初中化学探究题

天然气的主要成分是甲烷（CH₄），某校化学兴趣小组同学对甲烷燃烧的产物产生了兴趣，请你参与：
【提出问题】甲烷燃烧后生成哪些物质？
【查阅资料】含碳元素的物质完全燃烧生成CO₂，不完全燃烧生成CO；无水CuSO₄遇水变蓝。
【猜想与假设】甲：CO₂  H₂O  乙： CO  H₂O
丙：NH₃  CO₂  H₂O 丁： CO₂  CO  H₂O
你认为               同学的猜想是错误的，理由是                    。
【实验探究】为了验证上述猜想与假设，将甲烷在一定量的O₂中燃烧的产物依次通过下列装置：

（1）A、B装置的顺序能否颠倒？（填“能”或“否”）                 。
（2）实验中用纯净O₂而不用空气的原因是                        。
（3）实验中观察到A中无水CuSO₄变蓝，B、D中澄清石灰水变浑浊，C中黑色粉末变成红色，由此推断            同学猜想成立。
（4）请写出C中黑色粉末变成红色的化学方程式：                     。

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____________
____________________________________________。

登山运动员登山时常用氢化钙作为供氢剂，用来提供能源。某兴趣小组同学对放置了一段时间的氢化钙取样进行探究。

【查阅资料】氢化钙（ $Ca{H}_2$）是一种固态储氢物质，它遇水剧烈反应释放出氢气，反应的化学方程式为 $Ca{H}_2+2H_{2}O=Ca{\left(OH\right)}_2+2H_2\uparrow$。

【提出问题】该氢化钙样品与水反应是否还能生成氢气？

【实验1】小组同学用适量氢化钙样品和水进行实验。

（1）如图所示是小组同学设计的两个实验装置，为便于控制反应速率，最好选用装置_____（选填“A”或“B”）。

（2）连接好装置后，加入药品前，应进行的操作是_____。

（3）向装置中加入药品并开始实验。锥形瓶中快速产生气泡；将导管插入肥皂水中，吹出肥皂泡，用燃着的木条靠近上升到空中的肥皂泡，肥皂泡被点燃。“肥皂泡被点燃”是因为氢气具有_____性。

【得出结论】该氢化钙样品与水反应还能生成氢气。

【提出新问题】实验1中不再产生气泡后，锥形瓶中有较多白色浑浊物。白色浑浊物是什么？

【分析讨论】氢化钙与水反应生成了氢氧化钙，氢氧化钙微溶于水，白色浑浊物中一定含有氢氧化钙：氢化钙在保存过程中可能变质生成碳酸钙，故白色浑浊物中还可能含有碳酸钙。

【实验2】按图1所示，将白色浑浊物装入锥形瓶中，用注射器注入适量稀盐酸，并利用二氧化碳传感器测得锥形瓶中二氧化碳的体积分数随时间的变化如图2所示。

（4）实验2中锥形瓶内发生反应的化学方程式为_____（写一个即可）。

（5）图2中说明有二氧化碳生成的依据是_____。

【得出结论】白色浑浊物中含有氢氧化钙和碳酸钙，同时说明氢化钙样品有少量变质。

【反思拓展】

（6）保存氢化钙的一条建议是_____。

（7）氢能有很多优点，如_____（写一条即可）。我们共同努力，助力我国早日进入“氢能经济”时代。

某兴趣小组为验证质量守恒定律，做了镁条在空气中燃烧的实验。
（1）请写出镁条与氧气反应的化学方程式                                 ；
（2）小明发现燃烧产物的质量大于反应物镁条的质量，认为这个反应不遵循质量守恒定律。我        （“同意”或“不同意”）小明的观点，因为                          ；
（3）小红按下图装置改进实验，验证了质量守恒定律，却发现产物中还有少量黄色固体。
【提出问题】黄色固体是什么呢？
【查阅资料】①氧化镁为白色固体；②镁能与氮气剧烈反应生成黄色的氮化镁（Mg₃N₂）固体③氮化镁可与水剧烈反应产生氨气，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。

【做出猜想】黄色固体是Mg₃N₂。
【实验探究】请设计实验，验证猜想：

实验操作	实验现象及结论

【反思与交流】空气中N₂含量远大于O₂的含量，而镁条在空气中燃烧生成的MgO却远多于Mg₃N₂，为什么呢？请给出合理的解释：

某研究性学习小组欲利用下列装置进行相关气体制取的探究，请你分析并填空。

（1）写出图中仪器a、b的名称：a：________，b：________
（2）实验室制取氢气的化学方程式是_______________________，若用排空气法收集氢气，应选择的收集装置是__________．B装置中的长颈漏斗末端位于液面下的原因是___________________．
（3）实验室采用加热氯酸钾和二氧化锰的固体混合物制取氧气，反应化学方程式是______________________．将装置A和C连接进行此实验，实验结束，停止加热前要先将导管移出水面，目的是__________________．若用盛满水的F装置收集氧气，应从导管________（填①或②）通入。
（4）甲烷（CH₄）是一种无色、无味、难溶于水的气体，实验室用加热无水醋酸钠和碱石灰的固体混合物的方法制取甲烷，应选择的发生装置是________．
（5）实验室制备CO₂应选择的发生装置为________，若是用D收集CO₂检验是否收集满的方法为_________________．

化学药品在实验室中若保存不当，可能会发生变质，某学校化学实验活动小组的同学们为了探究实验室中久置的氢氧化钠固体药品的成分，进行了下列有关实验。

【猜想与假设】

久置的氢氧化钠固体的成分有下面3种可能情况：

猜想一：只有氢氧化钠

猜想二：　 　

猜想三：只有碳酸钠

【实验探究】

实验方案	实验现象	结论
称取 $m$克固体放入试管中，加蒸馏水完全溶解，然后滴加足量的 $\mathit{BaC}{l}_2$溶液		猜想一不成立

为了进一步验证是猜想二还是猜想三成立，活动小组的同学们又提出了一个定量实验方案。

实验如下：将反应后的物质过滤、洗涤、干燥，称得沉淀的质量为 $n$g（忽略操作过程中物质的损失）。若猜想二成立，则 $n$的取值范围是 　 　。

【反思与交流】

氢氧化钠暴露在空气中容易变质，其主要原因是 　 　（用化学方程式表示），因此实验室中氢氧化钠固体必须密封保存。

用图甲所示的电解水装置来测定水的组成。

【实验步骤】
（1）按图安装好装置，检验装置气密性。
（2）在Ｕ型管中装入水（水面略低于支管口）。
（3）取下注射器，打开电源一段时间后，关闭电源。
（4）将注射器活塞推到顶后连接注射器，再次打开电源。
当注射器二中活塞停留在10mL刻度时，关闭电源。
（5）检验气体。
【实验结论】水是由          组成的。电解水的符号表达式                 。
【问题讨论】
（1）实验开始时先打开电源通电一段时间后再接上注射器的目的是                   。
（2）实验结束时注射器一中活塞停留在          刻度处。将该注射器带上针头，移向燃着的木条旁，推动活塞，现象是                         。
（3）水电解的过程可用下列图示表示。粒子运动的先后顺序是               。

某兴趣小组利用“盐酸、硫酸铜、氢氧化钠、碳酸钠、硝酸钾”五种溶液对“复分解反应发生的条件”进行再探究。

【知识回顾】（1）回忆向滴有酚酞试剂的氢氧化钠溶液中滴加稀盐酸的实验。

（2）观察两者反应的微观示意图（图1），该反应过程没有变化的微粒是 　 　，两者反应的微观实质是溶液中的 　 　。

【实质再探】（1）向氢氧化钠溶液中滴加硫酸铜溶液反应的化学方程式是 　 　，图2是二者反应的微观示意图，两者反应的实质是溶液中的 　 　。

（2）向碳酸钠溶液中滴加稀盐酸，产生大量气泡，实质是溶液中 　 　反应生成了水和二氧化碳气体。

【归纳小结】复分解反应发生的微观实质是溶液中的 　 　。

【拓展应用】（1）将碳酸钠溶液和硝酸钾溶液混合没有发生变化，分析两者不发生反应的原因是 　 　。

（2）图3是硫酸氢钠在水中解离的微观示意图，溶液中存在的离子是 ，滴加 　 　（用化学式表示）溶液既能降低该溶液的酸性又能生成沉淀。

某化学兴趣小组的同学在学习九年级《化学》下册中的资料卡片"石笋和钟乳石的形成"时，发现难溶于水的碳酸钙当遇到溶有二氧化碳的水时，会反应生成溶解性较大的碳酸氢钙：CaCO ₃+CO ₂+H ₂O═Ca（HCO ₃） ₂，联想到实验室中澄清石灰水与二氧化碳反应会生成碳酸钙：Ca（OH） ₂+CO ₂═CaCO ₃↓+H ₂O，对长时间向碱溶液中通入CO ₂反应后溶液中的溶质组成产生了浓度的兴趣。

【提出问题】一定量CO ₂与NaOH溶液反应后的溶质组成是什么？

【查阅资料】（1）通入少量CO ₂反应的化学方程式为： 　　。

（2）通入过量CO ₂，反应的化学方程式为：Na ₂CO ₃+CO ₂+H ₂O═2NaHCO ₃。

（3）碳酸氢盐都是可溶于水的。BaCO ₃难溶于水。

（4）碳酸氢钠溶液呈碱性。

【提出猜想】(1）溶质为NaOH和Na ₂CO ₃；（2）溶质为Na ₂CO ₃；

（3）溶质为 　　（填化学式）；（4）溶质为NaHCO ₃。

【设计实验】

实验步骤	实验现象	实验结论
（1）用玻璃棒蘸取反应后溶液，滴在pH试纸上	pH＝9	该溶液显碱性
（2）取反应后溶液少许于试管中，向其中滴加过量的BaCl 2溶液	有 　　生成	猜想（4）不成立
（3）取步骤（2）中的上层清液，滴入稀盐酸	有气泡冒出	猜想（1）和（2）不成立

【得出结论】猜想（3）成立。

【讨论交流】(1）有同学提出，实验步骤（1）是多余的。你认为该实验设计是否需要？ 　　（填"需要"或"不需要"）。

（2）同学们又一次把目光投向了教材，发现遇热或压强变小时：Ca（HCO ₃） ₂＝CaCO ₃↓+CO ₂↑+H ₂O，纷纷提出，干粉灭火器中用NaHCO ₃灭火的反应原理与之相似，试写出NaHCO ₃受热分解的化学方程式： 　 。

【反思应用】（1）同学们回忆起实验室检验二氧化碳的情景，心想：如果向澄清石灰水中不断通入二氧化碳，会看到怎样的现象呢？请你描述一下： 　　。

（2）老师投影图片﹣新化县的梅山龙宫，冷水江市的波月洞，涟源市的藏经阁，双峰县的药王洞…宛如人间仙境的美丽溶洞，竟然是文中两个简单的化学反应创造？!同学们不禁对大自然的鬼斧神工咋不决口，纷纷表示"娄底那么大，我想去看看"。

实验探究物质的组成成分以及含量 ； 碱的化学性质 ； 盐的化学性质 ； 书写化学方程式、文字表达式、电离方程式 ．

某学习小组对粗盐中杂质（难溶性和可溶性）的去除展开相关探究．

（1）粗盐中难溶性杂质去除的实验步骤为①溶解，②过滤，③ 　　（写操作名称），④计算产率．

（2）步骤②中需要用到的玻璃仪器有：玻璃棒、烧杯、 　　（写仪器名称），其中玻璃棒的作用是 　　．

（3）【提出猜想】

    甲同学：该粗盐中含有难溶性杂质外，是否还含有可溶性杂质？

（4）【查阅资料】]

①粗盐中可能含有镁盐（Mg ²⁺）和硫酸盐（SO ₄ ^{2 ﹣}）等可溶性杂质．

②一些物质的溶解性表

阳离子 阴离子	OH ^﹣	CL ^﹣	SO	CO
Na ^+	溶	溶	溶	溶
Ba ^2+	溶	溶	不	不
Mg ^2+	不	溶	溶	不

说明："溶"表示该物质可溶于水，"不"表示该物质不溶于水．

③Mg（OH） ₂为白色物质，不溶于氢氧化钠溶液；BaSO ₄为白色物质，不溶于盐酸；

MgCO ₃，BaCO ₃为白色物质都能溶于盐酸．

（5）【实验设计】

①取少量除去难溶性杂质后的盐，溶于水配成溶液．

②取少量所配溶液于试管中，滴加氢氧化钠溶液，产生白色沉淀，继续滴加氢氧化钠溶液，沉淀不溶，说明该盐含有可溶性的 　　盐．

③另取少量所配溶液于试管中，滴加氯化钡溶液，产生白色沉淀，再加稀盐酸，沉淀不溶，说明该盐含有可溶性的 　　盐．

（6）【实验结论】该盐含有可溶性杂质 　　．

（7）【实验拓展】以下为乙同学设计的去除食盐中可溶性杂质的试验流程：

①该实验过程中，除杂试剂都要过量，原因是 　　．

②过量Na ₂CO ₃溶液用来除 　　离子（填离子序号）．

实验探究是科学探究的重要形式，请参与以下探究活动并回答问题：

（一）测定空气里氧气的含量

（1）A装置是人教版教材设计的"测量空气里氧气的含量"的实验装置，教材实验所需试剂是水和 　　（填物质名称），实验前向集气瓶内加入少量水后将水面上方空间准确分为五等分，该操作中一定要使用的仪器是 　　；

（2）小华用A装置测定的氧气含量偏低，可能的原因是 　　（任答一点）

（3）B装置也可用于测量空气中氧气的含量，其实验原理用化学方程式可表示为 　　；

（4）使用B装置进行实验时需交替缓慢推动两个注射器活塞的原因是 　　，实验结束后移开酒精灯，恢复到室温后读数即可计算出氧气含量，B装置的优点是 　　（任写一点）

（二）实验异常现象探究

在学校实验室开放日，小明用氯化钙、碳酸钠、碳酸氢钠的饱和溶液与稀盐酸等药品设计了复分解反应发生条件的验证实验，请参与他的实验过程。

【查阅资料】20℃时部分物质的溶解度：NaHCO ₃9.6g；Ca（HCO ₃） ₂16.6g

【实验设计】小明用稀盐酸和上述三种饱和溶液设计出如图所示的四个验证实验

【实验预测】小明依据所学的"复分解反应发生条件"的规律预测，在Ⅰ～Ⅳ四个实验操作中能发生复分解反应的共有 　　（填数字）个。

【发现问题】小明在实验Ⅱ中的操作中发现产生了白色沉淀X？

【提出假设】小明认为X可能是Ca（HCO ₃） ₂、 　　、 　　（填化学式）中的一种或几种；

【理论计算】小明依据化学反应方程式经理论计算发现，X不可能是Ca（HCO ₃） ₂；

【实验探究】将实验Ⅱ中的白色沉淀X过滤后，取少量X固体于试管中并加适量水振荡，再滴入几滴酚酞试液，观察到溶液颜色无变化，说明X一定不是 　　（填化学式）；另取少量X固体滴加稀盐酸产生的无色气体能使澄清石灰水变浑浊，则X一定是 　　（填化学式）

【拓展延伸】小明查询得知：高浓度的碳酸氢钠溶液可与氯化钙溶液反应生成白色沉淀，许多化学反应事实也证实；在不同条件下（如浓度、温度、颗粒物大小等），物质可能体现出不同的化学性质，请举例说明 　　。

节日晚会上，小英同学表演魔术“滴水生火”，向包裹着过氧化钠（ $N{a}_2{O}_2$）的脱脂棉上滴几滴水，脱脂棉着火燃烧，魔术表演成功。同学们很感兴趣，对此进行了探究，请你协助完成以下问题。

[查阅资料]

Ⅰ. $2N{a}_2{O}_2+2H_{2}O═4\mathit{NaOH}+O_2\uparrow$，反应放出热量

Ⅱ. $\mathit{BaC}{l}_2$、 $\mathit{CaC}{l}_2$溶液显中性， $N{a}_{2}C{O}_3$溶液显碱性

（1）同学们通过认真分析，从燃烧条件的角度得出了脱脂棉能燃烧的原因 　 　。

（2）将燃烧后的残留固体在烧杯中敞口放置一段时间后，加足量水溶解，无气泡产生，同学们得出结论，残留固体中不含 　 　；同时有同学认为残留固体中可能含有 $N{a}_{2}C{O}_3$，请用化学方程式说明理由 　 　。

（3）同学们将（2）所得混合液过滤，并设计实验对滤液的溶质成分进行了探究。

序号	实验操作	实验现象	实验结论
i	取少量滤液于试管中，滴加过量 　 　溶液	有白色沉淀产生	滤液中溶质为 $N{a}_{2}C{O}_3$
ii	将i所得混合液，静置，往上层清液中滴加2～3滴酚酞溶液

（4）部分同学认为往滤液中滴加足量稀盐酸，若产生气泡，也能得出同样的结论。你认为是否正确并说明理由 　 　。

蔗糖是生活中常见的一种物质，某兴趣小组对"蔗糖的组成"进行了探究。

【作出猜想】小组同学认为绿色植物通过光合作用将二氧化碳和水转化成葡萄糖和氧气，葡萄糖进一步转化为蔗糖，故蔗糖中一定含有碳、氢元素，可能含有氧元素。

【实验验证】

方案一：小明将蔗糖在氧气中燃烧，检验生成物中有水和二氧化碳，得出结论"蔗糖是由碳、氢、氧三种元素组成的"。

小刚认为该方案不合理，只能说明蔗糖中一定含有碳、氢元素，不能确定是否含有氧元素，理由是 　             　。

方案二：小刚用如图所示装置进行实验，实验开始先通入一会儿氮气，然后关闭弹簧夹，点燃酒精灯给蔗糖加强热。

（1）观察到 　　出现，说明蔗糖中含有氢元素和氧元素。

（2）观察到硬质玻璃管中残留有黑色固体，他猜测该黑色固体是单质碳，并继续利用如图所示装置，另选试剂进行了验证单质碳的实验。实验过程和现象如表：

实验过程	实验现象
，点燃酒精	①硬纸玻璃管中的黑色固体剧烈燃烧，发出白光； ②

写出上述实验过程中一个反应的化学方程式： 　         　。

【实验结论】蔗糖是由碳、氢、氧三种元素组成的。

【拓展交流】

（1）方案二中，先通入一会儿氮气的原因是 　　。

（2）查阅资料得知蔗糖的化学式为C ₁₂H ₂₂O ₁₁，小红发现：蔗糖分子中氢原子数目是氧原子数目的倍，但是，蔗糖中氧元素质量却是氢元素质量的8倍。导致出现这种情况的原因是 　　。

在高温下，铁与水蒸气能发生反应生成一种常见的铁的氧化物和一种气体．某兴趣小组请你参与研究：铁与水蒸气反应一段时间后剩余固体物质的成分、性质及再利用．

（1）【推断】观察到D中黑色固体变红，则B中生成的气体是 　　．

（2）探究B装置中剩余固体成分是什么？

【查阅资料】

1．碎瓦片能防爆沸，碱石灰是氧化钙和氢氧化钠的混合物

2．铁的氧化物中，只有Fe ₂O ₃是红棕色，其余均为黑色，只有Fe ₃O ₄能被磁铁吸引．

【初步探究】B装置中剩余固体为黑色，能全部被磁铁吸引

【猜想与假设】

猜想一：剩余固体是Fe ₃O ₄

猜想二：剩余固体是 　　

【实验探究】

实验操作	实验现象及结论

【实验结论】铁与水蒸气反应的化学方程式为 　　

（3）【成分再利用】若将B装置中剩余的黑色固体ag，经过一系列转化，全部变为红棕色固体Fe ₂O ₃（假设转化过程中铁元素无损耗），增加的质量为x，则x的取值范围为 　　．

航天科技飞速发展，密闭的飞船舱中是如何获得氧气并净化舱里的空气呢？为探究其反应原理，某化学兴趣小组的同学，在老师的指导下．进行了如下实验探究．

【查阅资料】常温下，过氧化钠（Na ₂O ₂）固体与水反应，生成氢氧化钠和氢气，过氧化钠固体与二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气．

【实验目的】探究二氧化碳与过氧化钠反应成氧气，并收集干燥纯净的氧气

【实验步骤】该小组同学根据实验目的，作出了如下实验设计，请你参与并回答下列问题：

（1）写出标号仪器的名称：a； 　　，b． 　　．

（2）实验室常用装置B来制取二氧化碳，反应的化学方程式为： 　　，现要得到纯净干燥的CO ₂与Na ₂O ₂反应，选择装置的组合顺序是B→ 　　E→F （填装置编号），你选择该装置的目的是： 　　．

（3）若要收集到纯净干燥的氧气，还需将上述所得氧气先通装置C、E，最后用装置G来收集，其中装置C中反应的化学方程式为 　　．装置E 的作用是： 　　，证明气G中氧气你收满的方法是： 　　．

【反思与评价】

（4）反应后装置F中的过氧化钠固体是否完全反应？

取少量该固体与试管中，加入水后观察到有 　　产生，说明过氧化钠没有完全反应．

（5）某同学还想到实验室用装置A也能制得氧气，反应的化学方程式为： 　　，但小组同学讨论后一致认为，飞船舱内不能用此法提供氧气请说明理由： 　　（合理即可）．