初中化学实验探究物质的组成成分以及含量探究题

某研究性学习小组对双氧水开展如下研究

（1）图1装置中仪器①的名称为               。
（2）小林同学将MnO₂与水泥按一定比例混合，制作成小块状固体，加入图2装置中制氧气，以方便实验结束回收二氧化锰。其中块状固体应放置在          处(填“A”或“B”)，二氧化锰的作用是         ，该装置中反应的文字表达式是                  。利用该装置反应一段时间后，需停止反应，其操作是                     ，原因是                  。
（3）小亮发现：收集的氧气占集气瓶容积的60%(空气占40%)时，能使带火星的木条复燃。那么，使带火星的木条复燃的氧气浓度的最低值是多少呢?小亮对此展开探究。
第一组实验：取5只集气瓶，编号为①、②、③、④、⑤，分别装入其总容积10％、20％、30％、40％、50％的水。用排水法收集氧气，恰好把5只集气瓶中的水排去。将带火星的术条依次插入①～⑤号瓶中，记录实验现象。小亮在前一组实验的基础上又做了第二组和第三组实验。三组实验的数据和现象见下表。

	第一组	第二组	第三组
集气瓶编号	①	②	③	④	⑤	①	②	③	④	⑤	①
收集的O2占容积的体积分数(％)	10	20	30	40	50	31	33	35	37	39	34
带火星木条的状况	微亮	亮	很亮	复燃	复燃	很亮	很亮	复燃	复燃	复燃	很亮

请根据实验回答下列问题：
①本实验中使用带火星的木条验满氧气的方法是否可靠：               (填“是”或“否”)。
②收集的氧气占容积的体积分数最低为              %时，可使带火星的木条复燃，这时集气瓶中氧气的体积分数是               %(计算结果保留整数)。
③用带火星的木条直接检验双氧水受热分解产生的氧气时，往往难以复燃，这是因为在加热生成氧气的同时产生大量水蒸气所致，此时混合气体中氧气的体积分数随温度变化的曲线如右图所示。若只考虑氧气的体积分数对实验结果的影响，欲使带火星的木条复燃，应将加热双氧水的最高温度控制在           ℃。

科学探究常用控制实验条件（控制变量）进行对比实验的方法。某同学在探究燃烧条件的时候做了如下实验，实验证明，白磷和红磷都是可燃物。
如图利用白磷和红磷进行燃烧条件的探究实验中，也运用了两个对比实验的方法。

（1）铜片上的白磷和红磷是把_________________作为控制变量的一个对比实验，实验的现象是白磷燃烧，红磷不燃烧，实验的结果证明__________________________。
（2）铜片上的白磷和水中的白磷是把____________作为控制变量的一个对比实验，实验的现象是_______，实验的结果证明________________。

化学学习兴趣小组同学学习了“用红磷燃烧测定空气中氧气含量”实验之后，认为课本上实验存在不足，实验小组同学在教师的指导下将原装置改进如图所示，成功的测出空气中氧气体积分数．

以下是他们的探究过程：
【查阅资料】白磷的着火点为40℃．
【提出问题】氧气体积约占空气总体积的多少？
【设计实验】
①经测定，锥形瓶内空气体积为230mL，则注射器中至少应吸入_____mL 水（填整数）；
②检验装置的气密性之后，装入药品，按图所示连接好仪器，夹紧弹簧夹；
③先将锥形瓶底部放入热水中，白磷很快被引燃，然后将锥形瓶从热水中取出；
④待装置冷却后打开弹簧夹．
【实验现象】白磷燃烧的现象为_________________________，文字表达式为__________________；气球的变化情况为_________________________．
【实验结论】通过该实验说明空气中氧气的体积分数约为________．
【实验反思】请结合课本装置图分析，该改进装置比课本装置有哪些优点：（答一点即可）．
____________________________

、全世界每年被腐蚀损耗的钢铁材料约占全年钢铁产量的十分之一。下面是对铁的腐蚀条件及铁锈组成的探究。
问题一：探究铁生锈的条件。
课本实验中，铁生锈所需要时间较长，某实验小组设计如下改进实验。
（1）检查装置的气密性：连接好装置，关闭分液漏斗的活塞，将C导管接入到装有水的烧杯中，微热甲装置，说明气密性良好的现象是____________________________。
（2）反应开始后，甲装置中反应现象是______________，MnO₂的作用是______________。
（3）4 min后观察：A处铁丝依然光亮，B处铁丝表面灰暗，D处铁丝依然光亮。该实验说明铁生锈主要与_______和_______有关。B、D处实验现象对比说明：决定铁生锈快慢的一个重要因素是_______。
问题二：测定铁锈的组成。
铁锈的成分主要为Fe₂O₃·H₂O，还含有少量的FeCO₃。某兴趣小组设计如图装置测定锈铁钉的组成。取一高度腐蚀的干燥铁钉（含有少量铁），称其质量为20.08 g，在N₂环境中，充分加热到质量不再减少。该过程中仅考虑发生反应：Fe₂O₃·H₂OFe₂O₃＋H₂O↑，FeCO₃FeO＋CO₂↑，且不需要考虑装置中空气对本实验的影响。
（物质的相对分子质量：Fe₂O₃·H₂O－178，FeCO₃－116)

（碱石灰成分：CaO和NaOH固体混合物，能吸收二氧化碳和水）
（4）若反应前后称得C装置总质量分别为100.00 g和102.24 g，则反应生成的CO₂和水蒸气的总质量为_______g，D装置中碱石灰的作用是_______。
（5）经过改进后，测得m(H₂O)＝1.80 g，m(CO₂)＝0.44 g，请计算锈铁钉的组成。
①锈铁钉中Fe₂O₃．H₂O的质量＝________ g。
②锈铁钉中FeCO₃的质量＝_______g。
③锈铁钉中单质铁的质量分数＝______________。
（6）将20.08 g该锈铁钉溶于足量的稀硫酸，充分反应后，产生的气体中是否有H₂？_______（填“有”或“无”），请通过计算说明。
[已知：①Fe₂O₃＋3H₂SO₄＝Fe₂(SO₄)₃＋3H₂O； ②铁在H₂ SO₄和Fe₂(SO₄)₃混合溶液中先发生的反应为：Fe＋Fe₂(SO₄)₃＝3FeSO₄。Fe₂(SO₄)₃的相对分子质量为400]

为探究分子的运动及其影响因素，化学兴趣小组的同学们进行了下列实验。

【实验药品】蒸馏水、酚酞溶液、浓氨水、40℃水、80℃水
【实验仪器】小烧杯、大烧杯、小试管、胶头滴管、温度计、______
【实验步骤】
1.向盛有20mL蒸馏水的小烧杯中加入5～6滴酚酞溶液，观察到______，得出结论是______。
2.在B烧杯中盛有20mL滴有酚酞溶液的蒸馏水，在A烧杯中的小试管内盛有5mL浓氨水，用一个大烧杯将A、B烧杯罩在一起（如右图所示），一段时间以后，观察到的现象是______，产生这一现象的原因是____________， 得出的结论是____________；
3.用上述药品和右图装置，还可以探究的问题是____________， 实验方案是____________， 通过观察________________________可得出正确结论。

为了探究某脱氧剂的成分(由铁和某种单质组成)及利用该脱氧剂测定空气中氧气含量，兴趣小组进行了如下实验：

（1）探究脱氧剂成分
【实验观察】脱氧剂为灰黑色粉末，若在空气中放置一段时间，有红棕色固体生成，这是由于铁与空气中的                 和                 反应生成了铁锈。
【实验探究】新取一定量的脱氧剂，将铁分离。取剩余固体在空气中充分灼烧，收集产生的气体，并将该气体通入澄清石灰水，发现澄清石灰水变浑浊。
【实验结论】该脱氧剂中还含有                   (填化学式)。写出澄清石灰水变浑浊的化学式表达式：                                       。
（2）测定空气中氧气含量（如图1）：
步骤1：在注射器中放入足量脱氧剂粉末(体积为2mL)，封闭。
步骤2：打开弹簧夹，将活塞向右拉至一定距离，关闭弹簧夹。
步骤3：不断轻轻晃动注射器，至活塞位置不再发生变化。
【数据处理】：计算得出氧气约占空气体积的1/5。
【实验对比】：实验室常通过燃烧红磷法测定空气中氧气的含量(装置如图2)，用燃烧红磷法多次实验发现，集气瓶内上升的水面始终小于瓶内原有空气体积的1/5。
【拓展研究】查阅资料得知，当空气中氧气的体积分数降至约为7%以下时，红磷不再燃烧，所以用该法测定结果不够准确。请写出红磷燃烧的化学式表达式                                    。
与燃烧红磷法相比，脱氧剂法测定空气中氧气含量除了环保外，还具有的优点是                 。

小明发现一种淡黄色的粉末可以用于杀菌、消毒和漂白。
【定性探究】探究该固体的成分。
【提出问题】该淡黄色固体的化学成分是什么？
【查阅资料】（1）硫单质是一种淡黄色固体，难溶于水，在空气中点燃硫单质，生成一种无色、有刺激性气味的气体。
（2）过氧化钠（Na₂O₂）是一种淡黄色固体，能与水反应，生成气体并放出大量的热。
【设计实验方案】
方案一：取少量该固体粉末于试管中，加2mL水，振荡并观察现象。
方案二：在燃烧匙里放少量该固体，在酒精灯上加热，观察现象。
比较以上两方案，你认为的最佳方案是         ，理由是（从环保或操作角度分析）            。
【实验验证并得出结论】小明向盛有少量该固体的试管中加入2mL水，立刻观察到有无色气泡产生，并且验证出该反应同时生成了氢氧化钠（NaOH）。通过实验验证，确定该淡黄色粉末为过氧化钠。
小明想对生成的气体成分判断，他提出了以下两种假设：①该气体是CO  ②该气体是O₂你认为上述假设哪个更合理                     （填“①”或“②”）。理由是是                                                           。
请设计一个实验，验证合理假设（写出简要操作步骤、实验现象和结论）。（共2分）

操作步骤	实验现象	结论

【分析】 过氧化钠与水反应的符号表达式为                                 。
【定量探究】 78克过氧化钠与多少克二氧化碳中所含氧元素的质量相等？
（列式计算）

我国劳动人民早在五千年前就会使用木炭炼铜．在化学实验室里模拟炼铜，既可用传统的实验装置(见图甲)，又能用改进的微型实验装置(见图乙)．化学兴趣小组采用图乙装置，开展以下探究活动．

【提出问题】木炭与CuO反应所得红色固体中含有什么物质？
【查阅资料】
（1）木炭与CuO的反应是：C+2CuO2Cu+CO₂↑，若该反应进行的不彻底，产物中还有氧化亚铜(Cu₂O)．
（2）Cu₂O是红色固体，能与稀硫酸反应得到铜和硫酸铜溶液：Cu₂O+H₂SO₄====Cu+CuSO₄+H₂O
【作出猜想】红色固体的成分：①全部是Cu；②全部是Cu₂O；③             ．
【实验探究】
（1）取木炭、CuO两种黑色粉末适量，再也少许CaC1₂(能降低反应温度，加快反应速率)均匀混合，然后将黑色粉末装入长柄V形玻璃管的直管内．
（2）按图乙连好实验装置，然后加热反应物；2分钟后，黑色粉末出现红热现象，同时澄清的石灰水             ，写出该反应的化学方程式______________________
（3）待玻璃管冷却后，提取里面的红色固体，进行如下的验证：

步骤	现象	结论
Ⅰ.取1.44g红色固体装入试管，滴入足量 的             ，充分反应	红色固体部分减少，溶液变 为             色	猜想   错误
Ⅱ.滤出试管中残留的红色固体，洗涤干燥 称其质量为1.04g		猜想   正确

【评价反思】
（1）使用图乙装置与使用图甲装置相比，其优点是             (写出1条即可)．
（2）若要证明CaC1₂是该反应的催化剂，还需要验证CaCl₂的            ．

工业铁红的主要成分是Fe₂O₃，还含有少量的FeO、Fe₃O₄。为了测定铁红中铁元素的质量分数，兴趣小组的同学进行了如下实验，请你参与过程分析。
［资料1］碱石灰既能吸收水又能吸收二氧化碳；浓硫酸可以吸收水蒸气；
［资料2］实验室常用氢氧化钠溶液来除去CO₂反应生成碳酸钠和水；用澄清的石灰水
来检验CO₂气体；
［资料3］草酸晶体（H₂C₂O₄·3H₂O）在浓H₂SO₄作用下受热分解，化学方程式为：
H₂C₂O₄·3H₂OCO₂↑+ CO↑+ 4H₂O
（1）下列可用作草酸分解制取气体的装置是            （填字母编号）。

【问题讨论】用下图所示装置进行实验：

A       B      C           D                 E            F
（2）实验前应先                。
（3）进入D中的气体是纯净、干燥的CO，则A、C中的试剂依次是         、              （填字母编号）。
a．浓硫酸       b．澄清的石灰水      c．氢氧化钠溶液
（4）写出A装置中发生的化学反应方程式        。
（5）B装置的作用是            。
（6）对D装置加热前和停止加热后，都要通入过量的CO，其作用分别是：
①加热前          。 ②停止加热后            。
（7）写出D装置中所发生反应的一个化学方程式             。
【数据分析与计算】
［资料4］铁的常见氧化物中铁的质量分数：

铁的氧化物	FeO	Fe2O3	Fe3O4
铁的质量分数	77.8％	70.0％	72.4％

（8）称取铁红样品10.0 g，用上述装置进行实验，测定铁红中铁的质量分数。
①D中充分反应后得到Fe粉的质量为m g，则           ＜ m ＜            。
② 实验前后称得E装置增重6.6g，则此铁红中铁的质量分数是         。
【实验评价】
反思1：本实验中如果缺少C装置（不考虑其它因素），则测得样品中铁的质量分数会        （填“偏小”、“不变”或“偏大”）。
反思2：请指出【问题讨论】中实验装置的一个明显缺陷               。

小丽同学欲通过实验证明“二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂”这一命题．她设计并完成了下表所示的探究实验：
请你帮小丽同学填写上表中未填完的空格．

【评价与反思】小英同学认为仅由上述实验还不能完全得出表内的“总结”，她应补充设计了两个方面的探究实验，最终完成了对“命题”的实验证明．这两个方面的实验操作分别是：                   ．

实验课上，为检验镁条能否在N₂中燃烧，某兴趣小组开展如下探究：
【查阅资料】氮化镁（Mg₃N₂）是一种淡黄色固体，能和水反应，生成Mg(OH)₂和NH₃；
【实验步骤】

①将足量白磷在空气中点燃后，迅速伸入钟罩内，塞紧橡皮塞（图1）；
②待钟罩内水面不再变化时，向水槽中加水，使水槽中液面与钟罩内液面相平；
③打开橡皮塞，将燃着的螺旋状镁条迅速伸入钟罩内，塞紧橡皮塞（图2）；
④待钟罩内水面不再变化时，观察钟罩内壁及表面皿中固体颜色，取少量固体加入水中。
【分析】
（1）步骤①中足量白磷在钟罩内燃烧的目的是                       ；
（2）步骤③中镁条剧烈燃烧，反应的化学方程式为                   ；
（3）步骤④中钟罩内壁及表面皿中出现淡黄色固体，加入水中，产生白色浑浊及能使湿润红色石蕊试纸变蓝色的气体，反应的化学方程式为                      ；
【结论】镁能在N₂中燃烧，并生成Mg₃N₂。
（4）请你判断：2.40g镁条在某充满空气的密闭容器中完全燃烧，所得固体质量可能为             。

A．3.33g

B．3.93g

C．4.00g

D．3.96g

对空气中氧气含量测定的再认识。
Ⅰ用燃烧法测定空气中氧气含量
【实验回顾】图1是实验室用红磷燃烧来粗略测定空气中氧气含量的装置。

（1） 写出红磷燃烧的文字表达式_______________。
（2） 实验原理：由于红磷燃烧消耗空气中的氧气，使瓶内___________减小，烧杯中水倒吸到集气瓶中。用量筒测量进入瓶中水的体积，能粗略测得空气中氧气的含量。
【实验过程】
甲小组同学使用图1装置进行实验，实验前应先进行的操作是              ；
（1）用止水夹夹紧橡皮管；
（2）点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入瓶中并塞紧瓶塞；
（3）燃烧结束，_______________________；
（4）观察并记录水面的变化情况。
【问题提出】该小组同学多次实验发现，集气瓶内上升的水面始终小于理论值。经查阅资料知：燃烧过程中当氧气体积分数低于7% 时，红磷就无法继续燃烧，因此通过上述实验，测置结果与理论值误差较大。
Ⅱ 改进空气中氧气含量测定的方法
【实验改进】经查阅资料可知：常温下，铁在潮湿的空气中会生锈，因为铁与空气中的氧气、少量水反应生成铁锈（其主要成分是Fe₂O₃），但速度缓慢。在有食盐（NaCl）、活性炭存在条件下，反应速度较快。乙小组选择该原理，设计了如图2所示实验装置图。

【数据处理】乙小组同学用量筒测量实验前后烧杯中水的体积，测得实验数据如下表：

根据表中数据计算，改进实验后测得的空气中氧气的体积分数是___________(计算结果精确到0.1%)。
【实验反思】与燃烧红磷方法相比，乙小组方法测定空气中氧气含量的优点是___________________________。
【实验再改进】在乙组实验的基础上，丙组同学设计了如图3的装置进行氧气含量的测定，其方法如下：
【实验过程】
步骤1：在注射器中放入足量脱氧剂粉末（即食盐水、铁粉、活性炭的混合物，体积为2mL），封闭。

图3
步骤2：打开弹簧夹，将活塞向右拉至一定距离，关闭弹簧夹。
步骤3：不断轻轻晃动注射器，至______________时停止实验。
【实验再反思】
丙小组同学的方案与乙小组的方案同学相比，优点是_________________________。

每年的3月22日是“世界水日”，中国水周主题是“节约保护水资源，大力建设生态文明”。 用所学知识回答下列问题。
（一）生活中的水。
【资料在线】我国生活饮用水的标准（摘录部分）。
感官指标：水质无色无味且澄清透明。
化学指标：pH6.5～8.5；总硬度<250mg/L(以碳酸钙计)；铜<1.0 mg/L，铝<0.2 mg/L……
细菌学指标：细菌总数<100个/mL等。
(1)自来水厂用过滤的方法使水澄清透明，再用一种物质来吸附色素和异味，从而达到感官指标。而化学指标中的铜、铝等指的是         （选填“原子”或“元素”）
(2) 漂白粉可用于水的杀菌消毒，其有效成分是次氯酸钙[化学式为Ca(ClO)₂]。试计算：
① Ca(ClO)₂中钙：氯：氧元素的质量比           ；
② 143克Ca (ClO)₂中钙元素的质量是              克。
（二）探究水的组成

某校化学兴趣小组想亲自感受科学家的探究历程，他们选择了“水的组成粗略测定”为探究内容。
【查阅资料】
①水难导电，在水中可加入少量氢氧化钠可以增强导电性。
氢氧化钠在水中能电离出钠离子和氢氧根离子。请你写出对应的离子
符号：钠离子          ，氢氧根离子            。
②测定水的组成作出重大贡献的科学家是          。
（选填“ 门捷列夫”、“拉瓦锡”或“张青莲”）
【进行试验】如右图装置进行实验并记录数据。
【实验分析】两个电极附近产生很多气泡，a管内气泡产生较b管快，小组成员用燃着的木条分别在两个玻璃尖嘴导管口检验产生的气体，观察到：放在b端管口燃着的木条           。分析得出：水通电的符号表达式为                     ，进而推出水是由               组成的。
【定量研究】小组经过多次试验后发现：氢气和氧气的体积比几乎都是2∶1。同学们还想进一步认识水的组成。查阅资料：氢气的密度是0.09g/L，氧气的密度是1.43g/L。同学们经过计算得出水中氢元素与氧元素的质量比为：              。

从事科学实验的重要环节是进行科学实验设计．科学实验的正确步骤应为：①明确实验目的；②收集有关资料；③设计合理方案；④进行科学实验．请你按照以上四个步骤，完成以下实验
设计，根据下图回答问题：

（1）在实验室中用过氧化氢(H ₂O ₂)制取氧气.
【明确实验目的】：用过氧化氢在实验室里制取氧气.
【收集有关资料】过氧化氢是一种无色液体，在二氧化锰的催化作用下，迅速分解出氧气，其反应的化学方程式为：                              。
【设计合理方案】：发生装置选用____________(填序号，下同)，收集装置选用___________。
【进行科学实验】：
（2）在实验室中，可以用加热氯酸钾(KClO ₃)和二氧化锰固体混合物制取氧气．
【明确实验目的】：                                        ．
【收集有关资料】：氯酸钾是白色的固体，二氧化锰是黑色的固体．且二氧化锰在反应中__________。
【设计合理方案】：发生装置选用____________，若选用D收集装置收集氧气，你验证集气瓶中是否已收集满的方法是                            。

竹子是“有节、中空、四季常绿”的植物。同学们对竹子中的气体成分展开了探究，测定其成分。
（1）收集竹子中的气体。
小华提出：将一节竹子浸没在水中，在竹子上钻孔，用排水法收集气体。
小刚提出：可用注射器从竹子中抽取气体。
大家认为两人的想法都可行，于是分为A、B两组，在相同的条件下，A组采用小华的取气方法，B组采用小刚的取气方法，分别完成下面的实验。
（2）检验气体中是否含有二氧化碳气体。

实验步骤	实验现象	实验结论及解释
向所取气体中加入		有二氧化碳。化学方程式为                       。