(2019·山西)冬季雾霾频发。某校社会实践小组的同学们,对某地区雾霾的成分、成因、危害及防治产生了浓厚的兴趣并开启了项目性学习之旅。
(信息检索)雾是浮游在空气中的大量微小水滴。霾是可吸入颗粒物浓度较高造成的能见度较低的现象。霾的主要成分可能含有可溶性硫酸盐、硝酸盐、铵盐、不溶性有机物、黑碳、金属元素和其他元素。
(提出问题)某地霾的成分是什么?
(实验准备)选择该地重度雾霾天气,用SDLKC-1000型大流量TSP采样器在室外采集大气中的可吸入颗粒物10 g。
活动一:探究霾中是否含有铵盐和硫酸盐。
实验方案 | 实验步骤 | 实验现象 | 实验结论 |
方案一 | 取5 g样品,加少量熟石灰粉末,混合、研磨 |
| 含有铵盐 |
方案二 | 取5 g样品,加适量水,充分溶解后过滤,向滤液中滴加 | 有白色沉淀生成 | 含有硫酸盐 |
(总结反思)工业上应加强对污染企业的监管,农业上应合理施用化肥。
活动二:探究霾中是否含有黑碳。同学们设计了如图所示的创新实验(将活动一得到的残渣,干燥后置于中间凹槽内)。
(实验步骤)①滴入过氧化氢溶液制取O2,排出装置内空气后,再在导管口接上气球。②向右边的凹槽内滴入澄清的石灰水。③接通电源,用红热电阻丝点燃残渣。
(实验现象)残渣剧烈燃烧,澄清石灰水变浑浊,气球变大。
(实验结论)霾中含有黑碳。装置内澄清石灰水变浑浊的化学方程式是 。
(交流研讨)某同学对“霾中含有黑碳”的结论产生质疑,理由是 。
活动三:查阅资料,霾中还含有Al、Na、Zn、Pb、Hg、Cd等金属元素,其中的有害元素除Cd外,还有 。
(能力发展)请你联系实际填写关于雾霾的问卷调查表:
项目 | 雾霾频发的成因 | 控制雾霾频发的做法 | 政府采取的应急措施 |
① | 能源结构不合理 | 推广太阳能发电 | 人工降雨 |
② | 烧散煤取暖 |
| 向空中或地面洒水 |
③ |
| 推广新能源汽车 | 私家车限号出行 |
(检查进度)小组同学没有进行的探究项目是 。
活动一:放出刺激性气味气体 BaCl2溶液(或BaCl2溶液和稀盐酸,合理即可)
活动二:Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O 可能含有不溶性有机物,它燃烧也会生成CO2(合理即可)
活动三:Hg、Pd(或汞、铅) 集中供暖(或煤改电、煤改气,合理即可) 汽车尾气 霾中是否含有硝酸盐(或是否含有不溶性有机物或是否含有其他元素或雾霾的危害)
解析: 活动一:检验硫酸盐通常是检验硫酸根离子,硫酸根离子能与钡离子生成难溶于水、难溶于酸的白色沉淀硫酸钡,所以可向滤液中滴加试剂BaCl2溶液,有白色沉淀产生,再滴加稀盐酸,若白色沉淀不溶解,则证明含有硫酸盐(合理即可);铵盐与碱反应生成有刺激性气味的氨气,所以样品中加入熟石灰研磨,放出刺激性气味气体,说明有氨气生成,则原样品中含有铵盐。
活动二:由黑色残渣在氧气中剧烈燃烧,澄清石灰水变浑浊可知,残渣中含有碳元素,所以除了黑碳外,黑色残渣还可能是不溶性有机物,有机物在氧气中燃烧也生成二氧化碳气体(合理即可)。
活动三:Al、Na、Zn、Pb、Hg、Cd等金属元素中Na、Zn是人体必需的元素,Al是非必需的元素,Hg、Pb、Cd是有害元素。(能力发展)②烧散煤取暖易增大空气污染面积,如果采取集中供暖,可减少空气污染。③随着汽车量的增加,汽车尾气已成为污染空气的主要来源之一。
(检查进度)霾的主要成分可能含有可溶性硫酸盐、硝酸盐、铵盐、不溶性有机物、黑碳、金属元素和其他元素等,上述实验中小组同学没有进行的探究项目是霾中是否含有硝酸盐(或是否含有不溶性有机物或是否含有其他元素或雾霾的危害)。
(2019·江西)化学实验社团在老师的指导下开展了“模拟酸雨形成”的相关实验。
(联想与实验)模仿二氧化碳与水反应进行如图一所示实验:
资料卡片
1.二氧化硫与二氧化碳的化学性质相似,能与水反应生成亚硫酸(H2SO3),亚硫酸也不稳定。
2.整个实验在通风橱中进行。
(问题与猜想)亚硫酸不稳定,为什么红色液体微热后不变为紫色?其原因可能为:
猜想1:加热不够充分;
猜想2:与空气中氮气有关;
猜想3:与空气中氧气有关。
(探究与验证)填写表格中的空格。
编号 | 操作 | 现象 | 结论 |
1 | 将图一中红色液体继续加热至沸腾 | 仍为红色 | 猜想1 不成立 |
2 | 如图二所示,先通入适量SO2,然后用酒精灯微热 | 先变红 后变紫 | 猜想2 不成立 |
3 | 如图二所示,先通入适量SO2,再改通入氮气,最后用酒精灯微热 |
| |
4 | 如图二所示,先通入适量SO2,再改通入 ,最后用酒精灯微热 |
| 猜想3 成立 |
(分析与结论)红色液体微热后不变为紫色的原因是:H2SO3在空气中会被氧化生成另一种酸,进一步实验证明是硫酸。
(应用与拓展)收集某硫酸厂(生产过程中产生SO2)附近刚降到地面的雨水水样,用pH计测得每隔十分钟数据如下表:
测定时间 | 5:05 | 5:15 | 5:25 | 5:35 | 5:45 |
pH | 4.95 | 4.94 | 4.86 | 4.85 | 4.85 |
(1)分析表中数据,5:15至5:25时间段内水样中主要酸性溶质有 。
(2)实验社团提出一种处理废气的方案如图,利用CaCO3粉末、空气为原料,在高温下吸收SO2,写出该反应的化学方程式:
。
(探究与验证)先变红后变紫 氧气(或O2) 先变红色,微热后仍为红色
(应用与拓展)(1)H2SO3和H2SO4
(2)2CaCO3+O2+2SO22CaSO4+2CO2
解析:(探究与验证)根据猜想2不成立可知,溶液变色情况与空气中的氮气无关,所以通入氮气后再加热,现象是先变红后变紫;根据猜想三成立,则说明溶液变色情况与空气中的氧气有关,操作中应通入氧气,氧气可以与亚硫酸反应生成硫酸,硫酸的稳定性强于亚硫酸,所以加热后仍为红色。(应用与拓展)(1)因为5:15至5:25时间段内水样的pH在逐渐减小,说明亚硫酸还未完全转化为硫酸,所以此时水样中主要酸性溶质有亚硫酸和硫酸。(2)碳酸钙与二氧化硫及空气中的氧气在高温下反应生成硫酸钙和二氧化碳气体。
(2019·广东)某化学兴趣小组用石灰石和盐酸制取一瓶CO2,验满后,将澄清石灰水倒入集气瓶中,发现没有变浑浊。兴趣小组对这个异常现象进行了探究。
(提出问题)澄清石灰水为什么没有变浑浊?
(查阅资料)(1)CO2过量时,CaCO3沉淀会转化为可溶于水的Ca(HCO3)2。
(2)AgCl不溶于稀硝酸。
(提出猜想)Ⅰ.石灰水已完全变质;
Ⅱ. ;
Ⅲ.CO2中混有HCl。
(实验方案)兴趣小组用原药品继续制取CO2,并进行探究。制备CO2的化学方程式为
。
步骤 | 实验操作 | 实验现象 | 结论及化学方程式 |
(1) | 取少量澄清石灰水于试管中,加入 溶液 | 产生白色沉淀 | 猜想Ⅰ不成立 |
(2) | 将少量气体通入盛有澄清石灰水的试管中 |
| 猜想Ⅱ不成立 |
(3) | 将气体通入盛有 溶液的试管中,再加稀硝酸 |
| 猜想Ⅲ成立。反应方程式为
|
(实验结论)制取的CO2气体中混入了HCl,所以澄清石灰水没有变浑浊。
(交流讨论)若要收集到纯净、干燥的CO2,需将混合气体依次通入饱和NaHCO3溶液和 。
(拓展思考)回忆课本中收集呼出气体的操作后,同学们尝试用排水法收集一瓶CO2,倒入澄清石灰水后,石灰水变浑浊。你认为该实验成功的原因是 (写一点)。
(提出猜想)二氧化碳过量(或石灰水不足)
(实验方案) CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑
(1)碳酸钠(或可溶性碳酸盐)
(2)澄清石灰水不变浑浊
(3)AgNO3(或硝酸银) 产生白色沉淀
AgNO3+HClAgCl↓+HNO3
(交流讨论)浓硫酸
(拓展思考)排水法能收集到CO2(或排水过程中除掉了HCl,合理即可)
解析:(提出猜想)资料中显示,二氧化碳过量时,碳酸钙沉淀会转化为可溶于水的碳酸氢钙,所以收集二氧化碳后倒入澄清石灰水,没有变浑浊,可能是二氧化碳过量或石灰水量不足。
(实验方案)实验室用石灰石或大理石与稀盐酸反应制取二氧化碳,生成氯化钙、水和二氧化碳,化学方程式为CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑。(1)猜想Ⅰ不成立,则石灰水没有变质,澄清石灰水中加入碳酸钠溶液,氢氧化钙与碳酸钠反应产生白色沉淀,证明石灰水未变质。(2)猜想Ⅱ不成立,则将少量气体通入盛有澄清石灰水的试管中,澄清石灰水不变浑浊。(3)猜想Ⅲ成立,则证明气体中有氯化氢气体。将气体通入硝酸银溶液中,再加稀硝酸,有白色沉淀生成,证明有氯离子存在,进而证明二氧化碳中混有氯化氢气体,化学方程式为AgNO3+HClAgCl↓+HNO3。(交流讨论)二氧化碳可用浓硫酸干燥,所以要收集到纯净、干燥的二氧化碳,将混合气体通入饱和碳酸氢钠溶液除去杂质氯化氢,再通入浓硫酸进行干燥。(拓展思考)实验成功的原因是二氧化碳能溶于水,如果反应产生的二氧化碳足够多,可用排水法收集一瓶二氧化碳;因为HCl极易溶于水,在排水过程中除掉了HCl。
(2019·大庆)某同学将打磨过的铝箔加入到氢氧化钠溶液中,结果发现也有气泡产生,为了解该气体的成分,实验小组进行了以下探究活动:
(作出猜想)
猜想一:氧气;
猜想二:氢气;
猜想三:氮气。
(1)其他同学认为猜想三是错误的,理由是 。
(进行实验)
分别进行实验:
(2)利用图①装置进行实验:反应一段时间后,观察到 ,则猜想一错误。
(3)利用图②装置进行实验:反应一段时间气体验纯后,在尖嘴处点火观察到 ,则猜想二正确。
(得出结论)
(4)氢氧化钠、水、铝能反应生成偏铝酸钠(NaAlO2)和氢气,请写出此反应的化学方程式: 。
(5)铝分别与稀硫酸、氢氧化钠溶液反应,若生成等质量的氢气,则消耗硫酸与氢氧化钠的质量比为 。
(6)若本实验所用试液是在空气中敞口久置的氢氧化钠稀溶液,则观察不到明显的实验现象。其原因是 (用化学方程式表示)。
(7)铝块能制成铝箔是利用了铝的 性,铝在空气中表面形成一层致密的薄膜,具有一定的抗腐蚀性,写出相应的化学方程式: 。
(1)反应物中不含氮元素
(2)带火星的木条不能复燃
(3)气体燃烧,发出淡蓝色火焰
(4)2NaOH+2Al+2H2O2NaAlO2+3H2↑
(5)147∶40
(6)2NaOH+CO2Na2CO3+H2O
(7)延展 4Al+3O22Al2O3
解析:(1)猜想三是错误的,理由是反应物中不含氮元素,不能生成氮气。
(2)利用图①装置进行实验:反应一段时间后,观察到带火星的木条不能复燃,说明气体不是氧气,则猜想一错误。
(3)利用图②装置进行实验:反应一段时间气体验纯后,在尖嘴处点火观察到气体燃烧,发出淡蓝色火焰,说明气体是氢气,则猜想二正确。
(4)氢氧化钠、水、铝能反应生成偏铝酸钠(NaAlO2)和氢气,此反应的化学方程式为2NaOH+2Al+2H2O2NaAlO2+3H2↑。
(5)铝分别与稀硫酸、氢氧化钠溶液反应的化学方程式及其质量关系为:
2Al+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2↑
294 6
2NaOH+2Al+2H2O2NaAlO2+3H2↑
80 6
若生成等质量的氢气,消耗硫酸与氢氧化钠的质量比为294∶80=147∶40。
(6)若本实验所用试液是在空气中敞口久置的氢氧化钠稀溶液,则观察不到明显的实验现象,其原因是氢氧化钠和二氧化碳反应生成了碳酸钠和水,反应的化学方程式为2NaOH+CO2Na2CO3+H2O。
(7)铝块能制成铝箔是利用了铝的延展性,铝在空气中能和氧气反应生成氧化铝,反应的化学方程式为4Al+3O22Al2O3。
(2018·北京)为探究碳还原氧化铜的最佳实验条件,用木炭粉和氧化铜的干燥混合物1~2.5 g进行系列实验。
(查阅资料)
①氧化铜(CuO)为黑色固体。
②碳还原氧化铜得到的铜中可能含有少量的氧化亚铜;氧化亚铜为红色固体,能与稀硫酸反应:Cu2O+H2SO4 CuSO4+H2O+Cu。
(进行实验)
实验1:取质量比1∶11的木炭粉和氧化铜混合物1.3 g,进行实验。
序号 | 装置 | 反应后物质的颜色、状态 |
1-1 |
| 黑色粉末中混有少量红色固体 |
1-2 |
| 红色固体有金属光泽,混有极少量黑色物质 |
实验2:取一定量的混合物,用1-2装置进行实验。
序号 | 木炭粉与氧化铜的质量比 | 反应后物质的颜色、状态 | |
2-1 | 1∶9 | 红色固体有金属光泽 | 混有少量黑色物质 |
2-2 | 1∶10 | 混有很少量黑色物质 | |
2-3 | 1∶11 | 混有极少量黑色物质 | |
2-4 | 1∶12 | 无黑色物质 | |
2-5 | 1∶13 | 混有较多黑色物质 |
(解释与结论)
(1)配平化学方程式:
1C+ CuO Cu+ CO2↑。
(2)实验1-2中,证明产生了CO2的现象是 。
(3)实验1的目的是 。
(4)实验2的结论是
。
(反思与评价)
(5)实验2没有进行质量比为1∶14的实验,理由是 。
(6)为检验2-4的红色固体中是否含Cu2O,所需试剂是 。
(1)2 2 1
(2)澄清石灰水变浑浊
(3)探究木炭粉与氧化铜的受热面积对反应生成物的影响
(4)木炭粉与氧化铜反应的最佳质量比为1∶12
(5)木炭粉与氧化铜质量比为1∶13时,氧化铜已过量
(6)稀硫酸
解析:本题考查实验探究碳还原氧化铜的最佳实验条件、化学方程式的配平。(1)配平的化学方程式为C+2CuO2Cu+CO2↑。(2)使用澄清石灰水检验CO2,所以实验1-2中,证明产生了CO2的现象是澄清石灰水变浑浊。(3)实验1中,对比两实验反应物、反应条件和生成物均一样,只有加热的操作方式不同,即木炭粉和氧化铜的受热面积不同,故实验1的目的是探究木炭粉与氧化铜的受热面积对反应生成物的影响。(4)根据实验2可知:木炭粉与氧化铜质量比为1∶12时恰好完全反应,故木炭粉与氧化铜反应的最佳质量比为1∶12。(5)木炭粉与氧化铜质量比为1∶12时恰好完全反应,木炭粉与氧化铜质量比为1∶13时,氧化铜已过量,则木炭粉与氧化铜的质量比为1∶14 的实验就不需要进行了。(6)反应后的主要物质是铜,属于不活泼的金属,不与稀硫酸发生反应;根据资料可知,Cu2O能与稀硫酸发生化学反应,生成硫酸铜、水和铜,故可以选用稀硫酸鉴别红色固体中是否含有Cu2O。
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