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专题五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】通过教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。 类型类型1有关物质成分的探究有关物质成分的探究典例( 2017河北 )小明在市场看到,鱼老板将一勺白色粉末加入水中,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”很感兴趣,与小刚进行了相关探究。【查阅资料】这种“白色粉末”的主要成分是过碳酸钠( 化学式为Na2CO4 ),常温下,与水反应生成氧气。【实验1】小明选用如图所示装置中的( 填序号 )进行过碳酸钠与水的反应并收集产生的气体,经检验该气体是氧气,检验方法是。 【提出问题】过碳酸钠与水反应后得到的溶液M中溶质的成分是什么?【提出猜想】根据过碳酸钠与水的组成提出三种猜想。猜想一:Na2CO3;猜想二:NaOH;猜想三:Na2CO3和NaOH。【实验2】小明取溶液M,滴加CaCl2溶液,观察到有白色沉淀生成,他认为白色沉淀是CaCO3,溶液中一定含有Na2CO3。小刚提出质疑,产生的白色沉淀不一定是CaCO3,他的理由是。 【实验3】小刚取溶液M,滴加稀盐酸,观察到,证明溶液中一定含有Na2CO3,从而否定了猜想二。Na2CO3与稀盐酸反应的化学方程式为。 【实验4】为进一步确定溶液M中是否含有NaOH,他们向溶质M中滴加CaCl2溶液至不再产生沉淀为止。取上层溶液,加入,无明显现象,证明溶液中无NaOH溶液,猜想一正确。该实验中用CaCl2溶液而不用饱和石灰水,原因是。 【反思拓展】( 1 )根据过碳酸钠的性质,保存时应注意防潮。( 2 )检验A、B两种物质是否同时存在,一定要考虑两者性质的互相干扰问题。【解析】【实验1】过碳酸钠与水反应属于固液常温型,应选用装置B,氧气的密度比空气大,可采用向上排空气法收集。检验氧气用带火星的木条。【实验2】小刚质疑的原因:若溶液M中有NaOH,NaOH与CaCl2反应生成的Ca( OH )2微溶,也能形成白色沉淀。【实验3】碳酸钠与盐酸反应生成二氧化碳气体,若观察到有气泡产生,则说明溶液中一定含有Na2CO3。Na2CO3与稀盐酸反应的化学方程式为Na2CO3+2HCl 2NaCl+CO2+H2O。【实验4】利用NaOH溶液呈碱性进行检验,故向上层溶液中加入的试剂是酚酞试液。该实验中用CaCl2溶液而不用饱和石灰水的原因:碳酸钠能与氢氧化钙反应生成氢氧化钠,干扰实验结果。【答案】【实验1】BC将带火星的木条伸入集气瓶内,木条复燃【实验2】Ca( OH )2微溶于水,白色沉淀可能是Ca( OH )2【实验3】有气泡产生Na2CO3+2HCl 2NaCl+CO2+H2O【实验4】酚酞试液加入饱和石灰水会生成NaOH,无法确定溶液M中是否含有NaOH 1.( 2017合肥包河区二模 )铜绿是一种由C、H、O、Cu四种元素组成的化合物,向盛有铜绿样品的试管中加入适量稀盐酸,出现大量气泡,绿色固体溶解,得到蓝绿色溶液。其中蓝绿色溶液为氯化铜溶液。【提出问题】反应生成的气体是什么?【猜想与假设】可能是氢气;可能是二氧化碳;可能是氧气。 【实验探究】 【实验结论】通过查阅资料得知,铜绿的化学式为Cu2( OH )2CO3,则铜绿和稀盐酸反应的化学方程式为Cu2( OH )2CO3+4HCl 2CuCl2+3H2O+CO2。 2.在学习酸、碱、盐的性质时,某组同学将碳酸钠溶液和一瓶标签破损的溶液M( 如图 )进行反应,有白色沉淀产生,过滤后得到澄清滤液。同学们对该实验进行了一系列的探究。探究一:M溶液中的溶质是什么?( 1 )【提出猜想】该组同学认为M溶液的溶质有两种可能:是Ca( OH )2,是CaCl2。 【收集资料】CaCl2的水溶液呈中性。( 2 )【设计实验】同学们设计了如下方案并进行实验: 探究二:过滤后澄清滤液中会有哪些溶质?【提出猜想】猜想一:NaOH和Na2CO3;猜想二:NaOH和Ca( OH )2;猜想三:NaOH。( 3 )【实验验证】同学们针对“猜想一”进行如下实验:他们的实验结论是否严谨?否( 填“是”或“否” )。 ( 4 )【继续探究】设计如下实验方案确定滤液中溶质的组成: ( 5 )【反思与拓展】为防止标签被腐蚀而破损,倾倒液体时标签要朝向手心。 在分析反应后所得溶液中的溶质时,除考虑可溶性的生成物,还应考虑反应物是否过量( 合理即可 )。 3.牙膏和牙刷一起用于清洁牙齿,保护口腔卫生,是对人体安全的一种日用必需品。某化学兴趣小组对某种牙膏的成分进行了如下探究:探究一:牙膏的酸碱性实验1:取少量牙膏放入烧杯中,加入足量的水溶解,静置;取上层清液,测定溶液的pH,pH7( 填“”或“” ),牙膏呈碱性。 探究二:牙膏摩擦剂的成分小明同学发现实验1中烧杯底部有沉淀,便想探究其成分。【查阅资料】牙膏成分中的固体原料为摩擦剂,它能擦去牙齿表面牙垢,减少牙渍。常见的摩擦剂有碳酸钙、二氧化硅( SiO2 )等,SiO2不溶于水和稀盐酸。 【猜想与假设】该牙膏摩擦剂的成分可能是:碳酸钙;二氧化硅;你的猜想是碳酸钙和二氧化硅的混合物。 实验2:【设计方案和实验】请你写出步骤发生反应的化学方程式:CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2。 4.( 2017合肥瑶海区三模 )某校化学兴趣小组的同学对干电池中含有哪些物质产生了兴趣,于是他们将干电池剥开,发现其中有黑色物质,并闻到了一股淡淡的刺激性气味。【提出问题】为什么会有刺激性的气味?黑色物质的成分是什么?【查阅资料】干电池中的主要成分之一为氯化铵。氨气可以使湿润的红色石蕊试纸变蓝。常见的黑色物质有铁粉、二氧化锰、氧化铜和四氧化三铁。【实验探究】同学们依次设计实验进行探究。实验:小亮取适量剥开的干电池内的物质与熟石灰( 或消石灰或氢氧化钙,合理即可 )( 填物质名称 )混合置于研钵内研磨,立即闻到了刺激性的气味,再用湿润的红色石蕊试纸检测,试纸变蓝,证明干电池中含有氯化铵。请写出研磨过程中发生反应的化学方程式:2NH4Cl+Ca( OH )2 CaCl2+2NH3+2H2O。 实验:四氧化三铁是磁铁矿的主要成分。小清用磁铁吸引该黑色物质,发现黑色物质完全没有被吸引,于是他得出结论:黑色物质中不含铁和四氧化三铁。 实验:小明将黑色物质与炭粉混合加热,发现黑色固体不变红,证明黑色物质中不含氧化铜。 实验:小莉取适量黑色物质进行如下实验。请完成表格:【得出结论】据此,小莉认为黑色物质中含有二氧化锰。【反思与评价】小新认为不需要实验,只要根据实验的现象,就能够得出黑色物质中不含氧化铜的结论,但遭到了其他同学的反对,理由是氧化铜也可以加快过氧化氢的分解速率。 类型类型2有关物质变质的探究有关物质变质的探究典例某同学发现,上个月做实验用的NaOH溶液忘记盖瓶盖了。对于该溶液是否变质,同学们开始实验探究。【猜想与假设】猜想:该溶液没有变质,为NaOH溶液;猜想:该溶液全部变质,为Na2CO3溶液;猜想:该溶液部分变质,为NaOH和Na2CO3的混合溶液。【查阅资料】Na2CO3溶液呈碱性。【设计方案】请你完善下表几组同学探讨的设计方案: 【探究实验】综合各小组的方案后,动手实验。【结论与反思】NaOH溶液易与空气中的CO2反应而变质,所以要密封保存。【拓展延伸】同学们设计了如图所示的两套装置进行实验:用胶头滴管吸取某种液体,锥形瓶中充入一种气体或放入一种固体物质,挤压胶头滴管。一段时间后,两装置中气球均明显胀大:( 1 )甲装置中可能发生反应的化学方程式是。 ( 2 )若乙装置中胶头滴管吸取的是稀盐酸,则锥形瓶中放入的固体可能是。 【解析】【设计方案】第1组:由题给资料知,碳酸钠溶液呈碱性,也能使酚酞溶液变红。第2组:碳酸钠能与氯化钙反应生成碳酸钙沉淀和氯化钠。第3组:将试管静置一段时间,取上层清液于另一支试管中,然后滴加酚酞溶液即可。【拓展延伸】( 1 )甲装置中气球变大,说明锥形瓶内压强变小,可以是氢氧化钠溶液和二氧化碳的反应。( 2 )乙装置中气球变大,说明锥形瓶内的压强变大,则放入的固体可能是活泼金属、碳酸盐或碳酸氢盐等。【答案】【设计方案】碳酸钠溶液也呈碱性,也能使酚酞溶液变红( 合理即可 )Na2CO3+CaCl2 2NaCl+CaCO3实验结束后,将试管静置一段时间,取上层清液于另一支试管中,然后滴加酚酞溶液【拓展延伸】( 1 )CO2+2NaOH Na2CO3+H2O( 合理即可 )( 2 )Zn( 合理即可 )【归纳总结】初中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。 为提高实验探究能力,某化学兴趣小组的同学在老师的指导下,对一瓶久置出现变质硬化的氢氧化钙固体进行如下探究活动。【探究活动一】检验硬化的氢氧化钙样品是否完全变质。( 1 )用化学方程式表示氢氧化钙变质的原因:CO2+Ca( OH )2 CaCO3+H2O。 ( 2 )为检验氢氧化钙样品是否完全变质,进行如下实验: 【探究活动二】测定样品中含有的变质固体( 以下用R表示 )的质量分数。取3 g部分变质的氢氧化钙样品与足量的稀盐酸反应,测量生成气体的体积( 该气体不溶于植物油 ),从而计算出样品中R的质量,便可求出样品中R的质量分数。实验装置( 气密性良好 )如图所示。 ( 3 )将稀盐酸滴入样品中,产生气体的化学方程式为CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2,反应一段时间后,当观察到无气泡产生时( 填实验现象 ),停止滴加稀盐酸。 ( 4 )实验中量筒的作用是根据进入量筒内水的体积,测量生成的CO2的体积( 或其他合理答案 )。 ( 5 )实验结束后,量筒内进入水的体积如图所示,其读数为165.0mL。已知在该实验条件下,生成气体的密度为2 gL-1。通过计算可知,样品中R的质量分数为25%。 ( 6 )上述图所示实验装置和相关试剂,用于测定样品中R的质量分数是比较粗略的。请简要说明测定数据存在误差的原因:未考虑加入盐酸后烧瓶内溶液所占体积的变化( 或其他合理答案 )( 写一个 )。 类型类型3有关影响化学反应速率因素的探究有关影响化学反应速率因素的探究典例( 2013安徽 )“五一”假期,小兵对“锌与硫酸反应快慢的影响因素”进行了探究。【提出问题】锌与硫酸反应的快慢受哪些因素影响呢?【猜想与假设】a.可能与硫酸的质量分数有关;b.可能与锌的形状有关。【设计并实验】小兵用不同质量分数的硫酸和不同形状的锌进行如下实验。 ( 1 )写出稀硫酸与锌反应的化学方程式:。 ( 2 )小兵用如图装置收集并测量氢气的体积,其中量筒的作用是,氢气应从( 填“e”“f”或“g” )管通入。 【搜集证据】( 3 )要比较不同质量分数的硫酸对反应快慢的影响,应选择的实验编号是。 【得出结论】( 4 )结论是。 注意:若答对下列小题奖励4分,化学试卷总分不超过60分。 【评价与反思】( 5 )下表是小兵第组实验的详细数据。请描述锌与硫酸反应快慢的变化并解释原因: 。 ( 6 )锌与硫酸反应的快慢可能还受哪些因素影响?设计实验验证: 。 【解析】( 1 )活泼金属与酸反应生成盐和氢气。( 2 )用题给装置收集并测量气体的体积时,气体应从f管通入,将水从e口排出,再通过测量排出水的体积得出氢气的体积。( 3 )因为要比较不同质量分数的硫酸对反应快慢的影响,即硫酸的质量分数为变量,其他量应相同,所以应选择硫酸质量分数不同、锌状态相同的两组数据进行对比,故可选或。( 4 )通过或比较可知,锌与硫酸的接触面积越大,反应速率越快。通过或比较可知,硫酸的质量分数越大,反应速率越快。( 5 )根据题表中数据可知,第1 min最慢,第2 min最快,第2 min后逐渐减慢。第2 min后反应速率减慢的原因是随着反应的进行,硫酸越来越少,反应物的浓度也随着变小,因此反应速度下降。( 6 )影响反应速率的因素有反应物的颗粒大小( 状态 )、反应物的浓度、温度、是否有催化剂等,可选其一进行解答,在解答过程中,注意控制变量,如探究温度对反应速度的影响,其中可变量是温度,其他量不变。 【答案】( 1 )Zn+H2SO4 ZnSO4+H2( 2 )测量排出水的体积,即生成氢气的体积f( 3 )( 或 )( 4 )硫酸的质量分数越大,反应越快;锌与硫酸的接触面积越大,反应越快( 5 )第1 min反应慢,因为锌粒表面有氧化膜、油污等覆盖;从第2 min以后,随着反应的进行,硫酸的质量分数减小,反应逐渐变慢( 合理即可 )( 6 )温度。取质量、大小相等的锌粒分别放入2支试管中,然后分别加入温度不同、体积和溶质质量分数相同的稀硫酸,测量收集等体积的氢气所需要的时间( 或其他合理答案 )【信息解读】本类型试题主要探究某些因素对物质变化的影响。影响过氧化氢分解制氧气快慢的因素主要有: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。影响金属与酸反应快慢的因素主要有: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。 1.( 2017合肥包河区二模 )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。那么,影响过氧化氢溶液分解快慢的因素到底有哪些呢?某化学兴趣小组对此进行如下研究。【提出问题】影响过氧化氢溶液分解快慢的因素有哪些?【猜想与假设】假设1:过氧化氢溶液的浓度;假设2:催化剂的质量;假设3:温度;假设4:催化剂的种类( 合理即可 )。 【设计实验】小明同学设计如下实验方案进行验证。( 1 )通过对比实验和可知,过氧化氢溶液分解的快慢与过氧化氢溶液的浓度有关。 ( 2 )在过氧化氢分解前后,二氧化锰的质量和化学性质不变。 ( 3 )请你写出用二氧化锰催化过氧化氢溶液分解的化学方程式:2H2O2 2H2O+O2。 【讨论交流】( 4 )小红同学认为在这个实验中,必须用排水法收集氧气,理由是排水法能准确测定收集氧气的体积。 ( 5 )小辉同学提出小明的方案无法验证温度对过氧化氢溶液分解快慢的影响,请你帮他说出理由:方案中没有温度不同,其他变量全部相同的对照实验。 注意:若答对下列小题奖励4分,化学试卷总分不超过60分。【拓展延伸】同学们查阅资料得知,FeCl3溶液对过氧化氢溶液分解也有影响。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力的变化曲线,如图1。 ( 6 )为保证实验的准确性,请你设计向两试管中加入FeCl3溶液的具体方法:分别用注射器吸取等量、等浓度的氯化铁溶液,同时注入两支试管中。 ( 7 )请你从图2曲线中找出FeCl3溶液对H2O2溶液分解影响的两条规律性结论:氯化铁溶液能加快过氧化氢溶液的分解;氯化铁溶液对浓度大的过氧化氢溶液催化效果更好。 2.在一次实验课上,各小组同学在不同地点找来小石块与稀盐酸反应制取二氧化碳,此反应的化学方程式为CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2。 小明发现,相邻小组气体产生的速率比自己小组的快。小明将这一情况报告老师,老师鼓励他们对此问题进行探究。【提出问题】影响二氧化碳气体产生速率的因素是什么?【提出猜想】不同地点石块中碳酸钙含量不同;所用盐酸的溶质质量分数不同;还可能是石块大小不同( 或石块质量不同或所加盐酸质量不同,合理即可 )。 【设计实验】( 1 )验证猜想是否成立,设计实验:分别取大小相同、质量相同、产地不同的石块,加入质量相同、溶质质量分数相同的稀盐酸进行实验。 ( 2 )验证猜想是否成立,对盐酸的要求是质量相同,溶质质量分数不同。 【交流讨论】实验中可以通过观察气泡产生的剧烈程度,粗略地比较反应速率。若要做到精确比较,应该测量的实验数据是相同时间内收集到的二氧化碳的体积( 或收集相同体积的二氧化碳所用的时间 )。 3.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到6份30 mL 10%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。 ( 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+6HCl 2AlCl3+3H2。 ( 3 )定量收集氢气可选用下图c( 填写字母序号 )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,其原因是硫酸铜的质量发生了改变且和铝发生了反应。 【实验反思】加快铝和稀盐酸反应速率还可以采取的措施是( 写出一点 )升高温度( 或增大盐酸浓度,合理即可 )。 注意:若答对下列小题奖励4分,化学试卷总分不超过60分。 【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%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 ): ( 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所含阴离子不同; 改进实验后,仍符合上表中的实验现象,可得到的结论是Na+、Mg2+对铝和稀盐酸的反应速率无影响;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。 4.等质量的铁粉与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应,测定在相同时间t内产生气体体积V的数据,根据数据绘制得到图1。 ( 1 )请写出铁粉与稀盐酸反应的化学方程式:Fe+2HCl FeCl2+H2。 ( 2 )通过实验对比,得出的结论是其他条件相同时,温度越高,铁与盐酸反应得越快;要比较盐酸的溶质质量分数对反应快慢的影响,应选择的实验组别是。 ( 3 )实验中产生气体“逐渐变快又变慢”的原因是反应放热,开始反应时温度逐渐升高,反应速率加快;随着反应的进行,酸的浓度降低,反应速率减慢。 【进一步探究】图甲、图乙为利用数字化仪器测得的室温下足量的三种金属片分别与20 mL 10%的稀盐酸反应产生氢气的量( 产生氢气的量由气体压强表示,在等温条件下,产生氢气的体积与装置内压强成正比 )。 实验中你认为,还要控制的变量是金属颗粒的大小。 根据图乙,你得出的反应物的量与生成的气体体积的关系是足量的不同金属分别与相同体积、相同质量分数的同种酸充分反应,生成氢气的质量相等。 注意:若答对下列小题奖励4分,化学试卷总分不超过60分。【拓展提高】图2为测得的室温下足量的镁片与20 mL 10%的稀盐酸反应产生氢气的量与时间的关系曲线,发现实验测得的实际值比通过计算得到的理论值偏大,请分析可能的原因( 至少答两点 ):反应放热,使气体膨胀。 氢气中混入了氯化氢气体。 类型类型4有关有关“条件类条件类”问题的探究问题的探究典例在进行“二氧化碳的制取和性质”实验时,小明发现放置小蜡烛的铜架上出现了绿色物质,且绿色物质只出现在下部( 伸到烧杯下面的部分 ),上部和在烧杯外的部分没有出现,小明思考,铜也会生锈吗?为什么只出现在下部呢?铜生锈的条件是什么?【查阅资料】铜在一定条件下会锈蚀生成一种绿色的物质( 铜绿 ),其主要成分是碱式碳酸铜,化学式为Cu2( OH )2CO3,受热易分解。【猜想与假设】依据铜绿的化学式,小明猜想铜生锈的条件可能是铜与氧气、共同作用,提出此猜想的依据是。 【设计实验】将四块铜片分别按如图放置半个月,观察现象如下,A中铜片生锈且水面附近锈蚀最严重,B、C、D中铜片不生锈,D装置中氢氧化钠溶液的作用是,写出该反应的化学方程式:。 【得出结论】根据A和D中的实验现象可知铜生锈需要。 【反思与应用】利用所得结论填空,依据本实验结合“二氧化碳浇灭蜡烛”的实验操作推测铜架下部容易生锈的原因是。 注意:若答对下列小题奖励4分,化学试卷总分不超过60分。 【实验拓展】有资料显示,氧化铜也能加快过氧化氢溶液的分解速率。( 1 )给你一支已经产生铜绿的铜架和5%过氧化氢溶液,请你设计实验证明( 仪器自选 ):。 ( 2 )请你试着写出铜生成铜绿的化学方程式:。 【解析】【猜想与假设】由质量守恒定律可知化学反应前后元素的种类不变,再结合铜绿的主要成分是Cu2( OH )2CO3可知,铜生锈可能是铜与空气中的氧气、水和二氧化碳共同作用的结果。【设计实验】装置D中氢氧化钠溶液的作用是吸收二氧化碳,故A与D相比,D中无二氧化碳,则通过A中铜片生锈而D中铜片不生锈可知,铜生锈需要二氧化碳。【实验拓展】( 1 )设计对照实验时应遵循单一变量原则,该实验的自变量为是否加入了氧化铜( 氧化铜可通过铜绿分解制得 )。( 2 )根据实验探究可知,铜生锈是铜与水、氧气、二氧化碳共同作用的结果:2Cu+O2+CO2+H2O Cu2( OH )2CO3。 【答案】【猜想与假设】水和二氧化碳质量守恒定律【设计实验】除去空气中的二氧化碳CO2+2NaOH Na2CO3+H2O【得出结论】二氧化碳【反思与应用】操作过程中有少量水滴在铜架上,又向里面倾倒二氧化碳气体,小烧杯中有氧气,故满足了铜生锈的条件【实验拓展】( 1 )取两份等体积5%过氧化氢溶液,向其中一份加入经过加热变黑的铜架,比较过氧化氢溶液中产生气泡的速率( 2 )2Cu+O2+CO2+H2O Cu2( OH )2CO3【方法指导】本类型试题主要探究某些反应的条件,如燃烧的条件和铁生锈的条件。解答此类试题时一般采用控制变量的思想,通过对比实验得出结论,因此答题时要明确实验原理、实验变量,然后对数据进行分析、判断等。 1.某化学研究小组对蜡烛( 主要由碳、氢元素组成 )燃烧进行了如下探究。( 1 )设计图1所示实验,锥形瓶中发生反应的化学方程式为CaCO3+2HCl CaCl2+CO2+H2O;请推测靠近三通管下口( 填“上口”或“下口” )的火柴火焰熄灭,理由是二氧化碳的密度比空气大且不支持燃烧。 ( 2 )某同学用大烧杯将高低2支燃烧的蜡烛罩住( 如图2 ),观察到高的蜡烛先熄灭,低的蜡烛后熄灭。【提出问题】导致高的蜡烛先熄灭的原因是什么?【猜想与假设】假设1:可能是高蜡烛火焰附近的二氧化碳浓度过高导致其先熄灭;假设2:可能是高蜡烛火焰附近的氧气浓度过低导致其先熄灭。【设计实验】甲同学按图2装置进行实验,点燃蜡烛,用大烧杯罩住。一段时间后,发现贴在烧杯内上部的滤纸先褪色。说明此时高蜡烛附近的二氧化碳浓度比低蜡烛附近的浓度高( 填“高”或“低” )。 ( 3 )为进一步验证假设1,乙同学收集一瓶含20%氧气和80%二氧化碳的气体,将点燃的蜡烛慢慢伸入瓶中并密闭,蜡烛燃烧一段时间后慢慢熄灭,根据实验现象可知,假设1不合理( 填“合理”或“不合理” ),原因是二氧化碳的浓度很高时,蜡烛仍能燃烧一段时间。 注意:若答对下列小题奖励4分,化学试卷总分不超过60分。 ( 4 )丙同学使用传感器测得密闭装置内蜡烛从燃烧到熄灭后的过程中( 80 s时蜡烛熄灭 ),装置内氧气和二氧化碳含量的变化曲线如图3。则可得出蜡烛燃烧的条件是氧气的最低浓度不低于16%。 ( 5 )结合已有知识和上述实验分析,乙同学的实验中,蜡烛完全熄灭后瓶内含有的气体有氧气、二氧化碳、水蒸气、一氧化碳、氮气等( 至少填三种 )。 2.化学教师李老师发明了如下图所示的增氧酒精灯,使用时将二氧化锰催化双氧水产生的氧气通入灯芯座的增氧孔,这时能观察到焰心的酒精剧烈燃烧,火焰发白。 化学兴趣小组同学将细铁丝放到普通酒精灯火焰处加热一会儿,铁丝只发红,但没有燃烧起来;再取一根相同的细铁丝放到酒精喷灯处加热,只是红热,也没有燃烧起来;另取一根相同的细铁丝放到增氧酒精灯白色火焰处,铁丝立刻剧烈燃烧,火星四射,生成黑色固体( 填铁在氧气中燃烧的现象 )。请写出上图中双氧水分解产生氧气的化学方程式:2H2O2 2H2O+O2;铁丝燃烧的化学方程式:3Fe+2O2 Fe3O4。 探究一:细铁丝为什么能直接在增氧酒精灯上燃烧呢?【猜想与假设】( 1 )猜想1:因为有氧气通入到灯芯中,因此增氧酒精灯火焰周围充满了纯氧;( 2 )猜想2:因为增氧酒精灯火焰温度高;( 3 )猜想3:因为氧气的浓度大且火焰温度高。 【设计实验】( 1 )小飞同学认为猜想1不正确,原因是酒精燃烧消耗了部分氧气,同时产生了二氧化碳,所以不可能是纯氧。 ( 2 )为了验证猜想2,小舜同学用热电偶温度计,测出普通酒精灯外焰的最高温度为560 ;酒精喷灯的火焰温度约为1000 ;增氧酒精灯的白色火焰处温度约为1000 。因此,小飞认为猜想2也不正确。( 3 )综上,小君认为猜想3正确。【反思与评价】( 1 )为什么普通酒精灯的火焰是橘黄色的,而增氧酒精灯的火焰是白色的?因为氧气充足,酒精充分燃烧,产生的温度高。 ( 2 )酒精灯外焰的温度最高,增氧酒精灯的火焰温度是焰心( 或内焰 )最高。 3.镁条在空气中久置表面会变黑。某小组同学设计并进行实验,探究镁条变黑的条件。【查阅资料】常温下,亚硫酸钠( Na2SO3 )可与O2发生化合反应。【猜想与假设】常温下,镁条变黑可能与O2、CO2、水蒸气有关。【进行实验】通过控制与镁条接触的物质,利用如图装置( 镁条长度为3 cm,试管容积为20 mL ),分别进行下列5个实验,并持续观察20天。 【解释与结论】( 1 )实验1和2中,NaOH浓溶液的作用是CO2+2NaOH Na2CO3+H2O( 用化学方程式表示 )。 ( 2 )实验1的目的是检验只用氧气能否使镁条变黑。 ( 3 )实验3中,试管内的气体主要含有CO2、氧气( 或氧气和氮气 )。 ( 4 )得出“镁条变黑一定与CO2有关”的结论,依据的两个实验是2、5( 填编号 )。 ( 5 )由上述实验可推知,镁条变黑的条件是与O2、CO2、H2O同时接触。 注意:若答对下列小题奖励4分,化学试卷总分不超过60分。【反思与评价】( 6 )在猜想与假设时,同学们认为镁条变黑与N2无关,其理由是常温下,氮气的化学性质不活泼,很难与其他物质反应。 ( 7 )欲进一步证明镁条表面的黑色物质中含有碳酸盐,所需要的试剂是稀盐酸( 或稀硫酸 )和澄清的石灰水。 类型类型5有关金属化学性质的探究有关金属化学性质的探究典例( 2014安徽 )常温下没有氧气存在时,铁与水几乎不反应,但高温条件下,铁与水蒸气能反应生成一种常见的铁的氧化物和一种气体。小明很好奇,设计如下实验探究铁粉与水蒸气反应后的产物。( 1 )试管尾部放一团湿棉花的目的是 。 ( 2 )探究生成的气体是什么?用燃着的木条靠近肥皂泡,有爆鸣声,稍后有肥皂泡飘到空中,说明生成的气体是 。 ( 3 )探究试管中剩余固体的成分是什么? 【查阅资料】【初步验证】试管中剩余固体为黑色,能全部被磁铁吸引。【猜想与假设】猜想一:剩余固体是Fe与Fe3O4;猜想二:剩余固体是。 【实验探究】 【实验结论】铁和水蒸气反应的化学方程式为 。 【反思与交流】该黑色固体不可能是Fe2O3,理由是 。 【解析】( 1 )此实验是铁和水蒸气在高温条件下发生反应,由实验装置可以看出,湿棉花的作用是为反应提供水蒸气。( 2 )根据化学反应前后元素的种类不变知,铁和水蒸气反应生成的气体可能是H2或O2,又因生成的气体用燃着的木条点燃有爆鸣声,故生成的气体为H2。( 3 )试管中的剩余固体为黑色且能全部被磁铁吸引,由【查阅资料】可知,只有Fe3O4能被磁铁吸引,且为黑色固体,故生成的铁的氧化物为Fe3O4;根据Fe+CuSO4 FeSO4+Cu可验证猜想一、二:取一定量剩余固体加入试管中,滴加CuSO4溶液,振荡;若有红色物质生成,则猜想一成立;若无红色物质生成,则猜想二成立。【答案】( 1 )提供水蒸气( 2 )H2( 3 )Fe3O4【实验探究】( 合理即可 ) 【实验结论】3Fe+4H2O Fe3O4+4H2【反思与交流】Fe2O3为红棕色或Fe2O3不能被磁铁吸引 1.镁能在二氧化碳中燃烧生成氧化镁和碳。小红据此提出问题:钠能在二氧化碳中燃烧吗?请你与她一起探究这个问题。( 1 )提出假设:钠在二氧化碳中燃烧,生成物可能是Na2O、C、Na2CO3、CO。( 2 )查阅资料:CO能与氯化钯( PdCl2 )溶液反应生成黑色固体钯:CO+PdCl2+H2O CO2+Pd+2HCl。( 3 )Na2O、Na2CO3均为白色固体。 ( 4 )实验探究:为了获得干燥的二氧化碳气体,并检验反应的生成物,各装置中合适的试剂分别是:B是浓硫酸,E是氯化钯溶液。取黄豆大小的钠,吸干表面的煤油,放入硬质玻璃管中。 打开分液漏斗,让稀盐酸滴入锥形瓶,通入CO2,待出现什么现象时开始点燃酒精灯:D中澄清石灰水变浑浊。 钠在加热时能剧烈燃烧,燃烧结束后,硬质玻璃管中有黑色、白色固体生成,E溶液中产生黑色沉淀。据此你得出的结论是生成物中一定含有碳、一氧化碳。 请你设计一个方案验证黑色固体的成分是碳。你的方案是将黑色固体点燃,并将产生的气体通入澄清石灰水中,观察澄清石灰水是否变浑浊;经检验,白色固体的成分是Na2CO3。 写出钠与CO2加热时发生反应的化学方程式:6Na+5CO2 3Na2CO3+C+CO。 注意:若答对下列小题奖励4分,化学试卷总分不超过60分。 按如图方式连接好装置,检查气密性。你认为检查该装置气密性的方法是通过分液漏斗向锥形瓶内加水,观察B装置、D装置和E装置,若都有气泡产生,说明装置气密性良好。 若要获得纯净的二氧化碳气体,需除去可能产生的氯化氢气体,则应在装置A、B之间串接一个盛有不与CO2反应的碱性( 填“酸”或“碱” )溶液的吸收瓶。 2.课外探究活动上,老师给了同学们一包黑色粉末,该粉末是氧化铜粉末和铁粉中的一种或两种。同学们为了确定该粉末的成分,进行了如下探究。【作出假设】假设1:黑色粉末是氧化铜粉末;假设2:黑色粉末是铁粉;假设3:黑色粉末是氧化铜粉末和铁粉的混合物。 【设计并进行实验】同学们对实验提出了如下设想和分析:( 1 )取少量黑色粉末放在玻璃片上,将磁铁靠近黑色粉末,发现部分黑色粉末被吸引。由此,我们可知假设3成立。 ( 2 )小华同学指出“步骤( 1 )只能说明黑色粉末部分是铁粉,不能说明是否含氧化铜”。为了进一步验证,小华同学设计了如图所示装置。取少量黑色粉末放入硬质玻璃管中,通入一氧化碳片刻后加热至充分反应。若假设3成立,在实验中可观察到的现象是黑色粉末部分变成红色,澄清石灰水变浑浊 。取少量黑色粉末放入硬质玻璃管中,通入一氧化碳片刻后加热至充分反应。若假设3成立,在实验中可观察到的现象是黑色粉末部分变成红色,澄清石灰水变浑浊。【反思与评价】实验过程中,硬质玻璃管内发生反应的化学方程式是CuO+CO Cu+CO2。 从环保角度看,上面的实验装置有不足之处,请你对该装置进行改进,具体措施是在末端导管口处放一燃着的酒精灯( 或在末端导管口连接一气球,合理即可 )。 实验中,用酒精灯直接加热,反应比较缓慢。为了提高反应温度而增大反应速率,请你设计提高酒精灯火焰温度的改进措施:在灯芯处罩上金属网罩。 3.合金在生活中应用十分广泛。已知某合金粉末除含铝外,还含有铁、铜中的一种或两种。小明利用如图装置对合金粉末中铁、铜的存在进行探究时,误把氢氧化钠溶液当成稀硫酸加入到锥形瓶中,他惊奇地发现有无色气体放出,注射器活塞向右移动。【提出问题】难道NaOH溶液也能与某些金属发生化学反应?【查阅资料】( 1 )铝能与氢氧化钠溶液反应,铁、铜不能与氢氧化钠溶液反应。( 2 )铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+3H2( NaAlO2能溶于水,溶液为无色 )。 【作出猜想】猜想1:该合金粉末中除铝外,还含有铁;猜想2:该合金粉末中除铝外,还含有铜;猜想3:该合金粉末中除铝外,还含有铁和铜。【实验探究】下列实验( 见表 )仅供选用的试剂:20%的硫酸溶液、30%的NaOH溶液。【实验记录】 【得出结论】猜想3成立。【反思】( 1 )一般来说,活泼金属能与稀硫酸等酸反应,而铝与酸、碱都能反应,说明铝具有特殊的性质。铝与稀硫酸发生化学反应的基本反应类型是置换反应。 ( 2 )上述实验中用到的稀硫酸由浓硫酸稀释得到,稀释浓硫酸的方法:将浓硫酸沿烧杯内壁缓缓倒入水中,并用玻璃棒不断搅拌。 ( 3 )若小明向合金粉末中加入的是足量的稀硫酸,则最终剩余的固体成分是铜。 【拓展与分析】请你设计一个实验方案,比较铝、铁、铜的金属活动性强弱:将用砂纸打磨过的铝丝和铜丝分别插入盛有硫酸亚铁溶液的试管中,观察现象( 合理即可 )。 4.( 2017山东泰安 )金属材料在生产、生活中有着广泛的应用,人类的生产和生活都离不开金属。( 1 )新型材料纳米级铁粉具有广泛的用途,它比普通铁粉更易与氧气反应,其制备的主要流程如图所示。高温反应器中发生反应的化学方程式为FeCl2+H2 2HCl+Fe。反应前需向反应器中通入氮气,目的是防止发生爆炸( 或防止纳米级铁粉被氧气氧化 )。 ( 2 )金属活动性顺序有重要的应用。铜、铝、铁为日常生活中常见的金属,某化学兴趣小组的同学在探究铜、铝、铁三种金属的有关性质时,进行了如图所示的实验: 在A实验中发生反应的化学方程式为Fe+CuSO4 Cu+FeSO4。A实验结束后,将试管内的物质倒入烧杯中,发现烧杯中的红色固体物质明显增多,其原因是未反应的铁继续与硫酸铜反应,一段时间后过滤,滤液中的溶质一定有FeSO4、Al2( SO4 )3( 填化学式 )。 ( 3 )某同学在一定质量的AgNO3和Cu( NO3 )2的混合溶液中加入铁粉,充分反应后,他对反应过程进行了分析,得到了以下几个图像( 横坐标表示加入铁粉的质量 ),其中错误的是D( 填字母序号 )。 类型类型6有关酸、碱、盐性质的探究有关酸、碱、盐性质的探究典例( 2017湖南怀化 )某化学课外活动小组的同学在学习化学下册第77页的资料卡片“石笋和钟乳石的形成”时,发现当难溶于水的CaCO3遇到溶有CO2的水时,会反应生成溶解性较大的Ca( HCO3 )2CaCO3+CO2+H2O Ca( HCO3 )2。联想到实验室检验CO2时,是将气体通入澄清石灰水中。若长时间往澄清石灰水中通入CO2会产生什么现象呢?小组同学决定用小烧杯盛装一定量的氢氧化钠溶液并不断通入二氧化碳气体进行探究。【提出问题】氢氧化钠溶液中通入二氧化碳一段时间后,溶液中的溶质是什么?【查阅资料】( 1 )通入少量二氧化碳时,NaOH与CO2反应的化学方程式为。 ( 2 )通入过量CO2时,能发生反应:Na2CO3+CO2+H2O 2NaHCO3。( 3 )碳酸氢盐都能溶于水,BaCO3难溶于水且是白色固体。( 4 )Na2CO3、NaHCO3溶液显碱性,BaCl2溶液显中性。 【提出猜想】( 1 )溶质为NaOH、Na2CO3;( 2 )溶质为Na2CO3;( 3 )溶质为( 填化学式 );( 4 )溶质全都是NaHCO3。【设计实验方案】 【得出结论】猜想( 3 )成立。【讨论交流】有同学提出实验步骤是多余的。你认为该实验设计是否需要并说明理由:。 【反思应用】验证二氧化碳的性质时,如果长时间向澄清石灰水中通入二氧化碳,可观察到的现象是 。 【解析】【查阅资料】少量二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水:2NaOH+CO2 Na2CO3+H2O。【提出猜想】当二氧化碳稍过量时,只有部分碳酸钠转化成碳酸氢钠,由此可知,溶质还可能是Na2CO3、NaHCO3。【设计实验方案】根据实验现象和实验结论可知,滴加的指示剂是酚酞溶液。由猜想( 4 )不成立可知,溶质中有Na2CO3,故滴加BaCl2溶液会有白色沉淀生成。【反思应用】当二氧化碳少量时,二氧化碳与氢氧化钙反应生成CaCO3白色沉淀,当二氧化碳过量时,CaCO3白色沉淀转化为易溶于水的碳酸氢钙,溶液变澄清。 【答案】【查阅资料】2NaOH+CO2 Na2CO3+H2O【提出猜想】Na2CO3、NaHCO3【设计实验方案】酚酞白色沉淀【讨论交流】不需要,因为NaOH、Na2CO3、NaHCO3溶液均显碱性【反思应用】澄清石灰水先变浑浊,后慢慢变澄清【方法指导】安徽省中考主要考查酸、碱及碳酸盐的化学性质。解答此类试题的关键是熟悉常见物质之间反应的现象、常见物质的性质,并能推测同一类物质的性质等。 1.“84消毒液”在日常生活中使用广泛,具有漂白、杀菌、消毒功效。某化学兴趣小组对一瓶敞口久置的“84消毒液”的成分产生了兴趣,并在老师的指导下展开了探究。【提出问题】该敞口久置的消毒液中溶质有哪些?【查阅资料】“84消毒液”的主要成分是次氯酸钠( NaClO )和氯化钠。NaClO为有效成分,有腐蚀性且易与空气中的二氧化碳反应( 2NaClO+CO2+H2O 2HClO+Na2CO3 )。NaClO溶液、HClO都具有漂白、杀菌、消毒功效。HClO不稳定,受热或光照会发生分解。【分析讨论】小组同学经过讨论,认为该消毒液中的溶质一定有NaCl,可能还有NaClO、Na2CO3、HClO中的一种或多种。 【实验过程】.向装有有色布条的试管中加入适量该消毒液试样,布条长时间不褪色。.另取适量该消毒液试样于试管中,加入足量氯化钙溶液,静置,观察到的现象为产生白色沉淀。 【得出结论】实验过程中有色布条不褪色,说明该消毒液试样中的溶质不含HClO、NaClO。 实验过程中反应的化学方程式为CaCl2+Na2CO3 CaCO3+2NaCl。 综上所述,该消毒液试样中的溶质为NaCl、Na2CO3。 【交流反思】生活中,“84消毒液”储藏时应注意低温,避光保存;一般不用“84消毒液”对水果、蔬菜进行消毒,其原因可能是会氧化水果、蔬菜中的维生素。 【拓展延伸】( 1 )次氯酸钠与稀硫酸能发生复分解反应,化学方程式为2NaClO+H2SO4 Na2SO4+2HClO。 ( 2 )次氯酸钠与盐酸反应可生成有毒的氯气。日常生活中,“84消毒液”不能与洁厕灵( 主要成分为盐酸 )混合使用。 2.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+CuSO4 Na2SO4+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+4CuSO4 3Na2SO4+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:硫酸铜溶液呈酸性;猜想:生成的硫酸钠使溶液呈酸性。【实验与结论】实验:用pH试纸测定硫酸铜溶液的酸碱度,得出其pH”“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+HCl NaCl+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 ),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( 写化学式 )。 【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+HCl NaCl+NaHCO3、NaHCO3+HCl NaCl+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。
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