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專題四　科學探究 類型1　有關物質成分的探究 1．(xx西藏)有一包白色粉末，可能由CuSO4、Na2SO4、Na2CO3、BaCl2、NaOH中的一種或幾種組成，同學們查閱資料得知NaCl、CaCl2、BaCl2等溶液呈中性，經過思考，設計并進行了以下實驗： (1)白色粉末一定不含__________________，可能含有______________。 (2)為了確定白色粉末的組成，還需要對無色濾液中呈堿性的物質進行探究。 【提出問題】無色濾液中呈堿性的物質是什么？ 【猜想假設】猜想一：NaOH；猜想二：______________；猜想三：Na2CO3和NaOH。 【進行實驗】 實驗步驟 實驗現(xiàn)象 結論 (1)取少量該溶液于試管中，滴入________________________溶液 __________________ 猜想三正確 (2)靜置上述溶液，取少量上層清液于另一試管中，滴入幾滴________溶液 ______________ 步驟(1)中發(fā)生反應的化學方程式為__________________________________________。 【得出結論】白色粉末的成分是______________________________。 2．(xx淮安)水垢是日常生活中常見的物質，某興趣小組收集了一部分水垢[主要成分CaCO3和Mg(OH)2，不考慮其他成分對實驗的影響]并對其進行實驗探究。 【查閱資料】①Mg(OH)2受熱易分解，生成MgO和H2O； ②無水硫酸銅是白色固體，遇水變藍色。 【探究活動一】驗證水垢中的CaCO3和Mg(OH)2 (1)小斌取一定量水垢樣品，高溫灼燒，將生成的氣體依次通過澄清石灰水和無水硫酸銅，觀察到澄清石灰水變渾濁、無水硫酸銅變成__________色。 【得出結論】水垢中含CaCO3和Mg(OH)2。 (2)小紅提出小斌的實驗方案存在明顯缺陷，小紅的理由是_____________________。 【探究活動二】分離水垢中的CaCO3和Mg(OH)2 小林設計了如下實驗流程(部分產物已略去)： (1)過濾用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒和______________。 (2)濾液A中的溶質有________________________(用化學式表示)。 (3)加入MgCl2溶液時，發(fā)生反應的化學方程式是___________________________。 (4)操作II的實驗步驟是__________________________________。 3．一次趣味化學活動中，王老師向同學們展示了一瓶標簽受損的無色溶液，如圖所示。 要求同學們進行探究：確認這瓶溶液究竟是什么溶液？ 【作出猜想】王老師提示：這瓶無色溶液只能是下列四種溶液中的一種： ①硫酸鎂溶液?、诹蛩徕c溶液?、哿蛩崛芤骸、芰蛩徜@溶液 【查閱資料】 ①常溫下，相關物質的溶解度如下： 物質 MgSO4 Na2SO4 (NH4)2SO4 H2SO4 溶解度 35.1 g 19.5 g 75.4 g 與水任意比互溶 ②(NH4)2SO4的水溶液顯酸性。 【實驗探究】(1)小明認為根據(jù)王老師的提示猜想②不正確，原因是_______________。 (2)為確定其他幾種猜想是否正確，小明同學設計以下兩種實驗方案： 實驗方案 預期實驗現(xiàn)象 預期實驗結論 ①取少許該溶液于試管中，向其中滴加幾滴__________溶液 溶液中有白色沉淀生成 猜想①成立 ②用玻璃棒蘸取少許原溶液滴在pH試紙上，并跟標準比色卡對照 溶液pH小于7 猜想③成立 　小雅認為小明通過方案②得出的結論是不正確的，理由是___________________。 (3)請你設計實驗方案，確認該溶液是硫酸銨溶液并完成實驗報告： 實驗操作 實驗現(xiàn)象 實驗結論 取該溶液少許于試管中，________________________________________ __________________________________________________ 猜想④成立，該反應的化學方程式為_________________________ 類型2　有關反應后物質成分的探究 4．(xx通遼)將一定量的K2CO3溶液與BaCl2溶液混合，過濾反應后的混合物。某興趣小組的同學們欲探究濾液中溶質的組成。請你一同參與探究并回答有關問題： 【查閱資料】K2CO3溶液顯堿性；BaCl2、KCl溶液顯中性。 【作出猜想】猜想1：濾液溶質是KCl；猜想2：濾液溶質是______________；猜想3：濾液溶質是KCl和K2CO3。 【實驗探究】 實驗操作 實驗現(xiàn)象 實驗結論 ①取少量濾液于試管中，滴幾滴無色酚酞溶液，振蕩 無明顯現(xiàn)象 猜想__________不成立 ②另取少量濾液于另一支試管中，滴加K2CO3溶液 ________________ 猜想2成立。寫出相關的化學方程式：________________________ 【問題討論】小麗同學認為要證明猜想2成立也可改用AgNO3溶液，你認為小麗同學__________(填“能”或“不能”)達到實驗目的。 【反思拓展】實驗結束后，組內同學認為K2CO3是鹽而其水溶液卻顯堿性，這可能與它的水溶液中含有某種微粒有關，該微粒符號是____________。 5．(xx廣東)某同學進行如圖兩個實驗。 (1)甲實驗中反應的化學方程式為_____________________________________。 (2)乙實驗觀察到的現(xiàn)象是__________________________________，溶液由藍色變成無色。 (3)把甲、乙反應后的溶液倒入同一燒杯，發(fā)現(xiàn)有白色沉淀生成。他決定對白色沉淀的成分進行探究。 【查閱資料】硫酸鋇不溶于酸。 【作出猜想】白色沉淀為：Ⅰ.______________；Ⅱ.Mg(OH)2和BaSO4；Ⅲ. Mg(OH)2和MgCO3。 【實驗方案】 實驗操作 實驗現(xiàn)象與結論 過濾、洗滌白色沉淀備用；向白色沉淀中加入鹽酸至過量 ①若沉淀全部溶解，且無其他現(xiàn)象，猜想Ⅰ成立；其化學反應方程式為________________________________________。 ②若__________________且無氣體產生，猜想Ⅱ成立。 ③若沉淀完全溶解，____________________，猜想Ⅲ成立 【拓展與思考】如果猜想Ⅲ成立，產生此結果的原因是做甲實驗時________________________________________________________________________； 上述白色沉淀的成分不可能出現(xiàn)的組合是Mg(OH)2、MgCO3和BaSO4，原因是________________________________________________。 類型3　有關物質變質的探究 6．實驗課上，某小組的同學用生石灰進行“化學反應中能量的變化”實驗時發(fā)現(xiàn)：向塊狀生石灰中加入適量水后沒有明顯的溫度變化。為確定其原因，進行了如下實驗探究。 【提出問題】生石灰是否變質？其成分是什么？ 【查閱資料】氫氧化鈣溶解過程中無明顯溫度變化，與鹽酸反應無氣體生成。 【猜想與假設】同學們認為生石灰樣品已經變質，并對其成分作出了如下4種猜想： 猜想1：Ca(OH)2和CaCO3；　　猜想2：CaO和CaCO3； 猜想3：CaO和Ca(OH)2; 猜想4：CaO、Ca(OH)2和CaCO3。 【進行實驗】同學們將少量樣品研碎后，按如圖所示過程進行實驗。 (1)在溶解過程中用溫度計測量液體的溫度，發(fā)現(xiàn)溫度計示數(shù)升高，說明樣品中應該含有________________________________________________________________________。 結論：猜想1不成立。 (2)濾渣B中一定含有____________，用化學方程式表示生成該物質的反應：____________________。 結論：①塊狀生石灰表面發(fā)生變質；②猜想3不成立。 (3)為驗證濾液C的成分，進行后續(xù)實驗。 實驗操作 實驗現(xiàn)象 實驗結論 ____________________________________________________________ ______________ ①濾液中溶質為氫氧化鈣； ②猜想4成立，猜想2不成立 【反思與評價】上述實驗過程__________(填“能”或“不能”)得出猜想4成立、猜想2不成立的結論，理由是_____________________________________________________。 類型4　有關物質性質的探究 7．(xx南京)興趣小組的同學對碳酸氫鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉的某些性質進行相關探究。 【提出問題】它們溶液的酸堿性及與酸反應時溶液的pH如何變化？ 【實驗探究1】向等體積、等濃度的碳酸氫鈉、碳酸鈉和氫氧化鈉溶液中，分別加入幾滴紫甘藍汁液，同時用蒸餾水進行對比實驗，觀察并記錄現(xiàn)象如下： 液體名稱 蒸餾水 碳酸氫鈉溶液 碳酸鈉溶液 氫氧化鈉溶液 紫甘藍汁液顯示的顏色 藍紫色 藍色 綠色 黃色 【查閱資料】 pH 7.5～9 10～11.9 12～14 紫甘藍汁液顯示的顏色 藍色 綠色 黃色 【得出結論1】三種溶液的堿性由強到弱的順序為_______________________。 【實驗探究2】甲同學在燒杯中加入約5 mL稀氫氧化鈉溶液，滴入幾滴酚酞溶液，此時溶液由______色變?yōu)開_____色。向其中加入稀鹽酸，該反應的化學方程式為________________________________________________________________________。 乙同學向一定體積、一定濃度的氫氧化鈉溶液中，逐滴加入一定濃度的鹽酸，得到pH變化與時間的關系如圖1所示。a點表示的含義是__________________________________。 【得出結論2】從微觀角度分析，該反應的實質是________________________。 【實驗探究3】向等體積、含等碳原子數(shù)的碳酸氫鈉和碳酸鈉溶液中，分別逐滴加入一定濃度的鹽酸，得到pH變化與時間的關系如圖2、圖3所示。 【交流與反思】b點的溶質為____________________(寫化學式)，將圖2和圖3的陰影部分進行疊加，發(fā)現(xiàn)兩者基本重合，c點的溶質為__________________(寫化學式)。 【得出結論3】通過上述分析，碳酸鈉和鹽酸的反應過程，可以依次用以下兩個化學方程式表示：______________________________、_________________________。 【結論與反思】探究溶液的酸堿性及反應中pH的變化，可以認識反應的原理及進行的過程。 類型5　有關影響因素的探究 8．某小組同學在用過氧化氫溶液與MnO2制取氧氣的過程中，發(fā)現(xiàn)反應的速率很慢，產生的氣泡很少。為此，他們進行了如下探究： 【猜想與假設】①速率慢、氣泡少可能與過氧化氫溶液的濃度有關。 ②速率慢、氣泡少可能與MnO2的質量有關。 【進行實驗】根據(jù)圖甲進行如下實驗。 實驗1：用26 mg MnO2與5 mL不同濃度的過氧化氫溶液進行實驗，壓強變化如乙中圖1。 實驗2：用5 mL 1.5%的過氧化氫溶液與不同質量的MnO2進行實驗，壓強變化如乙中圖2。 【解釋與結論】 (1)過氧化氫溶液制取氧氣的化學方程式為__________________________________。 (2)實驗1得到的結論是________________________________________________。實驗2的目的是________________________________________________________________。欲得出“MnO2對過氧化氫分解有催化作用”的結論，需要對比_____________________________________________________(簡要寫出實驗設想)。 【查閱資料】小組同學通過互聯(lián)網(wǎng)得知：多種物質能催化過氧化氫的分解。 【實驗探究】實驗證明，CuSO4溶液也能顯著加快過氧化氫的分解，CuSO4溶液主要含有三種粒子(H2O、Cu2＋、SO )，稀硫酸中含有三種粒子(H2O、H＋、SO)。為了進一步探究CuSO4溶液中哪種粒子能起催化作用，小組同學作了以下分析和設計。 (3)小組同學認為最不可能的是H2O，他們的理由是______________________________。 (4)要證明另外的兩種粒子是否起到催化作用，小組同學設計了如下實驗，完成探究活動。 實驗步驟 實驗現(xiàn)象 結論 a.取一支試管加入5 mL 5%過氧化氫溶液，然后加入2～3滴稀硫酸 溶液幾乎沒有氣泡放出 實驗證明，起催化作用的是__________ b.另取一支試管加入5 mL 5%過氧化氫溶液，然后加入2～3滴硫酸銅溶液 溶液中有大量氣泡放出 【反思與評價】 (5)小組同學在進行實驗1和2制取氧氣過程中，發(fā)現(xiàn)反應的速率很慢，產生的氣泡很少的原因可能是__________________________、________________________。 (6)利用圖甲裝置探究“溫度對過氧化氫分解速率”的影響，是否合理？______________。理由是____________________________________________________。 類型6　有關條件、原理或規(guī)律類的探究 9．(原創(chuàng))xx年10月27日，第二架C919大飛機第一次試飛成功。C919大飛機大規(guī)模應用了第三代鋁鋰合金材料。某化學興趣小組對鋰(Li)、鋁、鋅的金屬活動性順序進行探究，過程如下： 【作出猜想】 猜想1：Li＞Al＞Zn 　　猜想2：Al＞Li＞Zn　　猜想3：Zn＞Li＞Al　　猜想4：Al＞Zn＞Li 小錢提出猜想__________不正確，你認為他判斷的理由是_______________________。 【查閱資料】 ①鋰，銀白色金屬，號稱“稀有金屬”， 由于易被氧化而變暗，故應存放于液體石蠟中。 ②鋰原子的結構示意圖如右圖所示。 【設計與實驗】 小聰同學取大小相等的三種金屬片，用砂紙打磨光亮后，分別放入三支盛有等量的同種白醋的試管中。 實驗 實驗一 實驗二 實驗三 實驗操作 實驗現(xiàn)象 鋰片表面迅速產生大量氣泡 鋁片表面產生氣泡較快 鋅片表面產生氣泡較慢 實驗結論 猜想__________正確 【交流討論】 (1)用砂紙打磨金屬片的目的是______________________________。 (2)鋰存放于液體石蠟中的目的是______________________________________。 (3)實驗一中，鋰與白醋中的醋酸(CH3COOH)反應生成醋酸鋰(CH3COOLi)和氫氣，寫出該反應的化學方程式：____________________________________________。 【歸納總結】 少數(shù)不活潑的金屬如金、銀等在地殼中以單質的形式存在，其余金屬都是以化合物的形式存在；鎂能在空氣中燃燒，而鐵只能在氧氣中燃燒，而真金不怕火煉。據(jù)此分析，比較金屬的活動性強弱還可以根據(jù)：①______________________；②__________________。 10．某研究小組為探究“鐵釘在不同溶液中銹蝕的速率”，在相同條件下取同濃度的下列不同溶液用如圖1裝置完成實驗，并用手持數(shù)據(jù)采集器進行測定?；卮鹣铝袉栴}： 所用溶液 NH4Cl (NH4)2SO4 NH4NO3 0 min時氧氣濃度(%) 20.8 20.8 20.8 500 min時氧氣濃度(%) 15.8 17.0 17.4 實驗前溶液pH 5.31 5.53 5.50 實驗后溶液pH 7.37 7.99 8.22 鐵釘表面銹蝕情況 大量鐵銹 大量鐵銹 大量鐵銹 (1)鐵銹的主要成分的化學式為____________________。 (2)在NH4Cl、(NH4)2SO4和NH4NO3溶液中，鐵釘銹蝕過程中上述溶液的酸性均變__________(填“強”或“弱”)。 (3)上述實驗方案是否合理？______________(填“合理”或“不合理”)，你的理由是____________________________________________________________________。 (4)鐵釘銹蝕的速率還可能與________________________有關。請設計實驗，驗證你的猜想： 實驗操作 預期實驗現(xiàn)象及結論 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ (5)該小組在不同酸堿性溶液中又進行了探究，在相同條件下其測定的實驗數(shù)據(jù)如圖2： ①上述實驗中，氧氣濃度下降先陡后緩的原因是_____________________________。 ②根據(jù)甲、乙圖像，請寫出三點結論：_____________________________________。 類型7　拓展創(chuàng)新 11．“數(shù)字化實驗”豐富了實驗研究的方法，它可將實驗過程中某些因素(酸堿性、濃度、氣壓等)的變化以數(shù)據(jù)、圖像的形式呈現(xiàn)出來。 (一)探究二氧化碳與水反應 方案一 方案二 (1)圖1中可觀察到甲試管里的紫色液體變?yōu)開_________色，反應的化學方程式為____________________________________。乙試管的作用是__________。 (2)由圖2坐標圖中的曲線可知，燒杯內溶液的酸性逐漸變__________(填“強”或“弱”)。 (二)探究蠟燭燃燒的產物 (3)如圖3所示，用注射器在蠟燭外焰部位抽氣并振蕩，可觀察到____________________，證明反應生成了二氧化碳，反應的化學方程式為____________________________________；若將干冷的燒杯罩在火焰上方，觀察到________________________，證明反應生成了水。 方案一 方案二(數(shù)字化實驗) (4)如圖4所示，蠟燭在密閉容器內燃燒，同時監(jiān)測容器內氧氣、二氧化碳和水蒸氣含量的變化，形成三條曲線如坐標圖所示，曲線__________ (填“a”“b”或“c”)能夠說明蠟燭燃燒生成了二氧化碳和水。 (三)比較塊狀碳酸鈣、粉末狀碳酸鈣與稀鹽酸反應的速率 方案一 方案二(數(shù)字化實驗) (5)寫出碳酸鈣與稀鹽酸反應的化學方程式：_________________________________。 (6)圖5中，乙試管里稀鹽酸的溶質質量分數(shù)C%應為__________%。相比塊狀碳酸鈣，粉末狀碳酸鈣與稀鹽酸的反應更為劇烈，原因是_________________________________。 (7)按圖6所示進行實驗，傾斜錐形瓶使小試管內的稀鹽酸流入瓶中與固體接觸發(fā)生反應，瓶內氣壓的變化如坐標圖所示。對比分析坐標圖中的點__________ (填“a”“b”“c”或“d”)可知：兩個錐形瓶內達到相同的壓強時，碳酸鈣粉末與稀鹽酸反應所需時間更短。 參考答案 1．(1)硫酸鈉、硫酸銅　氫氧化鈉 (2)【猜想假設】Na2CO3 【進行實驗】過量氯化鈣(或氯化鋇)　產生白色沉淀 酚酞　溶液變紅色 Na2CO3＋CaCl2=== CaCO3↓＋2NaCl(或Na2CO3＋BaCl2=== BaCO3↓＋2NaCl) 【得出結論】Na2CO3、BaCl2、NaOH 2．【探究活動一】(1)藍　(2)氣體通過澄清石灰水時會帶出水蒸氣 【探究活動二】(1)漏斗　(2)CaCl2、MgCl2、HCl (3)MgCl2＋Ca(OH)2=== Mg(OH)2↓＋CaCl2 (4)加入足量水溶解，過濾 3．【實驗探究】(1)常溫下Na2SO4溶液的溶質質量分數(shù)不可能達到20%　(2)NaOH　(NH4)2SO4溶液也呈酸性 (3)向試管中加入少量NaOH溶液并加熱，將濕潤的紅色石蕊試紙放在試管口　有刺激性氣味的氣體產生，紅色石蕊試紙變藍 (NH4)2SO4＋2NaOH Na2SO4＋2NH3↑＋2H2O 4．【作出猜想】KCl、BaCl2 【實驗探究】3　產生白色沉淀　BaCl2＋K2CO3=== BaCO3↓＋2KCl 【問題討論】不能　【反思拓展】OH－ 5．(1)Ba(OH)2＋Na2CO3=== BaCO3↓＋2NaOH (2)鎂條表面出現(xiàn)紅色固體　(3)【作出猜想】Mg(OH)2 【實驗方案】①Mg(OH)2＋2HCl=== MgCl2＋2H2O ②沉淀部分溶解?、矍矣袣怏w產生 【拓展與思考】滴加的碳酸鈉溶液過量　甲反應后的溶液中碳酸鈉與氫氧化鋇不能共存 6．【進行實驗】(1)CaO (2)CaCO3　CO2＋Ca(OH)2=== CaCO3↓＋H2O (3)取適量濾液C于試管中，向其中通入適量二氧化碳，觀察　濾液變渾濁 【反思與評價】不能　樣品中有氧化鈣，加水后能和水反應生成氫氧化鈣，所以無法證明生石灰樣品中含有氫氧化鈣 7．【得出結論1】氫氧化鈉溶液＞碳酸鈉溶液＞碳酸氫鈉溶液 【實驗探究2】無　紅　NaOH＋HCl=== NaCl＋H2O pH＝7，恰好完全反應 【得出結論2】氫離子和氫氧根離子結合生成水分子 【交流與反思】NaCl、HCl　NaCl、NaHCO3 【得出結論3】Na2CO3＋HCl=== NaCl＋NaHCO3　NaHCO3＋HCl=== NaCl＋H2O＋CO2↑ 8．(1)2H2O2 2H2O＋O2↑ (2)其他條件相同的情況下，過氧化氫的濃度越大，反應越快　其他條件相同的情況下，探究二氧化錳質量對過氧化氫分解速率的影響　過氧化氫質量分數(shù)相同，加和不加二氧化錳的兩種情況下壓強變化的情況 (3)過氧化氫溶液中含有水　(4)Cu2＋ (5)過氧化氫的濃度低　催化劑的量太少 (6)不合理　水受熱轉化為水蒸氣導致氣壓變化 9．【作出猜想】3　Al的金屬活動性比Zn更強　【設計與實驗】1 【交流討論】(1)除去金屬表面的氧化物　(2)隔絕氧氣，防止鋰被氧化　(3)2Li＋2CH3COOH=== 2CH3COOLi＋H2↑ 【歸納總結】①金屬在地殼中的存在形式?、诮饘倥c氧氣反應的難易程度 10．(1)Fe2O3(或Fe2O3xH2O)　(2)弱　(3)不合理　要探究的是鐵在不同溶液中銹蝕的速率，而本實驗所用樣本都是弱酸性的，樣本不具有代表性，缺少中性、堿性溶液作對比 (4)溫度(或氧氣的濃度、溶液的濃度等) 實驗操作 預期實驗現(xiàn)象及結論 利用上述裝置，將相同的打磨后的鐵釘分別半浸在等體積、等濃度的氯化銨溶液中，對其中一支試管加熱，分別記錄它們各自銹蝕的時間 鐵釘都生銹，加熱試管中的鐵釘生銹更快，所以鐵釘銹蝕的速率與溫度有關 (5)①氧氣濃度下降使銹蝕速率變慢，生成的鐵銹覆蓋在鐵釘表面，阻礙鐵釘進一步的銹蝕 ②鐵釘在酸性溶液中比在中性溶液中生銹快；鐵釘在含氯離子的溶液中生銹最快；鐵釘生銹先快后慢 11．(1)紅　CO2＋H2O=== H2CO3　對照　(2)強 (3)石灰水變渾濁　Ca(OH)2＋CO2=== CaCO3↓＋H2O 燒杯內壁有水霧　(4)bc (5)CaCO3＋2HCl=== CaCl2＋H2O＋CO2↑ (6)10　反應物之間的接觸面積更大　(7)cd