题型五 实验探究题
【题型分析】
类型1 有关物质成分的探究(固体成分、气体成分、溶质成分、组成元素)
探究大致可以分为下列几类:①探究混合物中(固体或气体混合物)物质组成的成分;②探究常见物质在发生化学反应后生成物的物质组成;③对缺失标签的药品成分的探究;④未知物质中的组成元素。
(1)固体成分探究:常涉及的物质有C、CuO、Fe、Fe2O3、NaOH、Na2CO3、CuSO4、CaCO3、BaCO3、Cu(OH)2、Fe(OH)3、Mg(OH)2、Al(OH)3、AgCl、BaSO4等常见物质。解题时根据物质的物理性质以及化学性质加以区分。
(2)气体成分探究:常涉及的物质有H2、O2、CO、CO2、CH4、NH3、水蒸气等气体,考查的知识点包括制法、检验及性质。检验混合气体时,要注意检验的顺序,以排除干扰。
(3)反应后溶液溶质的探究:这类题型常依托复分解反应和置换反应进行考查,反应后的溶质中一定有生成物(可溶),还应考虑反应物(可溶)是否过量。对于单一反应如下:Na2CO3+CaCl2CaCO3↓+2NaCl,反应后的溶质有三种情况:①只有NaCl;②NaCl和Na2CO3;③NaCl和CaCl2。对于两个反应的情形,还需从反应物量的角度,综合分析反应是否有先后顺序。
(4)组成元素:根据反应现象及反应前后元素种类不变判断。
类型2 异常现象探究
可从以下角度分析:
1.反应物;2.生成物;3.反应条件;4.反应伴随现象:主要是放热;5.环境:周围环境的差异(温度、物质等)、环境中某些物质是否参与了反应。
常见的有“异常”现象的实验:
①实验室制取的二氧化碳中含有氯化氢;
②过量的二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸氢钙;
③向硫酸铜溶液中加入铁粉产生气泡;
④反应物的质量比不同导致产物不同等;
⑤指示剂与酸碱性溶液变色异常。
类型3 定量探究
定量实验是初中化学学科较难的实验,其一般结合定性实验,除了要考虑干扰因素外,还要进行化学定量的计算。
类型4 影响因素的探究
初中常见的物质发生化学变化的条件和影响因素的探究实验,主要集中在可燃物燃烧的条件、金属锈蚀的条件、复分解反应的条件、催化剂种类、二氧化碳与水反应等实验。在实验探究的过程中,最常用的方法是控制变量法(其他条件保持不变,只改变一个变量,研究该变量对实验的影响)。实验中常见的变量有温度、接触面积、反应物浓度、种类、反应时间、催化剂、空气或氧气、水、着火点等。
【举例精讲】
类型一 有关物质成分的探究(固体成分、气体成分、溶质成分、组成元素)
例题1 小英设计了探究SO2与AgNO3溶液反应的实验。将SO2通入溶质质量分数为1.7%的AgNO3溶液中,反应后过滤得到无色溶液A和白色沉淀B。对体系中有关物质性质分析得知沉淀B可能为Ag2SO3,Ag2SO4或二者混合物。
【查阅资料】Ag2SO4为白色固体,微溶于水;Ag2SO3为白色固体,难溶于水,溶于过量的Na2SO3溶液。
【提出问题】白色沉淀B的成分是什么
【猜想与假设】猜想一:仅有Ag2SO4;猜想二:仅有Ag2SO3;猜想三: 。
【实验探究】
实验操作 实验现象 结论
取少量溶液A于试管中,滴加足量Ba(NO3)2溶液 无明显现象 猜想 成立
【实验结论】SO2与AgNO3溶液反应生成一种酸和沉淀B,反应的化学方程式是 。
【拓展延伸】
①另取溶液A,滴加足量Ba(NO3)2溶液,无明显现象,再加入BaCl2溶液,产生白色沉淀,原因是 。
②向盛有少量AgNO3溶液的试管里滴入Na2SO3溶液至过量,实验现象是 。
针对训练：
1.学习金属活动性顺序后,老师安排同学们开展系列实验探究金属间的置换反应规律。小明做完铝条和氯化铜溶液反应的实验后,将反应后的无色溶液(以下简称:待测溶液)倒入有水的废液缸中时,发现有白色沉淀析出的“异常现象”。小明设计实验开展了如下探究。请根据要求回答有关问题:
【发现问题】
小明取一滴管未倒完的待测溶液,将其注入盛有约二分之一试管体积的水中,依然产生大量白色沉淀(像牛奶一样)。
【提出问题】
待测溶液注入水中为什么有白色沉淀产生 白色沉淀是什么物质
【查阅资料】
(1)AlCl3是一种无色透明晶体,极易与水反应生成难溶于水的Al(OH)3而产生白色沉淀;
(2)CuCl是一种不溶于水的白色固体,易溶于一定浓度的KCl、NaCl等含Cl-的溶液中;CuCl中Cu的化合价为 。
【猜想与假设】
猜想Ⅰ:白色沉淀是Al(OH)3;
猜想Ⅱ:白色沉淀是CuCl;
猜想Ⅲ:白色沉淀是Al(OH)3和CuCl的混合物。
【实验探究】
序号 实验操作 实验现象 实验结论
① 取一滴管待测溶液,将其注入盛有约二分之一试管体积一定浓度的NaCl溶液中 无明显实验现象 猜想 正确
② 取约2 mL待测溶液于试管中,向溶液中插入足量洁净的铝条,充分反应 有红色固体析出
③ 取一滴管实验②后的溶液,将其注入盛有约二分之一试管体积的水中 无明显实验现象
【结论与反思】
(1)上述实验表明,Al和CuCl2溶液的反应是分步进行的。第一步反应生成CuCl,第二步CuCl继续和Al反应生成Cu。请分别写出上述两步反应的化学方程式。第一步: ,第二步: 。
(2)待测溶液中含有大量CuCl,为什么它没有以白色沉淀的形式存在 请说明原因: 。
(3)设计实验③的目的是 。
【启示与拓展】
通过对Al和CuCl2溶液反应的实验探究,使我们认识到,我们不少的传统认识远没有做到细致入微,特别是当观察到有红色固体析出,于是就贸然断定这个反应是个简单的、一步完成的置换反应。实际上还要关注物质变化的过程,通过比较和分析,得出可靠的结论。经过无数次实验证明,有些化学反应看似一步完成,实际上是分步进行的。请根据你所学知识,任举一例反应可能分步进行的实例: 。
2.在一次实践活动中,某小组同学对游泳馆内清澈湛蓝的池水产生了浓厚的兴趣,他们对池水呈现蓝色的原因、溶质成分、池水处理方法和对环境的影响,展开了连续性问题探究。
活动一:查阅相关资料,寻找池水呈现蓝色的原因
【查阅资料】水对蓝光的反射作用使水呈现蓝色,水越深,蓝色越深。
【交流讨论】光反射引起池水呈现蓝色,从微观角度分析,水分子本身 改变。有同学质疑:池水呈现蓝色,可能含有硫酸铜。
活动二:检验泳池水中是否含有硫酸铜
实验步骤 实验现象 实验结论
①取少量泳池水于试管中,滴加几滴 有蓝色沉淀产生 池水中含有Cu2+
②另取少量泳池水于试管中,滴加足量稀盐酸,无明显现象,再滴加几滴 产生白色沉淀 池水中含有的离子是 (用符号表示)
【实验小结】泳池水中含有硫酸铜。步骤①发生反应的化学方程式为 。
【实验调查】同学们咨询了游泳馆的管理人员,得知:
①池水是定期净化再利用的。
②池水中硫酸铜起到抑制藻类繁殖等作用。
活动三:设计泳池水净化模拟实验装置(如图)
【进行实验】小组同学取一定量的泳池污水于水槽中,再加入适量的絮凝剂(聚合氯化铝),10分钟后,打开水泵使水循环,在此过程中石英砂的作用是 。
【归纳提升】①为保证净化后的池水安全、卫生,还应增加的一个净水步骤是 。
②从爱护水资源角度分析,池水净化再利用的好处是 。
类型二 异常现象的探究
例题2 某班同学取相同总质量的木炭粉和氧化铜的混合物,按图示装置进行实验。实验过程中发现有的小组“黑色固体变红”这一实验现象不明显。小组同学对此异常现象进行如下探究。
【知识回忆】碳和氧化铜反应的化学方程式为 ,理论上碳和氧化铜的质量之比为 。
【猜想与假设】产生异常现象可能与所取木炭粉和氧化铜的质量之比有关。
【实验探究】小组同学用总质量相同但质量之比不同的木炭粉和氧化铜的混合物(不考虑其中杂质),分别进行实验,部分实验现象记录如下:
实验序号 m(C)∶m(CuO) 实验后A处试管中固体颜色 C处导管口的现象
1 1∶8 红色固体中有少量黑色固体 尾气燃烧
2 1∶9 红色固体中有较少量黑色固体 尾气燃烧
3 1∶10 红色固体中有很少量黑色固体 尾气不燃烧
4 1∶11 红色固体中有极少量黑色固体
5 1∶12 红色固体中无黑色固体 尾气不燃烧
6 1∶13 红色固体中有较多黑色固体 尾气不燃烧
【交流讨论】
(1)推测实验4中“C处导管口的现象”是 。
(2)上述探究可得出,实验时所用木炭粉和氧化铜的质量之比控制在1∶10~1∶12之间,可观察到黑色固体明显变红,同时还可减少 (填化学式)的排放,防止空气污染。
(3)检验实验6反应后A处试管中黑色固体物质,可滴加的试剂是 ,观察到的现象是 。
【反思评价】分析发现,实验5中m(C)∶m(CuO)比值与理论值不符,实验后却无黑色固体残留。请用化学方程式解释实验中过量的黑色固体消失的原因: (写一个即可)。
针对训练：
1.某化学兴趣小组同学往NaOH溶液中滴加无色酚酞溶液时,发现溶液变成红色,可是过了一会儿红色消失,重新恢复为无色。于是该小组同学在老师指导下对这一现象进行了探究。
【提出问题】
溶液的红色为什么会变成无色呢
【猜想与假设】
猜想一:可能是所用的酚酞溶液变质了;
猜想二:可能是NaOH与空气中的CO2反应了;
猜想三:可能是酚酞溶液与空气中的O2反应了;
猜想四:可能是与NaOH溶液浓度大小有关。
【讨论交流】
小组同学集体讨论后认为猜想一 (选填“合理”或“不合理”),原因是
。
【查阅资料】
对于猜想二,大家认为是错误的。如果是NaOH与空气中的CO2反应了,就会生成Na2CO3,Na2CO3溶液呈碱性,pH约为10~11.9,也能使酚酞溶液变红,红色不会消失。
【设计并实验】
(1)为了验证猜想三,小组同学先往右图装有NaOH溶液的试管中,从b处通入密度比空气大的稀有气体,将试管内的空气排尽。然后通过注射器滴入无色酚酞溶液,观察到溶液变成红色,过一会儿红色仍然消失。则猜想三 (选填“正确”或“错误”)。
(2)为了验证猜想四,小组同学继续进行实验探究,并得出了实验结论,请你帮助该小组完成下表。
实验操作 实验现象 实验结论
在两支同样大小的试管中,分别放入等体积的溶质质量分数为5%的氢氧化钠溶液和10%的氢氧化钠溶液,然后分别滴加1~2滴无色酚酞溶液 5%的氢氧化钠溶液变红后,红色 (选填“消失”或“不消失”,下同);10%的氢氧化钠溶液变红后,红色 猜想四正确。红色消失是因为NaOH溶液浓度过大
【拓展延伸】
小组同学查阅资料得知,酚酞(以H2In表示)其实是一种极弱的酸,遇碱溶液变红的变化可表示为H2In(无色)I(红色),据此信息写出H2In遇NaOH溶液变红反应的化学方程式: 。
2.某校化学兴趣小组将Cu块加入盛有稀H2SO4溶液的试管中,Cu块不溶解,不发生化学反应。再向此试管中加入KNO3溶液,发现Cu块逐渐溶解,有无色气体产生,该气体与空气接触后变成红棕色的气体,最后Cu块完全溶解,变成蓝色溶液。
【提出问题】Cu块与什么物质发生了化学反应,产生的气体是H2吗
小军同学认为产生的气体一定不是H2,你认为他作出此判断的合理理由是 。
【查阅资料】他们通过查阅资料得知,NO是一种无色气体,与空气接触后生成红棕色的NO2气体。请写出此气体颜色发生变化的化学方程式: 。
【猜想与假设】
猜想一:Cu块与KNO3溶液发生了化学反应;
猜想二:Cu块与K2SO4溶液发生了化学反应;
猜想三:Cu块与 溶液发生了化学反应。
【设计实验】
实验步骤 实验现象 解释或结论
①将Cu块加入KNO3溶液中 Cu块不溶解 说明猜想一是错误的
②将Cu块加入 溶液中 Cu块不溶解 说明猜想二是错误的
③将Cu块加入稀HNO3溶液中 Cu块溶解,有无色气体产生,该气体与空气接触后变成红棕色的气体,溶液变成蓝色 说明猜想三是正确的
【实验结论】猜想三成立。请写出Cu块加入稀HNO3溶液中发生反应的化学方程式: 。
【讨论交流】实验结束后,同学们在一起进行交流。从复分解反应的角度分析,H2SO4和KNO3 (选填“能”或“不能”)发生化学反应。
类型三 定量探究
例题2 实验室使用块状石灰石和稀盐酸制CO2,当观察不到有气泡产生,固体仍有剩余时,某兴趣小组对此进行了以下探究:
(1)取上层清液,用 测得溶液pH=2,说明溶液显 性。
(2)为探究“剩余液pH=2的原因”,该小组同学开展了如下活动:
【猜想与假设】
假设1:生成CO2造成的;
假设2:生成CaCl2造成的;
假设3:剩余稀盐酸造成的。
【设计实验】
实验编号 实验操作 实验现象
① 取氯化钙溶于水,测定溶液的pH 测得pH=7
② 将CO2通入蒸馏水中至饱和,测定溶液的pH 测得pH>5
(3)剩余液pH=2的原因是 。
(4)试管中剩余的固体中是否仍含有CaCO3 小组同学向试管中继续加入稀盐酸,又有大量气泡产生。
①由此得出的结论是 ;写出反应的化学方程式: 。
②比较稀盐酸加入前后的实验现象,解释 “又有大量气泡产生”的原因: 。
【拓展延伸】
(5)假如用100 g 14.6%的稀盐酸和足量的石灰石反应,观察不到气泡产生时,停止收集气体,收集到的CO2质量 (选填“>”、“<”或“=”)8.8 g。
(6)实验室用块状石灰石和适量稀盐酸反应至气泡逸出不明显后,测得其残留液pH等于2。此时取适量反应后溶液,逐滴滴入碳酸钠溶液。并用pH数字探测仪连续监测,得到的曲线如图所示(pH为纵坐标,时间为横坐标)。BC段的化学方程式是 。
针对训练：
早在春秋战国时期,我国就开始生产和使用铁器。某实验小组利用焦炭和Fe2O3模拟早期炼铁并检验可能的产物,实验装置如下:
【查阅资料】①铁粉为黑色;常温下,Fe、Fe3O4可被磁铁吸引;
②PdCl2溶液可用于检验CO,原理是PdCl2+CO+H2OPd↓+CO2+2HCl;
③Fe3O4与硫酸反应:Fe3O4+4H2SO4FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O。
【实验现象】澄清石灰水变浑浊,PdCl2溶液中产生黑色沉淀,玻璃管内粉末全部变成黑色。冷却后,用磁铁靠近黑色固体,黑色固体被部分吸引。
(1)仪器A的名称是 。
(2)为了检验气体产物,装置从左到右的接口连接顺序为a→ → → → 。
(3)澄清石灰水变浑浊的化学方程式: 。
【实验结论】反应生成CO 和CO2,磁铁上的黑色固体可能是 Fe、Fe3O4。
【猜想与假设】磁铁上的黑色固体是什么
猜想一:Fe;
猜想二:Fe3O4;
猜想三:Fe 和Fe3O4。
【设计实验】
设计思路 操作 现象 结论
定性 实验 取少量黑色固体于试管中,加入足量稀硫酸,充分反应 固体完全溶解,产生气泡 猜想 不成立
定量 实验 取一定质量的稀硫酸(足量)放入烧杯中,加入5.6 g黑色固体,充分反应后称量溶液的质量 固体完全溶解,产生气泡,溶液增加的质量为 猜想一成立
【归纳总结】 根据实验结论和探究结果,C与Fe2O3反应的化学方程式为 。
类型四 影响因素的探究
例题4 某化学兴趣小组进行锌与硫酸溶液反应的实验,并用大气球收集产生的气体。同学们在收集过程中闻到一股刺激性气味,同时发现充满气体的气球在空气中有些下沉,有些悬浮,还有些上浮。大家对这些现象很感兴趣,进行了相关探究活动。
【提出问题】锌和硫酸溶液反应后生成的气体是什么
【查阅资料】
(1)锌与浓硫酸反应生成硫酸锌、二氧化硫气体和水;铜与浓硫酸在加热的条件下生成硫酸铜、二氧化硫气体和水。
(2)SO2有刺激性气味,易溶于水,能使品红溶液褪色。SO2和CO2化学性质相似,都能和NaOH等碱溶液反应生成盐和水。
(3)相同条件下,气体的密度取决于该气体的相对分子质量,气体的相对分子质量越大密度也越大;空气的平均相对分子质量为29。
【猜想与假设】
猜想一:气球内的气体为SO2;
猜想二:气球内的气体为SO2和H2;
猜想三:气球内的气体为H2。
【实验探究】针对上述猜想,同学们在老师的指导下设计了上图的装置(部分夹持器材略去),分别用不同气球内的气体进行探究。
(1)C装置在点燃酒精灯加热之前应先通一段时间的氮气,目的是 。
(2)甲同学观察到A中品红溶液褪色,C中无明显现象,说明猜想一正确。D瓶中氢氧化钠溶液的作用是 。
(3)乙同学观察到 ,说明猜想二正确。
(4)丙同学观察到A中品红溶液无明显现象,C中铜网表面黑色物质变红,说明猜想三正确。
【实验结论】通过实验探究与充分思考,应该对锌与硫酸溶液反应产生的气体填充气球活动中的“异常现象”能够很好地解释了。本次实验中锌粒与硫酸溶液反应先后生成二氧化硫气体和氢气。
【拓展反思】
(1)下列物质中不能由金属和稀硫酸反应直接得到的是 (填字母)。
A.Al2(SO4)3 B.Fe2(SO4)3
C.MgSO4 D.ZnSO4
(2)浓硫酸与铜在加热的条件下反应生成硫酸铜、二氧化硫气体和水,而稀硫酸与铜即使加热也不能反应。这说明:某溶液的化学性质除了与溶质的性质有关外,还可能与 (填字母)有关。
A.溶质的质量分数
B.溶液的质量
C.溶液的体积
D.溶质的相对分子质量
(3)锌与铜分别和浓硫酸在一定条件下都可以反应产生二氧化硫,若选择铜与浓硫酸在加热的条件下反应制取二氧化硫气体,其优点是 。
(4)实验中下沉的气球内一定含有的气体是 (填化学式)。
针对训练：
1.石灰石是重要的化工原料。为研究石灰石的性质和用途进行如下探究。
Ⅰ.石灰石分解的探究
取三块形状大小相近的石灰石(长宽厚约为1 cm×1 cm×0.2 cm),一块不加热,另取两块分别在酒精灯和酒精喷灯(酒精的化学式为C2H5OH)的火焰上加热2 min(假设杂质加热时不发生变化)。探究过程如图所示,实验现象见表1。
表1 不同条件下的实验现象
实验组别 实验条件 试管B中的现象
甲 未加热 无明显现象
乙 酒精灯加热 呈浅红色
丙 酒精喷灯加热 呈红色
(1)通过甲、乙、丙三组对比实验,得出影响石灰石分解的因素是 。
(2)丙组实验加热石灰石时,在火焰上方倒扣一个用澄清石灰水润湿的烧杯,石灰水变浑浊,出现浑浊的原因为 (填化学方程式)。此实验能否推断石灰石煅烧产生了二氧化碳,并说明理由: 。
(3)丙组实验中,向试管B中逐滴滴入稀盐酸,至红色恰好褪去,轻轻晃动试管,溶液自下而上又变为红色。解释产生上述现象的原因: 。
(4)为检验丙组实验中的石灰石部分分解,设计实验:取研细后的粉末少许于试管中, (补充完整实验方案)。
Ⅱ.石灰石煅烧温度的探究
【查阅资料】生石灰质量的优劣常采用“活性度”来衡量。“活性度”的测定方法:取一定质量的生石灰,加入一定量的水,用指定浓度的盐酸中和,记录所消耗盐酸的体积数(单位为mL)。消耗盐酸的体积数越大,“活性度”越高。
某研究小组在电炉内煅烧石灰石样品,并测定煅烧产物(CaO)的活性度,数据见表2。
表2 不同条件下煅烧产物的活性度(mL)
煅烧温度 活性度 煅烧时间 1050℃ 1100℃ 1150℃ 1200℃ 1250℃ 1300℃
12 min 790 836 868 808 454 412
16 min 793 856 871 845 556 530
20 min 795 863 873 864 617 623
(5)石灰石煅烧的最佳温度范围为1100 ℃~1200 ℃的证据是 。
Ⅲ.石灰石用途的探究
(6)石灰石是高炉炼铁的原料之一。石灰石能除去铁矿石中的SiO2,同时能提高单位时间内生铁的产率。分析加入石灰石能提高生铁产率的原因: 。
2.化学兴趣小组的同学们在进行“碱与酸碱指示剂反应”的实验时,将酚酞溶液滴入NaOH溶液中,溶液变成了红色,但过一会儿红色却消失了。于是,兴趣小组的同学们对这种“异常现象”进行了探究。
【提出问题】滴有酚酞的NaOH溶液由红色褪为无色的原因是什么
【猜想与假设】甲同学:酚酞与O2发生了反应。乙同学:NaOH溶液与空气中的CO2发生了反应。丙同学:与NaOH溶液浓度大小有关。你的猜想: (写一条)。
【设计与实验】甲、乙、丙三位同学为了验证各自的猜想,设计并进行了如下实验,请你与他们一起探究。
(1)甲同学设计并完成如下实验:
实验步骤 实验目的 实验现象 实验结论
①取少量实验中的NaOH溶液于试管中,再加热煮沸 溶液变红,过一会儿红色消失 甲同学的猜想 (选填“正确”或“不正确”)
②将①中的溶液冷却后滴入酚酞溶液,并滴一些植物油在其上方
(2)乙同学设计下图所示的装置进行实验,一段时间后,试管中溶液的红色褪去,他认为自己的猜想正确,试管中反应的化学方程式为 。丁同学认为乙同学的猜想不正确,理由是 ,丁同学为了进一步探究试管中的溶液红色褪去的原因,用pH试纸测量试管中的溶液,结果pH<7,说明溶液显 性,造成试管中溶液红色褪去的原因可能是 。
(3)丙同学为了验证自己的猜想,使用色度传感器测量溶液颜色的变化(说明:溶液无色时,色度传感器测得的数值为100%)。他在三个专用容器中分别加入等量的5%、10%、20%的NaOH溶液,然后各滴加2滴酚酞溶液,同时放入色度传感器进行测量,测出溶液颜色的变化曲线如图所示,由此判断自己的猜想正确。你能从变化曲线中总结出的规律有 (写一条)。
【实验结论】滴有酚酞的NaOH溶液由红色褪为无色与NaOH溶液的浓度有关。
【参考答案】
类型一
例题1 【猜想与假设】Ag2SO3、Ag2SO4
【实验探究】二
【实验结论】H2O+SO2+2AgNO3Ag2SO3↓+2HNO3
【拓展延伸】①溶液A中含有银离子,加入氯化钡后,氯离子和银离子生成氯化银沉淀
②开始生成白色沉淀,随着Na2SO3溶液不断加入沉淀溶解
【解析】【猜想与假设】对体系中有关物质性质分析得知沉淀B可能为Ag2SO3,Ag2SO4或二者混合物。结合猜想一、二可知,猜想三:Ag2SO3、Ag2SO4。
【实验探究】硫酸根离子和钡离子反应生成硫酸钡白色沉淀,实验中无明显现象,说明溶液中不存在硫酸根离子,故猜想一、三不成立,猜想二成立。
【实验结论】由实验探究结论可知,沉淀B为Ag2SO3,反应前后元素种类不变,则SO2与AgNO3溶液反应生成的一种酸为硝酸(HNO3),且反应物中还有水参与,故反应的化学方程式是H2O+SO2+2AgNO3 Ag2SO3↓+2HNO3。
【拓展延伸】①氯离子和银离子生成不溶于酸的氯化银沉淀;另取溶液A,滴加足量Ba(NO3)2溶液,无明显现象,再加入BaCl2溶液,产生白色沉淀,原因是溶液A中含有银离子,加入氯化钡后,氯离子和银离子生成氯化银沉淀。
②已知:Ag2SO3为白色固体,难溶于水,溶于过量的Na2SO3溶液;向盛有少量AgNO3溶液的试管里滴入Na2SO3溶液至过量,实验现象是开始生成白色沉淀,随着Na2SO3溶液不断加入沉淀溶解。
针对训练
1.(2)+1
【实验探究】Ⅱ
【结论与反思】(1)Al+3CuCl2AlCl3+3CuCl Al+3CuClAlCl3+3Cu
(2)待测溶液中氯离子浓度过高
(3)证明溶液中氯化铝没有与水反应生成氢氧化铝沉淀
【启示与拓展】碳燃烧生成二氧化碳可能是碳首先和氧气反应生成一氧化碳,一氧化碳再和氧气生成二氧化碳(合理即可)
【解析】【查阅资料】CuCl中氯元素化合价为-1,设铜元素化合价为x,化合物中正负化合价代数和为零;则x +(-1) =0,x=+1。
【实验探究】①已知,CuCl易溶于一定浓度的KCl、NaCl等含Cl-的溶液中;取一滴管待测溶液,将其注入盛有约二分之一试管体积一定浓度的NaCl溶液中无明显实验现象,说明没有生成氢氧化铝沉淀,可能生成的CuCl溶于一定浓度的NaCl溶液中。
②取约2 mL待测溶液于试管中,向溶液中插入足量洁净的铝条,充分反应,有红色固体析出,说明生成了铜单质,排除溶液中铜离子的干扰。
③实验②后的溶液中有生成的氯化铝,取一滴管实验②后的溶液,将其注入盛有约二分之一试管体积的水中,无明显实验现象,说明氯化铝没有与水反应生成沉淀。
综合分析可知,沉淀为铜元素导致的,沉淀为CuCl,故猜想Ⅱ正确。
【结论与反思】(1)上述实验表明,Al和CuCl2溶液的反应是分步进行的。第一步反应生成CuCl,第二步CuCl继续和Al反应生成Cu。上述两步反应的化学方程式分别为Al+3CuCl2AlCl3+3CuCl、Al+3CuClAlCl3+3Cu 。
(2)CuCl易溶于一定浓度的KCl、NaCl等含Cl-的溶液中;待测溶液中氯离子浓度过高,导致CuCl没有生成沉淀。
(3)设计实验③的目的是证明溶液中氯化铝没有与水反应生成氢氧化铝沉淀。
【启示与拓展】碳燃烧生成二氧化碳可能是碳首先和氧气反应生成一氧化碳,一氧化碳再和氧气生成二氧化碳(合理即可)。
2.没有
活动二:NaOH溶液[或Ca(OH)2溶液](合理即可) Ba(NO3)2溶液(或BaCl2溶液)(合理即可) S
【实验小结】CuSO4+2NaOHCu(OH)2↓+Na2SO4
【进行实验】过滤
【归纳提升】①投药消毒 ②节约用水(或防止水体污染,合理即可)
【解析】【交流讨论】光反射引起池水呈现蓝色,无新物质生成,属于物理变化,从微观角度分析,水分子本身没有改变。实验步骤:①该实验是检验泳池水中是否含有硫酸铜。铜离子能与氢氧根离子结合生成氢氧化铜蓝色沉淀,故可取少量泳池水于试管中,滴加几滴氢氧化钠溶液,若生成蓝色沉淀,说明含铜离子;②硫酸根离子能与钡离子结合生成硫酸钡白色沉淀,故另取少量泳池水于试管中,滴加足量稀盐酸,无明显现象,再滴加几滴氯化钡或硝酸钡溶液,产生白色沉淀,说明池水中含有的离子是S。
【实验小结】步骤①是硫酸铜与氢氧化钠反应生成氢氧化铜和硫酸钠,该反应的化学方程式为CuSO4 + 2NaOHCu(OH)2↓ + Na2SO4 。
【进行实验】加入絮凝剂可以使难溶性物质沉降,石英砂可以过滤不溶性物质,故石英砂的作用是过滤。
【归纳提升】①为保证净化后的池水安全、卫生,应对水进行消毒处理,杀灭微生物,故还应增加的一个净水步骤是投药消毒。②池水净化再利用,水循环利用,可以节约用水,同时可以防止水体污染。
【知识回忆】
类型二
例题2 C+2CuO2Cu+CO2↑ 3∶40
【交流讨论】(1)尾气不燃烧 (2)CO (3)稀盐酸 黑色固体溶解,溶液呈蓝色
【反思评价】C+CO22CO
【解析】【知识回忆】碳和氧化铜反应:+2Cu+CO2↑,故理论上碳和氧化铜的质量之比为12∶160=3∶40。
【交流讨论】(1)木炭粉和氧化铜反应,刚开始木炭过量,生成的二氧化碳和碳高温生成一氧化碳,所以尾气能被点燃,随着炭粉减少生成的一氧化碳逐渐减少,实验3生成尾气不能被点燃;实验4中炭粉更少,一氧化碳更少,也不能被点燃。
(2)实验时所用木炭粉和氧化铜的质量之比控制在1∶10~1∶12之间,可观察到黑色固体明显变红,同时还可减少CO的排放,防止污染空气。
(3)实验5有红色固体无黑色固体,说明恰好完全反应,实验6炭粉减少氧化铜会有剩余,反应后A处试管中黑色固体物质是剩余的氧化铜,氧化铜与盐酸反应生成氯化铜和水,可滴加的试剂是稀盐酸,现象是黑色固体溶解,溶液呈蓝色。
【反思评价】实验5中m(C)∶m(CuO)比值与理论值不符,实验后却无黑色固体残留,是因为炭粉和二氧化碳发生了反应生成了一氧化碳,化学方程式为C+CO22CO。
针对训练
1.【讨论交流】不合理 往氢氧化钠溶液中滴加无色酚酞溶液时,发现溶液变成了红色
【设计并实验】(1)错误 (2)不消失 消失
【拓展延伸】H2In+2NaOHNa2In+2H2O
【解析】【讨论交流】猜想一是不合理的,理由是往氢氧化钠溶液中滴加无色酚酞溶液时,发现溶液变成了红色。
【设计并实验】(1)小组同学先往上图装有NaOH溶液的试管中,从b处通入密度比空气大的稀有气体,将试管内的空气排尽。然后通过注射器滴入无色酚酞溶液,观察到溶液变成红色,过一会儿红色仍然消失,这证明了褪色的原因不是酚酞与空气中的O2反应了,即猜想三错误;(2)由实验结论可知,实验现象为5%的氢氧化钠溶液变红后,红色不消失,10%的氢氧化钠溶液中变红后,红色消失。
【拓展延伸】H2In与NaOH反应生成Na2In和水。
2.【提出问题】氢气在空气中不会变成红棕色
【查阅资料】2NO+O22NO2
【猜想与假设】猜想三:HNO3 【设计实验】K2SO4
【实验结论】3Cu+8HNO33Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
【讨论交流】不能
【解析】【提出问题】氢气是一种无色气体,而且在空气中不会变成红棕色,所以该气体一定不是氢气;查阅资料:一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮,化学方程式为2NO+O22NO2。
【猜想与假设】在溶液中,硫酸能电离出氢离子和硫酸根离子,硝酸钾能电离出钾离子和硝酸根离子,所以可提出以下三个猜想:
猜想一:Cu块与KNO3溶液发生了化学反应;
猜想二:Cu块与K2SO4溶液发生了化学反应;
猜想三:Cu块与HNO3溶液发生了化学反应。
【设计实验】②由实验结论可知:猜想二是错误的,也就是Cu块与K2SO4溶液不能发生化学反应,所以是将Cu块加入硫酸钾溶液中。
【讨论交流】从复分解反应的角度分析,H2SO4和KNO3在溶液中交换成分后,既没有气体生成,也没有水或沉淀生成,所以不能发生化学反应。
类型三
例题3 (1)pH试纸 酸 (3)稀盐酸剩余 (4)①剩余固体中仍含有CaCO3 CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O ②盐酸浓度增大
(5)< (6)CaCl2+Na2CO3CaCO3↓+2NaCl
【解析】(1)取上层清液,用pH试纸测pH值,测得溶液pH=2,小于7,说明溶液显酸性。
(3)取氯化钙溶于水,测定溶液的pH,测得pH=7,将CO2通入蒸馏水中至饱和,测定溶液的pH,测得pH>5,故剩余液pH=2的原因,不是二氧化碳造成的,也不是氯化钙造成的,是剩余稀盐酸造成的。
(4)小组同学向试管中继续加入稀盐酸,又有大量气泡产生,①由此得出的结论是剩余固体中仍有碳酸钙,碳酸钙和稀盐酸反应生成氯化钙、二氧化碳和水,反应的化学方程式为CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O。
②比较稀盐酸加入前后的实验现象,解释 “又有大量气泡产生”的原因是加入稀盐酸,盐酸浓度增大,继续和碳酸钙反应生成二氧化碳。
(5)假如用100 g 14.6%的稀盐酸和足量的石灰石反应,观察不到气泡产生时,停止收集气体,设收集到的CO2质量为x,
CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O
73 44
100 g×14.6% x
= x=8.8 g
但是实际反应中稀盐酸有剩余,生成二氧化碳的质量<8.8 g。
(6)实验室用块状石灰石和适量稀盐酸反应至气泡逸出不明显后,测得其残留液pH等于2,此时残留液中有剩余盐酸和氯化钙,逐滴滴入碳酸钠溶液,碳酸钠先和盐酸生成氯化钠、二氧化碳和水,再和氯化钙生成碳酸钙沉淀和氯化钠,BC段表示碳酸钠和氯化钙生成碳酸钙沉淀和氯化钠,化学方程式为CaCl2+Na2CO3CaCO3↓+2NaCl。
针对训练
(1)酒精灯
(2)d e b c
(3)CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O
【设计实验】
二 5.4 g Fe2O3+2C2Fe+CO2↑+CO↑
【解析】(1)由图可知,仪器A的名称是酒精灯。
(2)一氧化碳能与PdCl2、水反应生成Pd、二氧化碳和氯化氢,会影响二氧化碳的检验,故应先用澄清石灰水检验二氧化碳,再用PdCl2溶液检验一氧化碳,且应“长进短出”,这样反应比较充分,现象明显,故装置从左到右的接口连接顺序为a→d→e→b→c。
(3)二氧化碳能与氢氧化钙反应生成碳酸钙和水,该反应的化学方程式为CO2 + Ca(OH)2 CaCO3↓+ H2O 。
定性实验:取少量黑色固体于试管中,加入足量稀硫酸,充分反应,固体完全溶解,产生气泡,铁能与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,四氧化三铁能与稀硫酸反应生成硫酸铁、硫酸亚铁和水,故一定含铁,猜想二不成立。
定量实验:结论为猜想一成立,故黑色固体是铁,设铁完全反应生成氢气的质量为x。
Fe+H2SO4FeSO4+H2↑
56 2
5.6 g x
= x=0.2 g
故溶液增加的质量为5.6 g-0.2 g=5.4 g。
【归纳总结】由以上分析可知,碳与氧化铁在高温下反应生成了铁、一氧化碳和二氧化碳,该反应的化学方程式为Fe2O3+2C2Fe+CO2↑+CO↑。
类型四
例题4 (1)排出装置中的空气,防止氢气和空气混合加热时发生爆炸
(2)吸收二氧化硫
(3)A中品红溶液褪色,C中黑色固体变为红色
【拓展反思】
(1)B (2)A
(3)铜和浓硫酸反应生成二氧化硫气体,当浓硫酸变成稀硫酸时,铜不能和稀硫酸反应,确保了制取的二氧化硫气体中不含有氢气
(4)SO2
【解析】【实验探究】
(1)C装置在点燃酒精灯加热之前应先通一段时间的氮气,目的是排出装置中的空气,防止氢气和空气混合加热时发生爆炸。
(2)D瓶中氢氧化钠溶液的作用是吸收二氧化硫,防止污染环境。
(3)乙同学观察到A中品红溶液褪色(气体中含有二氧化硫),C中黑色固体变红色(气体中含有氢气),说明猜想二正确。
【拓展反思】
(1)铝和稀硫酸反应生成硫酸铝和氢气,铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,镁和稀硫酸反应生成硫酸镁和氢气,锌和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气,所给物质中不能由金属和稀硫酸反应直接得到的是B。
(2)某溶液的化学性质除了与溶质的性质有关外,还可能与溶质的质量分数有关。
(3)锌与铜分别和浓硫酸在一定条件下都可以反应产生二氧化硫,若选择铜与浓硫酸在加热的条件下反应制取二氧化硫气体,其优点是铜和浓硫酸反应生成二氧化硫气体,当浓硫酸变成稀硫酸时,铜不能和稀硫酸反应,确保了制取的二氧化硫气体中不含有氢气。
(4)实验中下沉的气球内一定含有的气体是二氧化硫,是因为二氧化硫密度比空气大。
针对训练
1.(1)温度 (2)Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O 不能,酒精燃烧也会生成二氧化碳,使澄清石灰水变浑浊(3)氢氧化钙与盐酸反应,酚酞溶液红色褪去;氢氧化钙微溶于水,晃动,氢氧化钙又继续溶解,溶液呈碱性,使酚酞溶液变红 (4)滴入稀盐酸,有气体产生 (5)煅烧不同的时间,在1100 ℃~1200 ℃范围内生成的生石灰活性度较高
(6)石灰石高温分解产生的二氧化碳与焦炭反应生成一氧化碳,可还原生成更多的铁
【解析】(1)通过甲、乙、丙三组对比实验,得出影响石灰石分解的因素是温度。
(2)丙组实验加热石灰石时,在火焰上方倒扣一个用澄清石灰水润湿的烧杯,石灰水变浑浊,因为碳酸钙分解生成二氧化碳,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;此实验不能推断石灰石煅烧产生二氧化碳,因为酒精燃烧也会生成二氧化碳,使澄清石灰水变浑浊。
(3)丙组实验中,试管B中主要是氧化钙,向试管B中逐滴滴入稀盐酸,氧化钙与水反应生成氢氧化钙,氢氧化钙与盐酸反应,酚酞红色褪去;又因为氢氧化钙微溶于水,晃动,试管底的氢氧化钙又继续溶解,溶液呈碱性,使酚酞变红,溶液自下而上又变为红色。
(5)由表2 不同条件下煅烧产物的活性度(mL)可知石灰石煅烧的最佳温度范围为1100 ℃~1200 ℃的证据是煅烧不同的时间,在1100 ℃~1200 ℃范围内生成的生石灰活性度较高。
(6)石灰石是高炉炼铁的原料之一。石灰石能除去铁矿石中的SiO2,同时能提高单位时间内生铁的产率。石灰石能提高生铁产率的原因是石灰石高温分解产生的二氧化碳与焦炭反应生成一氧化碳,可还原生成更多的铁。
2.【猜想与假设】可能是所用的酚酞溶液变质了
(1)①除去氢氧化钠溶液中溶解的氧气 隔绝氧气 不正确
(2)2NaOH+CO2Na2CO3+H2O 二氧化碳中可能混有氯化氢气体 酸 氯化氢气体溶于水形成盐酸,与氢氧化钠发生中和反应
(3)氢氧化钠溶液的浓度越大,酚酞溶液变红后褪色越快(或氢氧化钠溶液的浓度越大,起始颜色越深)
【解析】【猜想与假设】对照三位同学的猜想,我的猜想可能是所用的酚酞溶液变质了。
【设计与实验】(1)①将NaOH溶液加热煮沸,可除去氢氧化钠溶液中溶解的氧气;②向冷却后的溶液中滴入酚酞,并滴一些植物油在其上方,可隔绝氧气;加热排出氧气后,酚酞溶液变红,过一会儿红色消失,说明甲同学的猜想不正确。(2)乙同学实验中,盐酸与石灰石反应生成二氧化碳气体,一段时间后,试管中溶液的红色褪去,他认为是二氧化碳与氢氧化钠溶液发生反应,反应的化学方程式为2NaOH+CO2Na2CO3+H2O;丁同学认为乙同学的猜想不正确,理由是浓盐酸有强烈的挥发性,二氧化碳中可能混有氯化氢气体;丁同学用pH试纸测量试管中的溶液,结果pH<7,说明溶液显酸性,造成试管中溶液红色褪去的原因可能是氯化氢气体溶于水形成盐酸,中和氢氧化钠,试管中溶液的红色也能褪去。(3)认真分析题中图可知,氢氧化钠溶液的浓度越大,酚酞溶液变红后褪色越快;氢氧化钠溶液的浓度越大,起始颜色越深。
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