专项素养综合全练(八)
科学探究
类型一 反应速率影响因素的探究
1.(2021山东潍坊中考)过氧化氢性质不稳定,易被某些含铜化合物催化分解。某化学兴趣小组探究过氧化氢与氢氧化铜混合产生气体的过程如下:
【查阅资料】
a.过氧化铜(CuO2)为黄褐色固体
b.H2O2+Cu(OH)2CuO2+2H2O
【实验过程】
步骤一:制备氢氧化铜
向盛有5 mL溶质质量分数为5%的氢氧化钠溶液的试管中,滴加少量硫酸铜溶液,产生蓝色沉淀。
步骤二:氢氧化铜与过氧化氢混合
向蓝色沉淀中逐滴滴入溶质质量分数为3%的过氧化氢溶液直至过量,发现蓝色沉淀变为黄褐色沉淀,随后黄褐色沉淀迅速变为黑色沉淀,产生气泡且越来越快,最终试管中得到黑色沉淀。
分析实验过程,请完成下列问题:
(1)CuO2中氧元素的化合价为 ;请写出产生蓝色沉淀的化学方程式: 。为验证产生的气体是否为氧气,可以使用 进行检验。
【提出问题】产生气泡越来越快的原因是什么
【作出猜想】
(2)小组成员作出如下猜想:
猜想Ⅰ:Cu(OH)2作为催化剂加快H2O2分解产生O2;
猜想Ⅱ:CuO2作为催化剂加快H2O2分解产生O2;
猜想Ⅲ: (填化学式)作为催化剂加快H2O2分解产生O2。
【验证猜想】
(3)某同学立即否定猜想Ⅰ、Ⅱ,理由是 。
(4)简述验证猜想Ⅲ正确的实验方案:
。
【反思拓展】
黄褐色沉淀遇到过氧化氢迅速变为黑色沉淀并产生气泡的化学方程式为 。
类型二 物质成分的探究
2.(2022辽宁盘锦中考)科学探究是认识和解决化学问题的重要实践活动。近年来,自热食品种类繁多。只需将撕去塑料膜的发热包放入凉水中,就能享用美食,很受年轻人的追捧。实验小组同学买来一份自热食品进行以下探究。
【资料】Ⅰ.发热包中物质的主要成分是生石灰、碳酸钠、铝粒。
Ⅱ.铝能和NaOH溶液反应生成偏铝酸钠(NaAlO2)和氢气,偏铝酸钠溶于水。
探究一:发热包的发热原理。
(1)小组同学取出发热包,撕去塑料膜,放入适量凉水中,可观察到的现象是 ,固体迅速膨胀,同时还可观察到发热包内固体变硬结块,其可能的原因是 (用化学方程式表示)。
(2)在使用发热包过程中,禁止明火的理由是 。
探究二:反应后混合物中部分成分的探究。
根据以上操作和实验现象回答下列问题。
(3)操作Ⅰ的名称是 。
(4)根据现象①得出:滤液A中一定不含的物质是 。根据现象②③分析得出:固体B中一定含有的物质是 。综合分析得出:现象③中产生的气体,其成分的组成可能为 。
(5)通过以上探究,同学们进行反思总结,你认为其中正确的是
(填字母)。
A.能与水混合放出热量的物质均可作发热包的发热材料
B.发热包应密封防潮保存
C.禁止用湿手接触发热包
D.使用过程中应保持通风
3.(2021江西南昌期末)化学研究小组的同学从“真假实验室”获悉:葡萄糖酸钙片灼烧后会变成蛇形。于是,他们对这一现象进行了探究。
【查阅资料】①葡萄糖酸钙[化学式为Ca(C6H11O7)2],白色固体,熔点为201 ℃(该温度下分解生成三种物质);
②白色的无水硫酸铜遇水会变成蓝色;
③碱石灰的主要成分是氧化钙和氢氧化钠。
【作出猜想】小组同学认为产生这一现象的原因可能与葡萄糖酸钙受热时的生成物有关,因此,对其分解生成的三种物质作出了如下猜想:
Ⅰ.生成了二氧化碳;
Ⅱ.生成了水;
Ⅲ.生成了碳酸钙。
作出这些猜想的依据是 。
【设计实验】针对猜想的分解产物,设计了如图所示装置进行探究。
(1)给葡萄糖酸钙片加热时,先 ,然后用酒精灯加热,当观察到无水硫酸铜 、紫色石蕊试液 时,说明猜想Ⅰ和Ⅱ正确。装置中碱石灰的作用是 。
(2)待样品完全分解、试管冷却后,向试管内的剩余固体中加入适量稀盐酸,生成能使澄清石灰水变浑浊的气体,请写出剩余固体与稀盐酸反应的化学方程式: 。
【交流反思】由上述实验可知,葡萄糖酸钙片灼烧后会变成蛇形,其原因是同时生成了气体和固体,固体颗粒在气体的作用下发生膨胀现象。
类型三 物质性质的探究
4.(2022江苏镇江中考)用下列实验探究Al与CuCl2溶液的反应。
实验一:将打磨后的铝片插入CuCl2溶液,铝片表面出现红色固体且产生气泡,最终溶液呈无色。
(1)生成红色固体的化学方程式为 。
(2)收集气体, (填操作)后点燃,产生淡蓝色火焰,该气体为 。
实验二:将实验一所得无色溶液倒入水中,出现白色固体。过滤、洗涤,低温烘干。对所得白色固体作如下探究。
【资料】①AlCl3能与H2O作用生成Al(OH)3。Al(OH)3,白色固体,不溶于水,受热易分解生成Al2O3和H2O。
②Al与CuCl2溶液反应会生成CuCl。CuCl,白色固体,不溶于水,能溶于含Cl-浓度较大的溶液,受热不分解。
【猜测】白色固体可能是:
a.Al(OH)3;b.CuCl;C.Al(OH)3和CuCl。
【实验】取适量白色固体,利用如图装置充分加热,U形管中 ,则猜测b成立。
【反思】无色溶液倒入水中后出现白色固体的原因是 。
实验三:CuCl在空气中被氧化成碱式氯化铜[Cux(OH)yClz]蓝绿色固体,其受热会分解生成CuO、H2O和HCl。取一定量蓝绿色固体,充分加热,将生成的气体依次用足量的吸水剂氯化钙和烧碱溶液充分吸收。
(1)实验测得氯化钙增重0.36 g,烧碱溶液增重0.73 g。则碱式氯化铜的化学式为 。
(2)若烧碱溶液吸收了空气中的CO2,则测得的Cux(OH)yClz中x值
(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
5.(2022湖北荆州中考)“天宫课堂”上航天员做的泡腾片实验,让同学们再次感受到化学的魅力。泡腾片中含有碳酸钠或碳酸氢钠等物质,化学兴趣小组决定对它们的某些性质进行探究。
实验一:探究碳酸钠和碳酸氢钠溶液的酸碱度
【实验探究1】用pH试纸测得等浓度的碳酸氢钠溶液的pH为9,碳酸钠溶液的pH为11。
【实验结论1】两者的溶液均显碱性,且溶液碱性较强的是 。
实验二:探究碳酸钠和盐酸的反应
【实验探究2】向盛有碳酸钠溶液的烧杯中,逐滴加入一定浓度的稀盐酸并充分搅拌,测得pH变化与时间的关系如图1所示。观察到ab段无气泡产生,从b点开始产生气泡。经测定b点溶质只有碳酸氢钠和氯化钠,c点pH为7。
图1
【实验结论2】碳酸钠和盐酸的反应是分两步发生的,ab段发生反应的化学方程式为 ,c点溶液中的溶质为 。
实验三:探究碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性
【查阅资料】①碳酸氢钠受热分解成碳酸钠、水和二氧化碳;②碳酸钠受热不分解。
【实验验证】取一定量的碳酸氢钠放入试管中加热,如图2所示。
图2
【交流反思】试管A管口向下倾斜的原因是 ,试管B中出现 现象,证明有二氧化碳生成。
【实验结论3】碳酸钠的热稳定性强于碳酸氢钠。
【拓展应用】溶洞内钟乳石的形成原理与碳酸氢钠受热分解相似——溶有碳酸氢钙[Ca(HCO3)2]的地下水,遇热或当压强突然变小时,碳酸氢钙会分解成碳酸钙沉积下来,天长日久就形成了千姿百态的钟乳石。请写出碳酸氢钙分解的化学方程式: 。
答案全解全析
1.(1)-1 2NaOH+CuSO4 Na2SO4+Cu(OH)2↓
带火星的木条 (2)CuO (3)黄褐色沉淀变为黑色沉淀后产生气泡才越来越快 (4)向溶质质量分数为3%的过氧化氢溶液中加入一定质量氧化铜粉末,产生大量气泡,且产生的气体能使带火星木条复燃,反应后过滤、洗涤、烘干,称量固体质量,与实验前相等;然后再将其放入3%的过氧化氢溶液中,产生大量气泡,产生的气体能使带火星木条复燃 【反思拓展】H2O2+CuO2 CuO+H2O+O2↑
解析 (1)在化合物中各元素正、负化合价的代数和为零,CuO2中铜元素的化合价为+2价,因此氧元素的化合价为-1价;氢氧化钠与硫酸铜反应能生成氢氧化铜蓝色沉淀和硫酸钠,化学方程式为2NaOH+CuSO4 Na2SO4+Cu(OH)2↓;检验氧气常用带火星的木条,若木条复燃则为氧气。(3)一开始向蓝色沉淀中加入过氧化氢溶液,无气泡产生;生成黄褐色沉淀后,也无气泡产生;生成黑色沉淀后,才产生气泡,且随着黑色沉淀增多,产生气泡越来越快,因此猜想Ⅰ、Ⅱ不正确。(4)要验证氧化铜对过氧化氢分解有催化作用,只要通过实验验证其可加快过氧化氢的分解速率且在反应前后质量和化学性质不变即可。【反思拓展】黄褐色沉淀CuO2与过氧化氢反应生成黑色沉淀氧化铜、水和氧气,化学方程式为H2O2+CuO2 CuO+H2O+O2↑。
2.(1)放热,有气泡生成 Ca(OH)2+Na2CO3 CaCO3↓+2NaOH
(2)铝和生成的氢氧化钠反应生成氢气,氢气遇明火可能会引发爆炸 (3)过滤 (4)碳酸钠 碳酸钙、氢氧化钙 二氧化碳或二氧化碳和氢气 (5)BCD
解析 (1)氧化钙与水反应生成氢氧化钙,放出大量的热;生成的氢氧化钙与碳酸钠反应会生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠,化学方程式为Ca(OH)2+Na2CO3 CaCO3↓+2NaOH;铝能和生成的NaOH溶液反应生成偏铝酸钠(NaAlO2)和氢气,故有气泡生成。(2)铝和氢氧化钠反应生成的氢气有可燃性,遇明火可能引发爆炸,所以要禁止明火。(3)操作Ⅰ将固体和液体分离,是过滤操作。(4)碳酸钠易溶于水,可与稀盐酸反应产生CO2气体,根据现象①无气泡产生可得出,滤液A中一定不含碳酸钠。固体B加水溶解,再加几滴酚酞,溶液呈红色,说明溶液呈碱性,而氢氧化钙微溶于水,且氢氧化钙溶液呈碱性,说明B中有氢氧化钙;碳酸钙难溶于水,故固体B中还一定含有CaCO3。铝粒是否剩余无法确定,所以现象③中产生的气体中一定含有CO2,可能含有H2。(5)发热包可用于自热食品,所以发热材料除了能与水混合放热外,还不能有强腐蚀性和毒性,A错误。
3.【作出猜想】质量守恒定律或化学反应前后元素种类不发生改变 【设计实验】(1)预热 变蓝 变红 吸收空气中的二氧化碳
(2)2HCl+CaCO3 CaCl2+H2O+CO2↑
解析 【设计实验】(1)加热固体前需要预热,避免试管因局部过热而炸裂;无水硫酸铜变为蓝色证明有水生成,紫色石蕊试液变为红色,说明有二氧化碳生成;为了排除空气中二氧化碳的干扰,需要用碱石灰吸收。(2)剩余固体可与盐酸反应生成二氧化碳,说明固体中含有碳酸钙,盐酸与碳酸钙反应生成氯化钙、水和二氧化碳,化学方程式为2HCl+CaCO3 CaCl2+H2O+CO2↑。
4.实验一:(1)2Al+3CuCl2 3Cu+2AlCl3
(2)检验气体纯度 氢气 实验二:【实验】无明显现象 【反思】氯离子浓度减小,CuCl析出
实验三:(1)Cu2(OH)3Cl (2)偏大
解析 实验一:(1)铝的金属活动性比铜强,铝能与氯化铜反应生成铜和氯化铝,化学方程式为2Al+3CuCl2 3Cu+2AlCl3。(2)气体可以点燃且火焰呈淡蓝色,则气体为氢气;点燃氢气前需要验纯,以避免发生爆炸。实验二:【实验】猜测b成立,而氯化亚铜受热不分解,因此看不到明显现象。【反思】氯化亚铜能溶于含有高浓度氯离子的溶液中,将无色溶液倒入水中,氯离子浓度降低,所以氯化亚铜会析出,产生白色沉淀。实验三:(1)氯化钙增加质量为水的质量,烧碱溶液增加质量为氯化氢的质量,水中氢元素质量为0.36 g×=0.04 g,氯化氢中氢元素质量为0.73 g×=0.02 g,氯元素质量为0.73 g-0.02 g=0.71 g,y∶z==3∶1,而在碱式氯化铜中氢氧根为-1价,氯元素为-1价,铜元素为+2价,(+2)×x+(-1)×3+(-1)×1=0,x=2,所以碱式氯化铜的化学式为Cu2(OH)3Cl。
5.【实验结论1】碳酸钠溶液
【实验结论2】Na2CO3+HCl NaHCO3+NaCl NaCl
【交流反思】防止冷凝水回流,使试管炸裂 澄清石灰水变浑浊 【拓展应用】Ca(HCO3)2 CaCO3↓+CO2↑+H2O
解析 【实验结论1】等浓度的碳酸钠溶液与碳酸氢钠溶液的pH均大于7,溶液均为碱性,且碳酸钠溶液的pH大于碳酸氢钠溶液,碱性更强;【实验结论2】ab段无气泡产生,从b点开始产生气泡,b点溶质只有碳酸氢钠和氯化钠,则ab段是碳酸钠与盐酸反应生成碳酸氢钠和氯化钠,化学方程式为Na2CO3+HCl NaHCO3+NaCl;bc段碳酸氢钠与盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳,c点溶液pH为7,则c点溶液中的溶质为NaCl。【交流反思】试管A管口向下倾斜,目的是防止冷凝水倒流炸裂试管;实验结论为有二氧化碳生成,二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。【拓展应用】碳酸氢钙受热分解生成碳酸钙、水和二氧化碳。
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