初中化学实验探究物质的组成成分以及含量探究题

空气中氧气含量测定的再认识。

【实验回顾】如图是实验室用红磷燃烧来粗略测定空气中氧气含量的装置。写出红磷燃烧的化学方程式_______________________。
步骤如下：
①用弹簧夹夹紧橡皮管。
②点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入瓶中并塞紧塞子。
③_____________________________________。
④观察并记录水面的变化情况。
【实验反思】多次实验，发现集气瓶内上升的水的体积始终小于瓶内原空气体积的1/5。
【实验改进1】
I．根据铁在空气中生锈的原理（铁与氧气和水发生反应生成铁锈）设计右图实验装置，再次测定空气中氧气含量。装置中的食盐水和活性炭会加速铁生锈。

II．测得实验数据如表

测量项目	实验前	实验后
烧杯中水的体积	烧杯中剩余水的体积	集气瓶（扣除内容物）和导管的容积
体积/mL	80.0	54.5	126.0

【交流表达】（1）铁生锈过程发生复杂的化学反应，首先是铁与氧气、水反应生成氢氧化亚铁，写出该反应的化学方程式____________________________________。
（2）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________。（消耗的水的体积忽略不计，计算结果保留一位小数）。
【猜想与假设】根据铁生锈的原理，某同学对最终生成的铁锈的主要成分作出猜想：
（Ⅰ）氧化铁（Ⅱ）碳酸铁，你认为猜想          （填序号）一定是错误的，理由是                              。
【实验改进2】
使用右图装置进行实验。实验前应先进行的操作是______________________。

【实验过程】步骤1：在注射器中放入装有足量铁粉、活性炭粉的浸有食盐水的纸袋，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】实验中需要记录的数据是___________________________________________。
计算得出氧气约占空气总体积的1/5。
【计算】铁的氧化物有多种，116g四氧化三铁与多少g氧化亚铁（FeO）中所含的氧元素质量相等。（写出计算过程）
【实验评价】与燃烧红磷法相比，用改进实验测定空气中氧气含量的优点是____________
____________________________________________。

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

实验一 小红在完成了对蜡烛生成物的探究后，她继续探究了天然气（主要成分甲烷—CH4）燃烧后的生成物是否有水和二氧化碳生成的实验。
请你帮她完成下表：

猜想	实验步骤	实验现象	实验结论
天然气燃烧后有水生成	1.点燃天然气， 并观察现象。		天然气燃烧后生成物中有水
天然气燃烧后有二氧化碳生成	2. ，并观察现象。		天然气燃烧后生成物中有二氧化碳

 
实验二下图是小刚按课本进行的一个化学实验。

将烧杯中的酚酞溶液分别倒入A、B两个小烧杯中，另取一个小烧杯C，加入约5mL浓氨水．用一个大烧杯罩住A、C两个小烧杯，烧杯B置于大烧杯外，观察几分钟．
（1）烧杯A中的现象______________________；烧杯B中的现象______________________。
（2）根据上述现象可得到的结论是______________________。
（3）B烧杯的作用：作          实验。

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                            。

小丽对家中的家用制氧机产生了浓厚的兴趣。她通过阅读说明

书了解到家用制氧机的工作原理如下：
加压时，装填在制氧机内部的分子筛吸附空气中的氮气，制取高浓度氧气。减压时，分子筛将所吸附的氮气排放。整个过程中，分子筛并不消耗。小丽用这台家用制氧机制取并收集了一袋气体，带到实验室对其进行研究。
实验I：小丽欲通过以下实验验证所收集的气体是否为纯净的氧气。
【实验记录】

实验步骤	实验现象	化学方程式
取一只250 mL的集气瓶，用排水法收集一瓶所带气体，然后把一小块燃着的木炭插入集气瓶中	木炭燃烧得更旺	化学方程式I

表中，化学方程式I是                             。
【实验结论】收集的气体是纯净的氧气。
【实验反思】老师指出上述实验并不能证明小丽所带来的气体一定是纯净的氧气。该实验不能证明所收集气体为纯净氧气的原因是                           。
实验II：测定小丽所带气体中氧气的含量。
同学们在老师的指导下设计了如下图所示装置，进行实验，并重复多次。

（250 mL 集气瓶）
【实验记录 】

实验操作	主要实验现象	实验结论及解释
①	检查装置的气密性		装置的气密性良好
②	加入药品，将装置连接固定
③	打开止水夹a和b，向A中缓慢鼓入一定量气体后关闭止水夹a和b	A中水进入到B中，B中水的体积为200 mL。	收集200 mL气体（由压强差引起的误差忽略不计）
④	用凸透镜聚光引燃白磷	燃烧，产生大量白烟
⑤	待白磷熄灭并冷却到室温， 进行操作I	现象I	小丽收集的气体不是纯净的氧气

表中，操作I是                             ；
现象I是                                   。
【数据记录】

实验次序	1	2	3	4	5
B中剩余水体积/mL	100	42	39	41	38

【数据处理】已知，在上表数据中，第1组数据偏差较大，存在明显误差，在数据处理时应删去。小丽所带气体中氧气的体积分数为          % 。
【实验反思】
导致第1组数据产生较大误差的可能原因是                         。

某校化学兴趣小组的同学对加热氯酸钾与二氧化锰的混合物制取氧气实验中“二氧化锰充当的角色”进行了探究，请你参与。
资料：I、氯酸钾受热分解产生氯化钾和氧气。
II、氯化钾易溶于水，二氧化锰难溶于水。
探究活动一：二氧化锰能否改变氯酸钾受热分解的速率
（1）取适量的氯酸钾于试管中，将氯酸钾加热至熔化，将带火星木条伸入试管中，较长的时间后，木条复燃，说明氯酸钾受热能产生氧气，但是反应速率较         （“快” 或“慢”）；
（2）取适量的二氧化锰于试管中，加热二氧化锰，将带火星木条伸入试管中，木条没有复燃，说明二氧化锰受热          （填“能”或“不能”）产生氧气。
（3）取氯酸钾和少量二氧化锰的混合物于试管中，加热混合物，将带火星木条伸入试管中，木条迅速复燃，说明二氧化锰能        （填“加快”或“减慢”）氯酸钾受热分解的速率。
探究活动二：氯酸钾受热分解前后二氧化锰质量、化学性质是否改变
（4）为了验证氯酸钾受热分解前后二氧化锰质量是否改变，某同学设计方案如下：

①溶解剩余固体的水要足量，目的是使          （填物质的化学式）全部溶解。
②组装过滤器时，滤纸紧贴漏斗内壁，可以使过滤速率           （填“快”或“慢”）一些，滤纸边缘要              （填“高于”或“低于”）漏斗边缘。 过滤时，要用              （填仪器名称）引流，防止浊液洒出、冲破滤纸；漏斗中液体的液面要                 （填“高于”或“低于”）滤纸边缘，防止滤液浑浊；漏斗末端应该紧贴烧杯内壁，目的是                         。
ƒ滤渣经过洗涤、烘干后称量，发现两次称量的二氧化锰的质量相等。
（5）请写出验证“氯酸钾受热分解前后二氧化锰的化学性质也不变”的操作和现象：_______________。
【得出结论】综合探究活动一、二的结果可知：加热氯酸钾与二氧化锰的混合物制取氧气实验中“二氧化锰充当          ”（“反应物”、“催化剂”或“生成物”）。
【反思与交流】上述实验中的滤渣若没有洗涤就进行称量，称量的质量会          （“偏大”、“不变”或“偏小”） 。

小强在回家的途中经过一鱼塘边时，发现养鱼师傅向鱼塘中撒一种微黄色的固体，鱼塘中顿时产生大量气泡，经咨询得知，这种固体的主要成分是过氧化钙（CaO₂），请你与小强共同探究。

【查阅资料】CaO+H₂O→Ca(OH)₂。
（1）为研究鱼塘中大量气泡是何种气体所致，小强使用如右图所示的装置进行实验，打开分液漏斗的活塞，控制滴加水的速度，观察到试管内有气泡产生，用带火星的木条靠近P处，木条复燃，说明生成的气体是         。由此可知养鱼师傅向鱼塘中撒过氧化钙的目的是          ,仪器a的名称              。
（2）通过请教老师小强得知过氧化钙与过量水反应除生成上述气体外还会生成一种含有钙元素的化合物。开始小强假设该产物为CaO，但通过思考他很快否定了原先的假设，并重新假设生成的含钙产物为Ca(OH)₂。
请解释小强否定原假设建立新假设的理由：                       。
（3）小强通过实验证明了过氧化钙与水反应的确有氢氧化钙生成，请写出过氧化钙和水反应的化学式表达式：                                     。
（4）小强在实验时观察到烧杯中有气泡产生，由此他还得出该反应              （填吸热或放热）

在对蜡烛及其燃烧的探究实验中，小明仔细观察蜡烛燃烧时的火焰，发现火焰中不同区域的明亮程度不同，这是为什么呢？在老师的指导下小明进行了以下探究活动。

【查阅资料】
（1）可燃物的种类及组成会影响火焰的明亮程度。
（2）蜡烛主要由石蜡制成，石蜡是石油炼制后得到的固体物质，主要由多种碳氢化合物组成，这些化合物分子中的碳原子数目不唯一，其化学式通式为C_nH_2n+2 ，通式中碳原子数n = 18~30。
（3）碳氢化合物在常温时的状态如下表所示。

物质名称	化学式	常温时的状态
丁烷	C4H10	气
戊烷	C5H12	液（油状）
癸烷	C10H22	液（油状）
十八烷	C18H38	固
二十四烷	C24H50	固

（4）多数碳氢化合物在一定温度下会分裂为碳原子数较少的碳氢化合物或碳（黑色固体）和氢气。
【实验探究】

序号	实验目的	实验操作	实验现象
I	探究哪一层火焰的温度最高	点燃蜡烛，把一根火柴梗平放在蜡烛的火焰中，约1s后取出观察
Ⅱ	探究焰心中参与燃烧的物质的成分	点燃一根较粗的蜡烛，取一根一端为尖嘴的玻璃导管，一端伸入火焰的焰心处，然后在尖嘴一端导管口用火柴点燃	导管口处出现火焰
III	继续探究焰心中参与燃烧的物质的成分	点燃一根蜡烛，用一把带有手柄的小刀，将刀尖伸入火焰中最暗的部分，即焰心处，一段时间后取出，冷却，观察刀尖处的现象	冷却至室温后，刀尖处有油状液体和固体物质
IV		用镊子夹住一片白瓷片，将瓷片伸入火焰中最明亮的部分，即内焰处，观察现象	白瓷片表面迅速变黑

【分析和讨论】
（1）实验I中的实验现象为                               。
（2）通过实验Ⅱ，你能分析出焰心处的物质具有的化学性质是                    。
（3）实验III中，冷却后小刀表面的油状液体可能是                （填物质名称），生成油状液体的原因是                                                 。
（4）实验IV的目的是                                                     。
（5）分析实验IV中的现象，可推断出蜡烛火焰内焰处的物质中含有          （填物质名称），由此分析内焰处最明亮的原因是                           。

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                       。

某兴趣小组同学对实验室制备氧气的条件进行如下探究。
【提出问题】①氧化铜是否也能做氯酸钾分解的催化剂？它是否比二氧化锰催化效果好？
【查阅资料】研究表明，许多金属氧化物对氯酸钾的分解有催化作用。分别用下列金属氧化物作催化剂，氯酸钾开始发生分解反应和反应剧烈时的温度如下表所示：

实验室用氯酸钾制取氧气，如果不用二氧化锰作催化剂，最好选用的金属氧化物是             。
【设计并完成实验】Ⅰ．将3.0g氯酸钾放在试管中加热
Ⅱ．将3.0g氯酸钾与1.0g二氧化锰均匀混合加热
Ⅲ．将X g氯酸钾与1.0g氧化铜均匀混合加热
【实验现象分析】Ⅲ中X的值应为            ，实验Ⅰ和Ⅲ比较可证明                    。将实验Ⅲ反应后的固体加水溶解、过滤、洗涤、干燥，若称量得到1.0g黑色粉末，再将黑色粉末和Xg氯酸钾混合加热，现象与实验Ⅲ相同，这些步骤是为了证明氧化铜在该化学反应前后         和          都不变。
【结论】氧化铜也能作氯酸钾分解的催化剂，实验Ⅲ中的化学反应的符号表达式为                 。
【实验反思】实验Ⅱ和Ⅲ对比的目的是                       。
【提出问题】②MnO₂的用量对 H₂O₂分解反应有何影响？
【设计并完成实验】利用图甲装置探究“MnO₂的用量对 H₂O₂分解反应的影响”，实验中为3%H₂O₂溶液，装置中产生氧气的量可以用压强传感器测出（在等温条件下，产生氧气体积与装置内压强成正比，反应放热忽略不计。）
【讨论交流】（1）图乙是“0.1克MnO₂与不同体积的3%H₂O₂溶液混合”的实验结果，从图中可以看出                     。

（2）当用“3%H₂O₂溶液8毫升与不同质量的MnO₂混合”时，得到如图丙所示的曲线。曲线的斜率显示，当MnO₂的用量增加到0.08克时，分解速度达到实验要求。在此实验条件下，若MnO₂的质量有4克（一药匙），就能使下图            （填字母）烧杯中所装的3%H₂O₂溶液，其分解速度最接近实验要求。

某研究小组发现，维C泡腾片（保健药品，主要成分见图1）溶于水，有许多气泡产生（如图2）．该小组同学进行如下探究。

探究一：该气体的成分。
【猜想与假设】
小华说：该气体可能是CO₂、O₂、CO、H₂、N₂。
小明说：不可能含有N₂，因为                  。
小芳说：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有毒。
该小组同学认为：该气体可能含有CO₂、O₂中的一种或两种。
【进行实验】

实验编号	实验操作	实验现象
①	将气体通入澄清的石灰水中	澄清石灰水变浑浊
②	将带火星的木条伸入该气体中	带火星的木条没有复燃

【得出结论】
（1）由实验①可知，该气体中肯定含有______________。
（2）由实验②__________（填“能”或“不能”）确定该气体中不含氧气，理由是____________。

如图是某种薯片的包装袋，里面被一种气体充得鼓鼓的．小明对这种气体产生了兴趣，
请你和小明一起对该气体进行探究．

【提出问题】该气体可能是什么呢？
【查阅资料】食品和氧气接触容易被氧化而腐败；常填充某种气体以防腐．
【作出假设】包装袋中的气体一定不能是_________________

A．二氧化碳

B．氮气

C．空气

D．氧气

【进行实验】同学们进行了进一步探究，请你帮该组同学完善探究过程，具体操作如下：

实验方法	可能观察到的现象和结论
用注射器抽取包装袋的气体，并将气体注入_______________________中，观察现象。	_________________________，说明包装袋中装的不是二氧化碳。
用排水法继续收集一瓶该包装袋内的气体，并向集气瓶中伸入燃着的小木条，观察现象。	_______________，说明包装袋中的气体可能是__________。

 
【反思讨论】根据食品防腐气体应具备的要求，你认为包装袋内充的气体还可以是_________。

小明同学选择“影响过氧化氢溶液制取氧气的因素”的课题开展探究。下列是他探究实验数据记录，

实验序号	反应温度/℃	催化剂二氧化锰的用量/g	过氧化氢溶液的浓度	反应所需的时间/分钟
1	15	0	5%	30
2	15	1g	5%	10
3	25	1g	10%	5
4	25	1g	15%	3
5	35	1g	15%	1

 
（1）过氧化氢溶液制取氧气的文字或符号表达式为                  ；
（2）实验        和        （填序号），说明二氧化锰能加快过氧化氢溶液分解放出氧气的速度；
（3）对比实验3和4，可得出的结论是                ；
（4）通过对比实验得到影响过氧化氢溶液制取氧气速度的因素有            。
A．溶液的温度    B．溶液的浓度    C．催化剂的种类