初中化学实验探究物质的组成成分以及含量探究题

(6分)小林、小军和小明在实验室用如图装置做CaCO₃受热分解的实验，加热一段时问后，他们对试管内固体的成分进行探究。

【提出问题】加热CaCO₃后试管内的固体成分是什么?
【建立假设】小林的假设：CaCO₃未分解，固体成分为CaCO₃；
小军的假设：CaCO₃完全分解，固体成分为          ；
小明的假设：CaCO₃部分分解，固体成分为          。
【收集证据】(1)小军取少量固体于试管中，加适量水振荡后静置，再滴
几滴无色酚酞试液，溶液变红。可知小军加水时发生反应的
化学方程 式为————————。
(2)小明向小军实验后的试管中滴加过量稀盐酸，发现有气泡生成。
【获得结论】通过实验可知        的假设是成立的。
【交流与评价】实验结束后，在组内交流讨论过程中部分同学提出：在实验中若增加下列仪器中的         （填编号）就可以直接根据实验现象判断CaCO₃是否分解。

某研究小组的同学为探究铁、铜、锌、银的金属活动性顺序，设计如图所示的三个实验（其中金属均已用砂纸打磨，且形状、大小相同；所用稀盐酸的溶质质量分数、用量也相同）。

（1）通过观察，甲同学很快判断锌的活动性比铁强。据你分析，甲同学依据的实验现象是。过一会儿，他又发现铜片表面有银白色固体附着，这说明。
（2）乙同学认为上述实验不足以得出四种金属的活动性顺序，想再补充一个实验，请你和乙同学一起设计一个实验方案并进行实验，达到探究目的。

实验步骤	实验现象	实验结论

（3）通过以上探究，四种金属的活动性由强到弱的顺序是：

钢铁是使用最多的金属材料。在今年的化学活动周中，某校兴趣小组的同学在老师指导下做了二个有关铁的实验。
实验一：用干燥纯净的一氧化碳还原氧化铁
实验装置如下图：

其中A是实验室用草酸（H₂C₂O₄）和浓硫酸加热制取一氧化碳的气体发生装置，反应的化学方程式：
$H_2{C}_2{O}_4\underset{\mathrm{加热}}{\overset{\mathrm{浓硫酸}}{=}}{H}_{2}O+C{O}_2\uparrow +CO\uparrow$。回答下列问题。

(1)B装置中发生反应的化学方程式是.
(2)C装置无明显现象，C装置的作用是。
D装置中浓硫酸的作用是。
（3）E装置中的实验现象是 。
（4）F装置的作用是、。
实验二：铝粉和氧化铁粉末反应（铝热反应）
实验装置如下图：

图中纸漏斗由两张滤纸折叠成漏斗状套在一起，使四周都有四层，点燃镁条后观察到的现象：镁条剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出大量的热，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入细沙中。
实验后老师作了如下提示：实验中镁条和氯酸钾的作用是提供反应所需的高温条件，铝粉和氧化铁粉末在高温条件下的反应叫铝热反应，属于置换反应，该反应常用于焊接钢轨。请写出该反应的化学方程式。该反应中单质铝与一氧化碳有相似的（填"氧化"或"还原"）性。
实验后同学们对金属与金属氧化物间的反应产生兴趣，激发了探究热情。
【提出问题】任何金属与金属氧化物在高温条件下都能反应吗？
同学们在请教老师后设计了如下实验方案并进行了探究。
【实验方案】

实验组别	实验操作	实验现象	结论
实验1	取Zn、CuO粉末的均匀混合物于密闭容器中，高温加热。 向冷却后的固体中加入足量的稀盐酸。	黑色粉末变成色 固体部分溶解，有气泡产生，水溶液呈无色。	Zn和CuO能发生置换反应。
实验2	取Mg、CuO粉末的均匀混合物于密闭容器中，高温加热。 向冷却后的固体中加入足量的稀盐酸。	发生爆炸，黑色粉末变成红色。 固体部分溶解，有气泡产生，水溶液呈色。
实验3	取Cu、Fe2O3粉末的均匀混合物于密闭容器中，高温加热。	粉末无变化	Cu、Fe2O3不能反应。

【实验总结】金属与金属氧化物在高温条件下有些能反应，有些不能反应。
【反思拓展】金属与金属氧化物在高温条件下反应的规律和金属与的反应相似。

化学实验中常常会出现意外情况，这是提升我们学科素养的良好机会，要根据具体情况区别对待，善于发现和解决问题。例如：
(1)用高锰酸钾制氧气时，用排水法收集到的氧气呈红色。原因是，相应的改进措施是。
(2)做细铁丝在氧气中燃烧的实验时，集气瓶底部破裂。原因是，相应的改进措施是。
(3)用盐酸和碳酸钙固体反应，将得到的气体 $X$通入澄清石灰水中，始终没有发现石灰水变浑浊。针对此现象，同学们提出了自己的想法和做法，请你帮助他们完成以下探究。
[假设]
小英的假设：澄清石灰水已变质
小青的假设：气体 $X$中除了有 $C{O}_2$外，还有.

[实验探究]
Ⅰ．小英的探究：

实验目的	实验步骤	可能的实验现象	化学方程式和实验结沦
探究所用 澄清石灰 水是否变 质	①用一支试管另取少 量原澄清石灰水 ②取稀硫酸与碳酸钠 反应制取 $C{O}_2$ ③	步骤③中现象为：	步骤②中反应方程式为： 步骤③可能的反应方程式略 实验结论：

Ⅱ．小青的探究

实验目的	实验步骤	实验现象	化学方程式和实验结论
探究气体 $X$中是否含有 气体	将气体 $X$通入硝酸银 溶液		反应方程式为：实验结论：气体 $X$中含有气体

[实验反思]
Ⅲ．同学们经过讨论发现，只用一组实验装置就可以同时完成上述两个假设的探究。请你从下图中选择一组合理的装置(填序号)。

Ⅳ．在上述合理装置的第二支试管内应放入溶液，其作用是。

同学们用Na₂CO₃溶液和浓HCl来研究简易灭火器的反应原理时，对废液的成分进行探究。
[推理假设]
上述两种物质发生反应的化学方程式为                                      ，由此推测出废液中一定有NaCl，可能有Na₂CO₃或盐酸。
[实验探究]
(一)确定废液中是否含有盐酸
（1）选择试剂：根据盐酸的化学性质，同学们选用了如图所示的五种物质，其中物质x是酸碱指示剂中的      溶液。

（2）实验验证：某同学向废液中加入少量的镁粉，观察到确定废液中一定没有盐酸。
(二)确定废液中是否含有Na₂CO₃
某同学选用              测出废液的pH=l0，确定废液中一定含有Na₂CO₃。
(三)处理废液，回收利用
欲从废液中得到纯净的NaCl，请完成如下实验方案设计。

方案	加入试剂	分离方法	方案评价
	适量Ca(NO3)2溶液	过滤、蒸发结晶	不可行，理由是
	过量的	蒸发结晶	可行

 

一次趣味化学活动中，王老师向同学们展示了一瓶标签受损的无色溶液，如下图所示。要求同学们进行探究：确认这瓶溶液导电是什么溶液？
   
【提出猜想】 王老师提示：这瓶无色溶液只能是下了四种溶液中的一种：①硫酸镁溶液
②硫酸钠溶液、③硫酸溶液、④硫酸铵溶液
【查阅资料】 （1）常温下，相关物质的溶解度如下：

物质	$MgS{O}_4$	$N{a}_{2}S{O}_4$	${\left(N{H}_4\right)}_{2}S{O}_4$	$H_{2}S{O}_4$
溶解度	35.1g	19.5g	75.4g	与水任意比互溶

（2） ${\left(N{H}_4\right)}_{2}S{O}_4$的水溶液显酸性
【实验探究】 （1）通过查阅资料，小明同学认为猜想（填序号）不成立，原因是 。
（2）为确定其它几种猜想是否正确，小明同学继续进行探究：

实验操作	实验现象	实验结论
①取该溶液少许于试管中，向其中滴加几滴      溶液	溶液中有白色沉淀生成	猜想①成立
②用玻璃棒蘸取少许原溶液滴在pH试纸水，并跟比色卡对照	溶液pH小于7	猜想③成立

小雅同学认为小明实验操作②的结论不正确，她的理由是；
（3）请你设计实验方案，确认该溶液是硫酸铵溶液并完成实验报告：

实验操作	实验现象	实验结论
取该溶液少许于试管中，		猜想④成立，该反应的化学方程式为

化学课外活动中，小红将稀盐酸加入盛有澄清石灰水的试管中，无明显现象；小强将稀盐酸加入盛有 $K_{2}C{O}_3$溶液的试管中，有气体生成。反应结束后，两同学把废液倒入同一废液缸中，观察到废液缸中产生少量的气泡，最终有白色沉淀生成。请回答以下问题：
（1）废液缸中最终生成的白色沉淀是。
（2）通过分析废液缸中的现象，你认为小红实验后的废液中一定含有的物质是。
（3）小强从废液缸中取出废液，过滤，对滤液进行实验探究。他认为滤液中除含有 $KCl$外，还可能含有 $K_{2}C{O}_3$，请你邦他完成下面的实验报告：

实验操作	实验现象	实验结论
取少量滤液于试管中，加入_		滤液中含有 $K_{2}C{O}_3$.

某无色溶液可能由盐酸、氢氧化钠溶液、氯化钠溶液、碳酸钠溶液中的一种或几种混合而成。为探究其组成，小华同学进行了如下实验：
Ⅰ、取适量样品放入试管中，滴加酚酞溶液，溶液变成红色。再向试管中逐滴加入过量的氢氧化钙溶液，观察到有沉淀产生。过滤，所得滤液为红色。
（1）由实验Ⅰ中的现象可推断出样品中一定含有的物质是（写化学式，下同），一定不含有的物质是；
为了进一步探究样品中可能含有的物质是否存在，小华继续进行了如下实验：
Ⅱ、取适量实验Ⅰ所得的红色滤液放入试管中，滴加过量的稀硝酸，溶液变无色。再向试管中逐滴加入适量的硝酸银溶液至恰好完全反应，观察到有白色沉淀生成。过滤，所得滤液为无色。
Ⅲ、从稀硫酸、氢氧化钡溶液、氯化钡溶液、硝酸钾溶液中选择一种试剂，代替实验Ⅰ中的氢氧化钙溶液进行实验，其余的试剂及操作与实验Ⅰ的均相同。
通过实验Ⅱ和实验Ⅲ，小华得出结论：样品中可能含有的物质确实存在。
（2）实验Ⅱ所得无色滤液中，除酚酞以外，还含有的溶质为；
（3）实验Ⅲ中代替氢氧化钙溶液的试剂是溶液，可观察到的现象为。

探究活动一：在室温条件下进行如图所示实验。已知：试管内的镁条和铁片表面均被打磨洁净，且形状、大小均相同；同时加入两支试管中的稀盐酸的质量和质量分数均相等。
（1） 该实验的目的是、。两支长颈漏斗中产生的现象的不同之处是。
（2）若实验所用的金属均过量，则甲装置中产生的比乙装置中产生的 $H_2$质量（填"多"、"少"或"相等"）。（可能用到的相对原子质量： $H$－1O－16 $Mg$－24 $Cl$－35.5 $Fe$－56）
探究活动二：为除去铜屑中混有的少量铁屑，并测定该混合物中铁的质量分数，现有如下A、B两组实验方案。

（3）两种方案，你认为不能达到目的的是（填"A"或"B"），理由是。
（4）在你所选取的方案中，若采用加热烘干的方式干燥滤渣，会导致测定的铁的质量分数（填"偏大"、"偏小"、"不变"或"无法判断"）。

学习了CO₂的有关知识之后，同学们查阅资料发现Mg能在CO₂中燃烧：
2Mg + CO₂  2MgO + C，所以镁着火不能用CO₂来灭火。但没有找到有关钠能否与CO₂反应的介绍。于是同学们展开钠着火能否用CO₂来灭火的探究。
【提出猜想】钠能发生类似于CO₂与镁的反应，可能的化学方程式为：
                                                 。
【实   验】将燃着的钠伸入装有CO₂的集气瓶中，钠能在CO₂中继续燃烧。
进一步【查阅资料】得知：
①Na₂O是白色固体，能与CO₂反应生成Na₂CO₃，与H₂O反应生成NaOH。
②Ba(OH)₂溶于水而BaCO₃不溶于水。
③Na₂CO₃的存在会干扰NaOH的检测。
基于以上资料，同学们认为钠在CO₂中燃烧的产物应该与Mg在CO₂中燃烧的产物情况有所不同，并对产物提出了以下几种猜想：
① Na₂O、C       ②       、C     ③ NaOH、C     ④ Na₂O、Na₂CO₃、C
通过理论分析，猜想     （填序号）肯定是错误的，理由是：              。
【验证猜想】

在步骤（2）中BaCl₂溶液为什么要加入至过量：                             。
在步骤（3）中也可以通过加入             试剂的方法进行检验（任写一种试剂）。
【结  论】猜想     （填序号）正确。

某农村中学的化学兴趣小组在开展实验活动时,用山泉水配制氢氧化钠溶液,结果配制几次所得的溶液都出现浑浊的现象,放置一段时间后,容器底部还出现白色沉淀物.兴趣小组的同学针对此奇异的现象展开如下探究:
【提出问题】用山泉水配制的氢氧化钠溶液为什么会出现浑浊,白色沉淀是什么物质 $？$

【作出猜想】

Ⅰ、氢氧化钠样品不纯,含不溶性杂质;
Ⅱ、氢氧化钠与溶解在山泉水中的某物质发生反应生成难溶于水的物质.
（1）小明通过实验很快就排除了猜想Ⅰ,他的实验是.

查阅资料:本地山泉水是硬水,含较多的碳酸氢钙.碳酸氢钙 $\left[Ca\right(HC{O}_3{)}_2]$受热会分解,也能与氢氧化钠反应,且都有碳酸钙生成.

（2）小红取来少量的山泉水于烧杯中,往其中加入适量的肥皂水,搅拌,观察到的现象,确认所取的山泉水是硬水.
（3）小明和小红对所得的沉淀物中含有的碳酸钙进行实验:

主要操作	实验现象	解释或化学方程式
取少量的沉淀物，加入适量的稀盐酸		沉淀物中含碳酸钙.该反应的化学方程式是

（4）该山泉水经过(填操作名称),就可用于配制氢氧化钠溶液.

为研究锌和铝的金属活动性，某研究小组进行了如下探究。
（1）小明设计的实验方案：向表面积相同的铝片和锌粒中分别加入盐酸。写出锌与盐酸反应的化学方程式：_________________________________。
（2）小芳将去膜和未去膜的铝片分别放入盐酸中，发现前者比后者反应快，原因是_{_________________________________________________________________________________}。
（3）小芳在（2）实验中，还观察到有“灰黑色沉淀”这一异常现象出现。
【提出问题】铝与盐酸反应出现的灰黑色沉淀的组成是什么？
【查阅文献】铝在颗粒较小时为灰黑色；AlCl₃为无色透明晶体或白色而微带浅黄色的固体，易溶于水和乙醇。
【提出合理假设】假设a：该灰黑色沉淀可能含有________________；
假设b：该灰黑色沉淀可能含有AlCl₃；
假设c：该灰黑色沉淀可能含有难溶于酸的物质。
【设计并完成实验】取灰黑色沉淀分别进行如下实验。

实验编号	实验操作	实验现象
①	加入适量稀盐酸	有微量气泡，固体全部溶解，得到澄清溶液
②	加入适量蒸馏水	固体部分溶解
③	加入适量无水乙醇	固体部分溶解

 
【得出结论】由实验①可判断假设c___________（填“成立”或“不成立”），再集合②和③可得出该灰黑色沉淀的成分是______________________________。
注意：若答对（4）小题奖励4分，但化学总分不超过60分。
（4）你认为①中小明的实验能否比较锌和铝的金属活动性强弱？________________（填“能”或“不能”），分别从设计方法和操作可行性的角度，具体说明理由：_{_____________________________
__________________________________________________________________________}。

甲、乙两同学为了探究实验室中久置的氢氧化钠固体是否变质，进行了如下实验。请与他们一起完成探究活动。
【提出问题】氢氧化钠固体是否变质。
【实验探究】甲、乙两同学分别设计了不同的方案并加以实验。
甲同学的方案及实验：

乙同学的方案及实验：

（1）乙同学认为甲同学的结论不科学，其理由是；
（2）乙同学的实验中，观察到的现象A应为，该反应的化学方程式为，氢氧化钠固体变质的原因是（用化学方程式表示）；
【拓展应用】
（3）氢氧化钠固体应当密封保存；
（4）若要除去上述变质的氢氧化钠溶液中的杂质，应加入适量的（填化学式）溶液而除去。

某化学课外兴趣小组探究氢气还原氧化铜的反应，有如下实验装置：

（1）上述 $A$装置可用于实验室制取氢气和二氧化碳，请分别写出实验室制取氢气和二氧化碳的化学方程式；；上述可用于收集二氧化碳装置是（用装置字母序号填空）。
（2）请你参与探究氢气还原氧化铜得到的红色固体的成分，完成下列各题：
已知信息：Ⅰ．氢气还原氧化铜除生成铜外还可能生成氧化亚铜（ $C{u}_{2}O$）；Ⅱ． $Cu$和 $C{u}_{2}O$均为不溶于水的红色固体；Ⅲ． $C{u}_{2}O+H_{2}S{O}_4＝CuS{O}_4+Cu+H_{2}O$

提出问题：红色固体含有什么物质？
①猜想假设：
假设一：红色固体只含 $Cu$；假设二：红色固体只含 $C{u}_{2}O$；
假设三：（请补充完成假设三）。
②实验探究：（填写表中空格）

实验操作	实验现象	实验结论
ａ．取少量红色固体加入到足量硫酸溶液中	无明显现象	假设成立
b．取少量红色固体加入到足量硫酸溶液中		假设二和假设三均成立

③数据处理：甲同学称取 $Wg$红色固体加入到足量硫酸溶液中使其充分反应后，（填操作名称）、洗涤、干燥，称量剩余红色固体质量为 $mg$，通过计算，若 $m$ $\frac{64w}{144}g$（选填 $＞$、 $＜$或 $＝$），则假设二成立；若 $m$ $\frac{64w}{144}g$（选填 $＞$、 $＜$或 $＝$），则假设三成立。
④交流与反思：只要假设合理，实验方法正确，根据实验现象和数据就能得出结论。

碳酸氢钠常用于食品和医药工业。某化学兴趣小组的同学对碳酸氢钠的热稳定性进行探究。
【查阅资料】 1．碳酸氢钠受热容易分解，生成水、二氧化碳气体和一种常见的固体物质。
2．碳酸钠溶液呈碱性。
【进行实验】为了验证碳酸氢钠受热时会分解，兴趣小组的同学取一定质量的碳酸氢钠到铜片上加热，如图所示。

（1）加热一段时间后，观察到烧杯内壁有。
（2）充分加热后，将烧杯迅速倒转过来，倒入适量的澄清石灰水，振荡，观察到石灰水变浑浊。写出该反应的化学方程式：。
（3）兴趣小组的同学认为：充分加热后的固体产物可能是 $NaOH$或 $N{a}_{2}C{O}_3$。
①他们的依据是。
②兴趣小组为了确定反应后的固体产物成分进行以下实验，请填写下表：

实验	实验现象	结论
实验一:取少量反应后的固体产物溶于水，滴入几滴酚酞试液	溶液变成红色	固体产物是 $NaOH$,而不是 $N{a}_{2}C{O}_3$
实验二:取少量反应后的固体产物溶于水，加入过量氯化钙溶液		固体产物是 $N{a}_{2}C{O}_3$,而不是 $NaOH$
实验三:	产生大量气泡	固体产物是 $N{a}_{2}C{O}_3$,而不是 $NaOH$

【讨论与评价】实验一的结论与实验二、实验三的结论相反，在讨论时，兴趣小组的同学认为方案一的结论不正确，他们的理由是 。
【总结】请写出碳酸氢钠受热分解的化学方程式。