题型五 实验探究题
基础作业
1.某学习小组的同学在整理归纳反应规律时发现,有些化学反应发生时没有伴随明显的现象,他们就此进行了以下探究。
【提出问题】怎样证明NaOH溶液分别与CO2及稀盐酸发生了反应
【分析讨论】
(1)同学们讨论后认为,可以用两种思路探究上述反应是否发生。
思路Ⅰ:验证有 ;
思路Ⅱ:验证反应物减少或消失。
【实验探究】同学们分两组分别设计方案进行探究。
组别 第一组 第二组
实验示意图
【实验结论】
(2)第一组同学将充满CO2气体的试管倒扣在NaOH溶液中,观察到 ,认为NaOH溶液和CO2发生了反应。但有同学指出,还应进行CO2与 反应的对比实验才能得出这一结论。
(3)第二组的小明同学向丙中滴入无色酚酞溶液后,观察到溶液颜色 ,得出NaOH溶液与稀盐酸发生了反应的结论。小亮同学向丁中滴入AgNO3溶液后,观察到有白色沉淀生成,由此他认为NaOH溶液与稀盐酸反应生成了NaCl,你认为小亮的结论是 (选填“合理”或“不合理”)的。
(4)第二组同学进一步讨论后认为,如果将乙中的溶液蒸发结晶,再将得到的晶体溶于水,若在室温下测得该溶液的pH (选填“>”、“<”或“=”)7时,则能证明有氯化钠生成。
【反思与拓展】
(5)氢氧化钠在空气中易变质,为了防止该药品变质,该药品要 保存。
(6)下列物质,能进一步证明第二组的实验中“氢氧化钠溶液与稀盐酸是否恰好完全反应”的是 (填字母)。
A.铜片
B.氧化铜
C.紫色石蕊溶液
2.(原创)小赣同学在用过氧化氢溶液给室内消毒时,不小心将过氧化氢溶液溅到刚削好的苹果上,发现苹果上立即冒出气泡,这激发了小赣的探究欲望,请你参与探究。
【提出问题】苹果能作过氧化氢分解的催化剂吗
【猜想假设】猜想1:苹果可作过氧化氢分解的催化剂;
猜想2:苹果不能作过氧化氢分解的催化剂。
【实验探究】设计并完成下表所示的探究实验:
实验 操作 实验现象 实验结论
1 取5 mL 5%的过氧化氢溶液于试管中,伸入带火星的木条 有气泡产生,木条不复燃 过氧化氢分解产生氧气,
2 取5 mL 5%的过氧化氢溶液于试管中,加入苹果,伸入带火星的木条 苹果能加快过氧化氢的分解速率
【讨论交流】
(1)在探究实验中,“实验1”起的作用是 。
(2)小化认为应该补充一个实验:“向盛有水的试管中加入苹果,伸入带火星的木条”,目的是
。
【实验结论】猜想1正确。
【实验反思】小英同学认为仅由上述实验还不能完全得出猜想1正确,她补充设计了两个实验,最终完全证明猜想是正确的:第一个实验的操作中包含了两次称量,其目的是 ;第二个实验是利用“实验2”反应后试管内的剩余物继续实验,向剩余物中再加入过氧化氢溶液,有大量气泡产生,其目的是 。
【实验拓展】将具支试管的支管通过胶皮管与压强传感器连接,取2.0 g苹果皮、苹果肉放入具支试管中。用量筒量取过氧化氢溶液,倒入具支试管中并立即塞上橡胶塞,同时启动数据采集程序采集数据。不加入苹果,重复实验,做空白实验。将采集到的数据用电脑进行处理,得到反应前后压强随时间变化的曲线如图。由图得出的结论是 (任写一条)。
3.食盐是生活必需品之一,可以通过海盐或地下盐矿的岩盐精制得到。某化学兴趣小组对市面上一些品牌食盐的成分产生了浓厚的兴趣,进行了一系列的实验探究。
【查阅资料】
Ⅰ.食盐中一般会添加微量碘酸钾(KIO3),还可能含有少量氯化钙、氯化镁等杂质。
Ⅱ.碘酸钾性质比较稳定,高温不易分解,不与氯化钙、氯化镁反应。
Ⅲ.碘酸钾在酸性条件下遇碘化钾可产生碘单质。淀粉遇碘单质变蓝。
【探究过程】
(1)小宇对某品牌食盐是否加碘提出疑问,并设计了探究方案:取一定质量的该品牌食盐样品,加水充分搅拌,溶解后加入适量淀粉,始终无明显现象。小宇据此现象得出结论:该品牌食盐没有加碘。小李认为小宇的实验方案不严谨,其理由是 。
(2)小李认为只要在小宇实验后的溶液中加入 溶液和稀醋酸即可证明食盐中是否加碘。该实验中加入稀醋酸的目的是 。
(3)小明听爸爸说过,最近家里的菜总是有苦味。小明在询问老师后认为可能是此食盐中含有氯化镁导致的。小明取适量该食盐样品,配成溶液,加入少量氢氧化钠溶液,产生 沉淀,说明该食盐中含有氯化镁。写出该反应的化学方程式: 。
(4)小明曾观察到家里的食盐容易受潮。他询问老师后认为可能是该食盐中还含有氯化钙导致的。他在实验(3)之后的溶液中继续加入NaOH溶液至过量,然后过滤,在滤液中再加入Na2CO3溶液,又产生了白色沉淀,小明得出:该食盐中含有氯化钙。问:①过滤操作中玻璃棒的作用是 ;②你认为小明的实验方案 (选填“可以”或“不可以”)证明该食盐中含有氯化钙。
【反思交流】该化学兴趣小组完成了对部分品牌食盐成分的探究,他们认为实验设计方案可能还有待完善,相约以后要致力于化学研究,造福人们。
4.为完成“研究钢铁防护的方法”的实践性作业,学习小组查得资料:钢铁膜化处理是钢铁防护的重要方法,其目的是在钢铁表面形成致密、均匀的保护膜。检验膜的抗腐蚀性能要做“滴铜实验”,即往钢铁表面滴加含硫酸铜的腐蚀剂,60 s后钢铁表面才出现红色物质,表明抗腐蚀性能达标,且越迟出现红色物质抗腐蚀性能越好。请和小组同学使用某种膜化剂开展如下研究。
Ⅰ.验证膜的抗腐蚀性能
【实验1】将有膜化和未膜化的薄钢片分别进行滴铜实验,有膜化的薄钢片出现红色物质的时间明显推迟。
(1)出现红色物质的原因是 (用化学方程式表示)。
(2)有膜化的薄钢片出现红色物质的时间明显推迟,其原因是 。
Ⅱ.探究膜化条件对膜层外观的影响
【实验2】其他条件相同时,将薄钢片放入pH=3、不同温度的膜化剂中浸泡20 min,观察钢片表面形成的膜层外观。结果如下:
温度/℃ 50 60 70 80
膜层外观 粗糙 致密、均匀 致密、均匀 粗糙
【实验3】已知pH≥3.5时,膜化剂不稳定。其他条件相同时,将薄钢片放入60 ℃、不同pH的膜化剂中浸泡20 min,观察钢片表面形成的膜层外观。结果如下:
pH 1.5 2.0 2.5 3.0
膜层外观 易脱落 粗糙 致密、均匀 致密、均匀
(3)实验3的目的是 。
(4)根据实验2、实验3的结果,膜层外观符合要求的温度、pH的范围依次为 、 。
Ⅲ.确定抗腐蚀性能较好的膜化条件
【实验4】依次选取实验2、实验3膜层外观符合要求的钢片进行对比实验,分别确定适宜的温度、pH。
(5)实验4中,确定适宜温度的实验方案是 。
Ⅳ.实践反思
(6)反思上述实践活动,提出一个关于钢铁膜化处理可进一步探究的问题。
答: 。
5.(原创)化学兴趣小组在实验过程中发现,把二氧化碳不断通入澄清石灰水中,观察到的现象是先变浑浊,后又变澄清。同学们对此进行实验探究:
【提出问题】把二氧化碳不断通入澄清石灰水中,为什么会观察到先变浑浊,后变澄清的现象
【知识回忆】二氧化碳使澄清石灰水变浑浊的反应的化学方程式为 。
【猜想假设】变澄清的原因是
猜想1:生成的碳酸钙与水反应生成可溶物;
猜想2:生成的碳酸钙与二氧化碳反应生成可溶物;
猜想3:生成的碳酸钙与 反应生成可溶物。
【实验探究】
实验 1 2 3
操作
现象 固体不溶解
结论 猜想1错误 猜想2错误 猜想3正确
【交流讨论】大家认为实验1不必进行,理由是 。
【实验拓展】
(1)硬水中可溶性钙的化合物形成的原理与实验3相同,硬水易形成水垢,硬水中的可溶性钙的化合物具有的化学性质是 。
(2)二氧化碳不断通入澄清石灰水中,生成的沉淀质量与二氧化碳质量的关系如图所示,a的值为 。
6.(原创)蔗糖是生活中常见的一种物质,兴趣小组对“蔗糖的组成”进行了探究。
【提出问题】小组同学认为绿色植物通过光合作用将二氧化碳和水转化成葡萄糖和氧气,葡萄糖进一步转化为蔗糖,蔗糖由哪些元素组成呢
【猜想假设】猜想1:蔗糖中一定含有碳、氢元素和氧元素。
猜想2:蔗糖中一定含有碳、氢元素,一定不含氧元素。
猜想3:蔗糖中一定含有碳、氢元素,可能含有氧元素。
同学们作出以上猜想的理论依据是 。
【查找资料】无水硫酸铜遇水变为蓝色。
【实验探究】
实验操作 实验现象
【实验结论】猜想1正确。
【讨论交流】大家认为实验1结论不严谨,理由是 。
【继续探究】小组同学设计并进行了如下实验,进一步验证了猜想1正确。
实验步骤 实验现象 实验结论
①实验开始先通入一会儿氮气,然后关闭弹簧夹,点燃酒精灯给蔗糖加强热 ,硬质玻璃管中残留有黑色固体 蔗糖中含有氧、氢元素
②继续利用上图所示装置,在小烧杯中,加入足量的澄清石灰水,往硬质玻璃管中通入氧气,点燃酒精灯 硬质玻璃管中的黑色固体剧烈燃烧,发出白光; 蔗糖中含有碳元素
【实验拓展】
(1)先通入一会儿氮气的原因是 。
(2)步骤①发生的反应的基本反应类型是 。
(3)现称取17.1 g蔗糖隔绝空气加热,测得生成26.4 g CO2和9.9 g H2O,则蔗糖中碳、氢、氧元素的原子数目比为 。
7.(原创)雨水滋润万物,调节气候,一场春雨为大地带来了勃勃生机。同学们利用某天下雨的时间,在老师的指导下对当地雨水的成因、酸碱度、成分及用途等进行了项目式学习。
任务一:讨论雨水的成因
地球上有大量的水,受阳光照射后形成水蒸气进入空中,水蒸气上升到一定高度后遇冷形成小水滴,当空气托不住时,就从云中落了下来,形成了雨。雨形成过程中 (填粒子名称)种类没有发生改变。
任务二:测定雨水的酸碱度
在玻璃片上放一片pH试纸,用玻璃棒蘸取雨水滴在pH试纸上,将试纸显示的颜色与标准比色卡比较,读出该雨水的pH=5,说明该雨水呈 性。
任务三:探究雨水的成分
【查阅资料】
雨水往往溶解了空气中的杂质,其中常含有S、N等。
【猜想假设】
雨水中含有H2SO4和HNO3。
【进行实验】
实验步骤 实验现象 实验结论
取少量雨水样品,向其中加入碳酸钠固体 雨水中含有H2SO4,反应的化学方程式为
【反思评价】
(1)同学们讨论后认为,以上实验不严谨,理由是 。
(2)重新进行实验,将上述实验中的药品换成 ,得出雨水中含有H2SO4。
任务四:探究该雨水形成的原因
雨水中含有H2SO4和HNO3,是因为当地空气中排放过多的 。
8.兴趣小组同学探究锌与硫酸的反应,请回答下列问题。
【查阅资料】当硫酸浓度过大时,硫酸与锌反应能生成SO2气体,SO2气体的化学性质类似于CO2,能与水反应生成亚硫酸(H2SO3)。
Ⅰ.同学甲将未打磨的锌片与稀硫酸放入密闭容器中,用压强传感器和温度传感器分别测得数据如图所示。
(1)写出锌与稀硫酸反应的化学方程式: 。
(2)AB段未观察到气泡产生,但容器内压强却逐渐增大,可能的原因是 (填字母)。
A.锌片表面有氧化膜
B.锌跟酸发生反应产生气体
C.金属氧化物与酸反应放热
Ⅱ.同学乙将锌片放入盛有硫酸的试管中制取氢气,发现锌片表面有气泡冒出,同时闻到刺激性气味。同学乙对这一异常现象展开探究。
【提出问题】锌与硫酸反应除生成氢气外,同时还可能生成什么气体呢
【提出猜想】
(3)猜想一: ;
猜想二:O2;
猜想三:SO2和O2。
【进行实验】
(4)同学乙将湿润的紫色石蕊试纸放在试管口,观察到 ,则猜想二不成立。
【实验改进】为了收集纯净干燥的氢气,兴趣小组对同学乙的实验进行改进,如图:
(碱石灰的主要成分是CaO和NaOH固体)
(5)同学丙认为该装置仍不正确,请你在不增减装置,不改变药品的基础上,对装置顺序作出调整: 。
(6)调整之后,在装有氢氧化钠溶液装置中发生反应的化学方程式为 。
素养作业
9.某品牌制氧机中有一包白色颗粒和一包黑色粉末,白色颗粒成分为过碳酸钠(化学式为2Na2CO3·3H2O2),它是过氧化氢与碳酸钠形成的化合物,遇水后放出氧气)。某小组设计实验探究其制氧原理及呼出气体主要成分CO2的性质。
【探究一】
(1)分别取等质量的白色颗粒和等体积的水加入a、b两支试管,再向b试管中加入黑色粉末。观察到a试管仅有少量气泡,b试管有大量气泡。黑色粉末为MnO2,起 作用。
【探究二】
(2)根据元素守恒,上述反应后溶液中溶质的成分可能为①只含NaOH;②只含Na2CO3;③含NaOH和Na2CO3的混合物。甲、乙同学仅针对三种可能性,分别设计实验1和实验2进行验证。
序号 操作和现象 实验结论
1 取b试管上层清液滴加过量 ,产生能使澄清石灰水变浑浊的气体 只含Na2CO3
2 第一步:取b试管上层清液滴加过量CaCl2溶液,产生白色沉淀并过滤 第二步:在滤液中滴加无色酚酞,溶液 (填现象) 只含Na2CO3
(3)丙同学认为实验1的结论不严谨,理由是 。
【得出结论】
(4)结合实验现象,该制氧机的制气原理有两步反应,写出第二步的化学方程式:
①2Na2CO3·3H2O22Na2CO3+3H2O2;
② 。
【探究三】呼出气体主要成分CO2的性质探究
小明将制取的二氧化碳通入盛有少量澄清石灰水的试管中,发现石灰水先变浑浊后又变澄清了这一异常现象。
【查阅资料】
ⅰ.二氧化碳与水、碳酸钙能通过化合反应生成可溶的碳酸氢钙。
ⅱ.电导率传感器用于测量溶液的导电性强弱,相同温度下同种溶液离子浓度越大,电导率越大。
ⅲ.浊度传感器用于测量溶液中悬浮物的多少,悬浮物越多,透光率越小,浊度值越小。溶液透明时浊度值(透光率)为100%。
【实验验证】该同学将制得的二氧化碳持续通入少量澄清石灰水中,用电导率传感器采集数据,如图所示。
【分析推理】
(5)①实验中0~10 s澄清石灰水变浑浊、溶液电导率降低的原因是 。
②10 s后浑浊的液体又逐渐变澄清、溶液的电导率上升,是因为 。
【实验再探究】
(6)若同时使用浊度传感器测定反应过程中澄清石灰水变浑浊的情况,反应过程中溶液浊度与时间变化的曲线如图,下列说法不正确的是 (填字母)。
a.AB段溶液浊度变小主要是因为有氢氧化钙固体析出
b.BC段浊度上升,此时溶液中Ca2+浓度逐渐升高
c.最终溶液并未完全变澄清
10.某小组采用图a所示实验装置探究CO还原Fe2O3时,出现了争论。甲同学观察到固体由红色变成黑色,推断黑色固体是Fe粉;乙同学提出疑问,认为黑色固体可能是Fe3O4,并查阅了资料:Fe3O4可被磁铁吸引,几乎不溶于稀的酸溶液。
(1)制备CO的原理是HCOOHCO↑+H2O(HCOOH在常温下为液态),图b所示三种气体发生装置中,可用于制备CO的是 (填字母)。
(2)若甲同学推断正确,反应的化学方程式为 。
(3)对乙同学提出的疑问进行分析和验证。
①定量分析物质组成可知,该反应生成Fe3O4是合理的,理由是 。
②该小组通过对黑色固体进行检验,证明同时含有Fe3O4和Fe。检验的操作和现象是取样于试管中, 。
(4)该小组为了探索CO还原Fe2O3与温度的关系,走访了某钢铁厂。工程师用SDTQ热分析仪对该反应进行研究,根据不同温度下所得固体的质量,推导对应的固体成分,结果如图。
①用CO炼铁时,还原Fe2O3的温度应不低于 (选填“400”、“600”或 “800”)℃。
②图中,x= 。
③该小组查阅资料得知酒精灯加热温度为600 ℃左右,他们发现上述对黑色固体成分的检验结果与图像有矛盾,推测黑色固体在冷却过程中发生了反应: 。
11.蒸汽眼罩是我们日常生活中常见的缓解眼睛疲劳的产品,简单实用。某化学兴趣小组的同学对蒸汽眼罩开展了以下研究。
【查阅资料】
Ⅰ.蒸汽眼罩由无纺布眼罩和发热体构成。发热体内含有铁粉、活性炭、氯化钠、蛭石(保温作用,可以减缓热量散失)、高吸水树脂(良好保水性能,为眼罩提供水蒸气)等。
Ⅱ.铁粉、四氧化三铁均能被磁铁吸引。
任务一 验证蒸汽眼罩发热体内含有铁粉和氯化钠
(1)甲同学用磁铁吸引了部分发热体内固体粉末,放入试管中,滴加硫酸铜溶液,观察到有红色固体析出,证明发热体内含有铁粉。该反应的化学方程式为 。
(2)乙同学另取少量发热体内固体粉末于烧杯中,加入足量水,用玻璃棒搅拌,玻璃棒的作用是 。静置后,取上层清液于试管中,加入 溶液,产生白色沉淀,证明发热体内含有氯化钠。写出该反应的化学方程式: 。
任务二 探究蒸汽眼罩的发热原理
(3)根据“使用方法——打开蒸汽眼罩包装,接触空气即开始发热”,小组同学进行了以下实验:取20 g发热体内固体粉末放入密闭容器中,通过数字传感器分别测得氧气和二氧化碳含量变化如下图。据图回答:发热体内的物质和空气中的 发生了反应,理由是 。
实验后,同学们观察到部分黑色固体变为红棕色,分析蒸汽眼罩的热量来源于铁粉生锈。有同学提出疑问,铁生锈是缓慢氧化放热不明显,但是蒸汽眼罩打开后会迅速升温,这是为什么呢 他们又设计了以下实验方案进行验证。
方案 药品 1分钟前后氧气含量变化 1分钟前后温度变化
4 g铁粉、2 mL水 20.1%→20.1% 16 ℃→16 ℃
4 g铁粉、2 mL水、 g氯化钠 20.1%→20.1% 16 ℃→16 ℃
4 g铁粉、2 mL水、2 g活性炭 20.1%→20.1% 16 ℃→16 ℃
4 g铁粉、2 mL水、2 g氯化钠、2 g活性炭 20.1%→15% 16 ℃→55 ℃→26 ℃
(4)实验2中应取用氯化钠的质量是 g。实验4中温度迅速上升的原因是铁粉与 共同作用的结果。
【拓展延伸】
(5)工厂在蒸汽眼罩密封装袋时,应确保 。
【参考答案】
1.(1)新物质生成
(2)试管内液面升高 水(或H2O) (3)仍为无色 不合理 (4)= (5)密封 (6)C
【解析】(1)化学反应发生时,反应物减少,生成了新物质,因此可以根据反应物减少,或者有新物质生成来判断反应是否发生。
(2)第一组同学将充满CO2气体的试管倒扣在NaOH溶液中,根据实验结论二氧化碳与氢氧化钠发生了反应,所以可观察到试管内液面升高;氢氧化钠溶液由水和氢氧化钠组成,二氧化碳会与水和氢氧化钠都接触并且二氧化碳能溶于水、能与水反应,因此需要设计对比实验排除水的影响,还应进行CO2与水反应的对比实验才能得出这一结论。
(3)酚酞遇碱性溶液会显红色,遇酸性和中性溶液不变色,根据实验结论氢氧化钠与稀盐酸发生了反应,反应后氢氧化钠被消耗,溶液不显碱性,所以向丙中滴入无色酚酞溶液后,观察到溶液颜色仍为无色,说明NaOH溶液与稀盐酸发生了反应;硝酸银中银离子与氯离子反应生成氯化银沉淀,盐酸本身含有氯离子,稀盐酸和硝酸银生成氯化银沉淀和硝酸,也会生成白色沉淀,所以向丁中滴入AgNO3溶液后,观察到有白色沉淀生成,由此认为NaOH溶液与稀盐酸反应生成了NaCl,该结论是不合理的。
(4)盐酸与氢氧化钠反应生成氯化钠和水,根据结论:有氯化钠生成,即得到的晶体为氯化钠,溶于水形成中性溶液,此时溶液的pH=7。
(5)氢氧化钠的变质是因为与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钠和水,为了防止该药品变质,该药品要密封保存。
(6)A.在金属活动性顺序中铜排在氢的后面,与酸不反应,与氯化钠和氢氧化钠均不反应,不能证明NaOH溶液与稀盐酸是否恰好完全反应;B.氧化铜属于金属氧化物,只与盐酸反应,与氯化钠和氢氧化钠均不反应,不能证明NaOH溶液与稀盐酸是否恰好完全反应;C.紫色石蕊溶液遇酸性溶液变红,遇中性溶液仍为紫色,遇碱性溶液变蓝,当滴入紫色石蕊溶液,溶液仍为紫色,则说明NaOH溶液与稀盐酸恰好完全反应。
2.【实验探究】反应速率很慢 带火星的木条复燃
【讨论交流】(1)对比 (2)水和苹果不能放出氧气
【实验反思】验证反应前后苹果的质量是否改变 验证反应前后苹果的化学性质是否改变
【实验拓展】苹果皮、苹果肉都能作过氧化氢溶液分解的催化剂(合理即可)
【解析】【实验探究】实验1:有气泡产生,木条不复燃,说明过氧化氢分解产生氧气,反应速率很慢; 实验2:带火星的木条复燃,说明苹果能加快过氧化氢的分解速率。
【讨论交流】(1)“实验1”起的作用是对比,通过对比可知,苹果能够加快反应速率。(2)“向盛有水的试管中加入苹果,伸入带火星的木条”,目的是验证水和苹果不能放出氧气。
【实验反思】 两次称量的目的是验证反应前后苹果的质量是否改变; 向剩余物中再加入过氧化氢溶液,有大量气泡产生,目的是验证反应前后苹果的化学性质是否改变。
【实验拓展】由图得出的结论是苹果皮、苹果肉都能作过氧化氢溶液分解的催化剂或苹果皮比苹果肉催化过氧化氢溶液分解效果更好。
3.(1)碘酸钾不能使淀粉变蓝 (2)碘化钾(或KI) 使溶液呈酸性 (3)白色 MgCl2+2NaOHMg(OH)2↓+2NaCl (4)引流 可以
【解析】(1)由查阅资料可知,食盐中一般会添加微量碘酸钾,碘酸钾不能使淀粉变蓝。
(2)由查阅资料可知,碘酸钾在酸性条件下遇碘化钾可产生碘单质,因此只要在小宇实验后的溶液中加入碘化钾溶液和稀醋酸,反应会产生碘单质,使淀粉变蓝,稀醋酸的主要成分是醋酸,该实验中加入稀醋酸的目的是使溶液呈酸性。
(3)氯化镁与氢氧化钠反应生成氢氧化镁沉淀和氯化钠,可观察到产生白色沉淀,反应的化学方程式为MgCl2+2NaOHMg(OH)2↓+2NaCl。
(4)①过滤操作中玻璃棒的作用是引流,防止液体洒出;②滤液中氯化镁已除尽,而氯化钙与碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀和氯化钠,在滤液中再加入Na2CO3溶液,又产生了白色沉淀,证明溶液中一定含有氯化钙,因此小明的实验方案可以证明该食盐中含有氯化钙。
4.(1)Fe+CuSO4FeSO4+Cu (2)腐蚀剂将致密保护膜破坏需要一定的时间(或其他合理答案) (3)探究不同pH的膜化剂对膜层外观的影响 (4)60~70 ℃ 2.5~3.0 (5)取60 ℃、70 ℃膜化处理后的钢片,分别进行滴铜实验,观察并记录钢片表面从滴加腐蚀剂到开始出现红色物质的时间 (6)膜化剂浓度对钢铁膜化处理效果有何影响(或其他合理答案)
【解析】(1)钢是铁合金。出现红色物质的反应为铁和硫酸铜生成硫酸亚铁和铜,化学方程式为Fe+CuSO4FeSO4+Cu。
(2)有膜化的薄钢片出现红色物质的时间明显推迟,说明加入的硫酸铜试剂与铁接触到需要较长时间,但最终接触到,则其原因可能是腐蚀剂将致密保护膜破坏需要一定的时间。
(3)实验3中,其他条件相同时,将薄钢片放入不同pH的膜化剂中浸泡,观察钢片表面形成的膜层外观,变量是pH,则实验目的是探究不同pH的膜化剂对膜层外观的影响。
(4)膜层外观致密、均匀时符合要求。从实验2的结果可知,60 ℃、70 ℃时膜层外观是致密、均匀的,所以温度范围可确定为60~70 ℃。从实验3结果可知,pH为2.5、3.0时膜层外观是致密、均匀的,所以pH范围可确定为2.5~3.0。
(5)实验2中,60 ℃、70 ℃膜化处理后的钢片膜层外观符合要求。抗腐蚀性能的测定是进行滴铜实验,越迟出现红色物质的越好。所以实验方案是取60 ℃、70 ℃膜化处理后的钢片,分别进行滴铜实验,观察并记录钢片表面从滴加腐蚀剂到开始出现红色物质的时间。
(6)实验2、实验3分别探究了温度、pH对钢铁膜化处理效果的影响。从实验过程中可知,形成膜层需要膜化剂,且都提到了在膜化剂中浸泡20 min,所以还可以探究膜化剂浓度对钢铁膜化处理效果有何影响或在膜化剂中浸泡的时间对钢铁膜化处理效果有何影响等。
5.【知识回忆】Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O
【猜想假设】猜想3:水、二氧化碳
【实验探究】固体不溶解 固体溶解,得到无色溶液
【交流讨论】碳酸钙不溶于水(或者氢氧化钙与二氧化碳反应生成水)
(1)不稳定(或受热易分解) (2)8.8
【解析】【知识回忆】二氧化碳使澄清石灰水变浑浊是二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙和水,反应的化学方程式为 Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O。
【猜想假设】根据猜想1和猜想2,依据实验3的操作可知猜想3是生成的碳酸钙与水、二氧化碳反应生成可溶物。
【实验探究】根据实验1的操作、现象、结论,可知实验2的现象为固体不溶解;猜想3正确,实验现象为固体溶解,得到无色溶液。
【交流讨论】碳酸钙不溶于水或者氢氧化钙与二氧化碳反应生成水,实验1不必进行。
【实验拓展】(1)硬水易形成水垢,水垢的成分中有碳酸钙,碳酸钙由可溶性钙的化合物分解得到,所以硬水中可溶性钙的化合物具有的化学性质是不稳定或受热易分解。
(2)根据化学方程式:
Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O
44 100
4.4 g 10 g
二氧化碳不断通入澄清石灰水中,生成沉淀质量与二氧化碳质量的关系如图所示,a的值为8.8。
6.【猜想假设】猜想3:质量守恒定律
【实验探究】无水硫酸铜变为蓝色、澄清石灰水变浑浊
【讨论交流】反应物中有氧气,可以提供氧元素,蔗糖不一定含有氧元素
【继续探究】①干冷小烧杯内壁有水珠 ②小烧杯内澄清石灰水变浑浊
【实验拓展】(1)排出内部残留的空气 (2)①分解反应
(3)12∶22∶11
【解析】【猜想假设】小组同学认为绿色植物通过光合作用将二氧化碳和水转化成葡萄糖和氧气,葡萄糖进一步转化为蔗糖,根据质量守恒定律,作出猜想。
【实验探究】实验中得出猜想1正确,燃烧产物有水、二氧化碳,根据资料可知,实验现象是无水硫酸铜变为蓝色,澄清石灰水变浑浊。
【讨论交流】蔗糖在氧气中燃烧,检验到生成物中有水和二氧化碳。反应物为蔗糖和氧气,而氧气含有氧元素,因此可以提供反应前的氧元素,因此根据质量守恒定律,蔗糖有可能不含有氧元素。
【继续探究】步骤①发生反应得出蔗糖中含有氧、氢元素,可知产物中生成水,观察到干冷小烧杯内壁有水珠;步骤②黑色物质与氧气发生反应得出蔗糖中含有碳元素,可知产物中生成二氧化碳,观察到小烧杯内的澄清石灰水变浑浊。
【实验拓展】(1)为了避免蔗糖接触氧气,需要通入氮气,排出装置内的空气。(2)步骤①蔗糖发生反应生成水和碳的基本反应类型是分解反应。(3)二氧化碳中碳元素质量=26.4 g××100%=7.2 g,水中氢元素质量=9.9 g×218×100%=1.1 g,而碳和氢元素都来自蔗糖,所以剩余蔗糖质量为氧元素质量,则氧元素质量=17.1 g-7.2 g-1.1 g=8.8 g,所以其中碳、氢、氧元素质量比=7.2 g∶1.1 g∶8.8 g=72∶11∶88;蔗糖中碳、氢、氧元素的原子数目比为∶∶=12∶22∶11。
7.任务一:水分子
任务二:酸
【进行实验】固体消失,有气泡产生 Na2CO3+H2SO4Na2SO4+H2O+CO2↑
(1)HNO3也能和Na2CO3反应出现相同现象
(2)BaCl2溶液(合理即可) SO2、氮的氧化物(或NO、NO2)
【解析】任务一:雨形成过程中发生物理变化,物理变化中分子种类不变,雨形成过程水分子种类没有发生改变。
任务二:pH=5,说明该雨水呈酸性。
任务三:【进行实验】取少量雨水样品,向其中加入碳酸钠固体。硝酸与硫酸都与碳酸钠反应生成二氧化碳,观察到的现象是固体消失,有气泡产生,硫酸与碳酸钠反应生成硫酸钠、水、二氧化碳,反应的化学方程式为Na2CO3+H2SO4Na2SO4+H2O+CO2↑。【反思评价】(1)HNO3也能和Na2CO3反应出现相同现象,不能确定一定有硫酸。(2)由于氯化钡或硝酸钡溶液与硫酸反应生成不溶于硝酸的白色沉淀,将上述实验中的药品换成氯化钡或硝酸钡溶液,可得出雨水中含有H2SO4。
任务四:SO2、氮的氧化物(或NO、NO2)在空气中与水、氧气反应得到硝酸、硫酸,雨水中含有H2SO4和HNO3,是因为当地空气中排放过多的SO2、氮的氧化物(或NO、NO2)。
8.(1)Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑ (2)C (3)SO2 (4)湿润的紫色石蕊试纸变红 (5)将装置B和C的位置互换 (6)SO2+2NaOHNa2SO3+H2O
【解析】 (1)锌与稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气,故反应的化学方程式为Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑。
(2)AB段未观察到气泡产生,说明没有生成气体,但AB段容器内压强却逐渐增大,可能是由装置内气体膨胀形成的,说明锌表面的金属氧化物与酸反应放热。
(3)硫酸中含有氢元素、硫元素和氧元素,形成的气体除氢气外,还可能是氧气和二氧化硫中的一种或两种。
(4)猜想二不成立,即气体中含有二氧化硫,二氧化硫能够与水反应生成亚硫酸,亚硫酸呈酸性,能够使润湿的紫色石蕊试纸变红,即观察到的现象是湿润的紫色石蕊试纸变红。
(5)生成的气体中含有二氧化硫,收集氢气应先通过氢氧化钠溶液除去二氧化硫,再通过干燥剂吸收水分,所以对装置顺序作出调整的方法是将装置B和C的位置互换。
(6)调整之后,在装有氢氧化钠溶液装置中发生的反应是二氧化硫与氢氧化钠反应生成亚硫酸钠和水,故反应的化学方程式为SO2+2NaOHNa2SO3+H2O。
9.(1)催化 (2)稀盐酸(合理即可) 无明显变化 (3)产生使澄清石灰水变浑浊的气体,只能证明有碳酸钠,不能证明其中不含氢氧化钠 (4)2H2O22H2O+O2↑ (5)①二氧化碳与石灰水反应生成碳酸钙和水,溶液中离子的数量减少,溶液的电导率降低 ②碳酸钙与二氧化碳、水反应生成可溶于水的碳酸氢钙,溶液中钙离子、碳酸氢根离子等浓度变大,导电能力增强 (6)a
【解析】(1)分别取等质量的白色颗粒和等体积的水加入a、b两支试管,再向b试管中加入黑色粉末。观察到a试管仅有少量气泡,b试管有大量气泡,说明黑色粉末为 MnO2,能加快反应速率,起催化作用。
(2)实验1结论只含 Na2CO3,现象是产生能使澄清石灰水变浑浊的气体,即二氧化碳,则操作是取b试管上层清液滴加过量的酸,如稀盐酸,碳酸钠可与酸反应生成二氧化碳;实验2结论为只含碳酸钠,则取试管上层清液滴加过量CaCl2溶液,碳酸钠和氯化钙反应生成氯化钠和碳酸钙沉淀,碳酸钠完全反应,反应生成的氯化钠溶液显中性,滴加无色酚酞试剂,溶液无明显变化。
(3)实验1中若b试管中溶液是氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液,滴加过量稀盐酸,也产生二氧化碳,故得出的结论不严谨,理由是产生使澄清石灰水变浑浊的气体,只能证明有碳酸钠,不能证明其中不含氢氧化钠。
(4)该制氧机是利用过碳酸钠分解生成的过氧化氢制氧气,过氧化氢分解生成水和氧气,化学方程式为2H2O22H2O+O2↑。
(5)①实验中0~10 s澄清石灰水变浑浊、溶液电导率降低的原因是二氧化碳与石灰水反应生成碳酸钙和水,溶液中离子的数量减少,溶液的电导率降低;②10 s后浑浊的液体又逐渐变澄清、溶液的电导率上升,是因为碳酸钙与二氧化碳、水反应生成可溶于水的碳酸氢钙,溶液中钙离子、碳酸氢根离子等浓度变大,导电能力增强。
(6)a.制取二氧化碳的装置中含有空气,AB段溶液浊度变化不大,因为先排出的是装置里的空气,错误;b.溶液透明时浊度值 (透光率) 为100%,BC段浊度上升,即变澄清,此过程是碳酸钙与二氧化碳、水反应生成可溶于水的碳酸氢钙,溶液中钙离子浓度逐渐升高,正确;c.溶液透明时浊度值(透光率)为100%,开始时浊度值(透光率)为100%,最终的浊度值(透光率)为80%,最终溶液并未完全澄清,正确。
10.(1)C (2)3CO+Fe2O32Fe+3CO2 (3)①反应前有铁、氧元素,根据质量守恒定律知,反应后元素种类不变 ②滴入稀盐酸,观察到有气泡生成,形成浅绿色溶液,有黑色固体不溶解 (4)①800 ②33.6 ③4FeOFe3O4+Fe
【解析】(1)由制备CO的原理知,反应属于液体加热型,图b所示三种气体发生装置中,可用于制备CO的是C。
(2)甲同学推断黑色固体是Fe,则对应为一氧化碳和氧化铁高温生成铁和二氧化碳,化学方程式为3CO+Fe2O32Fe+3CO2。
(3)①定量分析物质组成可知,该反应生成Fe3O4是合理的,理由是反应前有铁、氧元素,根据质量守恒定律知,反应后元素种类不变。②该小组通过对黑色固体进行检验,证明同时含有Fe3O4和Fe,可加入稀盐酸,Fe3O4不溶于稀盐酸,铁和稀盐酸生成氯化亚铁和氢气,故检验的操作和现象是取样于试管中,滴入稀盐酸,观察到有气泡生成,形成浅绿色溶液,有黑色固体不溶解,则黑色固体同时含有Fe3O4和Fe。
(4)①用CO炼铁得铁单质,结合图像,还原Fe2O3的温度应不低于800 ℃。②由图知,最初氧化铁固体的质量为48 g,其中铁元素全部转化到铁单质中,则铁的质量为48 g×112/160×100%=33.6 g,则x=33.6。③由图可知,600 ℃左右固体为氧化亚铁,可能是在冷却过程中氧化亚铁分解为四氧化三铁和铁,化学方程式为4FeOFe3O4+Fe。
11.(1)Fe+CuSO4FeSO4+Cu (2)加快固体物质的溶解 硝酸银 NaCl+AgNO3AgCl↓+NaNO3 (3)氧气 氧气的含量降低,二氧化碳的含量不变 (4)2 水、氯化钠、活性炭 (5)干燥
【解析】(1)铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜,反应的化学方程式为Fe+CuSO4FeSO4+Cu。
(2)乙同学另取少量发热体内固体粉末于烧杯中,加入足量水,用玻璃棒搅拌,玻璃棒的作用是加快固体物质的溶解,静置后,取上层清液于试管中,加入硝酸银溶液,产生白色沉淀,证明发热体内含有氯化钠,硝酸银和氯化钠反应生成氯化银和硝酸钠,反应的化学方程式为AgNO3+NaClAgCl↓+NaNO3。
(3)由图像分析可知,发热体内的物质和空气中的氧气发生了反应,是因为氧气的含量降低,二氧化碳的含量不变。
(4)对比实验2和实验4可知,实验2中应取用氯化钠的质量是2 g;实验1中加入4 g铁粉、2 mL水,实验2中加入4 g铁粉、2 mL水、2 g氯化钠,实验3中加入4 g铁粉、2 mL水、2 g活性炭,氧气含量和温度均无明显变化,实验4中加入4 g铁粉、2 mL水,2 g氯化钠、2 g活性炭,氧气含量降低,温度升高,说明实验4中温度迅速上升的原因是铁粉与水、氯化钠、活性炭共同作用的结果。
(5)工厂在蒸汽眼罩密封装袋时,应确保干燥。
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