初中化学纯碱的制取探究题

某初级中学学生为了探究化学实验室的一种黑色粉末和一瓶标签破损的无色溶液可能是什么物质，大胆猜想并设计实验进行验证．
【发现问题】当把黑色粉末与无色溶液混合时即产生气泡．
【查阅资料】初中化学实验室常见的黑色粉末：氧化铜、二氧化锰、四氧化三铁、铁粉、炭粉．
【提出假设】黑色粉末是               ，无色溶液是               ．
【设计实验】向盛有少许黑色粉末的试管中加入适量的无色溶液，用            法收集一试管气体；检验该气体                    ．
【实验结论】此气体是                       ，原假设成立．

某化学兴趣小组在学习氧气的制法后进行一系列探究活动。
探究1．
利用如图实验装置制取氧气。

(1)写出用A装置制取氧气的化学方程式________。
探究2．
(2)小组对过氧化氢分解时影响反应速率的部分因素作出探究，并测得相关实验数据。如表：

从实验③和④对比可知，化学反应速率与________有关。通过实验________与实验________（填实验序号）对比可知，化学反应速率与反应物的浓度有关。若用一定量15%的过氧化氢溶液制氧气，为了减小反应速率，加适量水稀释，产生氧气的总质量________。（选填“减小”或“不变”或“增大”）。
探究3．
小组中小童同学取15%的H₂O₂溶液5mL于试管中，加热后，观察到溶液中产生较多气泡，他直接将带火星的木条伸入试管中，木条却没有复燃，直至溶液沸腾，也未见木条复燃。小组一起反复实验讨论并通过查找资料找到了木条不能复燃的原因。
(3)有关小童在实验中带火星的木条没有复燃，下列说法中正确的有________。

A．实验所用的过氧化氢溶液的浓度太小。

B．加热过氧化氢能分解，但反应速率较慢，试管中氧气含量较少。

C．加热过氧化氢溶液的同时，溶液中的水蒸气随氧气一起逸出，环境湿度较大，木条不能复燃。

D．小童采用排水法去收集产生的气体，再用带火星木条检验，木条能复燃。

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/^0C	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；
（2）通过对比实验             和            可知，化学反应快慢与温度的关系是             ．
（3）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               ．
（4）同种催化剂，还有哪些因素可能影响催化效果，请你再探究（探究一种因素即可）

实验室制取气体所需的装置如下图所示。

请回答以下问题。
⑴ 实验仪器a的名称是         。
⑵ 用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气的化学方程式为          。用高锰酸钾制取氧气时，所选用的发生装置为            （填字母序号）。
⑶ 用大理石和稀盐酸制取二氧化碳的化学方程式          ，收集一瓶二氧化碳，将燃着的木条放在瓶口，若观察到           ，说明瓶中已充满二氧化碳。

化学是以实验为基础的自然科学，下图所示为实验室常用的实验装置：

据此回答：
（1）实验室若用A装置制取氧气，写出反应的化学方程式。
（2）实验室通常用石灰石和稀盐酸反应制取 $C{O}_2$，所需要的装置组合是（填装置序号）；也可以用碳酸氢钠（ $NaHC{O}_3$）固体加热分解（产物为碳酸钠、二氧化碳和水）来制取，该反应的化学方程式为。
（3）F装置可用来测量生成的 $C{O}_2$气体的体积，其中在水面上放一层植物油的目的
是。
（4）实验室若检验 $C{O}_2$应选择装置，其反应的化学方程式为。

某实验小组同学对双氧水制氧气的若干问题进行探究。
（1）利用图甲中A、B仪器可以组装一套测量氧气体积的装置，该装置导管的连接顺序是  接C（填接口编号）
（2）A瓶中原有的空气对氧气体积测定     （填”有或没有”）影响？

（3）图乙装置也可以用来测量反应中生成的氧气体积。为了较准确的测量氧气体积，在读取量气管中液面读数时，应注意哪些问题？         ，          。（答两点）如管中出现左低右高，应将水准管     （填“上移”，“下移”“不动”）

化学教材 “寻找新的催化剂”研究性实验，引起了化学探究小组的兴趣。
【提出问题】（1）氧化铁能否作过氧化氢溶液分解的催化剂？
（2）氧化铁与二氧化锰催化效果哪个好？
【实验探究】

实验步骤	实验现象
①分别量取5 mL5%过氧化氢溶液放入A、B 两支试管中，向A试管中加入a g氧化铁粉末，并分别在A、B两支试管中插入带火星的木条，观察现象。	A试管中产生大量气泡，带火星木条复燃，B试管中的现象
②待A试管中没有现象发生时，重新加入过氧化氢溶液，并把带火星的木条伸入试管内，如此反复多次实验，观察现象。	试管中均产生大量气泡，带火星木条均复燃
③将实验②中的剩余物小心过滤，并将所得滤渣进行洗涤、干燥、称量，所得固体质量仍为a g。
④分别量取5 mL5%过氧化氢溶液放入C、D 两支试管中，向C试管中加入a g氧化铁粉末，向D试管中加入a g二氧化锰粉末，观察现象。

（1）A中产生的气体是             ；B试管中的现象                     。
（2）实验②、③证明：氧化铁的            和           在反应前后均没有发生变化，可以作过氧化氢分解的催化剂；
（3）写出氧化铁催化过氧化氢分解的文字表达式                        。
（4）实验设计④的目的是                         ，若实验④观察到D试管中产生气泡的速率更快，由此你可以得到的结论是                           。

小明参观某养鱼池时，好奇地发现农民向养鱼池撒一种叫做过氧化钙的淡黄色
固体，用来增加鱼池中的含氧量。小明刚学完氧气的实验室制法，于是他想可否用过氧化钙制取氧气。
【提出问题】过氧化钙可否用于制取氧气？
【查阅材料】部分内容如下：过氧化钙（CaO₂）室温下稳定，在300℃时分解生成氧气，可做增氧剂、杀菌剂等。
【猜想与验证】
小明依据上述材料，提出猜想Ⅰ：                       ，然后进行以下实验：

实验装置	实验主要过程
	检验装置气密性。 加入过氧化钙于试管中，加热，导管口有大量气泡冒出。 收集满一瓶气体。 ④ 停止加热。熄灭酒精灯前，应___________________。 ⑤ 检验气体。方法是______________________。

（2）小明联想到农民用过氧化钙增加鱼池中的含氧量，提出猜想Ⅱ。
猜想Ⅱ：过氧化钙与水反应可制取氧气

检验装置气密性。 ② 加入过氧化钙和水后，有少量细小气泡缓慢放出，在导管口几 乎收集不到气体。该装置放置到第二天，集气瓶只收集到极少量 气体，振荡试管后仍有少量细小气泡缓慢放出。

【实验结论】不能用过氧化钙与水反应制取氧气。
【分析与反思】
①虽然没有快速收集到大量氧气，但由此实验现象，小明认为农民用过氧化钙做增氧剂的主要原因是________________________。
②小明希望对此实验进行改进，使该反应加快，你能帮他提出建议吗？你的合理建议：
_________________________。
以上建议是否可行，还需进一步通过实验验证。

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。

利用下列所示仪器、药品（及其它必要物品）设计制取氧气和试验其性质的实验对比方案。

（1）对比加入试剂顺序对于制取氧气反应速率的影响

方法一：把二氧化锰加入装有过氧化氢溶液的试管中	方法二：把过氧化氢溶液缓缓加入盛有少量二氧化锰的试管中
现象：方法一中，立即产生大量的气泡，一会儿，产生气泡的速度越来越慢； 方法二中，持续并均匀地产生气泡；
结论：方法__① ____可以得到平稳的氧气流。通过对比实验可知，对于固体和液体反应制取气体时，加入试剂的顺序对反应速率有影响，若想得到平稳的气流，应该先加___②____，（填“固体”或“液体”，下同）然后再缓缓加入 _____③_____

 
（2）对比不同反应物制取氧气的反应速率

反应物药品的名称	反应的文字表达式	填选用制取和收集装置的仪器名称
方法一：过氧化氢溶液、二氧化锰	①_____________________	试管（带支管）、注射器、__②____
方法二：氯酸钾、二氧化锰	③___________________	此空不用填
结论：对比两种制取氧气的方法，方法一更简单。因为同样在二氧化锰的催化剂下，该方法制取氧气反应迅速，______ ④    _________。

 
（3）对比硫在空气里与在氧气中燃烧的现象

实验名称	操作步骤	实验现象
硫在空气里燃烧	取少量的硫粉于燃烧匙中，把燃烧匙放置在外焰上加热至硫粉燃烧起来，观察现象	①_____________________
硫在氧气中燃烧	②_____________________	硫在氧气中燃烧更剧烈，发出_____③____火焰，放热，生成有刺激性气味的气体
结论：条件（如浓度、温度）对化学反应是有影响的。硫在空气中燃烧不如在氧气中燃烧剧烈，是因为空气中_________④_________相对较少。

某化学课外活动小组在整理化学试剂时，发现一瓶标签残缺的无色液体（如图所示）。

他们对此瓶无色液体是什么产生了兴趣，于是进行了如下探究。
【猜想与假设】
猜想一：硫酸铜溶液
猜想二：稀硫酸溶液
猜想三：过氧化氢溶液
小组同学对标签又进行了仔细的观察分析，他们一致认为猜想一不合理。理由是               。
【设计方案】
同学们结合所学知识设计出如下方案：
向盛有少量二氧化锰的试管中加入适量的该液体，并将带火星的木条放在试管口。
【实验与事实】
按上述方案进行实验，发现有大量气泡产生，带火星的木条复燃。
【结论与解释】
（1）以上事实证明猜想       是正确的。
（2）产生气体的反应可以用化学方程式表示为               
【反思与评价】
（1）在实验中，某同学提出应该先将气体收集，然后用带火星的木条检验，你认为               （选填“有”或“没有”）必要。
（2）为避免在今后的实验中出现标签残缺的情况，在倾倒液体时应注意               
【拓展与迁移】
根据探究结果，重新贴好标签。标签上化学式中氧元素的化合价为         。（氢元素显+1价）

小雨同学阅读课外资料得知，双氧水分解除了二氧化锰作催化剂，还可以用氧化铜等物 质作催化剂，于是她对氧化铜产生了探究兴趣。
【提出问题】氧化铜是否也能作氯酸钾分解的催化剂？它是否比二氧化锰催化效果更好？
【设计实验】小雨以生成等体积的氧气为标准，设计了下列三组实验：（其他可能影响 实验的因素均忽略）

实验序号	KClO3质量	其他物质质量	待测数据
①	1.2g
②	1.2g	CuO 0.5g
③	1.2g	MnO2 0.5g

（1）上述实验测量的“待测数据”是                 。
（2）若实验②比实验①的“待测数据”更     （填“大”或“小”），说明氧化铜能加快氯酸钾的分解速率。
（3）对实验②反应后的固体加水溶解、过滤、洗涤、干燥，称量得到0.5g黑色粉末，经进一步实验证实过滤所得的黑色固体粉末为氧化铜。
【预期结论】氧化铜还能作氯酸钾分解的催化剂。
【评价设计】你认为小雨设计实验③和实验②对比的目的是                      。
【实验拓展】小雨同学从课外资料上还获得下列信息:氧化铁、硫酸铜、猪肝、马铃薯等也可以作过氧化氢分解的催化剂。下列有关催化剂的说法正确的是          。
A．二氧化锰一定是催化剂
B．同一个反应可能有多种催化剂
C．催化剂一定是加快反应速率
D．也存在减慢反应速率的催化剂
E．对一定量的反应物来说，催化剂能改变生成物的质量

小丽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用250 mL 集气瓶设计了如下图所示装置，进行实验，并重复多次。

【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，瓶装满水，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，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                   。
上述反应化学表达式是                         。
【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。取余下四次平均值计算，小丽所带气体中氧气的体积分数为          % 。
【实验反思】
（1）这台制氧机制氧气的过程发生的变化属于            （填“物理变化”或“化学变化”）。
（2）导致第1组数据产生较大误差的可能原因是                     。

实验室有一瓶黑色粉末和一瓶标签已被腐蚀的无色液体（如图）。

将二者混合会产生无色气体。为了确定它们的成分，
甲、乙两位同学进行了探究。
【猜想1】甲同学认为无色气体是氧气，其理由是（用化学方程式表示）：
                                                             。
乙同学认为单从产生无色气体不能确定一定是氧气，需要进一步进行实验，请你设计实验进行验证无色气体是氧气。

实 验 步 骤	实 验 现 象	实 验 结 论
		无色气体是氧气。

如果实验验证了无色气体是氧气，那么黑色粉末在反应中起       作用。
【猜想2】乙同学认为无色气体不一定是氧气，可能是其他气体，其理由是（用化学方程式表示）                                       。
乙同学按自己的设想进行实验：取一定量的黑色粉末于试管中，加入过量的无色液体，当反应结束后，发现试管底部仍有黑色粉末。为确定此成分，请你设计实验进行验证：

实 验 步 骤	实 验 现 象	实 验 结 论
1．将试管中的物质过滤、洗涤、干燥。 2．点燃黑色粉末，在火焰上方罩一个涂有                 的小烧杯。		试管中剩余的黑色粉末可能是          。

 

甲同学误把H₂O₂溶液当作酸与Fe₂O₃粉末混合，发现有大量气泡产生。他联想到MnO₂可作为H₂O₂分解的催化剂，那么，Fe₂O₃能否作为H₂O₂分解的催化剂呢？请你一起参与探究，并填写下列空白。
【猜想】Fe₂O₃能作为H₂O₂分解的催化剂。
【实验验证】甲同学依次设计了三个实验：
实验一 取一定量的H₂O₂溶液于试管中,观察到有极少量气泡产生，伸入带火星的木条，没有复燃。说明H₂O₂溶液常温下缓慢分解。
实验二 在实验一的试管中加入W g Fe₂O₃粉末，有大量气泡产生，然后伸入带火星的木条，木条复燃。说明                                            ；
实验三 待反应结束后，将试管里的不溶物滤出，并洗涤、干燥、称量,固体质量仍为W g。说明                                                          ；
【实验结论】甲同学认为，Fe₂O₃粉末可以作为H₂O₂分解的催化剂。
【反思评价】乙同学认为要证明甲同学的结论正确，仅做这三个实验还不充分，需要再补充一个探究实验。探究                                            。
【拓展】下表是丙同学探究影响H₂O₂分解因素时所记录的部分数据，通过对数据分析，你能得出什么结论？                                                。
用足量等体积H₂O₂溶液制取相同体积O₂所需的时间：