实验探究题
类型1 反应后物质成分的探究
1.(2022百色)在校园“消防日”活动中，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为 NaHCO3。
②NaHCO3受热分解生成 Na2CO3、二氧化碳和水；Na2CO3受热不分解。
③NaHCO3溶液呈碱性，且不与 BaCl2溶液发生反应。
【提出猜想】
猜想一：固体成分为NaHCO3；
猜想二：固体成分为________；
猜想三：固体成分为NaHCO3和Na2CO3。
【进行实验】
实验步骤 实验现象 实验结论
小东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】小玫认为小东得出的结论不准确，理由是____________。
【实验探究】兴趣小组的同学继续进行实验：
实验步骤 实验现象 实验结论
①_____________________ 澄清石灰水变浑浊 固体中含有NaHCO3
②另取少量白色固体于试管中，加水使之完全溶解，再滴加 BaCl2溶液 __________ 发生反应的化学方程式为_______；固体中含有Na2CO3
【实验结论】猜想三正确。
【拓展延伸】上述实验步骤②____(填“能”或“不能”)用Ba(NO3)2溶液代替 BaCl2溶液，理由是：________。
2.(2022兰州改编)实践活动小组在工作人员的指导下参观污水处理厂并进行水质检测。
【信息检索】
Ⅰ.生活污水中含有少量有机物、氯化物、硫酸盐等。
Ⅱ.生活污水的一般处理流程如图所示，在排水阶段加入CaCl2可除去杂质离子，也可杀菌消毒，能够起到净化污水的作用。
【交流讨论】
活性污泥可以吸附除去水中的有机物，此过程属于____________(填“物理变化”或“化学变化”)。
污水处理流程示意图
实践活动：检测经过处理的水质
【提出问题】
①生活污水经过处理后，其外观无色透明，但其酸碱度是否达到了排放标准？
②处理后的水中是否含有CaCl2
【实验探究】
实验操作 实验现象 实验结论
步骤1 ________________ — 水的pH＝7
步骤2 取少量处理后的水样，向其中滴加_____________ 产生白色沉淀 水中含有Ca2＋
步骤3 另取少量处理后的水样，向其中滴加硝酸银溶液 ________ 水中含有Cl－
【实验结论】
(1)生活污水经过处理其酸碱度达到排放标准，且水中含有CaCl2。
(2)步骤2发生反应的化学方程式为______________________________。
【反思评价】
(3)有同学认为步骤3检验出的Cl－不一定来自CaCl2，理由是_____________。
(4)排放后的水可用于__________________(写一条)。
3.(2022新疆)2021年12月9日，我国“天宫课堂”第一课成功授课。兴趣小组同学对其中的“泡腾片实验”很好奇，于是一起开展如下探究。
【查阅资料】
(1)维生素C(C6H8O6)具有增强机体抵抗力，预防和治疗坏血病等作用。某品牌维生素C泡腾片主要成分如右图。
(2)柠檬酸为食用酸类，由碳、氢、氧三种元素组成，可增强体内正常代谢，适当剂量对人体无害。柠檬酸易溶于水，20 ℃时，其2%水溶液的pH为2.1。
(3)碳酸氢钠在医疗上是治疗胃酸过多的药剂之一，写出该反应的化学方程式__________。
【提出问题】维生素C泡腾片溶于水后产生的气体是什么？
【猜想与假设】
同学甲认为产生的气体中不可能含有CO和H2，因为从药品安全角度考虑，H2易燃易爆，CO__________。
同学乙认为产生的气体也不可能含有N2，因为______________________。
同学丙认为该气体可能含有O2、CO2中的一种或两种。
【进行实验】
实验编号 实验操作 实验现象 实验结论
I 将一片维生素C泡腾片放入装有水的试管中 有大量气泡产生 －
Ⅱ 将带火星的木条伸入试管 带火星的木条没有复燃 该气体中不含O2
Ⅲ 将气体通入澄清石灰水中 澄清石灰水变浑浊 该气体中含有____
【解释与结论】
(1)同学丁认为由实验Ⅱ不能确定该气体中不含O2，理由是______________________。同学们经过讨论，设计了更为严谨的实验，最终证明了该气体中不含氧气。
(2)请你尝试从微粒变化的角度说一说该气体产生的原因_______________。
【反思与评价】
(1)维生素C泡腾片的保存注意事项是________________。
(2)通过本次探究活动，同学们对柠檬酸的用途也充满了兴趣。你觉得柠檬酸还可以用来________。
A.作碳酸饮料的添加剂 B.作金属除锈剂
C.清洗饮水机 D.作锅炉除垢剂
类型2 混合物成分的探究
4. 化学活动课上，老师拿来一包久置的碱石灰干燥剂，让同学们设计实验探究这包久置的碱石灰干燥剂的成分及含量，于是同学们进行了如下探究。
【查阅资料】①碱石灰干燥剂是CaO和NaOH的固体混合物；
②Ca(OH)2加热到一定温度时会发生分解反应，生成两种氧化物；
③Ca(OH)2、CaCO3、Na2CO3加热分解的温度依次为500～580 ℃、900 ℃、1800 ℃。
【猜想假设】样品中可能含有CaO、NaOH、Ca(OH)2、CaCO3、Na2CO3五种固体物质中的两种或两种以上。
【实验探究】如图1是同学们初步探究的流程。
图1
(1)通过上述流程可知，样品中一定不含的物质是________________。
(2)为了进一步确定样品的成分，同学们分组对滤渣A和滤液B的成分进行如下探究：
甲组：探究滤渣A的成分 乙组：探究滤液B的成分
实验操作 取少量滤渣A于试管中，加入足量稀盐酸 取少量滤液B于试管中，加入过量BaCl2溶液，静置，向上层清液中滴加几滴酚酞溶液，振荡
实验现象 _____________ ____________________________
实验结论 滤渣A中有CaCO3 滤液B中有NaOH和Na2CO3
【实验结论】通过以上探究确定该固体中一定含有Ca(OH)2和Na2CO3。
【反思评价】(1)乙组同学实验中加入BaCl2溶液，发生反应的化学方程式为__________________________。
(2)有同学提出探究滤液B的成分时加入的过量BaCl2溶液可用Ca(OH)2溶液代替，请你评价该说法是否合理，并说明理由________________________________________________________________________。
【拓展延伸】为进一步确定该干燥剂样品中是否存在碳酸钙及其质量分数。该小组称取10.0 g干燥剂样品按图2所示装置(装置气密性良好，控温电加热器温度为1000 ℃)进行实验。
图2
(1)先打开弹簧夹，向装置内通入一段时间氮气，再夹紧弹簧夹。用控温电加热器加热干燥剂样品，充分反应后，产物被完全吸收，需要称量________(填“甲”“乙”或“丙”)装置增加的质量来确定样品中是否存在碳酸钙及其质量分数。
(2)若没有丙装置会导致最终得到的碳酸钙质量分数________________________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(3)停止加热后，需要继续通入一段时间N2的目的是_________________。
类型3 实验异常现象的探究
5.(2022常州)在初中化学“金属的性质”中有如下实验，将无锈钉浸入CuSO4溶液，观察到铁钉表面出现红色物质。研究性学习小组对其展开了进一步探究。
【提出问题】Al和CuSO4溶液也能发生化学反应吗？
(1)预测Al能和CuSO4溶液反应，理由是____________________。
【进行实验】将一端缠绕的铝丝浸入CuSO4溶液(如右图)，观察现象。
(2)铝丝表面未出现红色物质，原因是____________________。
【实验改进】用砂纸将铝丝表面打磨光亮，将其浸入CuSO4溶液，观察现象。
(3)填写实验报告单：
序号 实验现象 结论与解释
① 铝丝表面有少量气泡；铝丝周围出现蓝绿色物质 CuSO4溶液呈弱酸性，与Al反应产生的气体是____________；蓝绿色物质成分待探究
② 24 h后，铝丝仍光亮； 48 h后，铝丝表面出现少量红色物质 红色物质是________，说明Al能和CuSO4溶液反应，但反应较慢
③ 铝丝周围溶液逐渐变成无色，铝丝以下溶液仍为蓝色；两层溶液界面清晰 反应生成的Al2(SO4)3为无色；Al2(SO4)3溶液的密度________(填“＞”或“＜”)CuSO4溶液
【深入探究】为研究上述异常现象，同学们查阅了相关资料，继续开展探究。
资料：①Cu2(OH)2SO4呈蓝绿色，不溶于水；
②Cl－可加快铝丝和其他物质的反应速率。
(4)取出铝丝，将试管中的混合物分离得到的蓝绿色固体。加入稀硫酸，固体溶解形成蓝色溶液，该反应的化学方程式为______________________________。
(5)欲加快Al和CuSO4溶液的反应，可加入的物质是________(填一种即可)。
【拓展应用】通过探究，同学们提出了铝制品使用的注意事项。
(6)下列食品不能长时间用铝制炊具盛放的是________(填序号)。
A.食醋 B.食用油 C.面粉 D.咸菜
6.(2022广东黑白卷)同学们在学习了金属的化学性质后，在实验室用一定质量的铝片和稀盐酸分别进行了如图所示的实验：
(1)实验前打磨铝片的目的是除去表面的______(填化学式)。
(2)将打磨后的铝片直接放入盛有稀盐酸的试管中，用手触摸，发现试管外壁发烫，说明铝与稀盐酸的反应属于______(填“吸热”或“放热”)反应。
(3)观察到铝片表面产生气泡，写出产生气泡的化学方程式：______________。同时溶液中出现灰黑色沉淀，同学们对试管中出现的灰黑色沉淀产生了兴趣，展开了如下探究。
【提出问题】铝与稀盐酸反应出现的灰黑色沉淀的组成是什么？
【查阅资料】①铝在颗粒较小时为灰黑色；
②氯化铝固体为白色颗粒或粉末，易溶于水和乙醇。
【作出猜想】猜想一：该灰黑色沉淀可能含有铝
猜想二：该灰黑色沉淀可能含有__________________
猜想三：该灰黑色沉淀可能含有难溶于酸的物质
【实验设计】小组同学取上述灰黑色沉淀，分别进行了如下实验。
实验 实验操作 实验现象 实验分析
1 向盛有灰黑色沉淀的试管中加入足量无水乙醇 固体部分溶解 灰黑色沉淀中含有___
2 向盛有灰黑色沉淀的试管中加入水 固体部分溶解
3 向盛有灰黑色沉淀的试管中加入适量稀硫酸 固体全部溶解，___，得到澄清溶液 灰黑色沉淀中含有铝
【得出结论】通过实验可证明猜想二正确。
【继续实验】小组同学认为产生灰黑色沉淀可能与盐酸浓度有关，于是设计了如下实验：取0.1 g铝片和5 mL不同浓度的盐酸进行反应，实验结果记录如下：
盐酸浓度 4.0% 2.8% 2.1% 1.4%
灰黑色固体产生情况 出现灰黑色沉淀 出现少量灰黑色沉淀 出现少量灰黑色沉淀 出现极少量灰黑色沉淀
【分析与结论】由实验可知，稀盐酸浓度在1.4%～4%之间时，_______________________。
【实验反思】为进一步探究产生的灰黑色沉淀是否与盐酸中的Cl－有关，请设计实验方案_____。
【解题关键点】 第6【实验反思】题 通过【继续实验】可知随着盐酸浓度的增大，产生灰黑色沉淀的量越多，为探究产生灰黑色沉淀是否与盐酸中的Cl－有关，可利用控制变量法的思想，控制酸的浓度、体积等其他条件相同，酸根离子不同来进行实验。
类型4 物质性质的探究
7.(2022荆州)“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
图1 图2
【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。
【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。
【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
1.【提出猜想】Na2CO3 【提出质疑】碳酸钠溶液也显碱性，也能使无色酚酞溶液变红 【实验探究】①取少量白色固体放入试管中，加热，充分反应后将产生的气体通入澄清石灰水中 ②产生白色沉淀 BaCl2＋Na2CO3=== BaCO3↓＋ 2NaCl 【拓展延伸】能 硝酸钡与碳酸钠反应也产生白色沉淀
2.【交流讨论】物理变化 【实验探究】步骤1.取处理后的水样，用玻璃棒蘸取少量水样滴于pH试纸上，待显色后，将试纸颜色与标准比色卡对照 步骤2.碳酸钠(合理即可) 步骤3.产生白色沉淀 【实验结论】(2)Na2CO3＋CaCl2=== CaCO3↓＋2NaCl(与步骤2对应) 【反思评价】(3)生活污水中还含有少量氯化物 (4)浇花(或冲厕所等，合理即可)
3.【查阅资料】(3)NaHCO3＋HCl=== NaCl＋H2O＋CO2↑
【猜想与假设】有毒 化学反应前后元素种类不变，反应物中不含氮元素 【进行实验】CO2(或二氧化碳) 【解释与结论】(1)氧气浓度低时也不能使带火星的木条复燃 (2)碳酸氢钠中的碳酸氢根离子与柠檬酸中的氢离子结合生成水和二氧化碳 【反思与评价】(1)保持干燥(合理即可) (2)ABCD
4.【实验探究】(1)CaO和NaOH (2)有气泡产生 有白色沉淀生成，溶液变为红色 【反思评价】(1)BaCl2＋Na2CO3=== BaCO3↓＋2NaCl (2)不合理，因为Ca(OH)2溶液与Na2CO3反应生成NaOH，会干扰滤液B中NaOH的检验 【拓展延伸】(1)乙 (2)偏大 (3)使反应生成的水和二氧化碳被浓硫酸和氢氧化钠溶液完全吸收，同时防止液体倒吸
5.(1)铝的金属活动性比铜强 (2)未打磨除去铝丝表面的氧化物薄膜 (3)①H2(或氢气) ②Cu(或铜) ③＜ (4)Cu2(OH)2SO4＋H2SO4=== 2CuSO4＋2H2O (5)NaCl(或其他含Cl－的可溶性盐等，合理即可) (6)AD
6.(1)Al2O3 (2)放热 (3)2Al ＋ 6HCl === 2AlCl3＋3H2↑ 【作出猜想】铝和氯化铝(或Al和AlCl3) 【实验设计】氯化铝(或AlCl3) 有气泡产生 【分析与结论】盐酸浓度越大，产生灰黑色沉淀的量越多(合理即可) 【实验反思】用相同浓度、相同体积的稀硫酸进行实验，若观察到有灰黑色沉淀出现，则与Cl－无关，若无灰黑色沉淀产生，则与Cl－有关(合理即可)
7.实验一：【实验结论1】碳酸钠溶液 实验二：【实验结论2】Na2CO3＋HCl=== NaHCO3＋NaCl NaCl 实验三：【交流反思】防止加热碳酸氢钠固体后产生的水蒸气在试管口冷凝后倒流入试管底部，导致热的试管炸裂 澄清石灰水变浑浊
【拓展应用】Ca(HCO3)2 CaCO3↓＋H2O＋CO2↑
