专题四 实验探究题
1．在高温下，铁与水蒸气能发生反应生成一种常见的铁的氧化物和一种气体。某兴趣小组请你参与研究：铁与水蒸气反应一段时间后剩余固体物质的成分、性质及再利用。
实验装置如图所示(夹持仪器略)
【推断】(1)观察到D中黑色固体变红，则B中生成的气体是__氢气__。 (2)探究B装置中剩余固体成分是什么。 【查阅资料】
①碎瓷片能防爆沸，碱石灰是氧化钙和氢氧化钠的混合物。
②铁的氧化物中，只有Fe2O3是红棕色，其余均为黑色，只有Fe3O4能被磁铁吸引。 【初步探究】B装置中剩余固体为黑色，能全部被磁铁吸引。 【猜想与假设】
猜想一：剩余固体是Fe3O4；
猜想二：剩余固体是__Fe与Fe3O4__。 【实验探究】
实验操作 __取少量的黑色固体于试管中，加入足量的稀盐酸(或稀硫酸)__ 实验现象及结论 __若固体全部溶解，没有气泡冒出，则剩余固体是Fe3O4；若固体全部溶解，有气泡冒出，剩余固体是Fe和Fe3O4(与实验操作一致)__ 高温
【实验结论】铁与水蒸气反应的化学方程式为__3Fe＋4H2O(g)=====Fe3O4＋4H2__。
【成分再利用】若将B装置中剩余的黑色固体a g，经过一系列转化，全部变为红棕色固体Fe2O3(假设转化过程中铁元素无损耗)，增加的质量为x，则x的取值范围为__0.03__a≤x＜0.43__a__。
2．(2017，黄石)某化学学习小组在完成“利用氯化钡溶液鉴别氯化钠和碳酸钠”的实验后，对废液缸中溶液的溶质成分进行了探究，请完成以下探究过程，并将①～⑤处等答案填写完整。
【提出问题】①__废液缸中溶液的溶质是什么__？__
【作出猜想】Ⅰ.溶质仅为氯化钠；Ⅱ.溶质为氯化钡和氯化钠；Ⅲ.②__溶质为氯化钠和碳酸钠__。 【设计方案】
实验操作 取少量废液缸中上层清液，向其中加入一定量的③__H2SO4__溶液 无明显现象 ④__有白色沉淀产生__ 有气泡产生 现象 猜想Ⅰ正确 猜想Ⅱ正确 猜想Ⅲ正确 结论 【交流反思】学习小组经过讨论认为，含有可溶性钡盐的废液可以用碳酸钠溶液进行无害化处理，请写出硝酸钡与碳酸钠反应的化学方程式⑤__Ba(NO3)2＋Na2CO3===BaCO3↓＋2NaNO3__。
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3．(2013，遵义)氧化铜能与多种物质反应，能否与氨气(NH3)反应呢？在老师的指导下，某同学进行了探究。(注：无水硫酸铜遇水变蓝)
【实验设计】按图设计组装好仪器，检查气密性，装入药品。
【进行实验】
(1)A中氧化铜全部转化成光亮的红色固体。 (2)B中U形管内物质变蓝。
(3)C中集气瓶内收集到一种无色气态单质，该气体用排水法收集的理由是__该气体不易溶于水且不和水反应__。
(4)从C中水槽里取适量液体于试管内，向试管里滴入无色酚酞溶液，溶液呈__红__色，原因是__未反应的氨气溶于水，显碱性，能够使无色酚酞溶液变成红色__。
△
【实验结论】氧化铜和氨气发生反应，化学方程式是：__2NH3＋3CuO=====3Cu＋N2＋3H2O__。 【继续探究】(1)测得有关数据如下表：
质量 氧化铜粉末＋玻璃管 实验前 65.6 g 实验后 59.2 g (2)A中玻璃管内的反应证明，氨气的化学性质与__CO(合理即可)__(填物质化学式)有相似之处。
4．(2017，青岛)某研究性学习小组通过查阅资料获知以下信息：将二氧化碳气体慢慢地通入一定量的氢氧化钠溶液中，在溶液中先后发生以下两个化学反应：
2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O(先发生反应) Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3(后发生反应) 同学们开展了下列探究活动：
【提出问题】将二氧化碳气体慢慢地通入一定量的氢氧化钠溶液中，反应后所得溶液中溶质的成分有哪些？ 【猜想假设】Ⅰ.NaOH和Na2CO3；Ⅱ.只有Na2CO3；Ⅲ.__Na2CO3和NaHCO3__。 根据下列流程进行实验并测出相关数据：
小资料：碳酸盐一般不易溶于水，如CaCO3难溶；碳酸氢盐绝大多数易溶于水，如Ca(HCO3)2易溶。 【获得结论】根据上述信息，分析反应后所得溶液中溶质的成分并计算溶质的质量，将结果填入下表：
溶质的化学式 __Na2CO3__ __NaHCO3__ 溶质的成分有两种，请分别在两行中各填写一种物质。)
5．(2017，随州)实验探究一：实验中学探究小组为寻找新的催化剂设计了如下探究方案。
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溶质的质量/g __10.6__ __16.8__ (填表说明：①不写计算过程，计算结果保留一位小数。②如果溶质的成分只有一种，请填写在第一行；如果
【提出问题】红砖粉末能否作为过氧化氢溶液分解的催化剂？如果能，效果如何？ 【实验探究】
实验步骤 Ⅰ. 实验现象 实验结论及解释 A中无明显现象，B中产生大量能使带火星木条复燃的气体 Ⅱ.向B试管中重新加入5%的过氧化氢溶液，反应停止后过滤、洗涤、干燥、称量滤渣 ①产生的气体是__氧气__ ②红砖粉末能改变过氧化氢分解速率 ①又产生大量能使带火星木条复燃的气体 ②滤渣质量等于a g 两试管中均产生气泡且__加入二氧化锰的试管中产生气泡的速率比加入红砖粉末的快__ 红砖粉末的__质量和化学性质__在反应前后均没有发生变化，能作过氧化氢分解的催化剂 红砖粉末的催化效果没有二氧化锰粉末好 Ⅲ.【拓展应用】
己知CuSO4 也可作为过氧化氢分解的催化剂，向101.2 g一定溶质质量分数的过氧化氢溶液中加入2 g CuSO4
粉末，充分反应后得到溶质质量分数为2%的溶液，则生成氧气__3.2__g。
实验探究二：实验室中的试剂一般要密封保存，否则可能会与空气接触而变质。淅河中学化学学习小组发现一瓶未密封的氢氧化钾固体，对其是否变质进行探究。
【提出猜想】①未变质；②部分变质；③完全变质。
【查阅资料】KOH与NaOH性质类似，也能与CO2反应而变质。写出KOH变质的化学方程式为__2KOH＋CO2===K2CO3＋H2O__。
【设计实验】
(1)取少量样品于试管中配成溶液，滴加足量稀盐酸有气泡产生，则猜想__1__不成立。
(2)准确称取一定质量的固体样品，放在如图所示装置中进行实验，根据CO2的体积和密度计算变质产物的质量，从而确定变质情况，你认为这个方案是否可行，并说明理由。
__不可行，因为二氧化碳能够溶于水，并且能和水反应生成碳酸。__________________________________________________________________________
(3)请你另外设计一个方案，进一步探究变质情况。
实验步骤 __取少量样品于试管中，加入足量水溶解，加入足量的氯化钙溶液，静置后滴加酚酞溶液__ Ⅰ.探究酸和碱能否发生反应
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实验现象 __产生白色沉淀，溶液变红__ 实验结论 猜想2成立 6.(2017，宿迁)某兴趣小组在准备化学实验基本技能考试时，对以下问题进行了探究。
方案1：甲同学向盛有少量NaOH溶液的试管中滴几滴无色酚酞溶液，振荡，继续加入稀硫酸，观察到溶液由__红__色变成无色。甲同学得出结论：酸和碱能发生反应。
方案2：乙同学取少量NaOH溶液，测得溶液pH为10，向该溶液中加入一定量稀硫酸后，测得溶液pH为9，乙同学发现溶液pH减小了，得出结论：酸和碱能发生反应。
【交流讨论】大家同意甲同学的结论，对乙同学的实验过程提出质疑，溶液pH减小的原因还可能是稀硫酸中的水稀释了NaOH溶液：大家认为，乙同学向NaOH溶液中加入稀硫酸后，测得溶液的pH必须__小于或等于__(选填“小于”“小于或等于”)7，才能证明酸和碱能发生反应。
请写出稀硫酸和氢氧化钠溶液反应的化学方程式 __2NaOH＋H2SO4===Na2SO4＋2H2O__。 Ⅱ.探究酸和碱反应后溶液中溶质的成分
丙同学对探究Ⅰ中甲同学实验后的无色溶液展开探究。 【提出问题】试管中无色溶液的溶质除了酚酞还有什么？ 【提出猜想】(1)Na2SO4； (2)Na2SO4和__H2SO4__。 【设计实验】
方案 方 案 Ⅰ 方 案 Ⅱ 实验操作 向试管中加入少量锌粒，然后加入甲同学实验后的无色溶液 向试管中加入少量甲同学实验后的无色溶液，然后慢慢滴加NaOH溶液，并不断振荡试管 实验现象 锌粒逐渐减少，有__气泡__产生 开始无明显现象，过一会发现__溶液由无色变为红色__ 实验结论 猜想(2) 成立 【实验反思】为了验证猜想(2)成立，你认为还可以选择的药品是__C__(填字母序号)。 A．BaCl2溶液 B．Cu C．Fe2O3
7．(2017，天水)学校实验室的废液缸中收集了学生在实验室制取CO2后残留废液。某化学课外小组的同学想探究废液中溶质的成分，请我们共同参与探究并回答下列问题：
【提出问题】废液中的溶质是什么物质？
【作出猜想】甲同学认为废液中的溶质只有CaCl2。你认为还可能含有的溶质是__CaCl2和HCl__(化学式)。 【查阅资料】CaCl2溶液呈中性。 【实验与结论】
①甲同学取少量CaCl2溶液和废液分别加入到2支试管中，并向其中分别滴加无色酚酞溶液做对比实验，结果两试管中溶液均无色，于是甲同学认为自己的猜想是正确的。
②你认为甲同学的实验__不能__(选填“能”或“不能”)证明他的猜想，理由是__酚酞在酸性溶液中也是无色的__。
③如果要证明你的猜想是正确的，你选择的试剂是__碳酸钙__，实验中可能观察到的现象是__有气泡产生__。
【拓展与应用】
①若实验证明你的猜想是正确的，想要处理废液只得到CaCl2溶液，应向废液中加入过量的__碳酸钙__，反应完全后过滤。
②通过以上探究，你认为实验室的废液未经处理直接倒入下水道，可能造成的危害是__腐蚀下水道(污染水
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体)__。
8．(2017，龙东)小维与家人聚餐时，对火锅燃料“固体酒精”产生了好奇，于是他与同学对其成分进行如下探究。
【查阅资料】
(1)该固体酒精是用酒精、氯化钙和氢氧化钠按一定的质量比混合制成的。 (2)氯化钙、氯化钡溶液均呈中性。 【提出问题】
(1)酒精中是否含有碳元素？ (2)固体酒精中氢氧化钠是否变质？ 【做出猜想】猜想一：酒精中含有碳元素。 猜想二：固体酒精中氢氧化钠已变质。
【实验探究】
(1)如图所示进行实验，发现澄清石灰水变__浑浊__可得出酒精中含有碳元素的结论。
(2)取少量固体酒精于烧杯中，加足量的水充分溶解后静置，发现杯底有白色沉淀。取沉淀于试管中加入稀盐酸，固体溶解并有气泡产生，则生成气体的化学方程式为__CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑__。
【实验结论】
(1)酒精中含有碳元素。
(2)固体酒精中氢氧化钠已经变质。
【拓展延伸】为进一步确定固体酒精中是否还含有氢氧化钠，小维与同学继续探究。
(1)他另取少量固体酒精，加水溶解后，取上层清液，滴加酚酞溶液，酚酞溶液__变红__，于是得出固体酒精中还含有氢氧化钠。
(2)小维的同学认为他的实验不能证明固体酒精中一定有氢氧化钠剩余，理由是__碳酸钠溶液也呈碱性，能使酚酞溶液变红__。
(3)他们另取上层清液，加入足量的氯化钡溶液，充分反应后滴加氯化铁溶液，生成红褐色沉淀，他们一致认为固体酒精中氢氧化钠有剩余。
【反思交流】
(1)实验中，加入足量氯化钡溶液的目的是__除去溶液中的碳酸钠__。 (2)实验室中氢氧化钠应__密封__保存。
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