初中化学实验探究物质的组成成分以及含量探究题

测定空气中氧气的含量，小华同学打算设计如下方案：选用实际容积为40mL的试管作为反应容器，将过量的白磷放入试管，用橡皮塞塞紧试管，通过导管与实际容积为60mL且润滑性很好的针筒注射器组成如下图的实验装置．假设此实验能够按照小华的设想正常进行，且白磷所占体积与导管内的气体体积忽略不计，请回答下列问题：

（1）实验前，如何检查装置的气密性：                  ；
（2）若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，等到试管冷却后再松开弹簧夹．可观察到的现象为：                 ；
（3）若不使用弹簧夹，用酒精灯加热白磷，充分反应直至燃烧结束，试管冷却．可观察到的现象为      ；
（4）若按小华的设想进行实验，实际可能遇到诸多问题而发生危险，造成实验失败．例如：           ．

定量研究对于化学科学发展有重大作用，因此我们应该掌握好有关质量守恒定律的相关知识。
（1）下图A、B、C三个实验用于验证质量守恒定律，其中不能达到实验目的的是          （选填序号），理由是                。

（2）自然界中绿色植物光合作用可用下式表示：CO2 + H2O淀粉 + O2
① 分析化学反应前后元素种类可知：淀粉中一定含有的元素是_      ___（填元素符号），可能含有的元素是__  _     _（填名称）。
在一个密闭容器内有A、B、C、D四种物质，在一定条件下充分反应，测得反应前后各物质的质量如下表：

物质	A	B	C	D
反应前质量/g	2	24．5	4	8
反应后质量/g	16．9	0	13．6	X

表中X=________，在反应中D这种物质可能起_   __   _ 作用。容器内发生反应的基本类型是________。
（3）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文字表达式_   __   _。
②小明发现燃烧后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。小红对此提出了异议，小红的理由是_   __   _。
（4）右图是一个具有刻度和可滑动的活塞的玻璃容器，其中有空气和足量的白磷，将它放在盛有沸水的烧杯上方，进行实验。请回答下列问题：

①玻璃容器中发生反应的文字表达式为：              。

实验目的	实验现象	实验结论
测定空气中          的体积分数	白磷着火燃烧，活塞先右移，后左移，最后停在刻度约为          （填整数）的位置上。	空气的成分按体积计算，该气体约占空气体积的21%

②填写表格中的空白：

、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]

以下是某研究小组探究影响化学反应快慢的一些因素的相关数据（常温通常指20℃；“浓度”指溶质的质量分数）

实验序号	过氧化氢溶液浓度/%	过氧化氢溶液质量/g	温度/℃	二氧化锰用量/g	氧气体积/ml	反应所需时间/s
①	5	12	20	0.2	125	11
②	30	12	20	0.2	125	2
③	30	12	40	/	125	148
④	30	12	90	/	125	82

（1）通过实验①和②对比可知，化学反应快慢与            有关，其关系是                     。
（2）通过对比实验           和           可知，化学反应快慢与温度的关系是                          。
（3）除了上述的两个因素能影响化学反应快慢，你认为另一个影响因素是什么，其关系是怎样的？                               。
（4）由上述实验可知，实验室用过氧化氢制取氧气的最合适的条件是                        。

我国制碱工业先驱侯德榜发明了“侯氏制碱法”，为纯碱和氮肥工业技术的发展作出了杰出的贡献。纯碱的用途非常广泛，某化学兴趣小组的同学对它产生了浓厚的兴趣，设计了如图两个实验，并对反应后试管中残留废液进行探究。

【实验1】往一支盛有碳酸钠溶液的试管中滴加无色酚酞溶液，观察到溶液变成 　 　色。

【实验2】往另一支盛有碳酸钠溶液的试管中滴加稀盐酸，观察到的现象是 　     　。同学们对实验2反应后的废液中溶质成分进行探究。

【提出问题】废液中所含溶质是什么？

【作出猜想】猜想一：废液中的溶质可能是NaCl、HCl

猜想二：废液中的溶质可能是NaCl、Na₂CO₃

猜想三：废液中的溶质可能是 　　

【设计实验】同学们为验证猜想，设计了如下实验：

方案一：

实验操作与现象	反应方程式	实验结论
小芳取少量废液于试管中，滴加澄清石灰水，有白色沉淀产生		猜想二正确

方案二：小明取少量废液于试管中，滴加几滴无色酚酞溶液，发现溶液不变红色，小明认为猜想一正确。

【进行讨论】同学们一致认为小明的实验结论不正确，理由是 　              　。

【进行总结】分析反应后溶液中溶质成分，除要考虑生成物外，还需考虑 　     　。

【拓展与应用】现有14.9克纯碱样品（含Na₂CO₃和NaCl的混合物），将其放入干净的烧杯中，加入89.5克水使其完全溶解，向所得溶液中缓慢加入一定溶质质量分数的稀盐酸（反应方程式为：Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+CO₂↑+H₂O）。产生气体的质量与加入稀盐酸的质量关系如图所示，试回答下列问题：

（1）产生CO₂的质量为 　 　克。

（2）所用稀盐酸中溶质的质量分数是多少？　 　（写出具体的解题过程，下同）

（3）滴入稀盐酸至恰好完全反应时，所得溶液中溶质的质量分数是多少？

催化剂在科研、医药生产和电子工业等前沿领域有着广泛应用。
（1）为探究二氧化锰对氯酸钾分解的催化作用。在相同条件下，同学们按下表进行实验并记录相关数据。（其他影响实验的因素均相同）

编号	KClO3质量/g	其他物质质量/g	待测数据
实验1	2.0
实验2	a	MnO2  0.5

① 表中a的数值应是                       。
② 表中的待测数据指                （填字母序号）。
A．氧气的质量        B．反应后固体的质量
C．氧气的体积        D．单位时间内产生氧气的体积
③ 设计“实验1”的目的是                            。
（2）同学们继续探究二氧化锰是否参与了氯酸钾的分解反应。
氯酸钾和二氧化锰混合加热的化学方程式为：2KClO₃2KCl + 3O₂↑。
已知氯酸钾与二氧化锰混合加热时连续发生如下反应，试分析后按要求填空。
（I）2KClO₃ + 2MnO₂2KMnO₄ + Cl₂↑+ O₂↑；
（II）                                （用化学方程式表示）；
（III）K₂MnO₄ + Cl₂2KCl + MnO₂ + O₂↑。
通过以上分析，同学们得出结论：二氧化锰参与了氯酸钾的分解反应。

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：

	实验操作	实验现象	实验结论或总结
结论	总结
实验一	取5mL5%的过氧化氢溶液于试管中，伸入带火星的木条	有气泡产生，木条不复燃	过氧化氢分解产生氧气，但是速度慢	二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂
实验二		有气泡产生，木条复燃	二氧化锰能加快过氧化氢的分解产生氧气。反应的文字表达式为：

（1）请你帮小丽同学填写上表中未填完的空格。
（2）在小丽的探究实验中，“实验一”和“实验二”起的作用是              。
（3）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。
第一方面的实验操作中包含了两次称量二氧化锰的质量，其目的是：                       。
第二方面的实验探究：二氧化锰在化学反应前后的                     。

实验室利用下图实验装置进行实验，回答下列问题：


①上图中仪器a的名称为 （1）  。
②实验室用装置A制取氧气的化学方程式是   （2）    ，在上图右侧框内画出排气法收集氧气的装置示意图   （3）     。
③实验室用过氧化氢溶液和二氧化锰制氧气时选用B装置为反应装置。实验中，同学们发现不能得到平稳的氧气流。大家提出从两个方面加以改进：
一是把发生装置由B改为 （4）  （填字母编号），其理由是     （5）      。
二是将过氧化氢溶液加水稀释。若把50g 质量分数为20%的过氧化氢溶液稀释成5%的过氧化氢溶液，需加水的质量为 （6）  g。
④某同学为测定过氧化氢溶液中溶质质量分数，向过氧化氢溶液中加入二氧化锰制取氧气，相关数据如下：

反应前物质的质量／g	充分反应后物质的质量／g
过氧化氢溶液	二氧化锰	固体与液体混合物质量
68.0	0.1	66.5

请计算：
I．该同学制得氧气的物质的量为 （7）  mol；
II．该同学所用过氧化氢溶液的溶质质量分数。（根据化学方程式列式计算） （8）

某化学兴趣小组以A装置为核心装置设计了如图系列实验：（固定装置的仪器已省略）

按如图所示连接仪器，检查整套装置的气密性良好，添加药品，固定装置，进行实验。

（1）关闭K₂，打开K₁，将H₂O₂溶液缓缓滴入锥形瓶中，待D装置中出现连续均匀气泡时点燃C装置中的酒精灯，观察到V型管内a处的硫燃烧，现象是 　                　，试写出在D装置中反应的化学方程式 　              　，待V型管内的硫燃尽后仍要继续通一段时间的氧气，目的是 　                         　。

（2）打开K₂，关闭K₁，继续将H₂O₂溶液缓慢滴入锥形瓶，观察到装置E中

　              　（填现象），说明氢氧化钠和稀盐酸一定发生了反应。

（3）兴趣小组有同学提出疑问：E装置内反应后的废液中除酚酞以外还有哪些溶质呢？请你一起参与探究。

【作出猜想】

猜想一：NaCl

猜想二：NaCl和NaOH

猜想三：　          　。

【分析】以上有一种猜想一定错误，请写出错误猜想的序号及错误理由 　                                            　。

【资料】NaCl的水溶液呈中性。

【设计并进行实验】排除了错误猜想后，为了验证其余猜想，同学们进行了如下实验：

实验操作	实验现象	实验结论
取少量E装置中的废液于试管中，并向其中加入①　           　。	②	猜想三正确

【交流反思】该废液未经处理不能随意倒入水池。

在我市贡井区、大安区交界处有个地名叫“石灰窑”，生产生石灰有悠久的历史。某校化学实验室一瓶装满生石灰的塑料试剂瓶已经膨胀破裂（如图），该校化学兴趣小组的同学在化学老师的指导下，对该生石灰取样开展了以下探究活动：

【提出问题】

生石灰样品的成分是什么？

【猜想假设】

生石灰样品的成分可能是CaO、Ca（OH）₂和CaCO₃中的一种或几种。

【设计实验】

兴趣小组设计出如下实验进行探究。

	实验操作	实验现象	实验结论
（1）	取样品于烧杯中，加水溶解，用手触摸烧杯外壁。	烧杯壁发热。	。
（2）	将（1）中液体过滤，取少量滤液于试管中，向其中滴入 　   　。	溶液变红。	有Ca（OH）2
（3）	取（2）中的少许滤渣于试管中，向其中滴加足量稀盐酸。	。	有CaCO3

【反思评价】

（4）经过讨论，发现通过（2）不能得出样品中一定含有Ca（OH）₂，理由是 　               　。

（5）通过小组合作，最后得出样品中肯定含有CaO和CaCO₃，可能含有Ca（OH）₂。请写出生成CaCO₃的化学方程式 　                         　。

【应用交流】

（6）生石灰要 　   　保存。

【拓展延伸】

（7）兴趣小组在实验室制取二氧化碳气体的发生装置中连接上压强传感器如图一，测得实验过程中试管内气体压强变化情况如图二。下列说法正确的是 　 　（填大写字母）。

A.ab段试管中液面逐渐上升

B.bc段石灰石与稀盐酸脱离接触

C.c点的对应操作是打开弹簧夹

某化学课堂围绕“酸碱中和反应”，将学生分成若干个小组展开探究。以下是教学片断，请你参加学习并填写空格。

【演示实验】将一定质量的稀盐酸加入盛有NaOH溶液的小烧杯中。

【提出问题】实验中未观察到明显现象，某同学提出疑问：反应后溶液中溶质是什么？

【猜憲与假设】针对疑问，大家纷纷提出猜想。甲组同学的猜想如下，请补上猜想二。

猜想一：只有NaCl

猜想二：　               　

猜想三：NaCl和HCl

猜想四：NaCl、NaOH和HCl

乙组同学认为有一种猜想不合理，不合理的猜想是 　   　，理由是 　        　。

【实验探究】

（1）丙组同学取烧杯中的溶液少许于试管中，滴加几滴CuCl₂溶液，　     　（填实验现象），证明溶液中一定没有NaOH。

（2）为了验证其余猜想，各学习小组利用浇杯中的溶液，并选用了老师提供的pH试纸、K₂CO₃溶液、AgNO₃溶液，进行如下三个方案的探究。

实验方案	测溶液的pH	滴加K2CO3溶液	滴加AgNO3溶液
实验操作
实验现象	试纸变色，对照比色卡，pH＜7		产生白色沉淀
实验结论	溶液中有HCl	溶液中有HCl	溶液中有HCl

【得到结论】通过探究，全班同学一致认为猜想 　   　正确。

【评价反思】老师对同学们能用多种方法进行探究，并且得出正确结论的活动过程给予肯定，同时指出（2）中存在两处明显错误。同学们经过反思发现以下两处错误：

①实验操作中的错误是 　                               　。

②实验方案中也有一个错误，错误的原因是 　                                 　。

某实验小组的同学用氢氧化钙溶液和盐酸进行酸碱中和反应的实验时，向烧杯中的氢氧化钙溶液加入稀盐酸一会后，发现忘记了滴加指示剂．因此，他们停止滴加稀盐酸，并对烧杯内溶液中的溶质成分进行探究．Ⅰ、写出该中和反应的化学方程式：                 ．
Ⅱ、探究烧杯内溶液中溶质的成分．
【提出问题】该烧杯内溶液中的溶质是什么？
【猜想】猜想一：可能是CaCl₂和Ca（OH）₂； 猜想二：可能只有CaCl₂；猜想三：              ．
【查阅资料】氯化钙溶液呈中性．
【进行实验】实验步骤：取少量烧杯内溶液于试管中，滴入几滴酚酞溶液，振荡
实验现象：               结论：猜想一不正确
实验步骤：实验步骤取少量烧杯内溶液于另一支 试管中，逐滴加入碳酸钠溶液至过量
实验现象：               结论：猜想二不正确，猜想三正确．

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           ℃。

南南同学看到“好想你”红枣袋中装有一袋防腐剂，品名为“504双吸剂”，其标签如下图所示。南南和北北对这包久置的“504双吸剂”固体样品很好奇，设计如下实验进行探究。

【提出问题】久置固体的成分是什么？
【查阅资料】铁与氯化铁溶液在常温下发生反应生成氯化亚铁。
【作出猜想】久置固体中可能含有Fe、Fe₂O₃、CaO、Ca（OH）₂和CaCO₃。
【实验探究】南南同学的方案：

实验操作	实验现象	实验结论
取少量固体放于试管中，滴加足量的          。	固体逐渐消失，有无色气体产生，得到浅绿色溶液。	固体中一定含有    ， 一定不含Fe2O3。

北北同学认为南南同学的实验并不能得出一定不含Fe₂O₃的结论，理由是            ，并设计如下实验方案继续验证。

（1）步骤①样品用磁铁吸引前需经过研碎，其中研碎的目的是                。
（2）步骤②中固体溶解时放出大量热，由此可以判断固体中一定含有              。写出该过程中的化学方程式                            。
（3）步骤③中反应的化学方程式是                       。
北北同学对滤渣B又进行探究。

实验操作	实验现象	实验结论
① 取滤渣B于试管中，加入适量 ② 生成的气体通入	① ②该溶液变浑浊。	固体中一定含有CaCO3 和Fe2O3。

【实验结论】综合上述实验及所给数据，该久置固体中一定含有的物质是Fe、Fe₂O₃、CaO、CaCO₃。