初中化学氢气、一氧化碳、甲烷等可燃气体的验纯探究题

实验室使用块状石灰石（ $CaC{O}_3$）和稀盐酸制 $C{O}_2$，当观察不到有气泡产生，固体仍有剩余时，通常认为反应结束，剩余液呈中性。某兴趣小组对此进行了以下探究：
【实验操作】（1）向试管中加入5粒石灰石，倾倒约试管体积1/3的稀盐酸（1:1）；观察不到气泡后，仍有固体剩余；将试管静置。
（2）取上层清液，用pH试纸测得溶液pH=2，说明溶液显性；
pH测定中，"上层清液滴到试纸上"的后一步操作是。
【实验思考Ⅰ】反应剩余液中有哪些物质？其中能使溶液pH=2的有哪些？
【实验探究Ⅰ】（1）甲同学通过实验排除了 $CaC{l}_2$的可能性。简述其实验方案。
（2）乙同学将 $C{O}_2$通入蒸馏水中至饱和，测得pH＞5,。
（3）综合甲、乙两同学实验，得出的结论是：剩余液中还含有。
【实验思考Ⅱ】试管中剩余固体是否仍含有 $CaC{O}_3$？
【实验探究Ⅱ】小组同学向试管中继续加入稀盐酸（1:1），又有大量气泡产生。
（1）由此得出的结论是；写出反应的化学方程式。
（2）比较稀盐酸加入前后的实验现象，解释"又有大量气泡产生"的原因:。
【拓展延伸】（1）反应剩余液放置一段时间后，溶液pH增大，其主要原因是。
（2）假如用100g14．6%的稀盐酸和足量的石灰石反应，看不到气泡产生时，停止收集气体。收集到的 $C{O}_2$质量（选填"＞"、"＜"、"="）8．8g。

过氧化钠（Na₂O₂）是一种淡黄色固体。在一次科技活动中，某化学兴趣小组的同学将包有Na₂O₂固体的棉花放入了如图1的实验中，发现了高低不同的两根蜡烛，下面的蜡烛先熄灭，上面的蜡烛后熄灭；同时也惊奇地发现棉花燃烧了起来。
（1）实验过程中“下面的蜡烛先熄灭，上面的蜡烛后熄灭”的现象说明二氧化碳具有
                       、                             的性质。
（2）棉花为什么会燃烧呢？小组同学认为棉花要燃烧，除了满足“棉花是可燃物”这一条件，还另需满足a：                       、  b：                     两个条件。
［提出问题］：在上述实验中是如何给棉花提供a和b这两个燃烧条件的呢？
［查阅资料］：1、在常温下Na₂O₂和CO₂能发生化学反应。
2、无水硫酸铜为白色固体，吸水后变为蓝色。
［设计实验］：经过讨论后，小组同学设计了如下图2的实验进行探究。


［实验步骤］：①检查整套装置的气密性；②把相关的试剂放入对应的仪器内（D装置的U型管内放有足量的Na₂O₂固体，烧杯内盛有饱和的澄清石灰水），并按图2组装整套实验仪器；③用力推动针筒的活塞，把稀盐酸注入试管内；④一段时间后，在P处放置一根带火星的小木条，观察现象。
注：整个实验中不考虑稀盐酸的挥发和空气对实验的影响。
［实验现象］：①无水硫酸铜没有变蓝色；②带火星的小木条复燃；③饱和的澄清石灰水变浑浊。
［实验分析］：①浓硫酸的作用是：                              。
②D装置的烧杯内澄清石灰水变浑浊的原因是                              。
［得出结论］：①“小木条复燃”说明Na₂O₂和CO₂反应产生的一种气体，使图1中的棉花满足了燃烧的一个条件；②“饱和的澄清石灰水变浑浊”说明Na₂O₂和CO₂反应将          能转化为热能，使图1中的棉花满足了燃烧的另一个条件。
［拓展提高］：①Na₂O₂和CO₂反应除生成一种气体外，还生成了一种固体，小明认为生成的固体是NaOH，小红认为是Na₂CO₃，同学们经过思考后认为       同学的猜想是错误的，理由是：                                                      。
②Na₂O₂和CO₂反应的化学方程式是                                          。

某化学兴趣小组在甲、乙两个充满O₂的密闭容器中各加入一定量的碳粉，在高温条件下使其充分反应，待反应结束后，两个容器中的碳粉都已完全消失．该小组成员对两容器中反应后的气体进行如下探究：
（1）小红同学对甲容器中气体的组成提出如下四种猜想：
①只有CO       ②只有CO₂      ③只有O₂        ④CO和O₂的混合气体
你认为上述猜想中明显不合理的有___    ___(填序号)．
（2）小明同学认为甲容器中的气体还可能是CO和CO₂的混合气体，为了验证自己的猜想，他准备按下图所示装置进行探究．

请你回答下列问题：已知装置B中浓硫酸可以用作干燥剂，用于吸水。
若小明的猜想成立，则装置A中的实验现象是___                  ____，反应的化学方程式是____                      ．装置C玻璃管中的实验现象是___ _          ___，反应的化学方程式是______       __        _____．
（3）小芳同学对乙容器中气体的组成提出了除上述猜想外的另一种合理猜想，她的猜想是_______，于是她设计了下列实验方案验证其猜想：
【步骤1】先加热装有铜丝网的玻璃管一段时间后，再通入乙中的气体，观察现象．
【步骤2】将乙中的气体通入澄清石灰水中，观察现象．
指导老师在分析其实验方案后，指出了其中存在的错误或不足．
①步骤1应先通入乙中气体一段时间后方可加热，你认为这样修改的原因是____      ．
②没有必要进行步骤2的实验，其理由是_______________________．

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______________．
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_________，写出该反应的文字表达式为______________．
（2）由实验②_____________（填“能”或“不能”）确定该气体中不含氧气，理由是_________________________．

如图所示为实验室中常见的气体制备、净化、收集和性质实验的部分仪器。试根据题目要求，回答下列问题：

（1）以石灰石和稀盐酸为原料制取并收集干燥、纯净的二氧化碳气体，（提示：盐酸中会挥发出的少量HCl气体可用饱和碳酸氢钠溶液吸收）
①所选仪器的连接顺序为        （填写仪器序号字母）。
②生成二氧化碳时，所发生反应的化学方程式为              。                
（2）收集CO₂时，他们如何检验已CO₂收集满？                                        
（3）实验室制取气体要选择适当反应物．我们知道实验室制取大量CO₂气体不能用浓盐酸，因为                                  。                        
（4）他们对实验室制取CO₂的实验条件展开了进一步的探究，做了如下四个对比实验：
①取m g块状大理石与足量的溶质质量分数为5%的盐酸反应；
②取m g块状大理石与足量的溶质质量分数为10%的盐酸反应．
实验现象：产生气泡的快慢顺序为②＞①；
实验结论：影响大理石和盐酸反应快慢的因素有                      ；
你认为影响大理石和盐酸反应快慢的因素还有                        。                    

某学习小组的同学做实验，向盛有少量氢氧化钠溶液的试管中通入二氧化碳，未看到明显的实验现象。

【提出问题】氢氧化钠能否与二氧化碳反应？
【猜想与假设】亮亮同学认为氢氧化钠能与二氧化碳反应；莉莉同学认为氢氧化钠不能与二氧化碳反应。
【设计与实验】亮亮同学设计了两个装置并进行实验。请你和他一起验证他的猜想。

实验步骤	实验现象	实验结论
如图一，将收集满二氧化碳的试管倒置于氢氧化钠溶液中
如图二，

【反思与评价】莉莉同学提出质疑，认为上述现象可能是二氧化碳溶于水的结果。
【设计与实验】请你设计一个实验，证明氢氧化钠确实与二氧化碳反应。

实验步骤	实验现象	实验结论
		氢氧化钠与二氧化碳反应

【交流与提高】实验证明氢氧化钠还能与二氧化硫反应，化学方程式为：
$2NaOH+S{O}_2=X+H_{2}O$，X的化学式是。

根据下列实验示意图回答相关问题：

（1）甲实验中发生反应的化学方程式为    ，该反应属于基本反应类型中的    反应。
（2）乙实验中，热水的作用是      ；通过对比      ，可证明可燃物燃烧需要与氧气接触。（3）丙实验中玻璃管内发生反应的化学方程式是      ,该装置的不足之处是______。

天然气的主要成分是甲烷（CH₄)，化学兴趣小组的同学对甲烷燃烧的产物产生了兴趣，请你参与探究与分析：
【提出问题】甲烷在氧气中燃烧后生成哪些物质？
【知识储备】含碳元素的物质在氧气中完全燃烧生成CO₂，不完全燃烧生成CO；无水CuSO₄遇水变蓝色。
【猜想与假设】

产 物 猜 想	甲	乙	丙	丁
CO2、H2O	CO、H2O	NH3、CO2、H2O	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，将甲烷在一定量的氧气中燃烧的产物依次通过下列装置：
 [
① A、B装置的顺序               （填“能”或“不能”）颠倒。
②实验中用纯净氧气而不用空气的原因是             。
③实验中观察到A中无水CuSO₄粉末由白色变为蓝色，B、D中澄清石灰水变浑浊，C中黑色粉末变成光亮的红色，由此推断                同学猜想成立。
④请写出B中澄清石灰水变浑浊、C中黑色粉末变成红色的化学方程式：             、             。
【反思与交流】为避免有毒的CO污染环境，所以含碳元素的物质燃烧必须满足的条件
是                 。

某化学兴趣小组对某品牌牙膏中摩擦剂成分及其含量进行探究，查阅资料如下：
1、该牙膏摩擦剂由碳酸钙、氢氧化铝组成；
2、牙膏中其它成分遇到盐酸无气体生成；
3、碱石灰的主要成分为生石灰和氢氧化钠固体。
利用下图所示装置（图中夹持仪器略去）进行实验，充分反应后，测定B中生成的BaCO₃沉淀的质量，以确定碳酸钙的质量分数。请回答下列问题：

（1）B中反应生成BaCO₃的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（2）C装置的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）下列各项措施中，不能提高测定准确度的是　　　　　　（填序号）。

A．在加入盐酸之前，应排净装置内的CO2气体

B．滴加盐酸不宜过快

C．在A~B之间增添盛有浓硫酸的洗气装置

D．在A~B之间增添盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气装置

（4）有同学认为该装置测定出来的碳酸钙质量分数会偏低，他的理由是             
 　　　　　　　　　，解决方法是            　　　　　　　     。
（5）某同学认为不必测定B中生成的BaCO₃质量，将B中的Ba（OH）₂溶液换成浓H₂SO₄ ，通过测定C装置反应前后的质量差也可以测定CaCO₃的质量分数。实验证明按此方法测定的结果明显偏高，原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（6）实验中准确称取8.00g样品三份，进行三次测定，测得BaCO₃平均质量为3.94g 。请计算样品中碳酸钙的质量分数。（写出计算过程）

Ⅰ．某研究性学习小组的同学学习了二氧化碳的性质后，对二氧化碳溶于水的过程，有没有发生化学变化？提出实验改进：用如图所示装置进行实验，验证二氧化碳能与水反应（已知氮气的密度小于空气的密度），操作为：

①从a端通入二氧化碳   
②从分液漏斗中滴加适量水  
③将石蕊溶液染成紫色的干燥纸花放入广口瓶中  
④从b端通入氮气；实验操作顺序最合理的是___，发生变化的化学方程式为     。
Ⅱ．另一小组在课外活动时对“二氧化硫能否与水反应生成酸”进行了实验探究。请你参与他们的探究活动，并回答有关问题。
[查阅资料]常温下二氧化硫是一种无色气体，易溶于水。
[假   设]二氧化硫能与水反应生成酸。
[设计实验](1)小雨同学将二氧化硫气体通入紫色石蕊试液中，观察溶液颜色的变化。他认为，若紫色石蕊试液变   色，则证明假设成立。
(2)小涛同学认为小雨同学的实验方案不严密。小涛同学用紫色石蕊试液将白色滤纸染成紫色，干燥后做成三朵紫色的小花，然后按下列图示进行实验，在(I)、(Ⅱ)、(Ⅲ)中分别观察到变色和不变色的两种现象。
小涛同学认为，若   (填序号)中的紫色小花变色，则证明假设成立。

[交流反思]小明同学对小涛同学的实验方案提出了质疑，他认为上述实验还不足以证明“二氧化硫和水反应生成了酸”，其理由是   。三位同学讨论后补充了一个实验，使探究活动获得了成功，你认为这个实验应该是   (简述实验步骤和现象)。
[结   论]通过上述实验得出：二氧化硫能与水反应生成酸。

同学们对实验“煅烧石灰石”展开了探究。资料：石灰石中的杂质高温不分解且不与稀盐酸反应

①为证明石灰石已分解，三位同学设计方案如下：
I．甲同学按图一所示进行实验（煤气灯能达到石灰石分解的温度），观察到烧杯内壁石灰水变浑浊，写出石灰水发生反应的化学方程式  （1）   。
II．乙同学按图二所示进行实验，观察到B中液体变  （2）   色，A实验的作用  （3）    。
III．丙同学取一定质量的石灰石煅烧，一段时间后发现固体质量减轻，证明石灰石已分解。
你认为哪位同学的方案不合理？并写出理由         （4）            。
②为证明石灰石是否完全分解？丁同学对丙同学煅烧后的固体又进行了如下探究

实验步骤	实验现象	结 论
（5）	有气泡产生	石灰石未完全分解

在学习过程中，小雨同学提出一个问题：“碳燃烧时可能生成CO₂，也可能生成C0，那么碳与氧化铜反应生成的气体也有多种可能?”
[猜想]碳与氧化铜反应生成的气体中：①只有CO₂ ②只有CO③既CO₂，又有CO。
[查阅资料]浸有磷钼酸溶液的氯化钯试纸遇CO₂无变化，但遇到微量CO会立即变成蓝色。
[方案设计]通过上述资料和已有知识，小雨初步设想用浸有磷钼酸溶液的氯化钯试纸和澄清的石灰水对碳与氧化铜反应生成的气体进行检验。根据小雨的设想，请你完成填空：
(1)若试纸不变色，石灰水变浑浊，则只有C0₂；
(2)若试纸      ，石灰水            ，则只有C0；
(3)若试纸        ，石灰水       ，则既有CO₂，又有CO。
[实验验证]经过思考之后，小雨设计了如图所示实验装置：

实验步骤：
(1)打开弹簧夹，先通一会儿纯净、干燥的N₂；
(2)关闭弹簧夹，点燃酒精灯，加热。
结论：小雨通过分析实验现象，确认猜想③是正确的，请你写出装置C中发生反应的化学方程式：                           ；
[反思与评价]
(1)该实验开始通一会儿N₂的目的是                   ；
(2)请从环保的角度分析该实验装置的不完善之处          。

草酸钙(化学式为CaC₂O₄，相对分子质量为128)是一种难溶于水的白色固体，受热能分解。小红同学为了探究其在加热条件下发生的变化，进行如下实验：取12.8g草酸钙固体在不断加热的条件下测得剩余固体的质量随时间变化如下图所示。请回答下列问题：

（1）t₁～t₂时问段内固体质量减少的原因是产生了一种极易与血红蛋白结合的有毒气体，该气体的化学式为             ；同时生成一种白色固体，它与大理石的主要成分相同，则该段时间内反应的化学方程式为                                      。
（2）t₂～t₃时间段内固体质量不变的原因是                             。
（3）t₃～t₄时间段内反应的化学方程式为                               。
（4）小强和小明另取12. 8g草酸钙固体加热一段时间后，对剩余固体的成分进行探究。
【查阅资料】CaC₂O₄能与稀盐酸反应，其反应的化学方程式为：CaC₂O₄+2HCl=CaCl₂+H₂C₂O₄；草酸(H₂C₂O₄) 是一种可溶于水的酸；澄清的石灰水能使紫色石蕊变蓝。
【设计方案并实验】

同学	实验操作	实验现象	结论
小强	取少量固体放入烧杯中，加适量水并搅拌。静置后，取上层清液于试管中，滴加紫色石蕊溶液	溶液变蓝色	剩余固体中一定含有       。 一定不含有           。 可能含有          。
小明	另取少量固体放入试管中，加足量稀盐酸	有气体产生	剩余固体中一定含有       。

【交流与讨论】三位同学经交流后认为，该剩余固体与图中          时间段的物质成分相同。

植物不但进行光合作用，也同时进行呼吸作用。为了比较二者的不同，有人设计了如下实验。
在一晴朗的早晨，选取大小相似的同种植物两盆，在花盆上各放入一杯澄清的石灰水，然后把其中一盆用无色透明的塑料袋罩住，放在阳光下；另一盆则用黑色塑料袋罩住，放在阴暗处（见下图）。

傍晚，在塑料袋上都剪一小口，并插入燃着的木条试验，发现A中木条比B中更亮；而A中的石灰水保持澄清，B中变浑浊。请根据以上所述回答下列问题：
（1）A中木条燃烧更旺，说明A中 ___________更多，从而说明在阳光照射下植物主要发生_____________作用。
（2）A中石灰水保持澄清，而B中变浑浊，说明B中___________更多，从而说明在缺少光照条件下，植物主要发生_____________作用。
（3）很多人喜欢在天刚蒙蒙亮时到茂密的林中进行晨练，请你结合该实验谈谈看法
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多彩的“碳”，多姿的生活，让我们一起走进“碳”的世界.
（1）下列含碳元素的物质中，属于有机物的是         （填字母序号）。
A．碳酸钙          B．乙醇（C₂H₅OH）          C．二氧化碳
（2）化石燃料主要包括煤、         和天然气，他们都含有碳元素，其中天然气的主要成分是     （写化学式）。含碳物质的燃烧会导致过多的二氧化碳排放，加剧了“温室效应”，写出一条减少二氧化碳排放的建议                             。
（3）2013年3月，浙江大学实验室里诞生了世界上最轻的材料——“碳海绵”。（如图所示），由碳元素组成，具有多孔结构，弹性好。它对石油有很强的吸附能力（不吸水），将吸入的石油挤出后仍可恢复原状。下列关于碳海绵的说法正确的是         （填字母序号）。

A．具有吸附性       B．可重复利用        C．可处理海上石油泄漏
（4）液态二氧化碳灭火器可用于扑救档案资料室发生的火灾，下列说法正确的有         （填标号）。
A．液态二氧化碳气化后不会污染档案资料
B．二氧化碳可覆盖在燃烧物表面，隔绝空气
C．液态二氧化碳气化时吸热，降低了可燃物的着火点
（5）二氧化碳是很重要的化工原料，科学家设想利用太阳能加热器“捕捉CO₂”、“释放CO₂”，实现碳循环。

①步骤1的化学方程式为                                       。
②为确定步骤2中的碳酸钙是否完全分解，设计的实验步骤为：取少量固体于试管中，滴加过量         溶液，若观察到试管内                   。则分解不完全。
③上述设想的优点有         （填字母序号）。
a．原料易得且可循环利用    b．充分利用太阳能      c．可全地域全天候使用
④CO₂是宝贵的碳氧资源。CO₂和H₂在一定条件下可合成甲酸（HCOOH），此反应中CO₂与H₂的分子个数比为         ，若要检验1%甲酸水溶液是否显酸性，能选用的有         （填字母序号）。
a．无色酚酞溶液            b．紫色石蕊溶液         c．pH试纸
（6）小刚同学对碳及其重要化合物知识进行归纳、整理，并建构了如图所示的转化关系图。请回答下列问题：

（1）写出括号内一种含有碳元素物质的化学式         ；
（2）转化关系图中由H₂CO₃→CO₂的反应类型是         反应；
（3）CO₂常用于灭火，但镁着火不能用 CO₂灭火，原因是它们能发生反应生成另一种氧化物和单质，请写出该置换反应的化学方程式                                   。