专题六 科学探究.docx
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专题六科学探究
专题六 科学探究
必胜题·测易
类型一 物质变质的探究
1.某实验小组在探究碱的化学性质实验时,用到了氢氧化钠溶液和氢氧化钙溶液。
（1）甲同学不小心将这两种溶液混合在一起,结果产生 的现象,说明氢氧化钠溶液变质了。
写出变质时发生反应的化学方程式 。
（2）同学们对变质的氢氧化钠溶液中溶质的成分产生了兴趣,进行如下探究:
【提出问题】氢氧化钠溶液中溶质的成分是什么?
【作出猜想】猜想一:
Na2CO3;
猜想二:
（写化学式）。
【进行讨论】甲同学取少量待测液加入足量的稀盐酸,有气泡产生,认为猜想一成立。
乙同学不同意甲同学的观点,理由是 。
【设计实验】请你验证猜想二成立,并完成实验报告。
实验操作
实验现象
实验结论
①取一定量的待测液于试管中,加入 溶液
猜想二成立
②充分反应后静置,取上层清液加入无色酚酞溶液
【反思评价】在实验室中,氢氧化钠应密封保存。
2.碱石灰是实验室常用的干燥剂,新制的碱石灰是CaO和NaOH的混合物。
[提出问题]敞口放置一段时间的碱石灰样品中的成分是什么?
[问题猜想]碱石灰样品中可能含有CaO、NaOH、Na2CO3、CaCO3和 等五种物质。
[查阅资料]BaCl2溶液呈中性。
[实验探究]实验小组进行了以下实验探究:
实验步骤
过程或现象
结论
Ⅰ.取少量样品于试管中,加入适量水
试管壁发热
样品中CaO、NaOH至少含一种
Ⅱ.向上述试管中继续加入足量的水,振荡、静置并过滤
得到溶液A和固体B
样品中一定含有CaCO3
Ⅲ.向溶液A中加入过量的BaCl2溶液,振荡、静置并过滤
得到溶液C和固体D
A溶液中含有C
Ⅳ.向溶液C中滴加无色酚酞溶液
溶液变红
C溶液显碱性
[思考分析]
（1）有同学认为步骤Ⅱ的结论不准确,原因是 。
（2）判断溶液A中加入过量的BaCl2溶液的方法是 。
（3）写出步骤Ⅲ中相关的化学反应方程式 。
（4）溶液C中所含阳离子的符号 。
[实验结论]通过以上实验探究,该碱石灰样品中能确定肯定含有的成分是 。
类型二 未知物质的探究
3.实验室有一瓶标签受到腐蚀（如图所示）的无色溶液,老师让各实验小组开展探究。
【提出问题】这瓶无色溶液究竟是什么物质的溶液?
【猜想与假设】经了解得知,这瓶无色溶液原来是放在存放盐溶液的药品柜里。
由此猜测:
可能是碳酸钠、氯化钠、硫酸钠、硝酸钠中某一种的溶液。
【理论分析】为了确定该溶液,他们首先进行了分析:
（1）甲同学根据标签上的组成元素认为一定不可能是 溶液。
（2）乙同学提出,也不可能是硫酸钠的溶液,他的依据是 。
【设计实验】为了确定该溶液究竟是剩余两种盐的哪一种的溶液,他们使用了两种不同类别的试剂,请你简要写出实验操作和可能出现的实验现象。
（注:
硝酸钠、硫酸钠的溶液显中性）
实验操作
实验现象和结论
【实验结论】
（3）在以上两个实验中均观察到了明显的现象,则反应中有关的化学方程式为 。
（写一个即可）
4.甜叶菊苷具有高甜度、低热能的特点,是一种新型甜味剂。
实验小组欲探究甜叶菊苷的元素组成,进行如下实验:
[提出猜想]甜叶菊苷由什么元素组成?
[进行实验]小晴取适量的甜叶菊苷按下图进行操作,并分别将干冷的烧杯和蘸有澄清石灰水的烧杯倒置于火焰上方。
[讨论交流]其他同学认为小晴的实验设计不严谨,原因是 。
经改进实验后,检验到甜叶菊苷在氧气中充分燃烧的产物只有二氧化碳和水,由此确定甜叶菊苷中一定含有碳、氢元素。
[继续探究]为了进一步确定其元素组成。
利用下图进行实验。
（已知:
装置C中的氧化铜能确保甜叶菊苷中的碳元素完全转化为二氧化碳）
（1）实验前要通一会儿氮气,目的是 。
（2）A装置中发生反应的化学方程式为 。
[数据记录]4.02g甜叶菊苷在C装置中充分燃烧后,D装置增重2.7g,E装置增重8.36g。
（产物被完全吸收）
[分析与结论]数据分析:
4.02g甜叶菊苷中氧元素的质量为 g,由此可以确定甜叶菊苷是由碳、氢、氧元素组成的。
[反思评价]若没有F装置,对氧元素质量测定结果的影响是 （填“偏大”“偏小”或“无影响”）。
类型三 反应后物质成分的探究
5.同学们在学习中和反应时,观察到氢氧化钠溶液和稀盐酸反应无明显现象,为了解该反应中各种离子的变化情况和反应后溶液中的溶质,进行了如下探究。
实验一:
（1）实验进行至酸和碱恰好完全反应时,观察到的实验现象是 。
（2）提示:
不考虑酚酞溶液对下列实验的影响。
Na+检验:
在高年级同学的帮助下,他们取③中的溶液,进行有关实验,得知Na+在反应前后不变。
Cl-检验:
（写出实验步骤、现象）,得知Cl-在反应前后不变。
【分析】由以上实验可以得出的结论是 ,该反应的化学方程式为 。
【反思】中和反应都没有现象吗?
请写出一组反应物表达你的观点:
。
实验二:
对实验一反应后溶液中的溶质进行探究。
【提出猜想】
猜想一:
只有NaCl;
猜想二:
有NaCl和NaOH;
猜想三:
有NaCl和HCl。
你认为猜想 不合理,其理由是 。
【设计实验】
实验操作
实验现象
实验结论
取反应后的溶液于试管中,加入
猜想三成立
【拓展应用】我国土壤的酸碱性有“南酸北碱”之说法,你认为需向酸性土壤中加入 进行改良。
6.某化学兴趣小组的同学在探究Mg、Cu、Fe三种金属的有关性质时进行了如下实验:
（1）实验一:
发生反应的化学方程式 ,该实验可得出三种金属的活动性由强到弱的顺序为 。
（2）实验二:
将实验一后①②试管内的物质倒入烧杯中,发现烧杯内的红色固体明显增多,一段时间后过滤。
滤渣中一定含有的物质是 ,可能含有的物质是 ,为了进一步确定可能有的物质是否存在,同学们设计了如下方案:
实验步骤
实验现象
结论
取少量滤渣于试管中,向其中滴加
没有气泡产生
滤液中含有的金属离子可能是 。
①Mg2+ ②Mg2+、Fe2+ ③Mg2+、Fe3+ ④Cu2+、Fe2+⑤Mg2+、Fe2+、Cu2+
7.某化学活动小组在一次实验中进行了如图所示实验,先向A中注入一定量氯化铁溶液,再注入一定量硫酸钠溶液,此过程中观察到的现象是 。
小组同学对无色溶液B产生了浓厚的兴趣,进行了进一步的探究活动。
【提出问题】B中含的离子有什么?
【实验探究】（资料:
氢氧化镁是不溶于水的白色沉淀）
【评价交流】甲同学结论 （填“正确”或“错误”）;乙同学的探究过程不正确,理由是 。
【实验结论】结合上述实验最终确定B中含有 （填离子符号）,不含 （填离子符号）。
【归纳总结】由甲、乙、丙同学的实验对比得出,确定溶液中可能存在的不同离子是否存在的方法是:
可根据待测离子与所加试剂反应 ,确定出存在的离子,同时推测出 。
类型四 创新性实验探究
8.为比较相同浓度的FeCl3溶液和CuSO4溶液对H2O2分解的催化效果,某研究小组进行了如下探究:
（1）请写出H2O2分解的化学方程式 。
【定性研究】
（2）如图甲,可通过观察 来定性比较两者的催化效果。
【定量研究】
（3）如图乙,实验前检查该装置气密性的方法是 。
要定量比较两者的催化效果,可测量生成等体积气体所需的 。
【深入研究】
（4）在FeCl3溶液中,究竟是哪种粒子起催化作用呢?
猜想1:
铁离子（Fe3+）起催化作用;
猜想2:
起催化作用;
猜想3:
起催化作用;
……
请设计实验,验证猜想1。
实验操作
实验现象及结论
9.某课外活动中,学生利用下图所示的材料完成探究实验,杠杆已调至平衡。
（1）实验1中,较长时间后,左边铁粉布包下降,是因为铁粉与 发生了反应。
将铁粉换成下列物质中的 （填序号）,杠杆也会出现相似现象。
A.NaCl B.NaOH C.CaO
（2）实验2中,通入CO2一段时间,右边乒乓球 （填“上升”或“下降”）。
再往集气瓶中滴入足量NaOH溶液,杠杆重新平衡,原因是 。
答案精解精析
必胜题·测易
1.答案
（1）白色沉淀（或白色浑浊）
2NaOH+CO2
Na2CO3+H2O
（2）【作出猜想】Na2CO3和NaOH 【进行讨论】猜想二中也含有碳酸钠,加入足量的盐酸也能产生气泡
【设计实验】过量的氯化钙（或足量的氯化钙;过量或足量的氯化钡,过量或足量的硝酸钙等可溶性钙盐或钡盐） 产生白色沉淀（或产生白色浑浊） 溶液变红
2.答案 [问题猜想]Ca（OH）2
[思考分析]
（1）也可能是氢氧化钙和碳酸钠反应生成的碳酸钙
（2）取少量溶液C,再滴加少量碳酸钠溶液,有白色沉淀出现,证明BaCl2溶液已过量
（3）BaCl2+Na2CO3
BaCO3↓+2NaCl
（4）Na+、Ba2+
[实验结论]Na2CO3
解析 [问题猜想]氧化钙变质后会生成Ca（OH）2、CaCO3,NaOH变质后会生成Na2CO3,因此碱石灰样品中还可能含有Ca（OH）2。
[思考分析]
（1）向样品中加入足量水过滤后,得到固体B,虽然猜想的物质中只有CaCO3不溶,但CaCO3不一定是原物中存在的,也有可能是氢氧化钙和碳酸钠反应生成的。
（2）取少量溶液C,再滴加少量碳酸钠溶液,有白色沉淀出现,证明BaCl2溶液已过量。
（4）根据步骤Ⅲ发生反应的化学方程式分析,反应后所得溶液中含有NaCl和过量的BaCl2,所以溶液C中所含的阳离子是Na+、Ba2+。
[实验结论]综合分析该实验只能确定原样品中一定含有Na2CO3。
3.答案 【理论分析】
（1）氯化钠（或NaCl）
（2）硫酸钠的化学式中氧原子的个数为4,而标签中氧原子个数为3
【设计实验】
实验操作
实验现象和结论
实验一:
取少量无色溶液于试管中,向其中滴加稀盐酸
若有气泡产生,此溶液为碳酸钠溶液;
若无明显现象,此溶液为硝酸钠溶液
实验二:
取少量无色溶液于试管中,向其中滴加2滴酚酞溶液
若溶液变红,此溶液为碳酸钠溶液;
若无明显现象,此溶液为硝酸钠溶液
实验三:
取少量无色溶液于试管中,向其中滴加2滴紫色石蕊溶液
若石蕊溶液变蓝,此溶液为碳酸钠溶液;
若无明显现象,此溶液为硝酸钠溶液
实验四:
取少量无色溶液于试管中,向其中滴加氯化钙溶液（或氯化钡溶液）
若有白色沉淀生成,此溶液为碳酸钠溶液;
若无明显现象,此溶液为硝酸钠溶液
实验五:
取少量无色溶液于试管中,向其中滴加澄清石灰水（或氢氧化钡溶液）
若有白色沉淀生成,此溶液为碳酸钠溶液;
若无明显现象,此溶液为硝酸钠溶液
（任写其中两种,答案合理即可）
【实验结论】
（3）Na2CO3+2HCl
2NaCl+CO2↑+H2O（合理即可）
解析 【理论分析】
（1）根据缺失标签的化学式,该物质中含有钠元素和氧元素,所以可以确定该物质一定不是氯化钠（或NaCl）,因为氯化钠中不含氧元素;
（2）进一步分析该化学式中氧原子的个数为“3”,而硫酸钠的化学式中氧原子的个数为4,所以也不可能是硫酸钠。
【设计实验】排除氯化钠和硫酸钠后,该溶液可能是碳酸钠或硝酸钠溶液,欲证明是哪种溶液,即要将碳酸钠和硝酸钠区分开。
根据碳酸钠和硝酸钠的不同性质进行区分即可。
【实验结论】根据实验设计的物质写出相应的化学方程式。
4.答案 [讨论交流]酒精燃烧也生成水和二氧化碳
[继续探究]
（1）排尽装置中的空气
（2）2H2O2
2H2O+O2↑
[分析与结论]1.44
[反思评价]偏小
解析 [讨论交流]干冷的烧杯和蘸有澄清石灰水的烧杯的作用是证明燃烧后有水和二氧化碳生成,从而证明甜叶菊苷中含有氢元素和碳元素,而酒精燃烧也会生成水和二氧化碳,所以小晴的实验设计不严谨。
[继续探究]
（1）实验前通入氮气的目的是排尽装置中的空气,以免空气成分对实验产生影响。
[分析与结论]D装置增重2.7g,说明甜叶菊苷燃烧产生2.7g水,根据化学式的计算,可得氢元素质量为0.3g;E装置增重8.36g,说明甜叶菊苷燃烧产生8.36g二氧化碳,根据化学式的计算,可得碳元素质量为2.28g。
所以甜叶菊苷中含氧元素的质量为4.02g-0.3g-2.28g=1.44g。
[反思评价]若没有F装置,空气中的物质会进入E装置,则所测二氧化碳质量会增大,碳元素质量增大,甜叶菊苷总量是一定的,所以会导致所测氧元素的质量偏小。
5.
（1）溶液由红色恰好变为无色
（2）取反应后溶液少许于一支洁净的试管中,滴加少量硝酸银溶液和稀硝酸,有白色沉淀出现
【分析】在该反应中,Na+和Cl-没有发生变化;而H+、OH-减少 NaOH+HCl
NaCl+H2O
【反思】Cu（OH）2和H2SO4[或Ba（OH）2和H2SO4,合理即可]
【提出猜想】二 最终溶液呈无色,说明溶液中一定不含氢氧化钠
【设计实验】Na2CO3溶液 有气泡冒出
【拓展应用】氢氧化钙
解析
（1）碱中滴加酚酞溶液,溶液变成红色,滴加稀盐酸时,酸和碱发生反应,当恰好完全反应时,溶液呈中性,所以实验现象为溶液由红色恰好变为无色。
（2）检验氯离子最常用的试剂是硝酸银溶液和稀硝酸,实验方法为:
取反应后溶液少许于一支洁净的试管中,滴加少量硝酸银溶液和稀硝酸,有白色沉淀出现。
【分析】根据上述实验,Na+和Cl-反应前后没有发生变化;而酚酞溶液颜色变化可确定OH-和H+发生变化,溶液中两种离子减少。
所以在该反应中,Na+和Cl-没有发生变化;而H+、OH-减少,反应的化学方程式为:
NaOH+HCl
NaCl+H2O。
【反思】不溶性碱与酸反应都有明显的实验现象。
如:
氢氧化铜、氢氧化铁和稀盐酸或稀硫酸反应。
另一类如氯氧化钡和硫酸反应也有明显现象:
有白色沉淀出现。
【提出猜想】溶液已由红色变为无色,所以溶液一定不呈碱性,溶液中一定不含氢氧化钠,猜想二不正确。
【设计实验】氯化钠是生成物,无须证明,所以证明猜想一或猜想三正确,只需要证明盐酸是否存在,可选用的试剂是紫色石蕊溶液、较活泼金属、金属氧化物、不溶性碱、碳酸盐等。
【拓展应用】改良酸性土壤常用氢氧化钙。
6.答案
（1）Fe+CuSO4
Cu+FeSO4 Mg、Fe、Cu
（2）Cu Fe 稀盐酸 滤渣中没有Fe ②⑤
解析
（1）铁粉与MgSO4溶液不反应说明铁不如镁活泼,铁粉能与CuSO4溶液反应说明铁比铜活泼,所以三种金属的活动性由强到弱的顺序为Mg、Fe、Cu。
铁与硫酸铜溶液反应的化学方程式为:
Fe+CuSO4
FeSO4+Cu。
（2）将两个反应的废液倒入同一烧杯内,不与MgSO4溶液反应的铁粉会继续与CuSO4溶液反应,因此置换出来的铜会增多,但在反应过程中根据铁是否足量有三种可能性:
铁可能与CuSO4恰好完全反应、也可能铁粉不足、也可能铁粉过量,所以烧杯内的溶液中肯定含有的溶质是硫酸镁、硫酸亚铁,可能含有硫酸铜。
过滤后的滤渣可能只有铜,也可能是铜和铁的混合物;通过实验证明滤渣中没有铁,说明不可能是铁粉过量,由此可以推断滤液中的溶质除硫酸镁和硫酸亚铁外,还可能有硫酸铜,故滤液中含有的金属离子可能是②⑤。
7.答案 先产生红褐色沉淀,再产生白色沉淀
[评价交流]错误
只含钡离子也会出现相同的现象
[实验结论]Na+、Cl-、Ba2+、OH- S
、Fe3+
[归纳总结]产生不同的明显现象 与存在的离子能反应的离子不存在
解析 氯化铁溶液与氢氧化钡溶液反应生成氢氧化铁沉淀和氯化钡,再注入一定量硫酸钠溶液,氯化钡溶液与硫酸钠溶液反应生成硫酸钡沉淀和氯化钠,所以实验现象是先产生红褐色沉淀,再产生白色沉淀。
[评价交流]甲同学滴加硝酸钡溶液,无明显变化,说明无色溶液B中不含硫酸根离子,但也不能确定含钡离子,所以甲的说法错误。
硫酸镁能与含钡离子、氢氧根离子的溶液反应生成硫酸钡、氢氧化镁沉淀,滴加硫酸镁溶液,产生白色沉淀,不能确定溶液中是含有钡离子还是含氢氧根离子,所以乙同学的探究过程不正确,理由是只含钡离子也会出现相同的现象。
[实验结论]由丙同学的实验,滴加稀硫酸,产生白色沉淀,说明溶液中含有钡离子;滴加紫色石蕊溶液,溶液变蓝,说明存在氢氧根离子。
氯化钡与硫酸钠溶液反应生成硫酸钡沉淀和氯化钠,则B溶液中一定存在钠离子和氯离子,所以溶液B中一定含有Na+、Cl-、Ba2+、OH-。
由于钡离子与硫酸根离子不能共存,则一定不含硫酸根离子;溶液B呈无色,说明溶液中不含铁离子。
8.答案
（1）2H2O2
2H2O+O2↑
（2）产生气泡的速率（或产生气体的快慢等）
（3）将注射器活塞向外拉,再松开手后活塞又回到原来的位置,则装置气密性良好（合理即可） 时间
（4）氯离子（Cl-） 水分子（H2O）
实验操作
实验现象及结论
分别取同温度、同体积、同浓度的H2O2溶液于2支试管中,再分别加入等质量的FeCl3和NaCl,振荡,观察现象
加入FeCl3的试管中产生气泡快,加入NaCl的试管中产生气泡慢,则猜想1正确
9.答案
（1）水和氧气（或H2O和O2） BC
（2）下降 二氧化碳与氢氧化钠溶液反应,集气瓶内二氧化碳气体减少,使得左侧乒乓球下降,杠杆重新平衡
解析
（1）铁与空气中的氧气和水蒸气反应生成铁锈,铁粉布包质量增加,而右侧石灰石在空气中不发生变化,所以杠杆左侧下降。
NaOH易吸收空气中的水分且与空气中的CO2发生反应生成Na2CO3,CaO与H2O反应生成氢氧化钙,二者质量都会变大,所以若用NaOH、CaO替换铁粉,也会使杠杆左侧下降;氯化钠在空气中不发生反应,所以杠杆平衡不发生变化。
（2）由于CO2密度大于空气密度,左侧乒乓球受到的浮力增大,使乒乓球上升,右侧乒乓球下降,杠杆失去平衡;再往集气瓶中滴入足量NaOH溶液时,二氧化碳与氢氧化钠溶液反应,集气瓶内二氧化碳减少,使得左侧乒乓球下降,杠杆重新平衡。
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