初中化学探究题

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                 。

小明发现一种淡黄色的粉末可以用于杀菌、消毒和漂白。
【定性探究】探究该固体的成分。
【提出问题】该淡黄色固体的化学成分是什么？
【查阅资料】（1）硫单质是一种淡黄色固体，难溶于水，在空气中点燃硫单质，生成一种无色、有刺激性气味的气体。
（2）过氧化钠（Na₂O₂）是一种淡黄色固体，能与水反应，生成气体并放出大量的热。
【设计实验方案】
方案一：取少量该固体粉末于试管中，加2mL水，振荡并观察现象。
方案二：在燃烧匙里放少量该固体，在酒精灯上加热，观察现象。
比较以上两方案，你认为的最佳方案是         ，理由是（从环保或操作角度分析）            。
【实验验证并得出结论】小明向盛有少量该固体的试管中加入2mL水，立刻观察到有无色气泡产生，并且验证出该反应同时生成了氢氧化钠（NaOH）。通过实验验证，确定该淡黄色粉末为过氧化钠。
小明想对生成的气体成分判断，他提出了以下两种假设：①该气体是CO  ②该气体是O₂你认为上述假设哪个更合理                     （填“①”或“②”）。理由是是                                                           。
请设计一个实验，验证合理假设（写出简要操作步骤、实验现象和结论）。（共2分）

操作步骤	实验现象	结论

【分析】 过氧化钠与水反应的符号表达式为                                 。
【定量探究】 78克过氧化钠与多少克二氧化碳中所含氧元素的质量相等？
（列式计算）

我国劳动人民早在五千年前就会使用木炭炼铜．在化学实验室里模拟炼铜，既可用传统的实验装置(见图甲)，又能用改进的微型实验装置(见图乙)．化学兴趣小组采用图乙装置，开展以下探究活动．

【提出问题】木炭与CuO反应所得红色固体中含有什么物质？
【查阅资料】
（1）木炭与CuO的反应是：C+2CuO2Cu+CO₂↑，若该反应进行的不彻底，产物中还有氧化亚铜(Cu₂O)．
（2）Cu₂O是红色固体，能与稀硫酸反应得到铜和硫酸铜溶液：Cu₂O+H₂SO₄====Cu+CuSO₄+H₂O
【作出猜想】红色固体的成分：①全部是Cu；②全部是Cu₂O；③             ．
【实验探究】
（1）取木炭、CuO两种黑色粉末适量，再也少许CaC1₂(能降低反应温度，加快反应速率)均匀混合，然后将黑色粉末装入长柄V形玻璃管的直管内．
（2）按图乙连好实验装置，然后加热反应物；2分钟后，黑色粉末出现红热现象，同时澄清的石灰水             ，写出该反应的化学方程式______________________
（3）待玻璃管冷却后，提取里面的红色固体，进行如下的验证：

步骤	现象	结论
Ⅰ.取1.44g红色固体装入试管，滴入足量 的             ，充分反应	红色固体部分减少，溶液变 为             色	猜想   错误
Ⅱ.滤出试管中残留的红色固体，洗涤干燥 称其质量为1.04g		猜想   正确

【评价反思】
（1）使用图乙装置与使用图甲装置相比，其优点是             (写出1条即可)．
（2）若要证明CaC1₂是该反应的催化剂，还需要验证CaCl₂的            ．

工业铁红的主要成分是Fe₂O₃，还含有少量的FeO、Fe₃O₄。为了测定铁红中铁元素的质量分数，兴趣小组的同学进行了如下实验，请你参与过程分析。
［资料1］碱石灰既能吸收水又能吸收二氧化碳；浓硫酸可以吸收水蒸气；
［资料2］实验室常用氢氧化钠溶液来除去CO₂反应生成碳酸钠和水；用澄清的石灰水
来检验CO₂气体；
［资料3］草酸晶体（H₂C₂O₄·3H₂O）在浓H₂SO₄作用下受热分解，化学方程式为：
H₂C₂O₄·3H₂OCO₂↑+ CO↑+ 4H₂O
（1）下列可用作草酸分解制取气体的装置是            （填字母编号）。

【问题讨论】用下图所示装置进行实验：

A       B      C           D                 E            F
（2）实验前应先                。
（3）进入D中的气体是纯净、干燥的CO，则A、C中的试剂依次是         、              （填字母编号）。
a．浓硫酸       b．澄清的石灰水      c．氢氧化钠溶液
（4）写出A装置中发生的化学反应方程式        。
（5）B装置的作用是            。
（6）对D装置加热前和停止加热后，都要通入过量的CO，其作用分别是：
①加热前          。 ②停止加热后            。
（7）写出D装置中所发生反应的一个化学方程式             。
【数据分析与计算】
［资料4］铁的常见氧化物中铁的质量分数：

铁的氧化物	FeO	Fe2O3	Fe3O4
铁的质量分数	77.8％	70.0％	72.4％

（8）称取铁红样品10.0 g，用上述装置进行实验，测定铁红中铁的质量分数。
①D中充分反应后得到Fe粉的质量为m g，则           ＜ m ＜            。
② 实验前后称得E装置增重6.6g，则此铁红中铁的质量分数是         。
【实验评价】
反思1：本实验中如果缺少C装置（不考虑其它因素），则测得样品中铁的质量分数会        （填“偏小”、“不变”或“偏大”）。
反思2：请指出【问题讨论】中实验装置的一个明显缺陷               。

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：
请你帮小丽同学填写上表中未填完的空格．

【评价与反思】小英同学认为仅由上述实验还不能完全得出表内的“总结”，她应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．这两个方面的实验操作分别是：                   ．

实验课上，为检验镁条能否在N₂中燃烧，某兴趣小组开展如下探究：
【查阅资料】氮化镁（Mg₃N₂）是一种淡黄色固体，能和水反应，生成Mg(OH)₂和NH₃；
【实验步骤】

①将足量白磷在空气中点燃后，迅速伸入钟罩内，塞紧橡皮塞（图1）；
②待钟罩内水面不再变化时，向水槽中加水，使水槽中液面与钟罩内液面相平；
③打开橡皮塞，将燃着的螺旋状镁条迅速伸入钟罩内，塞紧橡皮塞（图2）；
④待钟罩内水面不再变化时，观察钟罩内壁及表面皿中固体颜色，取少量固体加入水中。
【分析】
（1）步骤①中足量白磷在钟罩内燃烧的目的是                       ；
（2）步骤③中镁条剧烈燃烧，反应的化学方程式为                   ；
（3）步骤④中钟罩内壁及表面皿中出现淡黄色固体，加入水中，产生白色浑浊及能使湿润红色石蕊试纸变蓝色的气体，反应的化学方程式为                      ；
【结论】镁能在N₂中燃烧，并生成Mg₃N₂。
（4）请你判断：2.40g镁条在某充满空气的密闭容器中完全燃烧，所得固体质量可能为             。

A．3.33g

B．3.93g

C．4.00g

D．3.96g

对空气中氧气含量测定的再认识。
Ⅰ用燃烧法测定空气中氧气含量
【实验回顾】图1是实验室用红磷燃烧来粗略测定空气中氧气含量的装置。

（1） 写出红磷燃烧的文字表达式_______________。
（2） 实验原理：由于红磷燃烧消耗空气中的氧气，使瓶内___________减小，烧杯中水倒吸到集气瓶中。用量筒测量进入瓶中水的体积，能粗略测得空气中氧气的含量。
【实验过程】
甲小组同学使用图1装置进行实验，实验前应先进行的操作是              ；
（1）用止水夹夹紧橡皮管；
（2）点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入瓶中并塞紧瓶塞；
（3）燃烧结束，_______________________；
（4）观察并记录水面的变化情况。
【问题提出】该小组同学多次实验发现，集气瓶内上升的水面始终小于理论值。经查阅资料知：燃烧过程中当氧气体积分数低于7% 时，红磷就无法继续燃烧，因此通过上述实验，测置结果与理论值误差较大。
Ⅱ 改进空气中氧气含量测定的方法
【实验改进】经查阅资料可知：常温下，铁在潮湿的空气中会生锈，因为铁与空气中的氧气、少量水反应生成铁锈（其主要成分是Fe₂O₃），但速度缓慢。在有食盐（NaCl）、活性炭存在条件下，反应速度较快。乙小组选择该原理，设计了如图2所示实验装置图。

【数据处理】乙小组同学用量筒测量实验前后烧杯中水的体积，测得实验数据如下表：

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___________(计算结果精确到0.1%)。
【实验反思】与燃烧红磷方法相比，乙小组方法测定空气中氧气含量的优点是___________________________。
【实验再改进】在乙组实验的基础上，丙组同学设计了如图3的装置进行氧气含量的测定，其方法如下：
【实验过程】
步骤1：在注射器中放入足量脱氧剂粉末（即食盐水、铁粉、活性炭的混合物，体积为2mL），封闭。

图3
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______________时停止实验。
【实验再反思】
丙小组同学的方案与乙小组的方案同学相比，优点是_________________________。

每年的3月22日是“世界水日”，中国水周主题是“节约保护水资源，大力建设生态文明”。 用所学知识回答下列问题。
（一）生活中的水。
【资料在线】我国生活饮用水的标准（摘录部分）。
感官指标：水质无色无味且澄清透明。
化学指标：pH6.5～8.5；总硬度<250mg/L(以碳酸钙计)；铜<1.0 mg/L，铝<0.2 mg/L……
细菌学指标：细菌总数<100个/mL等。
(1)自来水厂用过滤的方法使水澄清透明，再用一种物质来吸附色素和异味，从而达到感官指标。而化学指标中的铜、铝等指的是         （选填“原子”或“元素”）
(2) 漂白粉可用于水的杀菌消毒，其有效成分是次氯酸钙[化学式为Ca(ClO)₂]。试计算：
① Ca(ClO)₂中钙：氯：氧元素的质量比           ；
② 143克Ca (ClO)₂中钙元素的质量是              克。
（二）探究水的组成

某校化学兴趣小组想亲自感受科学家的探究历程，他们选择了“水的组成粗略测定”为探究内容。
【查阅资料】
①水难导电，在水中可加入少量氢氧化钠可以增强导电性。
氢氧化钠在水中能电离出钠离子和氢氧根离子。请你写出对应的离子
符号：钠离子          ，氢氧根离子            。
②测定水的组成作出重大贡献的科学家是          。
（选填“ 门捷列夫”、“拉瓦锡”或“张青莲”）
【进行试验】如右图装置进行实验并记录数据。
【实验分析】两个电极附近产生很多气泡，a管内气泡产生较b管快，小组成员用燃着的木条分别在两个玻璃尖嘴导管口检验产生的气体，观察到：放在b端管口燃着的木条           。分析得出：水通电的符号表达式为                     ，进而推出水是由               组成的。
【定量研究】小组经过多次试验后发现：氢气和氧气的体积比几乎都是2∶1。同学们还想进一步认识水的组成。查阅资料：氢气的密度是0.09g/L，氧气的密度是1.43g/L。同学们经过计算得出水中氢元素与氧元素的质量比为：              。

从事科学实验的重要环节是进行科学实验设计．科学实验的正确步骤应为：①明确实验目的；②收集有关资料；③设计合理方案；④进行科学实验．请你按照以上四个步骤，完成以下实验
设计，根据下图回答问题：

（1）在实验室中用过氧化氢(H ₂O ₂)制取氧气.
【明确实验目的】：用过氧化氢在实验室里制取氧气.
【收集有关资料】过氧化氢是一种无色液体，在二氧化锰的催化作用下，迅速分解出氧气，其反应的化学方程式为：                              。
【设计合理方案】：发生装置选用____________(填序号，下同)，收集装置选用___________。
【进行科学实验】：
（2）在实验室中，可以用加热氯酸钾(KClO ₃)和二氧化锰固体混合物制取氧气．
【明确实验目的】：                                        ．
【收集有关资料】：氯酸钾是白色的固体，二氧化锰是黑色的固体．且二氧化锰在反应中__________。
【设计合理方案】：发生装置选用____________，若选用D收集装置收集氧气，你验证集气瓶中是否已收集满的方法是                            。

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。
Ⅲ、人类的生产和生活都离不开金属。金属元素在自然界中分布很广，在地壳中主要以矿物形式存在。

下列矿石的主要成分不属于氧化物的是       （填序号），如将一定量的铁加入到硫酸铜和硫酸锌的混合溶液中，充分反应后，滤液中一定含有的溶质是          ，滤渣中一定含有          。

某同学设计如下实验装置探究“分子的性质实验”

图I是按课本进行的一个化学实验，大烧杯中的实验现象是___________，此实验说明分子_______________。但是在实验时同学们闻到了一股难闻的刺激性气味，于是小明对原实验装置进行了改进，装置如图Ⅱ，并进行如下操作： a．向B、C、E三支试管中分别加入5 mL的蒸馏水，各滴入1～2滴无色酚酞溶液，振荡，观察溶液颜色。
b．在A、D试管中分别加入2mL浓氨水，立即用带橡皮塞的导管按实验图Ⅱ连接好，并将D试管放置在盛有热水的烧杯中，观察几分钟。
【分析讨论】（1）E试管放有酚酞溶液的目的是___________。
（2）由此可以得到的实验结论是：①___________，②___________。
（3）对比改进前的实验，改进后实验的优点是___________。

竹子是“有节、中空、四季常绿”的植物。同学们对竹子中的气体成分展开了探究，测定其成分。
（1）收集竹子中的气体。
小华提出：将一节竹子浸没在水中，在竹子上钻孔，用排水法收集气体。
小刚提出：可用注射器从竹子中抽取气体。
大家认为两人的想法都可行，于是分为A、B两组，在相同的条件下，A组采用小华的取气方法，B组采用小刚的取气方法，分别完成下面的实验。
（2）检验气体中是否含有二氧化碳气体。

实验步骤	实验现象	实验结论及解释
向所取气体中加入		有二氧化碳。化学方程式为                       。

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。

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有毒。
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______________。
（2）由实验②__________（填“能”或“不能”）确定该气体中不含氧气，理由是____________。

某化学小组的同学们使用下列装置探究气体的制取和性质：请回答问题：

（1）A中制取气体的化学方程式为                               ；
（2）B中，将二氧化碳气体缓缓的倒入放有燃着蜡烛的烧杯中，观察到的现象是：下层的蜡烛先熄灭，上层的蜡烛后熄灭。说明二氧化碳具有             性质，这一性质在实际生活中的应用为           。
（3）小明在做铁丝在氧气中燃烧的实验时，为了防止集气瓶壁炸裂，正确的操作是                  。
（4）小明对铁丝在氧气中燃烧为什么会火星四射进行探究。他将镁和不同含碳量的铁丝
(镁和铁直径均为0. 4mm)放入氧气中燃烧，并将现象记录在下表中。

物质	镁	含碳0.05％的铁	含碳0.2％的铁	含碳0.6％的铁
燃烧时 的现象	剧烈燃烧，发出 耀眼白光，无火星	剧烈燃烧 极少火星	剧烈燃烧 少量火星	(未填)

①你认为表中未填的实验现象是                         。
②造成铁丝在氧气中燃烧时火星四射的主要原因是                     。