某化学学习小组借助下列装置(夹持装置已略)及相关试剂粗略测量空气中O2的体积百分数。
第1题图
(1)实验前用10%的H2SO4溶液清洗铁钉至有气泡产生。用H2SO4溶液清洗的目的是______________________。写出有关化学方程式____________________________。
(2)已知试管剩余空间和导管的体积为40 mL,导管截面积约为1 cm2,形成稳定液柱时,读取读数为8.2 cm。则空气中氧气的体积分数为______%。
(3)实验时发现上述测量过程因反应较慢耗时较长,对其影响因素作如下分析:
【提出假设】假设一:溶液的pH不同;
假设二:NaCl溶液的浓度不同;
请你再提出一种假设,假设三:____________________________不同。
【进行实验】借助上述实验装置,通过取体积、浓度相同NaCl溶液调节溶液的pH获得了如下实验数据:
pH | 2.0 | 5.5 | 6.0 | 6.5 | 7.0 | 8.0 |
液柱高度(cm) | 0 | 1.3 | 8.2 | 8.2 | 8.2 | 8.2 |
形成稳定液柱时间(min) | 3.0 | 3.0 | 5.1 | 5.3 | 15.6 | 17.5 |
【实验结论】根据实验数据分析,为缩短实验测定时间,pH的最佳范围是____________。
【实验反思】当pH=2时,没有观察到稳定液柱形成的原因是_____________。
【注意:如果能正确回答下列问题,将奖励4分,但化学试卷总分不超过60分】
请你设计实验,探究NaCl溶液的浓度对铁生锈速率的影响。
实验步骤: __________________________________________________________________。
实验现象:________________________________________。
(1)除去铁钉表面的铁锈 Fe2O3+3H2SO4=== Fe2(SO4)3+3H2O (2)20.5 (3)【提出假设】铁钉与氧气的接触面积(铁钉浸泡在氯化钠溶液中的深度等) 【实验结论】6.0~6.5 【实验反思】铁与酸性溶液反应生成氢气与铁生锈过程中消耗的氧气体积相等 取等体积不同浓度的氯化钠溶液放入如图所示装置的试管中,并各放数量相等、规格相同且除锈后的铁钉于试管中,测定导管中形成稳定液柱所需时间并记录液柱高度 最终液柱高度相等,均为8.2 cm,但氯化钠溶液浓度较低时,形成稳定液柱所需时间较长
实验室里常利用红磷燃烧消耗氧气的方法来测定空气中氧气的含量。
(1)请写出红磷燃烧的化学方程式________________________。
(2)为探究红磷燃烧后,氧气是否有剩余,设计并完成实验。
第2题图1
实验操作 | 实验现象 |
点燃燃烧匙中足量的红磷,迅速放入该集气瓶中 | 红磷逐渐熄灭 |
红磷熄灭后,将集气瓶放入盛有热水的大烧杯中 | 白磷燃烧,产生大量白烟 |
由此可得,足量的红磷燃烧后,气球的作用是____________________________________________;热水提供的热量能引燃白磷,主要利用白磷________________的性质。
(3)在进行上述实验后,用测氧气浓度的传感器测得反应后装置内氧气浓度为3.21%,用红磷或白磷________(填“能”或“不能”)准确测定空气中氧气的含量。
(4)利用铁粉、炭粉、氯化钠等物质也可以测定空气中氧气的含量(装置如图2),8分钟后测得的数据如表:
第2题图2
实验前的体积 | 实验后的体积 | |
集气瓶内空气 | 烧杯内蒸馏水 | 烧杯内剩余蒸馏水 |
131mL | 90.0mL | 63.6mL |
请计算出空气中氧气的含量________(计算结果保留一位小数);氯化钠可以加速铁粉与氧气的反应,但不参与反应,其作用类似于________。
(1)4P+5O2 2P2O5 (2)起缓冲作用,防止容器内因红磷燃烧放热使压强增大导致橡胶塞冲开,影响实验 着火点较低 (3)不能 (4)20.2% 催化剂
【解析】(2)红磷燃烧时会放出大量的热,集气瓶内压强增大会导致橡胶塞冲开,因此可在橡胶塞上安装玻璃管,再系上气球。热水在实验中提供热量,使温度达到白磷的着火点,因为白磷着火点较低。(3)在进行上述实验后,用测氧气浓度的传感器测得反应后装置内氧气浓度为3.21%,也就是在实验过程中有部分氧气未参加反应,因此用红磷或白磷不能准确测定空气中氧气的含量。(4)对利用铁粉、炭粉、氯化钠等物质测定空气中氧气的含量实验中的数据分析可知,实验结束进入瓶内水的体积为90.0 mL-63.6 mL=26.4 mL,也就是瓶内空气中氧气含量为26.4 mL,所以空气中氧气的含量为 × 100% ≈ 20.2%。在此实验中,氯化钠可以加速铁粉与氧气的反应,但不参与反应,其作用类似催化剂。
某兴趣小组对“蜡烛燃烧的产物”进行探究。
【查阅资料】蜡烛的主要成分是石蜡,石蜡由碳、氢两种元素组成。
【作出猜想】蜡烛燃烧的产物是二氧化碳和水。
【实验验证】
实验步骤 | 实验现象 |
①点燃蜡烛,在蜡烛火焰上方罩一只干冷的烧杯 | 烧杯内壁有水雾 |
②取下烧杯,迅速向烧杯中倒入澄清石灰水,振荡 | 澄清石灰水变浑浊 |
【实验结论】步骤①证明蜡烛燃烧的生成物中有________;步骤②证明有二氧化碳生成。二氧化碳和石灰水反应的化学方程式为________________________。
【实验反思】小组成员小芳同学认为步骤②不严谨,理由是__________________________________________________________________。
【实验拓展】蜡烛燃烧还可能生成CO,为验证这一猜想,小组同学设计了如图所示的实验。将a端置于蜡烛的焰心,用酒精灯加热b端的糊状物,一段时间后,观察到__________________________,证明蜡烛燃烧不充分有一氧化碳生成。其中棉
花的作用是____________________________。
【实验结论】水 CO2+Ca(OH)2 === CaCO3↓+ H2O
【实验反思】石灰水变浑浊不一定是生成了碳酸钙,还可能是饱和石灰水受热后氢氧化钙的溶解度减小(或水蒸发)而析出
【实验拓展】b端糊状物由黑色变为红色 阻挡炭黑,防止炭黑与氧化铜发生反应
【解析】【实验结论】探究蜡烛燃烧产物的成分时,步骤①的现象为烧杯内出现水雾,证明蜡烛燃烧的生成物中有水,步骤②中澄清石灰水变浑浊,证明有二氧化碳生成。【实验反思】因为蜡烛燃烧放出大量的热,因此在实验②中,石灰水变浑浊不一定是生成了碳酸钙,还可能是饱和石灰水受热后氢氧化钙的溶解度减小(或水蒸发)而析出,因此步骤②不严谨。【实验拓展】要证明燃烧产物中还可能生成了CO时,采用如图所示装置,分析发现由于CO具有还原性,因此若b端黑色氧化铜变为红色,证明有CO存在,由于蜡烛燃烧产物中可能含有炭黑,炭黑中碳也具有还原性,会干扰CO还原性的实验,因此在玻璃管中加一团棉花的目的是阻挡炭黑,防止炭黑与氧化铜发生反应。
同学们用高锰酸钾制氧气,制取结束清洗仪器,发现加热高锰酸钾的试管内壁有用水洗刷不掉的黑色固体。
问题一:黑色固体是什么?
【交流讨论】同学们结合实验现象和对高锰酸钾及其分解产物的了解,进行分析判断。
判 断 | 依 据 |
不是KMnO4 | KMnO4能溶于水形成紫红色溶液 |
不是______(填化学式) | 冲洗试管时出现深绿色溶液,说明该物质能溶于水 |
是MnO2 | 其他实验用过MnO2,知道它是不溶于水的黑色固体 |
【实验验证】向未洗净的试管中加入某种液体,产生能使带火星木条复燃的气体,证明上述判断正确,加入的液体是______________________。
问题二:用什么洗掉MnO2?
【交流讨论】MnO2与BaCO3、Mg(OH)2、Fe2O3、P2O5、Cu中的某一种物质组成最相近,理由是______________________________。这种物质能与稀盐酸反应,化学方程式为______________________________,由此推测MnO2也能与稀盐酸反应。
【实验验证】向未洗净的试管中加入稀盐酸,黑色固体没有变化。
【交流讨论】实验说明同一类物质的化学性质不一定相同。MnO2有什么化学性质,用什么试剂清洗呢?同学们请教老师后决定用草酸(H2C2O4)溶液试一试。
【实验验证】向未洗净的试管中加入草酸溶液,黑色固体果然被除去,同时发现产生许多气泡。
问题三:生成了什么气体?
【交流讨论】化学变化过程中元素不变,因为__________________________,所以产生的气体可能为CO2、CO、H2、O2等。
【实验验证】经检验,产生的气体是CO2,检验CO2气体的操作和现象是
___________________________________________________________________。
【反思提高】以上探究活动中,清除试管内壁附着的难溶物的思路是:先______________________,再了解其化学性质,然后选择合适试剂进行清洗。
问题一:【交流讨论】K2MnO4 【实验验证】过氧化氢(H2O2)溶液
问题二:【交流讨论】它们都是金属氧化物(或它们都由金属元素和氧元素组成) Fe2O3+6HCl=== 2FeCl3+3H2O
问题三:【交流讨论】反应物中含有C、H、O元素 【实验验证】将产生的气体通入澄清石灰水中,石灰水变浑浊(或将燃着的木条伸入试管中,木条熄灭) 【反思提高】确定难溶物成分
某实验小组的同学用碳酸钠粉末,粒状大理石、稀盐酸、浓盐酸、稀硫酸这几种药品,探究哪两种药品的反应适合在实验室制取CO2。请你参与下列的探究并回答问题。
【提出问题】上述酸和碳酸盐的反应是否适合在实验室制取CO2?
【方案设计】大家经过讨论,一致认为浓盐酸不适合用于实验室制取CO2,你认为原因是______________________________________。讨论后大家设计了如图1三个实验进行对比分析。
第7题图1
【实验与结论】(1)请你填写下列实验报告中①、②处的内容。
实验 | 实验现象 | 实验结论 |
A | 剧烈反应,迅速放出大量气泡 | 反应速率过快,气体不便收集,不宜用于实验室制取二氧化碳 |
B | 产生气泡,速率迅速减慢,反应几乎停止 | 无法持续产生二氧化碳,不能用于实验室制取二氧化碳 |
C | ①________________________________________________________________________ | ②________________________________________________________________________ |
(2)根据探究结论,实验室制取二氧化碳的反应原理是__________________________(用化学方程式表示)。
【拓展与迁移】(1)由上述探究可知,在确定实验室制取气体的反应原理时,要考虑诸多因素,例如反应速率要适中,便于收集等。请你再写出一种需要考虑的因素______________________。
(2)如图2是一种灭火器的工作原理示意图,其中用碳酸钠和浓盐酸反应来产生CO2的理由是__________________________。
【方案设计】浓盐酸易挥发,使制取的二氧化碳气体不纯
【实验与结论】(1)①大理石逐渐溶解,产生大量气泡 ②反应速率适中,便于收集气体,适合实验室制取二氧化碳
(2)CaCO3+2HCl === CaCl2+CO2 ↑+H2O
【拓展与迁移】(1)制出的气体要纯净 (2)能够迅速产生大量CO2
【解析】【方案设计】因为浓盐酸易挥发,使得制取的二氧化碳中混有HCl气体而不纯。【实验与结论】(1)根据实验现象可知,实验C的现象应为产生大量气泡,从而得出结论,反应速率适中,气体便于收集,适合实验室制取二氧化碳气体。【拓展与迁移】(1)在确定实验反应原理时,要从原理是否科学、严谨、合理、装置和操作是否安全、简便、现象明显,药品是否易得、经济环保节能等方面进行。(2)根据上述实验现象可知,用碳酸钠与浓盐酸反应能迅速产生大量的二氧化碳气体是灭火器的原理。
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