专题31 科学探究.docx
《专题31 科学探究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《专题31 科学探究.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
专题31科学探究
专题31科学探究
1．【2019年北京市】如图“黑面包”实验中，蔗糖（C12H22O11）变黑，体积膨胀，变成疏松的炭，放出有刺激性气味的气体。
【提出问题】改变糖的种类、浓硫酸的体积、水的滴数和温度是否会影响实验效果呢？
【进行实验】分别取5g糖粉进行实验，根据前2min的现象对实验效果进行评分。
记录如下：
表1实验记录。
实验
糖
浓硫酸体积/mL
水的滴数
温度/℃
效果得分
1
蔗糖
4
5
22
65
2
蔗糖
5
10
30
81
3
蔗糖
6
15
50
93
4
冰糖
4
10
50
91
5
冰糖
5
15
22
88
6
冰糖
a
5
30
75
7
葡萄糖
4
15
30
0
8
葡萄糖
5
5
50
0
9
葡萄糖
6
10
22
0
【处理数据】分析表1，计算效果得分均值，结果如下：
表2效果得分均值
因素
糖
浓硫酸体积/mL
水的滴数
温度/℃
蔗糖
冰糖
葡萄糖
4
5
6
5
10
15
22
30
50
均值
79.7
84.7
0
52.0
56.3
56.0
46.7
57.3
60.3
51.0
52.0
61.3
依据均值推断最佳实验方案，均值越高，效果越好。
【解释与结论】
（1）蔗糖变成黑色的炭，发生了_______________（填“物理”或“化学”）变化。
（2）推测放出的气体含SO2，从元素守恒角度说明理由：
__________________________________________________。
（3）实验6中，a为____________mL。
（4）根据表2推断，“黑面包”实验最好选择5g冰糖、5mL浓硫酸、___________滴水和50℃。
【反思与评价】
（5）表2中，22℃对应的均值为51.0，计算该值所依据的3个数据分别是______________________。
（6）综合分析，使实验3的效果得分高于实验4的因素有_________________________。
【答案】
（1）化学
（2）浓硫酸中含有硫、氧元素，蔗糖中也含有氧元素，所以生成物中也会含有硫、氧元素
（3）6
（4）15
（5）65、88、0
（6）浓硫酸的体积和水的滴数
【解析】
（1）蔗糖变成黑色的炭，有新物质炭生成，属于化学变化。
（2）推测放出的气体含SO2，从元素守恒角度，反应物硫酸中含有硫、氧元素，蔗糖中含有碳元素和氧元素，生成物的气体可能是一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫，放出有刺激性气味的气体，则含有二氧化硫。
（3）根据表1，当蔗糖、葡萄糖质量相同时，选用的浓硫酸的体积均为4mL、5mL、6mL，所以冰糖选用的浓硫酸的体积应为4mL、5mL、6mL，即a为6mL。
（4）均值越高，效果越好，表2中均值最高时应选择的是5g冰糖，5mL浓硫酸，15滴水和50℃。
（5）表2中22℃对应的均值为51.0，来自于表1实验中的实验1、实验5和实验9，对应的65、88和0三个数据的均值。
（6）实验3和实验4均为50℃，糖的种类、浓硫酸的体积和水的滴数不同，表2中冰糖比蔗糖的效果好，浓硫酸的体积为6mL比4mL好，水的滴数为15时效果最好，故实验3的效果得分高于实验4的因素是浓硫酸的体积和水的滴数。
2．【2019年安徽省】某兴趣小组为探究金属活动性强弱，分别做了镁、铝、铜与稀盐酸反应的实验。
（1）比较金属活动性强弱：
铝比铜________________（填“强”或“弱”）。
写出镁与稀盐酸反应的化学方程式：
__________________________________________________。
（2）小芳同学做镁与稀盐酸反应的实验时，发现试管中出现灰白色沉淀，该小组同学对灰白色沉淀的成分进行如下探究：
【提出假设】假设一：
含有氯化镁
假设二：
含有镁粉
假设三：
含有氢氧化镁
……
【查阅资料】①氯化镁易溶于水；②在一定条件下，镁可与冷水缓慢反应。
【设计并进行实验】各取少量灰白色沉淀加入2支试管中，进行如下实验：
编号
实验操作
实验现象
实验1
加入适量蒸馏水、搅拌
沉淀未见减少
实验2
加入适量稀盐酸
沉淀全部溶解，没有气泡产生
【得出结论】由实验1可知，假设_________________不成立；由实验2可知，沉淀中不含________________。
假设三___________________（填“成立”或“可能成立”或“不成立”）。
【实验反思】实验后同学们请教老师得知，灰白色沉淀的主要成分是碱式氯化镁，碱式氯化镁受热易分解产生氯化氢气体。
于是小芳再取少量灰白色沉淀于试管中加热，并将蘸有紫色石蕊溶液的滤纸条悬于试管口，预期的实验现象是_________________________。
注意：
若答对第（3）小题奖励4分，化学试卷总分不超过60分。
（3）为探究镁与稀盐酸反应生成碱式氯化镁的条件，该小组同学进行了如下实验：
在小烧杯中加入一定量的稀盐酸和去除氧化膜的镁带，观察实验现象，并测量溶液pH的变化。
结果见下表：
时间/min
0
2
4
8
12
16
20
24
溶液pH
2.0
5.3
7.0
8.6
9.3
9.8
10.0
10.0
实验现象
−
镁带溶解较快，产生大量气泡，无沉淀生成
镁带缓慢溶解，产生气泡速率减慢，溶液变浑浊，烧杯底部有灰白色沉淀
根据表中信息回答下列问题：
①请描述溶液pH变化的规律并解释原因：
__________________________________________________________________________________________。
②请对生成碱式氯化镁的条件提出猜想，并设计实验证明猜想：
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
【答案】
（1）强Mg+2HCl
MgCl2+H2↑
（2）一镁粉可能成立滤纸条变红
（3）①随着反应的进行，溶液pH由2.0~10.0逐渐增大，镁与盐酸反应，消耗盐酸使溶液pH增大，盐酸消耗完后，镁继续与水缓慢反应使溶液呈碱性
②猜想：
金属镁过量。
设计实验：
取两只烧杯，各加入等量的稀盐酸，分别加入少量和过量去除氧化膜的镁带，观察现象，如果前者无沉淀而后者有沉淀，证明猜想成立。
【解析】
（1）由金属活动性顺序，铝比铜活动性强。
镁与稀盐酸反应生成氯化镁溶液和氢气，反应的化学方程式为Mg+2HCl
MgCl2+H2↑。
（2）【设计并进行实验】氯化镁易溶于水，加入适量蒸馏水、搅拌，沉淀未见减少，说明不含氯化镁，则假设一不成立。
加入适量稀盐酸，沉淀全部溶解，没有气泡产生，说明不含镁粉，因为镁能与稀盐酸反应生成氢气。
氢氧化镁能与稀盐酸反应生成氯化镁和水，会出现沉淀全部溶解，没有气泡产生，则假设三可能成立。
【实验反思】灰白色沉淀的主要成分是碱式氯化镁，碱式氯化镁受热易分解产生氯化氢气体，小芳再取少量灰白色沉淀于试管中加热，并将蘸有紫色石蕊溶液的滤纸条悬于试管口，氯化氢气体溶于水形成盐酸，盐酸能使紫色石蕊溶液变红色，预期的实验现象是滤纸条变红。
（3）①镁能与稀盐酸反应生成氯化镁和氢气，同时放出热量，稀盐酸反应完，镁继续与水缓慢反应生成碱性溶液，随着反应的进行，溶液pH由2.0~10.0逐渐增大，镁与盐酸反应，消耗盐酸使溶液pH增大，盐酸消耗完后，镁继续与水缓慢反应使溶液呈碱性。
②由题意，可猜想与镁是否过量有关，分别取两只烧杯，各加入等量的稀盐酸，分别加入少量和过量去除氧化膜的镁带，观察现象，如果前者无沉淀而后者有沉淀，证明猜想成立。
3．【2019年广东省】某化学兴趣小组用石灰石和盐酸制取一瓶CO2，验满后，将澄清石灰水倒入集气瓶中，发现没有变浑浊。
兴趣小组对这个异常现象进行了探究。
【提出问题】澄清石灰水为什么没有变浑浊？
【查阅资料】
（1）CO2过量时，CaCO3沉淀会转化为可溶于水的Ca（HCO3）2；
（2）AgCl不溶于稀硝酸。
【提出猜想】Ⅰ．石灰水已完全变质
Ⅱ．_________________________
Ⅲ．CO2中混有HCl
【实验方案】兴趣小组用原药品继续制取CO2，并进行探究。
制备CO2的化学方程式为__________________________________________________。
步骤
实验操作
实验现象
结论及化学方程式
（1）
取少量澄清石灰水于试管中，加入
_____________溶液。
产生白色沉淀。
猜想Ⅰ不成立。
（2）
将少量气体通入盛有澄清石灰水的试管中。
_________________________
猜想Ⅱ不成立。
（3）
将气体通入盛有_____________溶液的试管中，再加稀硝酸。
_________________________
猜想Ⅲ成立。
反应方程式为_________________________。
【实验结论】制取的CO2气体中混入了HCl，所以澄清石灰水没有变浑浊。
【交流讨论】若要收集到纯净、干燥的CO2，需将混合气体依次通入饱和NaHCO3溶液和___________________。
【拓展思考】回忆课本中收集呼出气体的操作后，同学们尝试用排水法收集一瓶CO2，倒入澄清石灰水后，石灰水变浑浊。
你认为该实验成功的原因是_________________________（写一点）。
【答案】【提出猜想】二氧化碳过量
【实验方案】CaCO3+2HCl
CaCl2+H2O+CO2↑
（1）碳酸钠
（2）溶液不会变浑浊
（3）硝酸银产生白色沉淀HCl+AgNO3
AgCl↓+HNO3
【交流讨论】浓硫酸
【拓展思考】氯化氢易溶于水
【解析】【提出猜想】根据题干提供的信息可以看出，可能是二氧化碳过量导致的，故可以提出猜想：
二氧化碳过量。
【实验方案】制备CO2的化学方程式为CaCO3+2HCl
CaCl2+H2O+CO2↑。
若是石灰水变质，则加入碳酸钠不会产生白色沉淀，故猜想Ⅰ成立的话，加入碳酸钠会产生白色沉淀；猜想Ⅱ不成立，则将少量气体通入盛有澄清石灰水的试管中，溶液不会变浑浊；猜想Ⅲ成立，则含有氯化氢气体，通入硝酸银溶液则会产生白色沉淀，加入稀硝酸沉淀不溶解。
氯化氢与硝酸银反应的化学方程式为HCl+AgNO3
AgCl↓+HNO3。
【交流讨论】若要收集到纯净、干燥的CO2，需将混合气体依次通入饱和NaHCO3溶液和浓硫酸进行除杂和干燥。
【拓展思考】用排水法收集一瓶CO2，倒入澄清石灰水后，石灰水变浑浊，该实验成功是因为氯化氢易溶于水，通过水除去了氯化氢。
4．【2019年青海省西宁市】某校化学兴趣小组在探究“酸碱盐的相关性质”时，做了如图一所示的两个实验，实验结束后，小组同学将两支试管中的废液同时倒入一个洁净的烧杯中（如图二所示），观察到有气泡产生，为确认烧杯内溶液中溶质的成分，同学们进行了如下探究。
【查阅资料】Na2SO4溶液、NaCl溶液呈中性。
【提出猜想】猜想1：
Na2SO4、NaCl；
猜想2：
Na2SO4、NaCl和______________；
猜想3：
Na2SO4、NaCl和H2SO4；
猜想4：
Na2SO4、NaCl、H2SO4和Na2CO3。
【交流讨论】小强同学认为猜想4一定是错误的，他的理由是_________________________（用化学方程式表示）。
【进行实验】小明同学设计如下两个实验方案：
实验步骤
实验现象
实验结论
方案一
取少量烧杯中的溶液于洁净的试管中，加入几滴紫色石蕊溶液
_________________________
猜想3正确
方案二
取少量烧杯中的溶液于洁净的试管中，加入少量铁粉
_________________________
请写出方案二中有关反应的化学方程式_______________________________________________。
【反思与总结】分析反应后溶液中溶质成分，除要考虑生成物外，还需考虑反应物是否过量。
【答案】【提出猜想】Na2CO3。
【交流讨论】Na2CO3+H2SO4
Na2SO4+H2O+CO2↑
【进行实验】溶液变红色产生气泡，溶液由无色变成浅绿色
Fe+H2SO4
FeSO4+H2↑。
【解析】【提出猜想】猜想1：
盐酸和碳酸钠、稀硫酸和氢氧化钠都恰好完全反应：
Na2SO4、NaCl；猜想2：
碳酸钠过量时：
Na2SO4、NaCl和Na2CO3；猜想3：
稀硫酸过量时：
Na2SO4、NaCl和H2SO4；猜想4：
Na2SO4、NaCl、H2SO4和Na2CO3。
【交流讨论】小强同学认为猜想4一定是错误的，理由是碳酸钠和稀硫酸反应生成硫酸钠、水和二氧化碳，反应的化学方程式：
Na2CO3+H2SO4
Na2SO4+H2O+CO2↑。
【进行实验】根据实验结论是猜想3正确，则反应后溶液呈酸性，取少量烧杯中的溶液于洁净的试管中，加入几滴紫色石蕊溶液，溶液变红色，说明溶液中含有稀硫酸。
取少量烧杯中的溶液于洁净的试管中，加入少量铁粉，产生气泡，溶液由无色变成浅绿色，是因为铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，说明溶液中含有稀硫酸。
方案二中，铁和稀硫酸反应的化学方程式：
Fe+H2SO4
FeSO4+H2↑。
5．【2019年甘肃省天水市】为探究盐酸的化学性质，某化学小组做了如下实验：
（1）上述反应中无现象的为_______________（填字母序号，下同），有白色沉淀出现的是____________；B试管中所发生反应的化学方程式为_____________________________________________。
（2）将反应后D和E试管中的废液倒入一个洁净的烧杯中，观察到烧杯中先有气泡产生，后有白色沉淀出现。
将烧杯中的混合物过滤，得到白色沉淀和无色滤液。
同学们对滤液中溶质的成分进行探究。
【提出问题】滤液中溶质的成分是什么？
【假设与猜想】猜想一：
NaCl
猜想二：
NaCl和CaCl2
猜想三：
NaCl、Ca（OH）2和HCl
猜想四：
_________________________。
【讨论与交流】经讨论同学们一致认为猜想___________是错误的。
【实验与结论】
实验步骤
实验现象
实验结论
取少量滤液于试管中，滴加适量碳酸钠溶液
无现象
猜想四成立
取少量滤液于试管中，滴加适量_________________________
_________________________
【拓展与迁移】稀盐酸和稀硫酸有相似的化学性质，是因为它们的溶液中都存在______________。
【答案】
（1）DFFe+2HCl
FeCl2+H2↑
（2）【假设与猜想】NaCl和Na2CO3三
【实验与结论】稀盐酸有气泡冒出
【拓展与迁移】H+
【解析】
（1）A试管中紫色石蕊试液滴加稀盐酸，溶液变红色；B试管中滴加稀盐酸，有气泡冒出，溶液由无色变成浅绿色；C试管中滴加稀盐酸固体消失，溶液变成黄色；D试管中滴加稀盐酸生成易溶于水的氯化钙和水，无明显现象；E试管中滴加稀盐酸，有气泡冒出；F试管中滴加稀盐酸，生成氯化银白色沉淀。
故上述反应中无现象的为D；有白色沉淀出现的是F；B试管中铁和稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，化学方程式为Fe+2HCl
FeCl2+H2↑。
（2）【假设与猜想】观察到烧杯中先有气泡产生，后有白色沉淀出现，说明D中盐酸过量，E中碳酸钠过量，混合后盐酸和碳酸钠反应生成氯化钠、水和二氧化碳，盐酸完全反应后碳酸钠和氯化钙反应生成碳酸钙沉淀和氯化钠；
猜想一：
氯化钙和碳酸钠完全反应时溶质是NaCl；
猜想二：
氯化钙过量时溶质是NaCl和CaCl2；
猜想四：
碳酸钠过量时溶质是NaCl和Na2CO3。
【讨论与交流】氢氧化钙和盐酸不能共存，所以猜想三一定错误。
【实验与结论】因为猜想四成立，溶液中一定含有碳酸钠。
取少量滤液于试管中，滴加适量稀盐酸，有气泡冒出。
【拓展与迁移】稀盐酸和稀硫酸有相似的化学性质，是因为它们的溶液中都存在H+。
6．【2019年内蒙古自治区通辽市】小明在实验室里进行以下实验：
他首先取溶质质量分数为30%、密度为1.15g·mL−1的较浓盐酸40mL与46g蒸馏水混合配制稀盐酸，再跟石灰石反应制得气体，将此气体通入澄清石灰水，但一直未见浑浊出现。
为此，小明请教老师，老师建议他为弄明原因进行实验探究。
下面是他探究的过程，请你帮他填答补充完整。
【提出问题】为什么制得的气体不能使石灰水变浑浊？
【猜想假设】猜想一：
盐酸浓度仍过大，气体中有挥发出来的氯化氢气体
猜想二：
澄清石灰水已经完全变质
【实验探究】
实验操作
实验现象
实验结论
①将所得气体通入稀硝酸和硝酸银的混合溶液中
_________________________
猜想一正确
化学方程式____________________________________
②吸取少量所用澄清石灰水于试管中，滴加________________，振荡。
溶液变红色
猜想二不正确
【分析结论】原来所配盐酸浓度达________________，应当将其再进行稀释。
【反思拓展】①小明的实验证明了澄清石灰水没有完全变质，但是并不能说明澄清石灰水没有变质，理由是__________________________________________________。
②若除掉二氧化碳中混有的少量氯化氢气体，可选择的最佳试剂是______________（填字母序号）。
A．氢氧化钠溶液
B．水
C．饱和的碳酸氢钠溶液
D．硝酸银溶液
【答案】【实验探究】产生白色沉淀HCl+AgNO3
HNO3+AgCl↓无色酚酞溶液
【分析结论】15%
【反思拓展】①石灰水部分变质，也会使酚酞溶液变红色②c
【解析】【实验探究】将所得气体通入稀硝酸和硝酸银的混合溶液中，氯化氢气体能与硝酸银溶液反应生成氯化银沉淀和盐酸，猜想一正确，对应的现象是产生白色沉淀；反应的化学方程式为HCl+AgNO3
HNO3+AgCl↓。
吸取少量所用澄清石灰水于试管中，滴加溶液变红色，说明滴加的是无色酚酞溶液，说明氢氧化钙没有完全变质，则猜想二不正确。
【分析结论】40mL密度为1.15g·mL−1的盐酸的质量为40mL×1.15g·mL−1=46g，加入46g蒸馏水混合配制稀盐酸，则原来所配盐酸浓度为原来的一半，即15%。
【反思拓展】①部分变质后的石灰水中仍含有氢氧化钙，也会使酚酞溶液变红色。
②A、CO2和HCl气体均能与NaOH溶液反应，不但能把杂质除去，也会把原物质除去，不符合除杂原则，故选项错误；B、二氧化碳、氯化氢均能水，不但能把杂质除去，也会把原物质除去，不符合除杂原则，故选项错误；C、氯化氢气体能与饱和的碳酸氢钠溶液反应生成氯化钠、水和二氧化碳，能除去杂质且没有引入新的杂质，符合除杂原则，能除去氯化氢气体，且能得到更多的二氧化碳，是最佳试剂，故选项正确；D、氯化氢能与硝酸银溶液反应生成氯化银沉淀和硝酸，能除去杂质且没有引入新的杂质，符合除杂原则，但二氧化碳能溶于水，不是最佳试剂。
7．【2019年陕西省】一种自加热食品包装中加热包的成分有：
生石灰、活性炭、铝粉、铁粉、碳酸钠、氯化钙、硫酸镁。
使用时需向加热包加水，课堂上老师分别取适量加热包中的固体样品进行如图1实验：
（1）实验A中，将样品加入水里，触摸烧杯外壁发烫，其原因是_________________________。
（用化学方程式表示）
（2）实验B中，将一定量稀盐酸加入锥形瓶中，剧烈反应，生成大量气体，学习小组同学对气体成分和锥形瓶内溶液进行探究。
Ⅰ、对气体成分进行探究。
【作出假设】假设一：
只有H2，假设二：
只有CO2，假设三：
H2和CO2。
【实验验证】小明同学设计如图2实验，对气体成分进行探究。
①当气体通过甲时，澄清石灰水变浑浊，证明假设________不成立。
②丁中出现_________________________的现象时，证明假设三成立。
③乙的作用是_________________________。
Ⅱ、对锥形瓶内的溶液进行探究。
实验后，小萍同学取少量锥形瓶内的溶液于试管中，向其中滴加NaOH溶液，开始一段时间无沉淀生成，其原因是锥形瓶内的溶液中存在___________________。
【总结反思】通过以上探究，小林同学做了如下的反思归纳：
A．加热包应密封防潮保存
B．向用过的加热包内的固体中，加入过量稀盐酸后过滤，可以回收活性炭
C．能与水混合放出热量的物质均可用作加热包中的发热材料
你认为其中不正确的是________（填字母）
【答案】
（1）CaO+H2O
Ca（OH）2
（2）Ⅰ、①一②黑色固体变红③吸收CO2
Ⅱ、盐酸或HCl
【总结反思】C
【解析】
（1）发热主要原理是氧化钙和水反应生成了氢氧化钙，放出大量的热，反应的化学方程式为CaO+H2O
Ca（OH）2。
（2）①当气体通过甲时，澄清石灰水变浑浊，说明气体中含有二氧化碳，证明假设一不成立。
②丁中氧化铜粉末由黑色固体变红，可知气体中含有氢气，证明假设三成立。
③乙中NaOH溶液的作用是吸收CO2。
Ⅱ、实验后，小萍同学取少量锥形瓶内的溶液于试管中，向其中滴加NaOH溶液，开始一段时间无沉淀生成，其原因是锥形瓶内的溶液中存在稀盐酸。
【总结反思】通过以上探究，小林同学做了如下的反思归纳：
A、加热包应密封防潮保存，故正确；B、向用过的加热包内的固体中，加入过量稀盐酸后过滤，可以回收活性炭，故正确；C、不是所有能与水混合放出热量的物质均可用作加热包中的发热材料，如浓硫酸具有强腐蚀性，不能用作发热材料，故错误。
故选C。
8．【2019年江西省】化学实验社团在老师的指导下开展了“模拟酸雨形成”的相关实验。
【联想与实验】模仿二氧化碳与水反应进行如图一所示实验：
【问题与猜想】亚硫酸不稳定，为什么红色液体微热后不变为紫色？
其原因可能为：
猜想1：
加热不够充分
猜想2：
与空气中的氮气有关
猜想3：
与空气中的氧气有关
【实验与验证】填写表格中的空格。
编号
操作
现象
结论
1
将图一中红色液体继续加热至沸腾
仍为红色
猜想1不成立
2
如图二所示，先通入适量的SO2，然后用酒精灯微热
先变红后变紫
猜想2不成立
3
如图二所示，先通入适量的SO2，再改通入氮气，最后用酒精灯微热
_________________________
4
如图二所示，先通入适量的SO2，再改通入___________________，最后用酒精灯微热
_________________________
猜想3成立
升级会员 