初中化学探究题

O₂、CO₂ 是自然界碳、氧循环重要的两种物质。电影<星际穿越>中宇航员库玻和其他几位队员承载“endurance”宇宙飞船穿越太空寻找适合人类生存的星球。
布兰德教授从物质循环、舱内压力、反应条件等角度考虑，
为飞船驾驶舱选择的最适合供氧物质是         （填序号）。
①液氧                   ②过氧化钠（2Na₂O₂+2H₂O==4NaOH+O₂↑）
③氯酸钾与二氧化锰       ④超氧化钾（4KO₂+2CO₂==2K₂CO₃+3O₂↑）
（2）假设他们找到了一颗表面被CO₂气体覆盖的星球（星球地心引力作用是地球的1.2倍），库玻想在该星球上仿照实验室制取氧气，设计下图装置，反应的化学方程式为        ，他          （“能”或“不能”）收集到氧气。

（3）库玻的女儿墨菲在家里无意间发现鸡蛋壳和白醋混合，也能产生CO₂，请你和她一起从下图中选出③⑧      （填序号）日常用品，制取和收集干燥、纯净的CO₂ 。
 
实验室制备CO₂的化学反应方程式为                                   。
（4）墨菲在地球上慢慢长大，逐渐明白了事物都有两面性。她喜爱的铜镜生锈是因为Cu与空气中的CO₂、O₂、H₂O发生化学反应所致，铜锈的主要成分是铜绿【Cu₂(OH)₂CO₃】。好奇的她加热干燥的铜绿，发现一段时间后澄清石灰水变浑浊，试管壁上有水珠，绿色固体变成了黑色固体。
【提出问题】黑色固体是什么物质？
【提出假设】假设Ⅰ：C      假设Ⅱ：CuO      假设Ⅲ：C和 CuO
【验证假设】1.她应选择的最合理实验装置是              （填序号）。

2.最能说明假设Ⅲ成立的实验现象是           （填序号）。
①试管内黑色固体出现红色        ②洗气瓶中澄清石灰水变浑浊
③洗气瓶中有气泡产生            ④黑色固体消失
【实验结论】最后实验证明假设Ⅱ正确，请帮女儿墨菲写出绿色固体加热分解反应的化学方程式                                             。

实验室里有一瓶常用的无色溶液，因保管不当，其残缺的标签中只剩下“Na”和“10%”字样（如图所示）．

小强和小华同学很感兴趣，决定对其成分进行探究．
【提出问题】这瓶试剂可能是什么溶液呢？
【交流讨论】根据受损标签的情况判断，这瓶试剂不可能是 （  ）
A．酸      B．碱      C．盐
【查阅资料】
Ⅰ初中常见含钠的化合物有：NaCl、NaOH、Na₂CO₃、NaHCO₃．
ⅡNa₂CO₃和NaHCO₃的水溶液都呈碱性．
Ⅲ室温（20℃）时，测定四种物质的溶解度数据如下：

物质	NaCl	NaOH	Na2CO3	NaHCO3
溶解度g	36	109	215	9.6

小华根据试剂瓶标注的质量分数为10%和上表中的溶解度数据判断，这瓶试剂不可能是        
【作出猜想】①可能是NaCl；②可能是Na₂CO₃；③可能是                 
【实验探究】
（1）小强用洁净的玻璃棒蘸取试液于pH试纸上，测得pH＞7，则这瓶试剂不可能是               
（2）小强为了检验该溶液是NaOH溶液还是Na₂CO₃溶液，他又进行了如下实验．

实验步骤	实验现象	结论及化学方程式
取少量溶液于试管中，滴加	产生大量气泡	反应的化学方程式：
把产生的气体通入澄清的石灰水中．	澄清的石灰水变浑浊	猜想②正确． 反应的化学方程式：

某研究性学习小组设计了测定纯碱（Na₂CO₃）样品（只含NaCl杂质）中Na₂CO₃质量分数的实验方案．请回答下列问题：
小资料：碱石灰的主要成分是氢氧化钠和氧化钙的混合物
（1）气体法。        
【原理思路】利用Na₂CO₃与稀硫酸反应产生CO₂，通过测量丙装置实验前后的质量得出CO₂质量，从而计算碳酸钠的质量分数。（不考虑原装置内空气的影响）
【实验分析】小科同学根据以上思路，设计了如下图的实验装置。

①实验装置乙中盛放的试剂为　            　。
装置丁中碱石灰的作用是　       。（填字母）
A．吸收Na₂CO₃与稀硫酸反应产生CO₂ 
B．防止外界空气中二氧化碳进入丙中
C．干燥二氧化碳
②实验中如果滴加稀硫酸的速度过快，会导致测得样品中碳酸钠的
质量分数　    　（填写“偏高”“偏低”或“不变”）．
③小明同学认为小科的方案存在问题，即使操作规范下也会造成结果偏低，你认为他的理由是                               ，应该将装置甲中双孔橡胶塞换成三孔橡胶塞，并增加下图装置，实验结束后缓缓通入一段时间空气，目的是                   ，其中NaOH溶液的作用是                  。

（2）沉淀法．
【实验原理】利用碳酸根离子与钙离子结合生成沉淀，通过沉淀的质量而得出碳酸钠的质量分数。
【实验步骤】①用托盘天平称取样品11.0g放入烧杯中，加水使其完全溶解；
②加入过量的CaCl₂溶液充分反应。证明CaCl₂过量（即Na₂CO₃已完全反应）的方法是: 静置，向上层清液中滴加           溶液，如果没有白色沉100%=96.4%淀生成，证明CaCl₂过量；
③过滤、操作X、干燥、称量沉淀的质量为10.0g，操作X的名称是       ，如果缺少此操作会造成碳酸钠质量分数          （填写“偏高”“偏低”或“不变”）。  
④通过以上提供的数据计算出样品中碳酸钠的质量分数为　       。（写出计算过程，结果保留至0.1%）

(8分)石灰石有许多重要的用途。
（1）以石灰石为原料，可以生产生石灰，生石灰可做干燥剂，某化学兴趣小组的同学对食品厂某批次包装完整、粉状的生石灰成分进行质量检测。
【提出问题】该批次的生石灰成分及含量是否与标签相符？
(标签如图所示)

【猜想与假设】固体成分为：
A：全部是碳酸钙和杂质    B：既有碳酸钙，也有氧化钙和杂质
C：全部是             和杂质。
【设计并完成实验】

实验操作	实验现象	实验结论
第一步操作：取少量固体于试管中，加适量水振荡后静置，再滴几滴无色酚酞试液	溶液变红	说明固体成分中一定含有
第二步操作：再取少量固体于另一试管中滴加过量稀盐酸	有气泡生成	说明固体成分中一定含有

【实验结论】该兴趣小组同学得出的结论：剩余固体成分与【猜想与
假设】中的           (填A、B或C)相同。
【定量测定】称取10克该批次的生石灰样品，置于锥形瓶中，向其中缓慢加稀盐酸，直至无气泡产生，电子天平读数变小0.88克，将锥形瓶中残留物进行过滤、洗涤、干燥，得到固体质量为0.2克。

【问题讨论】由于生石灰与酸反应放出热量，导致水蒸气随CO₂一起从导管口逸出，这一因素使测得的生石灰的最终含量将       (选填“偏小”“偏大”或“无影响”)。反应生成的CO₂也会代替原有的空气残留在锥形瓶中，这一因素对测定结果也有影响。
（2）实验小组的同学对实验室制取二氧化碳反应后的溶液进行了如下探究：
取大理石和盐酸反应且过滤后所得废液20克于烧杯中，逐滴滴入碳酸钠溶液至过量，滴入碳酸钠溶液的质量与生成沉淀的质量的变化关系如图所示。请根据图中信息计算废液中氯化钙的质量分数是多少？(写出计算过程)

已知，相同温度下，在溶液中进行的化学实反应的快慢（化学反应速率）既与单位体积内参加反应的溶质质量（微粒数目）有关，也与参加反应的固体跟溶液的接触面积有关．某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可以加快氢气的生成速率．请回答下列问题：
（1）上述实验中发生反应的化学方程式有①；②. 
（2）为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验，将表中所给的混合溶液（混合前后溶液的体积变化忽略不计）分别加入到6个盛有过量等量锌粒（锌粒与溶液的接触面积相同）的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得同样多的气体所需的时间

实验混合溶液	$A$	$B$	$C$	$D$	$E$	$F$
28%稀硫酸/ $m/L$	30	$V$1	$V$2	$V$3	$V$4	$V$5
饱和 $CuS{O}_4$溶液 $m/L$	0	0.5	2.5	5	$V$	20
$H_{2}O/mL$	$V$6	$V$7	$V$8	$V$9	8	0

①请完成此实验设计，其中： $V$₁=； $V$₆=； $V$₉=；
②反应一段时间后，实验 $A$中的金属呈色；
③该同学最后得出的结论为：当加入少量 $CuS{O}_4$溶液时，生成氢气的速率会大大提高，但当加入的 $CuS{O}_4$溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降．请分析氢气生成速率下降的主要原因.

某化学兴趣小组的同学在整理学校实验时，发现了一瓶标签中化学式已破损（如图所示）但未变质的无色溶液，他们对这瓶无色溶液产生了兴趣．经过询问实验老师得知，这瓶无色溶液的溶质应该是碳酸钠、氯化钠、硫酸钠、氢氧化钠中的一种．请你与他们一起对这瓶溶液的溶质成分进行探究．
【提出问题】这瓶无色溶液溶质成分是什么？
【提出假设】①碳酸钠（ $N{a}_{2}C{O}_3$）②硫酸钠（ $N{a}_{2}S{O}_4$）③氯化钠（ $NaCl$）④氢氧化钠（ $NaOH$）
【查阅资料】硫酸钠、氯化钠的溶液呈中性，碳酸钠、氢氧化钠的溶液呈碱性．
【讨论交流】为了确定该瓶溶液溶质的成分，首先他们根据标签上物质元素组成的特点，认为该瓶溶液不可能是溶液和　溶液．
【实验探究】

实验操作	实验现象
取少量样品溶液于试管中，滴加稀盐酸	产生大理气泡

【实验结论】通过对上述实验现象的分析，你认为假设　（填序号）成立．写出该实验操作中化学反应的方程式：．
【反思拓展】通过上述【讨论交流后】后，排除了四种假设物质中的两种．请你根据查阅资料所获取的知识，再举一例判定两种假设物质的实验方法　，则该物质是碳酸钠　．

过碳酸钠(2Na₂CO₃·3H₂O₂)广泛用于洗涤、纺织、医疗、造纸等。某兴趣小组展开了深入的学习：【资料卡片】：

I、制备研究：下图是制备过碳酸钠的工艺流程。

请回答问题：
（1）操作A的名称是   ，若在实验室完成此操作，需要的玻璃仪器是烧杯、玻璃棒和 。
（2）生产中，反应及干燥均需在较低温度下进行，原因是                    。
（3）加入较多的氯化钠的作用是                                               。
Ⅱ、纯度测定：测定过碳酸钠样品（杂质不溶于水）中2Na₂CO₃·3H₂O₂的质量分数。
小组同学设计了如下图所示实验装置（部分仪器略去），并进行实验。

【实验步骤】：
①连接仪器，检查装置的气密性；
②将过碳酸钠样品(2．20g)和少许黑色粉末均匀混合后
置于装置A中，在量筒中加满水；
③连接仪器，打开分液漏斗活塞，缓缓滴入水；
④待装置A中不再产生气泡时，停止加水，并关闭活塞；
⑤待量筒中水面不再变化时，记录其中水面刻度；
⑥根据数据进行计算。
【实验分析及数据处理】：
（4）实验中，        ，则开始收集气体。
A．刚开始出现气泡时
B．当气泡均匀连续出现时
C．若用带火星木条放在导管口部，复燃时
（5）若量筒中收集到气体的体积是224mL（换算后质量约为0．32g），计算过碳酸钠样
品中2Na₂CO₃·3H₂O₂的质量分数为多少？[已知：Mr(2Na₂CO₃·3H₂O₂)＝314，保留到0．1%
【反思】：
（6）量筒中长导管的作用是                                   

如图是某研究性学习小组进行CO₂与NaOH溶液反应的探究实验装置．
【查阅资料】水的沸点与气体压强有关，气体压强小，沸点低；气体压强大，沸点高．
【实验探究】实验步骤如下：
步骤①：如图所示，锥形瓶A盛满CO₂气体，锥形瓶B盛有96%以上但未沸腾的热水，烧杯中加入同样温度的热水（起保持锥形瓶B中水温恒定的作用）．
步骤②：取2支注射器，一支抽取20mL水，另一支抽取20mL浓NaOH溶液．
步骤③：将注射器中20mL水注入锥形瓶A中，振荡后观察，锥形瓶B中的热水没有沸腾．
步骤④：取下盛水的注射器，再将盛20mL浓NaOH溶液的注射器迅速连接到锥形瓶A上，注入该溶液并振荡，观察到明显的现象．
请回答下列问题：
（1）实验开始前，依上图连接好装置（锥形瓶A、B和烧杯均未盛装物质），将一支空注射器连接到锥形瓶A上，并将其活塞缓慢向上拉，几秒钟后松手，观察活塞是否复位，这个操作的目的是　               　．
（2）锥形瓶A中CO₂与NaOH溶液反应的化学方程式是　                         　．
（3）步骤④锥形瓶B中产生的明显现象是　          　；产生明显现象的原因是　       　．

实验小组同学向盛有2 $ml$稀硫酸的试管中加入2 $ml$氢氧化钠溶液，未观察到明显现象。
【提出问题】两者是否发生了化学反应？
【实验探究】将盛有上述实验混合液的试管标为①，如图甲。
小华：测得实验所用稀硫酸的 $pH$＜7，试管①中溶液 $pH$＞7。于是得出结论：。
小敏：取两支试管，编号为②和③，分别加入稀硫酸和试管①中溶液各2 $ml$，逐滴滴加 $N{a}_{2}C{O}_3$溶液至过量，实验过程与现象如图乙，由此他得出了与小华一样的实验结论。

【反思评价】小军认为小敏在实验设计中存在不够严密的地方，请帮他指出：。
【交流讨论】试管③中的溶液中有哪些溶质？同学们分析了两位同学的实验过程，一致认为没有 $H_{2}S{O}_4$，其理由是。在此基础上，同学们提出了二种推理：
推理1：含有 $N{a}_{2}S{O}_4$、 $N{a}_{2}C{O}_3$和 $NaOH$

推理2：含有 $N{a}_{2}S{O}_4$、 $N{a}_{2}C{O}_3$

正确的是推理(选填"1"或"2"）。

像科学家一样做科学
--探究胡萝卜汁对过氧化氢分解的催化作用
体育课上，小华不慎擦伤了皮肤，她用过氧化氢溶液对皮肤进行消毒时，惊奇地发现有嘶嘶的响声，并产生大量气泡。
小华通过查阅文献获得以下信息：
信息Ⅰ：人体皮肤细胞中存在一种叫做过氧化氢酶的物质，能加快过氧化氢分解反应的速率。
信息Ⅱ：胡萝卜汁等植物细胞中也含有过氧化氢酶。
信息Ⅲ：酶是动植物体内活细胞产生的具有催化作用的生物大分子，其催化作用受温度影响。
信息Ⅳ：在没有催化剂时，60℃以下，温度对过氧化氢的分解基本没有影响。
请你在小华探究的基础上，完成以下探究活动。
（1）胡萝卜汁对过氧化氢的分解是否有催化作用？
请完成下表中的实验报告（实验步骤中应包括使用的仪器、药品和实验过程）。

实验步骤	实验现象	实验结论
		胡萝卜汁对过氧化氢的分解有催化作用。 反应的化学方程式

（2）温度如何影响胡萝卜汁的催化作用？
药品： $3\%$过氧化氢溶液、新鲜胡萝卜汁、不同温度的水（ $0℃$、 $20℃$、 $35℃$、 $55℃$）。
仪器： $15mm\times 150mm$试管 $8$支， $250mL$烧杯 $4$只、 $10mL$量筒、秒表、温度计、刻度尺。
实验：如图所示，用提供的仪器和药品，按如下步骤进行实验：
①两支试管中分别盛有胡萝卜汁和3%过氧化氢溶液；
②将①中的试管放入盛有 $0℃$水的烧杯中，恒定试管及反应物的温度；
③ $5min$以后，把过氧化氢溶液倒入装有胡萝卜汁的试管中，稍微振荡，使胡萝卜汁跟过氧化氢溶液均匀混合；
④将③中的试管放回原烧杯，恒温 $6min$；
⑤用刻度尺测量试管中泡沫状混合物的高度；
⑥按上述步骤进行实验，分别测定 $20℃$、 $35℃$、 $55℃$时泡沫状混合物的高度。

每个温度下的实验重复 $3$次，取平均值，得到如下数据：

实验编号	反应物的温度	混合恒温6min时，泡沫的高度（cm）
A	$0℃$	$1.7$
B	$20℃$	$3.8$
C	$35℃$	$6.5$
D	$55℃$	$2.1$

请回答下列问题：
①为了测定实验准确性，该实验过程中还需要控制的条件有。
②请你在下面的直角坐标系中，绘制出泡沫的高度随温度变化而变化的曲线。
（要求：需表示出横坐标和纵坐标表示的数量级单位）
③关于温度对胡萝卜汁的催化作用的影响，你的结论是。

某校兴趣小组同学准备进行常见酸、碱、盐的性质实验时，发现实验台上摆放的药品中（如下图），有一装溶液的试剂瓶未盖瓶盖且标签破损，于是决定对这瓶溶液进行实验探究：

【提出问题】这瓶溶液是什么溶液？
【获得信息】酸、碱、盐的性质实验中用到含有钠元素的物质是氯化钠、氢氧化钠、碳酸钠【提出猜想】这瓶溶液是：猜想一：氯化钠溶液；猜想二：氢氧化钠溶液；
猜想三：碳酸钠溶液。
【实验推断】
（1）小丽取样滴加无酚酞试液，溶液呈红色，得出结论：该溶液不可能是      溶液，理由是                                           ；
（2）小刚另取样滴加稀盐酸有           产生，反应的化学方程式为            ，
小刚得出结论：该溶液是碳酸钠溶液。
（3）小青认为小刚的结论不完全正确，理由是                            。
小组同学讨论后一致认为还需要进行如下实验：
【继续探究】另取样加入过量的CaCl₂溶液，观察到有           产生，设计这一步骤的目的是                                       ；静置后，取上层清液，滴入酚酞试液，溶液呈红色。
【实验结论】这瓶溶液是                      。
【探究启示】实验取完药品后应将试剂瓶           。

【拓展迁移】若该溶液与盐酸发生中和反应，恰好完全反应的微观过程如上图所示，
反应的实质表达式为：H⁺ + OH^- = H₂O，则反应后溶液中存在的阴、阳离子
是                （填符号）；
【继续探究】请写出实验中加CaCl₂溶液反应的实质表达式：                   （用化学符号表示）

化学兴趣小组同学在实验室发现了四瓶长期存放且失去标签的溶液，现标为A、B、C、D，分别是碳酸钠溶液、氯化钡溶液、氢氧化钠溶液和稀硫酸中的一种。

【提出问题】如何区分出四种溶液?
【进行实验】组长楠楠同学的实验如图所示：
【表达与交流】楠楠同学取少量A溶液，滴加足量的稀盐酸，观察到溶液中有气泡产生，楠楠同学由此得出结论：A是碳酸钠溶液。
萍萍同学不同意楠楠的观点，她的理由是（1）                             。
经过交流，两人一起制订了新的实验方案：另取少量A于试管中，向其中滴加 （2）      溶液，观察到的明显现象是（3）                           ，
过滤后，取清液滴加无色酚酞溶液，溶液变为红色，由此证明了楠楠同学的结论是错误的，同时确定了A。
两位同学取B、C、D样品继续进行实验，如图所示：

【收集证据】观察到B中无明显现象，C中紫色石蕊溶液变红，D中紫色石蕊溶液变蓝。
【解释与结论】通过实验，两位同学最终区分出了四种溶液。请将B、C、D三瓶溶液中
溶质的化学式分别标在试剂瓶的标签上（4）

【反思与评价】你认为楠楠和萍萍两位同学在上述实验过程中表现出的长处是
（5）                                             。（写一点即可）

科学家设想利用太阳能加热器"捕捉 $C{O}_2$"、"释放 $C{O}_2$"，实现碳循环(如图所示)。

某化学小组的同学对此非常感兴趣，在老师的指导下，设计如下装置探究上述设想的反应原理是否可行。

（1）能证明装置 $A$"释放 $C{O}_2$"的现象是；
（2）装置 $B$在实验结束撤掉酒精喷灯时的作用是；
（3）上述反应结束后，小组同学对 $D$中固体的成分进行探究，以证明是否"捕捉"到 $C{O}_2$。
【猜想与假设】
$D$中的固体可能为：I．只有氧化钙；Ⅱ．氧化钙与碳酸钙；Ⅲ．只有碳酸钙
【进行实验】
①甲同学从 $D$中取一定量的固体于试管中，并加入一定量的水，振荡，有白色不溶物。甲同学据此认为试管中的固体为碳酸钙，即猜想Ⅲ成立。乙同学认为上述实验不足以证明猜想Ⅲ成立，其理由是。
②乙同学从 $D$中取一定量的固体于试管中，加入一定量的水，触摸试管外壁，感觉发热；继续向试管中加入几滴稀盐酸，没有发现气泡产生。乙同学据此认为试管中的固体只有氧化钙，即猜想I成立。丙同学认为乙的实验不足以证明猜想I成立，理由是。
③丙同学认为利用感觉温度变化的方法判断是否有氧化钙不可靠，他用水、酚酞试液和
稀盐酸证明了猜想Ⅱ成立，请完成他的实验报告。

实验步骤	实验现象	实验结论
		猜想Ⅱ成立

（4）通过以上探究，小组同学认为科学家的设想在反应原理上是可行的。该设想的优点有(填字母序号)。

A．

原料易得

B．

充分利用太阳能

C．

释放出的 $C{O}_2$可作为资源加以利用

化学兴趣小组设计的创新实验是"火龙生字"．在成果展示现场，某同学用硝酸钾的热饱和溶液先在白纸上书写"火"字，晾干后白纸上出现硝酸钾晶体（见图1）．用带火星的木条接触硝酸钾晶体，就会观察到白纸上写过字的地方燃烧并迅速蔓延，留下"火"字的黑色痕迹（见图2）．在场的同学对此产生了浓厚的兴趣，并进行了如下研究：

【提出问题】为什么附有硝酸钾的白纸更容易燃烧？
【查阅资料】硝酸钾受热易分解，生成亚硝酸钾（ $KN{O}_2$）和一种常见的气体单质．
【猜想与假设】对于生产的是什么气体，四位同学有如下猜测：
甲：二氧化氮； 乙：氮气； 丙：氧气； 丁：氢气；
同学丙指出不可能是二氧化氮、氢气，理由是：、 。
【进行实验】四位同学设计了实验对同学丙的猜想进行了验证，他们的操作方法是，观察到的现象是，说明同学丙的猜想正确．硝酸钾分解的化学方程式是。
【解释与结论】白纸上写过字的地方更容易燃烧的原因是：

【反思与评价】为什么要用"硝酸钾的热饱和溶液"书写文字？
已知硝酸钾在不同温度时的溶解度如下表：

温度 $/℃$	$20$	$40$	$60$	$80$	$100$
溶解度 $/g$	$31.6$	$63.9$	$110$	$169$	$246$

你对上述问题的解释是：。

呼吸面具中的"氧气再生剂"，主要成分是淡黄色固体过氧化钠（ $N{a}_2{O}_2$），使用后变成白色固体。某兴趣小组对白色固体的成分进行了探究。
【作出猜想】根据呼出的气体中含有较多的，作出如下猜想：
猜想一：氢氧化钠         猜想二：碳酸钠        猜想三：氢氧化钠和碳酸钠
【实验验证】（1）小明取少量白色固体，加水溶解，然后滴加酚酞溶液，溶液变红色。认为白色固体中一定含有氢氧化钠。同学们认为小明的实验不能得出这一结论，理由是。
（2）小红取少量白色固体，加入稀盐酸，有气泡产生，证明白色固体中一定含有碳酸钠。该反应的化学方程式为。
（3）小玉取少量白色固体，加水溶解，再加入足量的氯化钙溶液，充分反应后过滤，向滤液中滴加硫酸铜溶液，观察到，说明白色固体中含有氢氧化钠。
【得出结论】猜想三成立。
【拓展应用】"氧气再生剂"的保存方法是。