较少气泡,铜不反应。
【结论】镁、铝、铜的金属活动性由强到弱的顺序为 Mg>Al>Cu (用化学式表示)。
(1)一段时间后,铝片表面才产生较少气泡的原因是 Al2O3+6HCl2AlCl3+3H2O (用化学方程式表示)。
(2)有同学提出疑问:镁、铝、铜片均未打磨,会影响反应现象,那么镁、铝、铜片有必要打磨吗? 有 ,打磨的目的是 除去金属表面的氧化物 。
【实验探究2】取打磨过的镁片、铝片分别插入盛有硫酸铜溶液的试管中。镁片、铝片表面都有红色疏松的物质析出,硫酸铜溶液颜色变浅,据此可以探究出三者的金属活动性强弱。
(3)写出铝与硫酸铜溶液反应的化学方程式: 2Al+3CuSO4Al2(SO4)3+3Cu 。
[附加题]
【拓展探究】细心的同学发现,将打磨过的镁片插入硫酸铜溶液中时,镁片表面除了有红色疏松的物质析出,还有气泡产生,为什么会有气泡产生呢?
【查阅资料】在硫酸铜溶液中,由于铜离子的水解作用,溶液显酸性,硫酸铜溶液的浓度越大,铜离子的水解作用越强。
(4)写出镁片与硫酸铜溶液反应产生气泡的化学方程式: Mg+H2SO4MgSO4+H2↑ 。
(5)设计实验探究硫酸铜溶液的浓度与铜离子的水解作用的关系: 取等质量的溶质质量分数分别为5%和10%的硫酸铜溶液于试管中,分别加入打磨过的质量、表面积均相同的金属镁片,观察镁片表面产生气泡的速率 。
3.如图所示,“铝热反应”指铝和氧化铁的反应:2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe,常用于焊接铁轨。过程为引燃镁条,漏斗内物质熔化,大量熔融物落下焊接。
(1)氧化铁和铝粉都用粉末状的,目的是 增大反应物之间的接触面积,使反应更快、更充分 。
(2)某学习兴趣小组对所得熔融物的成分进行了探究。
【查阅资料】①铝能和氢氧化钠溶液反应产生偏铝酸钠(NaAlO2)和氢气。
②铁可以被磁铁吸引,铝不能被磁铁吸引。
【猜想假设】同学们猜测铝热反应所得到的熔融物中的金属:假设一:铁;假设二:铁和铝的混合物。
(3)【进行实验】同学们设计以下实验方案验证猜想。
实验步骤
实验现象
实验结论
取少量冷却后的熔融物于石棉网上,用磁铁吸引
熔融物能够被吸引
假设二
正确
取少量冷却后的熔融物于试管中,加入 NaOH溶液
熔融物部分溶解,有气泡产生
请写出铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式: 2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑ 。
类型6 有关酸、碱、盐性质的探究
安徽省中考主要考查酸、碱及碳酸盐的化学性质。解答此类问题的关键是熟悉常见物质之间的反应现象、常见物质的性质,并能推测同类物质的性质,以及熟知验证无明显现象的反应的方法:指示剂法、pH值法、温度变化、压强变化等。
典例 学习了酸、碱、盐的相关知识后,某兴趣小组同学在老师的指导下开展了以下探究活动。
实验一:验证酸、碱、盐之间能发生化学反应。
【进行实验】为了验证硫酸与碳酸钠能发生化学反应,小明做了如图1所示实验,观察到试管中的现象为 ,则证明两种物质发生了化学反应,该反应的化学方程式为 。
【设计实验】为了验证硫酸与氢氧化钠能发生化学反应,小刚设计了如下实验方案。
实验操作
预期实验现象
实验结论
步骤一:将氢氧化钠溶液滴入稀硫酸中并振荡
溶液呈无色
硫酸与氢氧化钠能发生化学反应
步骤二:向步骤一所得无色溶液中滴加几滴酚酞溶液
溶液呈无色
请你评价小刚设计的实验方案是否可行,并说明理由:
。
【反思提高】证明无色溶液之间能发生化学反应的方法有很多,请你举出一个通过生成沉淀来证明发生化学反应的实例: (只要求写出两种反应物)。
实验二:利用酸、碱溶于水放热的性质探究燃烧条件。
【进行实验】如图2所示,实验过程中,观察到滴水之前白磷不燃烧,滴水之后白磷燃烧。由此可推出可燃物燃烧需要的条件之一是 。写出白磷燃烧的化学方程式: 。
【拓展延伸】有同学想利用图2装置,并且将部分药品进行更换(如图3所示),也来探究燃烧条件,你认为此实验方案是否可行并说明理由:
。
【解析】实验一:【进行实验】硫酸与碳酸钠反应生成硫酸钠、水和二氧化碳,能观察到有气泡产生,化学方程式为Na2CO3+H2SO4Na2SO4+H2O+CO2↑。【设计实验】由于氢氧化钠溶液显碱性,加入酚酞后溶液呈红色,但是向稀硫酸中加入氢氧化钠后,再加入酚酞,溶液呈无色,说明溶液中不再含氢氧化钠,从而验证氢氧化钠与硫酸能发生化学反应。【反思提高】碳酸钠与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠,可以通过产生沉淀证明发生了化学反应。实验二:【进行实验】氢氧化钠溶于水中会放出大量热,使温度升高,从而达到白磷的着火点使其燃烧。磷与氧气在点燃条件下反应生成五氧化二磷,化学方程式为4P+5O22P2O5。【拓展延伸】浓硫酸溶于水会形成稀硫酸,稀硫酸可与铁反应生成硫酸亚铁和氢气,而氢气属于易燃易爆气体,遇明火易发生爆炸。
【答案】 实验一:【进行实验】产生气泡 Na2CO3+H2SO4Na2SO4+H2O+CO2↑
【设计实验】此方案可行,滴加酚酞溶液后溶液仍然为无色,说明溶液中氢氧化钠消失了,进而说明氢氧化钠与硫酸发生了化学反应
【反思提高】碳酸钠溶液、氢氧化钙溶液
实验二:【进行实验】温度达到可燃物的着火点 4P+5O22P2O5
【拓展延伸】不可行,因为浓硫酸稀释后会与铁槽发生反应产生H2,可能发生爆炸
酸、碱、盐这几类物质能够相互发生反应,且有的反应现象十分明显,如生成气体或沉淀,有的却几乎观察不到变化。解答此类问题需要掌握各类物质的性质及不同物质反应的实验现象,以此来判断反应是否发生以及是何种反应物。
针对训练
1.某化学兴趣小组为探究碱和盐的化学性质,进行了如图1所示的实验(忽略空气中CO2对本实验的影响)。请你参与并完成相关内容。
【查阅资料】碳酸钡难溶于水。
(1)步骤一:关闭K,向下缓慢推动注射器活塞并轻轻振荡锥形瓶,使二氧化碳全部进入锥形瓶,并与m g溶质质量分数为10%的NaOH溶液恰好完全反应转化为碳酸钠,轻轻振荡锥形瓶的目的是 增大反应物接触面积,使氢氧化钠溶液与二氧化碳充分反应 。
步骤二:打开K,向上缓慢拉动注射器活塞,观察到乙中溶液进入甲。
(2)上述实验过程中,甲中溶质总质量变化情况如图2所示,B点对应的溶质总质量为 +0.1 m) (用含m的代数式表示,可以不化简)g,BC段反应的化学方程式为 Na2CO3+Ba(OH)2BaCO3↓+2NaOH ,BC段溶质总质量下降的原因是 加入的氢氧化钡溶液与碳酸钠溶液反应生成沉淀,每171份质量的氢氧化钡,生成197份质量的碳酸钡沉淀,溶质质量减少26份 。
(3)步骤一和步骤二结束后,将甲和乙中的物质全部转移到烧杯中,搅拌后过滤,得到白色沉淀和滤液。结合图2中C点的值确定滤液中溶质的成分为 NaOH、Ba(OH)2 (填化学式)。
2.某化学课堂围绕“酸碱中和反应”,将学生分成若干小组开展探究活动,请你和他们一起完成以下实验探究。
【提出问题】将一定量稀盐酸加入盛有氢氧化钙溶液的小烧杯中,实验中未观察到明显现象,部分同学产生了疑问:反应后溶液中溶质的成分是什么?
【查阅资料】CaCl2溶液显中性。
【猜想与假设】针对疑问,甲组同学猜想如下:
猜想Ⅰ:只有CaCl2;猜想Ⅱ:有 CaCl2和HCl ;猜想Ⅲ:有CaCl2和Ca(OH)2;猜想Ⅳ:有CaCl2、HCl和Ca(OH)2。
乙组同学对以上猜想提出质疑,认为猜想Ⅳ不合理,其理由是 Ca(OH)2+2HClCaCl2+2H2O (用化学方程式解释)。
【实验探究】为了验证其余猜想,各小组进行了下列三个方案的探究。
实验
方案
滴加紫色
石蕊溶液
通入CO2
滴加Na2CO3
溶液
实验
操作
实验
现象
溶液变为蓝色
产生白色沉淀
产生白色沉淀
实验
结论
溶液中含有Ca(OH)2
溶液中含有Ca(OH)2
溶液中含有Ca(OH)2
【得出结论】通过探究,全班同学一致确定猜想Ⅲ是正确的。
【评价反思】(1)丙组同学认为滴加Na2CO3溶液产生白色沉淀,并不能证明溶液中一定含有Ca(OH)2,请你帮助他们说明原因: 碳酸钠和氯化钙反应也能产生白色沉淀 。
(2)在分析反应后所得溶液中溶质的成分时,除了考虑生成物外,还需要考虑 反应物是否过量 。
【反思交流】(3)某同学在进行酸碱中和滴定实验时,测得溶液的pH变化如图所示,请回答下列问题:
①由图可知,在c点处溶液中溶质是 HCl和CaCl2 。
②若要使c点对应的溶液变成b点对应的溶液,需要除去杂质,其中的一种方法是向烧杯中加入过量的 碳酸钙 (填物质名称),然后过滤,除杂。
3.某校九年级“我们爱化学”活动小组的同学,在老师的指导下对稀硝酸的性质进行了实验探究。
【实验设计】(1)将紫色石蕊溶液滴入稀硝酸中,预计紫色石蕊溶液由紫色变为 红 色;(2)将铜片加入稀硝酸中,观察现象。
【实验验证】同学们按上述设计进行了实验,却发现紫色石蕊溶液变色后一会儿即褪去,铜片投入稀硝酸后,有气泡冒出,产生无色气体X,无色气体X遇空气变成红棕色有刺激性气味的气体。
【提出问题】(1)紫色石蕊溶液变色后为何会褪色?(2)上述产生的无色气体X是什么?硝酸具有哪些特性?
【查阅资料】Ⅰ.硝酸具有强氧化性,可与Cu、Zn等多种金属反应生成相应的硝酸盐,但不会生成H2。
Ⅱ.某些气态含氮物质的物理性质如下表所示:
物质
N2
NH3
NO
NO2
颜色
无色
无色
无色
红棕色
溶解性
不溶于水
极易溶于水
不溶于水
可溶于水
【猜想与分析】(1)小强同学认为紫色石蕊溶液变色后又褪色是由于试管不干净,含有其他杂质造成的,要证明小强的观点,应进行的操作是 换一支干净的试管重新进行实验 。
(2)大家一致认为红棕色气体是NO2,但对于无色气体X及变化的原因有不同的观点。
①小华同学认为气体X是N2,但遭到大家的一致反对,理由是 氮气常温下化学性质稳定,不会与空气中的成分反应产生红棕色气体 。
②小明同学认为气体X是NH3,也遭到大家的一致反对,理由是 氨气极易溶于水且可与酸反应,生成铵盐,不会逸出 。
③经讨论,最终大家获得了气体X是NO的共识。NO遇到空气中的氧气生成NO2的化学方程式为 2NO+O22NO2 。
【表达交流】根据探究结果,请分析稀盐酸和铜不反应而稀硝酸却能与铜反应的原因: 硝酸具有强氧化性 。
[附加题]
【反思拓展】(1)活动小组的同学对硝酸能与Zn反应很感兴趣,便取了一小块锌片投入稀硝酸中,发现锌片溶解,也出现上述Cu与稀硝酸反应的类似现象,确定生成了NO,并在老师的帮助下,测出恰好反应时Zn和HNO3的质量比为65∶168,由此获得了Zn与稀硝酸反应的化学方程式为 3Zn+8HNO33Zn(NO3)2+2NO↑+4H2O 。
(2)活动小组的同学在老师的帮助下获得了一定质量分数的硝酸和锌反应对应的产物:质量分数为1%时生成NH4NO3;质量分数为15%时生成N2O;质量分数为50%时生成NO;质量分数为80%时生成NO2。由此可以得到的规律是 随着硝酸浓度增大,其氧化性增强 。
(3)将铜片加入足量的浓硝酸中,发现反应后所得溶液呈绿色。活动小组的同学查阅资料得知,这是由于生成的红棕色NO2溶解在溶液中引起的,请设计一个简单的实验证明: 取适量该溶液于试管内,加热,观察到有红棕色气体产生,溶液变为蓝色,说明溶液呈绿色是由生成的红棕色NO2溶解在溶液中引起的 。
4.如图是两个实验小组分别进行“加热硫酸铜和氢氧化钠溶液反应后的生成物”的实验过程示意图:
【甲组】氢氧化钠与硫酸铜反应的化学方程式为 2NaOH+CuSO4Na2SO4+Cu(OH)2↓ ,加热后产生黑色的氧化铜。
【乙组】为寻找实验中没有产生氧化铜的原因,他们进行了以下实验探究。
【查阅资料】在酸性条件下,氢氧化钠与硫酸铜在溶液中可发生如下反应:6NaOH+4CuSO43Na2SO4+Cu4(OH)6SO4↓,生成的碱式硫酸铜是不溶于水的蓝白色固体,加热不易发生分解。
【提出猜想】根据资料分析,同学们针对试管中溶液呈酸性的原因提出以下猜想:
猜想Ⅰ:硫酸铜溶液呈酸性。
猜想Ⅱ:生成的硫酸钠使溶液呈酸性。
【实验与结论】实验①:用pH试纸测定硫酸铜溶液的酸碱度,得出其pH < 7(填“>”“<”或“=”),说明硫酸铜溶液呈酸性,猜想Ⅰ成立。
实验②:向盛有硫酸钠溶液的试管中逐滴加入石蕊溶液,观察到溶液显紫色,说明硫酸钠溶液呈 中 (填“酸”“碱”或“中”)性,猜想Ⅱ不成立。
【交流与反思】(1)甲组同学认真分析乙组实验后,一致认为不需要通过实验就能判断猜想Ⅱ不成立,理由是 甲组实验也生成了Na2SO4,若其溶液显酸性,则在此条件下氢氧化钠与硫酸铜反应也会生成蓝白色沉淀 。
(2)在化学反应中,相同的反应物因质量比不同可能会导致生成物不同,请另举一例: 碳与氧气(合理即可) (写出反应物即可)。
5.兴趣小组的同学对碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠的某些性质进行相关探究。
【提出问题】三种溶液的酸碱性及与酸反应时溶液的pH如何变化?
【实验探究1】向等体积、等浓度的碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠溶液中分别加入几滴紫甘蓝汁液,同时用蒸馏水进行对比实验,观察并记录现象。
液体名称
蒸馏水
碳酸氢钠
溶液
碳酸钠
溶液
氢氧化钠
溶液
紫甘蓝汁液
显示的颜色
蓝紫色
蓝色
绿色
黄色
【查阅资料】
pH
7.5~9
10~11.9
12~14
紫甘蓝汁液显示的颜色
蓝色
绿色
黄色
【得出结论1】三种溶液的碱性由强到弱的顺序为 氢氧化钠溶液>碳酸钠溶液>碳酸氢钠溶液 。
【实验探究2】甲同学向烧杯中加入约5 mL稀氢氧化钠溶液,滴入几滴酚酞溶液,此时溶液由 无 色变为 红 色。向其中加入稀盐酸,该反应的化学方程式为 NaOH+HClNaCl+H2O 。
乙同学向一定体积、一定浓度的氢氧化钠溶液中,逐滴加入一定浓度的盐酸,得到pH的变化与时间的关系如图1所示。
【得出结论2】从微观角度分析,该反应的实质是 氢离子和氢氧根离子结合生成水分子 。
【实验探究3】向等体积、含等碳原子数的碳酸氢钠和碳酸钠溶液中分别逐滴加入一定浓度的盐酸,得到pH的变化与时间的关系如图2、图3所示。
【交流与反思】b点的溶质为 NaCl、HCl (写化学式,下同),将图2和图3中的阴影部分进行叠加,发现两者基本重合,c点的溶质为 NaCl、NaHCO3 。
【得出结论3】通过上述分析,碳酸钠和盐酸的反应过程,可以依次用以下两个化学方程式表示: Na2CO3+HClNaCl+NaHCO3 、 NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2↑ 。
【结论与反思】探究溶液的酸碱性及反应pH的变化,可以认识反应的原理及进行的过程。
类型7 有关实验异常现象的探究
化学实验中可能会出现与所探究目的不一样的现象。此类题目一般考查导致异常现象的因素或异常现象的结果。解决此类问题要根据已有知识建立合理的猜想,假设所有符合实际的可能因素或结果,并设计实验进行验证。
典例 某研究性学习小组在验证“碱使酚酞试液变红”的实验时,发现一个意外现象:将酚酞试液滴入某NaOH溶液中,溶液变成了红色,可是过一会儿红色却消失了。
【提出问题】是什么原因导致滴有酚酞的NaOH溶液由红色褪为无色?
【猜想与假设】他们分别对这种意外现象作出如下猜想:
甲同学:可能是酚酞与O2发生了反应;
乙同学:可能是NaOH溶液与空气中的CO2发生了反应;
丙同学:可能与NaOH溶液浓度大小有关;
你认为可能还与 有关(写一条即可)。
【设计实验】三位同学分别设计实验验证自己的猜想:
(1)甲同学设计了如下实验,请你填写下表。
实验步骤
设计这一步
骤的目的
实验现象
实验结论
1.将NaOH溶液加热煮沸
溶液变红,过一会儿红色消失
甲同学猜想 (填“正确”或“不正确”)
2.向冷却后的溶液中滴入酚酞,并滴一些植物油在其上方
(2)乙同学设计如图1装置进行实验,一段时间后,试管中溶液的红色褪去,于是认定自己的猜想正确。请写出CO2与NaOH溶液反应的化学方程式: 。甲同学认为乙同学的实验不够严谨,理由是 。
(3)丙同学使用了色度传感器测溶液的颜色。他在a、b、c三个比色皿中分别加入等量5%、10%、20%的NaOH溶液,然后各滴加2滴酚酞试液。溶液颜色的变化曲线如图2[说明:溶液无色时色度值(透过率)为100%]。请你观察图2回答问题。
①写出两条规律性结论: ; 。
②推测5%的NaOH溶液滴加2滴酚酞试液后褪为无色的时间约为 (填字母序号)。
A.小于30 s B.30~90 s C.90~140 s
D.140~180 s E.180~280 s F.大于280 s
【解析】【猜想与假设】除了题中猜想外,还可考虑滴入酚酞溶液的多少、滴入酚酞溶液的浓度大小以及氢氧化钠溶液中含有的杂质等因素。【设计实验】(1)将NaOH溶液加热煮沸是为了除去氢氧化钠溶液中溶解的氧气;向冷却后的溶液中滴入酚酞,并滴一些植物油在其上方能隔绝氧气。由实验现象可知,甲同学猜想不正确。(2)CO2与NaOH反应生成碳酸钠和水,化学方程式为2NaOH+CO2Na2CO3+H2O;二氧化碳中可能混有氯化氢气体,氢氧化钠会与氯化氢发生反应,试管中溶液的红色也能褪去。(3)由题图2可以得出:氢氧化钠溶液的浓度越大,酚酞试液变红后褪色越快;氢氧化钠溶液的浓度越大,起始颜色越深。由题图2可看出,5%的NaOH溶液滴加2滴酚酞试液后140 s内色度从85%升高至约92%,那么从92%升高至100%,所需时间要大于140 s。
【答案】 【猜想与假设】滴入酚酞溶液的多少(或滴入酚酞溶液的浓度大小、氢氧化钠溶液中含有杂质等,合理即可)
【设计实验】(1)除去氢氧化钠溶液中溶解的氧气 隔绝氧气 不正确
(2)2NaOH+CO2Na2CO3+H2O 若制取的二氧化碳气体中混有氯化氢气体,试管中溶液的红色也能褪去
(3)①氢氧化钠溶液的浓度越大,酚酞试液变红后褪色越快 氢氧化钠溶液的浓度越大,起始颜色越深 ②F
探究实验中产生异常现象的原因可从以下角度分析:
1.反应物
2.生成物
3.反应条件
4.反应伴随现象:主要是热现象
5.环境:周围环境的差异(温度、物质等)、环境中某些物质是否参与了反应
针对训练
1.在一支试管中放入一小段镁条(已打磨除去氧化膜),再向试管中加入一定量的盐酸,镁条表面有 气泡 产生,反应的化学方程式是 Mg+2HClMgCl2+H2↑ 。
【发现问题】为了再次观察上述反应现象,小林同学用较长的镁条重做上述实验,但发现了异常现象,试管中出现了白色沉淀。
【实验验证1】小林同学针对两次实验的不同结果,设计对比实验方案,探究出现异常现象的原因。
试管(盛有同体积、同浓度的盐酸)
①
②
③
④
镁条长度/cm
1
2
3
4
相同的实验现象(省略题干现象)
快速反应,试管发热,镁条全部消失
沉淀量差异(恢复至20 ℃)
无
少量
较多
很多
【得出结论】镁条与盐酸反应产生白色沉淀与 镁条长度 有关。
【追问】白色沉淀是什么物质?
【查阅资料】①20 ℃时,100 g水中最多能溶解氯化镁54.8 g;
②镁能与热水反应产生一种碱和氢气;
③氯化银既不溶于水也不溶于稀硝酸。
【作出猜想】猜想一:镁;
猜想二:氯化镁;
猜想三:氢氧化镁,猜想的依据是 Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑ (用化学方程式表示)。
【实验验证2】将白色沉淀洗涤干净,分别取少量沉淀于A、B、C试管中,进行如下实验。
试管
操作
现象
结论
A
加入足量盐酸
没有气泡产生 ,白色沉淀 消失
猜想一错误,但这种白色沉淀能溶于盐酸
B
加入足量水
白色沉淀不消失
猜想二错误
C
加入适量稀硝酸
白色沉淀消失
原白色沉淀中含有的离子是Mg2+、 Cl-
继续滴加几滴硝酸银溶液
出现大量白色沉淀
【拓展延伸】足量镁与盐酸反应过程中,溶液会经历从酸性到碱性并且碱性逐渐增强的过程,从而促使白色碱式氯化镁的生成。
2.兴趣小组进行课外实验时,意外发现打磨过的铝片投入氯化铁溶液中有无色气体产生,而且一段时间后试管内有棕黄色固体析出。为此,他们展开了如下探究。
【提出问题1】无色气体成分是什么?
小组同学用pH试纸测定氯化铁溶液的pH=2,说明溶液呈 酸 性,他们推测该气体为 氢气 (填物质名称)。他们将气体通入肥皂液吹出气泡,气泡向上飞起,且可以引燃产生爆鸣声,从而验证了猜想。
【提出问题2】棕黄色固体成分是什么?
【查阅资料】①Al3+、Fe3+在溶液中易与水发生水解反应生成氢氧化铝(白色)、氢氧化铁(红褐色)沉淀;②氢氧化铝和氢氧化铁都溶于稀盐酸,且氢氧化铝还能溶于NaOH溶液。
【猜想与假设】甲同学:棕黄色固体为氢氧化铁。
乙同学: 棕黄色固体为氢氧化铝和氢氧化铁的混合物 。
【实验验证】
实验步骤
实验现象
实验结论
取少量棕黄色固体样品于试管中,加入足量的稀盐酸
固体全部溶解,溶液变成黄色
乙同学猜想正确
取少量棕黄色固体样品于试管中,加入足量的氢氧化钠溶液
固体部分溶解
【拓展反思】根据以上探究内容,你对课本“位于前面的金属能把位于后面的金属从它们化合物的溶液里置换出来”这句话有何新的理解: 对于活动性较强的金属,位于前面的金属不一定能把位于后面的金属从它的化合物的溶液里置换出来 。
3.某同学在实验室中做实验时,意外发现盛装NaOH溶液的玻璃瓶盖和瓶口粘在一起,无法打开,且在瓶口位置可以看到有一些白色粉末。请教老师后得知,玻璃的主要成分为SiO2,而SiO2可与NaOH反应产生胶状物Na2SiO3(该反应类似NaOH与CO2的反应),而瓶塞和瓶口粘在一起就是因为发生了以上反应。联想到不久前所学的碱的化学性质,该同学对白色粉末的成分展开探究。
【推导新知】
请写出NaOH与SiO2反应的化学方程式: 2NaOH+SiO2Na2SiO3+H2O 。
【提出问题】
白色粉末中含有哪些成分?
【猜想假设】
猜想一:Na2SiO3和NaOH;
猜想二:Na2SiO3和Na2CO3;
猜想三: Na2CO3、NaOH、Na2SiO3 。
【查阅资料】
Na2SiO3化学性质与碳酸钠类似,其水溶液显碱性,可与CaCl2溶液反应。CaCl2溶液呈中性。硅酸钙是难溶于水的白色固体。
【设计实验】
实验步骤
实验现象
解释或结论
①取少量白色粉末于试管中完全溶解,并滴入两滴无色酚酞溶液
溶液 变红
说明白色粉末的水溶液显碱性
②向上述溶液中加入足量的CaCl2溶液
有 白色沉淀 生成,且溶液红色 消失 (填“消失”或“不消失”)
猜想二成立
【实验延伸】
该同学用pH计(一种精确测定溶液pH的仪器)测定了上述反应后的废液,结果显示废液pH=7.8,他认为可能是仪器坏了,于是另换仪器重新测定,发现废液pH仍然为7.8,这意味着此时溶液显 碱 性,但是酚酞却显示无色。
【反思交流】
在向老师请教后,该同学认识到,原来所有酸碱指示剂都有一定的变色范围。例如酚酞,在pH大于8.2时才会变为红色。据此对酚酞检验后未变色的溶液酸碱性,你有何新的看法: 该溶液可能是酸性溶液、中性溶液或是pH小于等于8.2的碱性溶液 。
类型8 数字化实验探究
有些化学反应现象不明显,就需要借助温度传感器、pH传感器以及浓度传感器监测,并通过电脑描绘图像。解决此类题目的关键是能看懂题给图像,善于从图像中总结归纳有价值的信息。
典例 氢氧化亚铁[Fe(OH)2]可以用来制颜料、药物、催化剂、吸收剂和砷解毒剂等,学习小组展开制取Fe(OH)2的实验探究。
【查阅资料】(1)Fe(OH)2是一种难溶于水的白色固体,在空气中易被氧气氧化;
(2)2NaOH+FeSO4Na2SO4+Fe(OH)2↓。
【实验制备】小组同学向盛有FeSO4溶液的试管中滴加NaOH溶液,观察到开始有大量白色沉淀生成,很快变成灰绿色,最终变成红褐色物质。
【提出问题】实验制备中沉淀颜色为什么会发生改变?
【猜想假设】通过对资料进行分析,小组同学认为是氧气将Fe(OH)2氧化成红褐色的Fe(OH)3。
【实验验证】小组同学利用氧气传感器、溶解氧传感器进行数字化实验,实验装置如图1所示(夹持装置略去,装置气密性良好)。打开磁力搅拌器,立即加入氢氧化钠溶液,实验数据如图2、图3所示。
【解释与结论】
(1)搅拌的作用是 。
(2)通过上述数字化实验,可得到“Fe(OH)2在制备过程中,沉淀颜色的改变与氧气有关”的结论。其依据是 。
【清洗仪器】实验结束后,装置内壁沾有的红褐色固体用水不易洗去,小林同学提议利用 (填化学式)清洗。
小组同学为制取纯净的Fe(OH)2,设计了如下实验:
【改进方案】向盛有5 mL新制FeSO4溶液的试管中加入10滴植物油,然后用胶头滴管滴加煮沸过的氢氧化钠溶液,此时胶头滴管的正确使用方法是 (填字母序号)。
【实验现象】能较长时间看到白色沉淀产生。
【反思交流】该实验中加入植物油的目的是 ;氢氧化钠溶液煮沸的目的是 。
【解析】【解释与结论】(1)搅拌有利于沉淀与氧气接触,使充分反应。(2)从题图2和题图3中可以看出氧气浓度明显降低,沉淀颜色随之发生变化。【清洗仪器】红褐色固体为氢氧化铁,属于碱,可与酸反应生成可溶性盐和水,故可利用盐酸进行清洗。【改进方案】为防止氢氧化钠和硫酸亚铁生成的氢氧化亚铁被氧化,滴加氢氧化钠时需要将胶头滴管伸入液面以下,保证液体全部加入。【反思交流】植物油可以起到密封作用,避免氧气进入溶液;氢氧化钠溶液可以溶解一定的氧气,加热煮沸可以将其除去,从而消除溶解氧对沉淀的影响。
【答案】 【解释与结论】(1)使反应物充分反应
(2)瓶内空气中、溶液中的氧气含量均降低,沉淀颜色改变
【清洗仪器】HCl
【改进方案】D
【反思交流】隔绝氧气 除去氢氧化钠溶液中的氧气
数字化实验通常用于反应现象不明显的实验中,一般需要借助传感器(温度传感器、压强传感器、pH传感器)、电脑等仪器绘制图像,从而证明反应发生。解答此类题目需掌握以下几点:
1.清楚横纵坐标表示的量以及不同曲线所表示的含义;
2.了解图像的起点、拐点、变化趋势与反应进程的联系;
3.善于从图像中归纳出有价值的信息,结合题意进行分析解答。
针对训练
1.小明在市场看到,鱼老板将一勺白色粉末“鱼浮灵”加入水中,有气泡产生,水中奄奄一息的鱼很快张开嘴,活蹦乱跳起来,小明对这种白色粉末展开了相关探究。
【査阅资料】“鱼浮灵”主要成分是过氧碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2),俗称固体双氧水,该晶体具有Na2CO3和H2O2的双重性质。
(1)取少量“鱼浮灵”于试管中,加水,有持续细小气泡缓慢放出,将带火星木条伸入试管中, 木条不复燃(或无明显变化) ,不能得出是否有氧气生成。
(2)通过数字实验进一步探究,如图1所示,在三颈烧瓶中加入“鱼浮灵”和适量水,三颈烧瓶两端分别插入氧气传感器和溶解氧传感器(氧气传感器用于测定装置内气体中氧气的含量变化,溶解氧传感器用于测定溶液中溶解氧气的含量变化),测定的图像如图2,根据溶解氧传感器测得的曲线可以得出结论: “鱼浮灵”与水作用产生的气体是氧气 。
【实验反思】(3)结合曲线,实验中小明看不到明显现象的原因是 产生的氧气较少,主要溶解在水中 。
(4)向实验(1)试管中加入少量 二氧化锰 (填物质名称),产生大量气泡,伸入带火星木条,木条复燃。
(5)取实验(1)中上层清液,测得溶液pH > (填“>”“<”或“=”)7;向溶液中滴加足量稀盐酸,产生大量气泡;将产生的气体通入澄清石灰水中, 澄清石灰水变浑浊 ,说明有CO2生成。
(6)向过氧碳酸钠中加入下列物质时,不会导致过氧碳酸钠变质的是 C (填字母序号)。
A.硫酸铜 B.醋酸 C.硫酸钠 D.氯化钡
2.海洋酸化对海洋生物造成了威胁,尤其是珊瑚和软体动物等长有坚硬外壳(主要成分是碳酸钙)的生物,会出现外壳溶解现象而难以生存。如图1是1990—2010年间某海域中二氧化碳浓度及海水pH变化趋势,请回答下列问题。
(1)该海域海水呈 碱 (填“酸”或“碱”)性。
(2)珊瑚等动物难以生存的主要原因是碳酸钙与海水中的CO2和水反应生成了可溶的碳酸氢钙,该化学方程式为 CO2+H2O+CaCO3Ca(HCO3)2 。
【校内拓展】为研究降低CO2的方法,小铭在实验室用传感器研究等量饱和澄清石灰水、饱和NaOH溶液分别吸收CO2的效果,装置及测定结果如图2、图3所示。
(3)实验开始前应先进行的操作是 检查装置的气密性 。
(4)表示石灰水吸收CO2结果的曲线是 ① (填“①”或“②”)。
(5)小铭的实验结论: 相同情况下,氢氧化钠溶液吸收CO2的效果比澄清石灰水好 。
3.消防教育常提及火灾发生时“要往低处逃生”,提出这一逃生技巧的科学依据是什么?同学们对这一问题进行探究。
【查阅资料】Ⅰ.空气中氧气含量低于18%时人会感到不适。
Ⅱ.二氧化碳含量过多是火灾中使人窒息的主要原因之一。
Ⅲ.高温是火灾中使人伤亡的另一主要原因,温度大于50 ℃时人就会被烫伤。
【进行实验】
实验装置
实验步骤
在圆筒形容器中放置3支不同高度的蜡烛,传感器及蜡烛摆放位置如图所示
a、b、c三点均放置氧气、二氧化碳和温度三种传感器
①设置好传感器;
②点燃蜡烛,迅速封盖并开始采集数据;
③观察蜡烛熄灭顺序并记录熄灭时间;
④待3支蜡烛完全熄灭、曲线趋于稳定时,停止数据采集
【实验数据】
(1)不同高度蜡烛的熄灭时间:
蜡烛高度
高(30 cm)
中(20 cm)
低(10 cm)
熄灭时间
106 s
164 s
199 s
(2)不同位置传感器测得的相应数据如图:
【解释与结论】
(1)蜡烛燃烧生成水和二氧化碳,则蜡烛中一定含有的元素是 C、H 。
(2)实验中3支蜡烛放置位置的俯视图正确的是 B (填字母序号)。
(3)低处蜡烛熄灭时,c处氧气的含量约为 18.5% 。
【反思与评价】
(4)某同学认为,二氧化碳的密度比空气大,二氧化碳应在下方聚集,但实验数据显示,在100 s时,a处二氧化碳浓度最大,分析其原因是 蜡烛燃烧放热,温度升高,生成的二氧化碳受热体积膨胀变大,此时密度小于空气,向上聚集 。
(5)本实验证明火灾发生时“要往低处逃生”是合理的,其依据是 发生火灾时,位置较低处的温度低、二氧化碳含量低、氧气含量高 。
(6)下列火灾逃生的做法合理的是 BCD (填字母序号)。
A.坐电梯往楼下撤离
B.身上着火不可乱跑,要就地打滚使火熄灭
C.沿着大火尚未燃及的应急通道迅速往未起火的楼下撤离
D.逃生路线被火封住,应退回室内,关闭门窗,向门窗浇水,发出求救信号
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