專項素養(yǎng)綜合全練(八) 科學(xué)探究 類型一　反應(yīng)速率影響因素的探究 1.(2021山東濰坊中考)過氧化氫性質(zhì)不穩(wěn)定,易被某些含銅化合物催化分解。某化學(xué)興趣小組探究過氧化氫與氫氧化銅混合產(chǎn)生氣體的過程如下: 【查閱資料】 a.過氧化銅(CuO2)為黃褐色固體 b.H2O2+Cu(OH)2CuO2+2H2O 【實驗過程】 步驟一:制備氫氧化銅 向盛有5 mL溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氫氧化鈉溶液的試管中,滴加少量硫酸銅溶液,產(chǎn)生藍(lán)色沉淀。 步驟二:氫氧化銅與過氧化氫混合 向藍(lán)色沉淀中逐滴滴入溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液直至過量,發(fā)現(xiàn)藍(lán)色沉淀變?yōu)辄S褐色沉淀,隨后黃褐色沉淀迅速變?yōu)楹谏恋?產(chǎn)生氣泡且越來越快,最終試管中得到黑色沉淀。 分析實驗過程,請完成下列問題: (1)CuO2中氧元素的化合價為　　　　;請寫出產(chǎn)生藍(lán)色沉淀的化學(xué)方程式:　　　　　　　　　　　　　。為驗證產(chǎn)生的氣體是否為氧氣,可以使用　　　　　進(jìn)行檢驗。? 【提出問題】產(chǎn)生氣泡越來越快的原因是什么? 【作出猜想】 (2)小組成員作出如下猜想: 猜想Ⅰ:Cu(OH)2作為催化劑加快H2O2分解產(chǎn)生O2; 猜想Ⅱ:CuO2作為催化劑加快H2O2分解產(chǎn)生O2; 猜想Ⅲ:　　　　(填化學(xué)式)作為催化劑加快H2O2分解產(chǎn)生O2。? 【驗證猜想】 (3)某同學(xué)立即否定猜想Ⅰ、Ⅱ,理由是?　　　　　　　　　　　　。? (4)簡述驗證猜想Ⅲ正確的實驗方案:? ? 　。? 【反思拓展】 黃褐色沉淀遇到過氧化氫迅速變?yōu)楹谏恋聿a(chǎn)生氣泡的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　。? 類型二　物質(zhì)成分的探究 2.(2022遼寧盤錦中考)科學(xué)探究是認(rèn)識和解決化學(xué)問題的重要實踐活動。近年來,自熱食品種類繁多。只需將撕去塑料膜的發(fā)熱包放入涼水中,就能享用美食,很受年輕人的追捧。實驗小組同學(xué)買來一份自熱食品進(jìn)行以下探究。 【資料】Ⅰ.發(fā)熱包中物質(zhì)的主要成分是生石灰、碳酸鈉、鋁粒。 Ⅱ.鋁能和NaOH溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉(NaAlO2)和氫氣,偏鋁酸鈉溶于水。 探究一:發(fā)熱包的發(fā)熱原理。 (1)小組同學(xué)取出發(fā)熱包,撕去塑料膜,放入適量涼水中,可觀察到的現(xiàn)象是　　　　　　　　　　,固體迅速膨脹,同時還可觀察到發(fā)熱包內(nèi)固體變硬結(jié)塊,其可能的原因是　　　　　　　　　　　(用化學(xué)方程式表示)。? (2)在使用發(fā)熱包過程中,禁止明火的理由是　　　　　　　　　　　。 探究二:反應(yīng)后混合物中部分成分的探究。 根據(jù)以上操作和實驗現(xiàn)象回答下列問題。 (3)操作Ⅰ的名稱是　　　　。? (4)根據(jù)現(xiàn)象①得出:濾液A中一定不含的物質(zhì)是　　　　。根據(jù)現(xiàn)象②③分析得出:固體B中一定含有的物質(zhì)是　　　　。綜合分析得出:現(xiàn)象③中產(chǎn)生的氣體,其成分的組成可能為　　　　　　　　　。? (5)通過以上探究,同學(xué)們進(jìn)行反思總結(jié),你認(rèn)為其中正確的是 　　　　　(填字母)。? A.能與水混合放出熱量的物質(zhì)均可作發(fā)熱包的發(fā)熱材料 B.發(fā)熱包應(yīng)密封防潮保存 C.禁止用濕手接觸發(fā)熱包 D.使用過程中應(yīng)保持通風(fēng) 3.(2021江西南昌期末)化學(xué)研究小組的同學(xué)從“真假實驗室”獲悉:葡萄糖酸鈣片灼燒后會變成蛇形。于是,他們對這一現(xiàn)象進(jìn)行了探究。 【查閱資料】①葡萄糖酸鈣[化學(xué)式為Ca(C6H11O7)2],白色固體,熔點為201 ℃(該溫度下分解生成三種物質(zhì)); ②白色的無水硫酸銅遇水會變成藍(lán)色; ③堿石灰的主要成分是氧化鈣和氫氧化鈉。 【作出猜想】小組同學(xué)認(rèn)為產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能與葡萄糖酸鈣受熱時的生成物有關(guān),因此,對其分解生成的三種物質(zhì)作出了如下猜想: Ⅰ.生成了二氧化碳; Ⅱ.生成了水; Ⅲ.生成了碳酸鈣。 作出這些猜想的依據(jù)是　 。? 【設(shè)計實驗】針對猜想的分解產(chǎn)物,設(shè)計了如圖所示裝置進(jìn)行探究。 (1)給葡萄糖酸鈣片加熱時,先　　　　　　,然后用酒精燈加熱,當(dāng)觀察到無水硫酸銅　　　　、紫色石蕊試液　　　　時,說明猜想Ⅰ和Ⅱ正確。裝置中堿石灰的作用是　　　　　　　　　　。? (2)待樣品完全分解、試管冷卻后,向試管內(nèi)的剩余固體中加入適量稀鹽酸,生成能使澄清石灰水變渾濁的氣體,請寫出剩余固體與稀鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式:　　　　　　　　　　　　　　。? 【交流反思】由上述實驗可知,葡萄糖酸鈣片灼燒后會變成蛇形,其原因是同時生成了氣體和固體,固體顆粒在氣體的作用下發(fā)生膨脹現(xiàn)象。 類型三　物質(zhì)性質(zhì)的探究 4.(2022江蘇鎮(zhèn)江中考)用下列實驗探究Al與CuCl2溶液的反應(yīng)。 實驗一:將打磨后的鋁片插入CuCl2溶液,鋁片表面出現(xiàn)紅色固體且產(chǎn)生氣泡,最終溶液呈無色。 (1)生成紅色固體的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　。? (2)收集氣體,　　　　　(填操作)后點燃,產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰,該氣體為　　　　。? 實驗二:將實驗一所得無色溶液倒入水中,出現(xiàn)白色固體。過濾、洗滌,低溫烘干。對所得白色固體作如下探究。 【資料】①AlCl3能與H2O作用生成Al(OH)3。Al(OH)3,白色固體,不溶于水,受熱易分解生成Al2O3和H2O。 ②Al與CuCl2溶液反應(yīng)會生成CuCl。CuCl,白色固體,不溶于水,能溶于含Cl-濃度較大的溶液,受熱不分解。 【猜測】白色固體可能是: a.Al(OH)3;b.CuCl;C.Al(OH)3和CuCl。 【實驗】取適量白色固體,利用如圖裝置充分加熱,U形管中　　　　　　　,則猜測b成立。? 【反思】無色溶液倒入水中后出現(xiàn)白色固體的原因是　　　　　　　　　　　　。? 實驗三:CuCl在空氣中被氧化成堿式氯化銅[Cux(OH)yClz]藍(lán)綠色固體,其受熱會分解生成CuO、H2O和HCl。取一定量藍(lán)綠色固體,充分加熱,將生成的氣體依次用足量的吸水劑氯化鈣和燒堿溶液充分吸收。 (1)實驗測得氯化鈣增重0.36 g,燒堿溶液增重0.73 g。則堿式氯化銅的化學(xué)式為　　　。? (2)若燒堿溶液吸收了空氣中的CO2,則測得的Cux(OH)yClz中x值 　　　　(填“偏大”“偏小”或“不變”)。? 5.(2022湖北荊州中考)“天宮課堂”上航天員做的泡騰片實驗,讓同學(xué)們再次感受到化學(xué)的魅力。泡騰片中含有碳酸鈉或碳酸氫鈉等物質(zhì),化學(xué)興趣小組決定對它們的某些性質(zhì)進(jìn)行探究。 實驗一:探究碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液的酸堿度 【實驗探究1】用pH試紙測得等濃度的碳酸氫鈉溶液的pH為9,碳酸鈉溶液的pH為11。 【實驗結(jié)論1】兩者的溶液均顯堿性,且溶液堿性較強的是　　　　　　。? 實驗二:探究碳酸鈉和鹽酸的反應(yīng) 【實驗探究2】向盛有碳酸鈉溶液的燒杯中,逐滴加入一定濃度的稀鹽酸并充分?jǐn)嚢?測得pH變化與時間的關(guān)系如圖1所示。觀察到ab段無氣泡產(chǎn)生,從b點開始產(chǎn)生氣泡。經(jīng)測定b點溶質(zhì)只有碳酸氫鈉和氯化鈉,c點pH為7。 圖1 【實驗結(jié)論2】碳酸鈉和鹽酸的反應(yīng)是分兩步發(fā)生的,ab段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　,c點溶液中的溶質(zhì)為　　　。? 實驗三:探究碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性 【查閱資料】①碳酸氫鈉受熱分解成碳酸鈉、水和二氧化碳;②碳酸鈉受熱不分解。 【實驗驗證】取一定量的碳酸氫鈉放入試管中加熱,如圖2所示。 圖2 【交流反思】試管A管口向下傾斜的原因是　　　　　　　　,試管B中出現(xiàn)　　　　　　　現(xiàn)象,證明有二氧化碳生成。? 【實驗結(jié)論3】碳酸鈉的熱穩(wěn)定性強于碳酸氫鈉。 【拓展應(yīng)用】溶洞內(nèi)鐘乳石的形成原理與碳酸氫鈉受熱分解相似——溶有碳酸氫鈣[Ca(HCO3)2]的地下水,遇熱或當(dāng)壓強突然變小時,碳酸氫鈣會分解成碳酸鈣沉積下來,天長日久就形成了千姿百態(tài)的鐘乳石。請寫出碳酸氫鈣分解的化學(xué)方程式:　　　　　　　　　　　　　。 答案全解全析 1.(1)-1　2NaOH+CuSO4 Na2SO4+Cu(OH)2↓ 帶火星的木條　(2)CuO　(3)黃褐色沉淀變?yōu)楹谏恋砗螽a(chǎn)生氣泡才越來越快　(4)向溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液中加入一定質(zhì)量氧化銅粉末,產(chǎn)生大量氣泡,且產(chǎn)生的氣體能使帶火星木條復(fù)燃,反應(yīng)后過濾、洗滌、烘干,稱量固體質(zhì)量,與實驗前相等;然后再將其放入3%的過氧化氫溶液中,產(chǎn)生大量氣泡,產(chǎn)生的氣體能使帶火星木條復(fù)燃　【反思拓展】H2O2+CuO2 CuO+H2O+O2↑ 解析　(1)在化合物中各元素正、負(fù)化合價的代數(shù)和為零,CuO2中銅元素的化合價為+2價,因此氧元素的化合價為-1價;氫氧化鈉與硫酸銅反應(yīng)能生成氫氧化銅藍(lán)色沉淀和硫酸鈉,化學(xué)方程式為2NaOH+CuSO4 Na2SO4+Cu(OH)2↓;檢驗氧氣常用帶火星的木條,若木條復(fù)燃則為氧氣。(3)一開始向藍(lán)色沉淀中加入過氧化氫溶液,無氣泡產(chǎn)生;生成黃褐色沉淀后,也無氣泡產(chǎn)生;生成黑色沉淀后,才產(chǎn)生氣泡,且隨著黑色沉淀增多,產(chǎn)生氣泡越來越快,因此猜想Ⅰ、Ⅱ不正確。(4)要驗證氧化銅對過氧化氫分解有催化作用,只要通過實驗驗證其可加快過氧化氫的分解速率且在反應(yīng)前后質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變即可?！痉此纪卣埂奎S褐色沉淀CuO2與過氧化氫反應(yīng)生成黑色沉淀氧化銅、水和氧氣,化學(xué)方程式為H2O2+CuO2 CuO+H2O+O2↑。 2.(1)放熱,有氣泡生成　Ca(OH)2+Na2CO3 CaCO3↓+2NaOH　 (2)鋁和生成的氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氣,氫氣遇明火可能會引發(fā)爆炸　(3)過濾　(4)碳酸鈉　碳酸鈣、氫氧化鈣　二氧化碳或二氧化碳和氫氣　(5)BCD 解析　(1)氧化鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣,放出大量的熱;生成的氫氧化鈣與碳酸鈉反應(yīng)會生成碳酸鈣沉淀和氫氧化鈉,化學(xué)方程式為Ca(OH)2+Na2CO3 CaCO3↓+2NaOH;鋁能和生成的NaOH溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉(NaAlO2)和氫氣,故有氣泡生成。(2)鋁和氫氧化鈉反應(yīng)生成的氫氣有可燃性,遇明火可能引發(fā)爆炸,所以要禁止明火。(3)操作Ⅰ將固體和液體分離,是過濾操作。(4)碳酸鈉易溶于水,可與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生CO2氣體,根據(jù)現(xiàn)象①無氣泡產(chǎn)生可得出,濾液A中一定不含碳酸鈉。固體B加水溶解,再加幾滴酚酞,溶液呈紅色,說明溶液呈堿性,而氫氧化鈣微溶于水,且氫氧化鈣溶液呈堿性,說明B中有氫氧化鈣;碳酸鈣難溶于水,故固體B中還一定含有CaCO3。鋁粒是否剩余無法確定,所以現(xiàn)象③中產(chǎn)生的氣體中一定含有CO2,可能含有H2。(5)發(fā)熱包可用于自熱食品,所以發(fā)熱材料除了能與水混合放熱外,還不能有強腐蝕性和毒性,A錯誤。 3.【作出猜想】質(zhì)量守恒定律或化學(xué)反應(yīng)前后元素種類不發(fā)生改變　【設(shè)計實驗】(1)預(yù)熱　變藍(lán)　變紅　吸收空氣中的二氧化碳 (2)2HCl+CaCO3 CaCl2+H2O+CO2↑ 解析　【設(shè)計實驗】(1)加熱固體前需要預(yù)熱,避免試管因局部過熱而炸裂;無水硫酸銅變?yōu)樗{(lán)色證明有水生成,紫色石蕊試液變?yōu)榧t色,說明有二氧化碳生成;為了排除空氣中二氧化碳的干擾,需要用堿石灰吸收。(2)剩余固體可與鹽酸反應(yīng)生成二氧化碳,說明固體中含有碳酸鈣,鹽酸與碳酸鈣反應(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化碳,化學(xué)方程式為2HCl+CaCO3 CaCl2+H2O+CO2↑。 4.實驗一:(1)2Al+3CuCl2 3Cu+2AlCl3 (2)檢驗氣體純度　氫氣　實驗二:【實驗】無明顯現(xiàn)象　【反思】氯離子濃度減小,CuCl析出　 實驗三:(1)Cu2(OH)3Cl　(2)偏大 解析　實驗一:(1)鋁的金屬活動性比銅強,鋁能與氯化銅反應(yīng)生成銅和氯化鋁,化學(xué)方程式為2Al+3CuCl2 3Cu+2AlCl3。(2)氣體可以點燃且火焰呈淡藍(lán)色,則氣體為氫氣;點燃?xì)錃馇靶枰灱?以避免發(fā)生爆炸。實驗二:【實驗】猜測b成立,而氯化亞銅受熱不分解,因此看不到明顯現(xiàn)象?！痉此肌柯然瘉嗐~能溶于含有高濃度氯離子的溶液中,將無色溶液倒入水中,氯離子濃度降低,所以氯化亞銅會析出,產(chǎn)生白色沉淀。實驗三:(1)氯化鈣增加質(zhì)量為水的質(zhì)量,燒堿溶液增加質(zhì)量為氯化氫的質(zhì)量,水中氫元素質(zhì)量為0.36 g×218=0.04 g,氯化氫中氫元素質(zhì)量為0.73 g×136.5=0.02 g,氯元素質(zhì)量為0.73 g-0.02 g=0.71 g,y∶z=0.04 g+0.02 g1∶0.71 g35.5=3∶1,而在堿式氯化銅中氫氧根為-1價,氯元素為-1價,銅元素為+2價,(+2)×x+(-1)×3+(-1)×1=0,x=2,所以堿式氯化銅的化學(xué)式為Cu2(OH)3Cl。 5.【實驗結(jié)論1】碳酸鈉溶液　 【實驗結(jié)論2】Na2CO3+HCl NaHCO3+NaCl　NaCl 【交流反思】防止冷凝水回流,使試管炸裂　澄清石灰水變渾濁　【拓展應(yīng)用】Ca(HCO3)2 CaCO3↓+CO2↑+H2O 解析　【實驗結(jié)論1】等濃度的碳酸鈉溶液與碳酸氫鈉溶液的pH均大于7,溶液均為堿性,且碳酸鈉溶液的pH大于碳酸氫鈉溶液,堿性更強;【實驗結(jié)論2】ab段無氣泡產(chǎn)生,從b點開始產(chǎn)生氣泡,b點溶質(zhì)只有碳酸氫鈉和氯化鈉,則ab段是碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)生成碳酸氫鈉和氯化鈉,化學(xué)方程式為Na2CO3+HCl NaHCO3+NaCl;bc段碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)生成氯化鈉、水和二氧化碳,c點溶液pH為7,則c點溶液中的溶質(zhì)為NaCl?！窘涣鞣此肌吭嚬蹵管口向下傾斜,目的是防止冷凝水倒流炸裂試管;實驗結(jié)論為有二氧化碳生成,二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁。【拓展應(yīng)用】碳酸氫鈣受熱分解生成碳酸鈣、水和二氧化碳。

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