第2章 物质转化与材料利用（还原实验探究归纳）（含解析）

专题 第二章实验探究归纳
1.(2021·宁波) 有一瓶气体，可能由O2、CO、CO2中的一种或几种组成。为确定其组成，在老师的指导下，实验小组对该瓶气体进行了如下探究：
[查阅资料]脱氧剂(还原铁粉)能够吸收氧气和水蒸气。
[实验设计]用下图所示的装置进行实验(已略去夹持装置)。
[实验步骤]①检查装置气密性；②通入一定量氮气；③通入该气体，点燃酒精灯。
[实验现象]步骤③实验过程中，A装置无现象，B和F装置出现白色沉淀，E装置中出现光亮的红色物质。
（1） [实验结论]该气体由 组成。
（2） [实验反思]C装置的作用是 。
（3） 步骤②通入一定量氮气的目的是 。
（4） E装置中氧化铜粉末发生反应的化学方程式为 。
2.(2021·婺城模拟) 学习了金属的性质之后，同学们决定用实验对铁、铝、铜三种金属的活动性顺序进行验证。请回答：
(一)验证实验
（1） 将两根粗细相同的、打磨过的铁丝分别插入硫酸铝溶液、硫酸铜溶液中，过一会儿取出铁丝，观察
到 ，就能得出三种金属的活动性顺序为：铝>铁>铜。
（2） 将铁丝插入硫酸销溶液中时，除了上述观象，同学们还发现容液中有较多气泡放出。为了确定生成了什么气体，同学们决定继续进行探究。
[建立猜想]放出的气体可能是SO2、O2、H2的一种或几种。
[查阅资料]SO2易溶于水，化学性质与二氧化碳相似，也能使澄清石灰水变浑油，生成CaSO3
[方案设计]依据上述猜想，同学们分别设计了如下方案：
甲同学认为气体是O2， 检验方法是 ，经检验不是O2。对于另两种气体的验证，同学合作设计了如图组合实验方案：
（3） 实验开始时，先将收集到的气体从A通入一段时间后，再点燃C处酒精灯；这样操作的目的是 。
（4） 实验过程中根据 现象，可以得出结论：铝丝与硫酸铜溶液反应时，产生的气体是氢气，硫酸铜溶液中可能含有酸。
3.(2021·丽水模拟) 获悉某处矿井中瓦斯报警器发出警报后，学校兴趣小组请求该矿井安全监测人员提供了少量气体样品进行成分探究。兴趣小组经资料查询，通常瓦斯气体中可能含有CO、CO2、CH4等气体。为确定该气体是否含有这三种气体中的一种或几种， 兴趣小组的同学将安全处理后的混合气体，按下图装置进行了实验：(已知：CH4+4CuO=△=4Cu+CO2+2H2O)
（1） 装置B的作用是 ；
（2） 装置C中黑色的CuO变红，同学甲认为，只从装置C的现象判断，不能说明该气体中一定含有CH4 ， 因为还可能发生的化学反应是 (写出化学方程式) ；
（3） 装置D中浓硫酸因吸收水分而增重，同学乙认为，以上实验装置需要在 (填字母序号)间再增加一个装置D，重新进行实验，才能证明含有CH4；
（4） 小组通过改进后的装置再次进行了实验探究，装置A和E中澄清石灰变浑浊，装置B中无明显现象，装置C中黑色粉末变成红色，装置D的质量增加了，根据观察装置A、B、C、D、E的现象， (填“能“或“不能"确定该气体样品中含有的物质。
4.(2021·金华模拟) 半水煤气是工业合成氨的原料气，其主要成分是 H2、CO、CO2、N2和水蒸气。某科学兴趣小组为检验半水煤气的某些成分，设计的实验方案如图所示。
查阅资料可知碱石灰是 CaO 和 NaOH 的混合物。回答下列问题：
（1） A瓶中产生白色沉淀，其反应的化学方程式是 。
（2） D装置中“冰水”的作用是 。
（3） 实验结果证明有H2、CO、CO2存在，根据实验装置回答，证明CO存在，只需观察到的现象是 。
（4） 为了测定半水煤气中 H2、CO 质量的实验方案如下：
若步骤Ⅳ中浓硫酸质量增加a 克，步骤Ⅴ的KOH溶液质量增加b 克，则半水煤气中H2与CO的质量比为 （用含字母a、b的代数式表示）。
5.(2021·浙江模拟) 兴趣小组同学用氧化铜与足量的炭粉利用图甲所示的装置进行实验，对生成气体的成分进行探究。
【提出问题】生成的气体中是否含有一氧化碳
【实验与讨论】①打开K，缓缓通入干燥的氮气一段时间。通入氮气的目的是 。
②关闭K，加热至一定温度使之反应，用气囊收集气体样品。
③除去气体样品中的二氧化碳，并将剩余气体收集在集气瓶中，下列装置中最为合理的是 。
【实验求证】将除尽二氧化碳后的气体样品干燥，仍然用图甲所示的装置进行实验，若A中的固体选用CuO，B中溶液为澄清石灰水，若出现 现象，可说明气体样品中含有一氧化碳。
【实验反思】炭粉还原氧化铜的实验中，若生成的气体中含有一氧化碳，则反应时消耗碳与CuO的质量比，在下列数据中不可能的是 。
A．1：5 B．1：8 C．1：10 D．1：15
6.某兴趣小组在实验室相对封闭的装置内燃烧某种含碳、氢、氧元素的垃圾，对产生的废气成分(不考虑气态有机物)按如图所示的装置进行检验。
【实验研究】
拉动注射器，让废气依次通过装置。
【实验分析】
（1） 能证明废气中有水蒸气存在的现象是 ；
（2） F处的大号注射器，可以引导气体流向，其另一个主要作用是 ；
（3） 【反思评价】小金根据D中的粉末由黑色变为红色，得出废气中存在一氧化碳。小丽认为该结论不够严密，若废气中存在氢气也会出现该现象，要使上述结论更加严密，还应添加的一个实验装置及
位置是 。
【实验结果】经检验，废气中存在CO2、CO、H2O。
7.[杭州]小金利用图示装置进行“一氧化碳还原氧化铁”及产物检验的实验。实验步骤如下：
步骤1：连接装置并检查装置的气密性，在确保装置气密性良好的基础上，按图示在各装置中
添加药品；
步骤2：缓慢推注射器活塞，利用甲酸(一种无色溶液，溶质为HCOOH)与浓硫酸在80 ℃水浴的条件下制备一氧化碳(反应原理：HCOOH=浓H2SO4加热=CO↑＋H2O)；
步骤3：待万用瓶中澄清石灰水下降至安全线以下后再点燃酒精灯，当W型管右侧弯管处的氧化铁全部变为黑色时，继续加热2分钟后熄灭酒精灯；
步骤4：撤去酒精灯和盛热水的烧杯，用磁铁吸引黑色物质至W型管左侧弯管处进行固体产物的检验。
（1） 进行气密性检查时，可在万用瓶中盛适量水，然后推注射器活塞，当观察到 (填写现象)，说明装置气密性良好。
（2） 点燃酒精灯前，需要“待万用瓶中澄清石灰水下降至安全线以下”的原因 。
（3） 步骤3后，W型管左侧弯管处为反应后得到的稀硫酸，若固体产物全部是铁，步骤4中能观察到的现象是 。
8.某CuO粉末中混有少量Cu2O，现有一课外活动小组利用下图所示装置测定其中Cu2O的质量。已知在加热条件下，氢气还原氧化亚铜生成铜和水，一氧化碳还原氧化亚铜生成铜和二氧化碳。请根据图示内容回答下列问题：
（1） X 是常见还原性气体 CO、H2 中的一种，请根据该组合装置判断 X 的化学式为 。
（2） 若缺少 B 装置，将直接导致反应后 D 装置内的物质的质量 （填“偏大”、“偏小”或“不影响”）。
（3） E 装置的作用是 。
（4） 已知反应前 CuO 和Cu2O 的总质量为 m1g，完全反应后 D 中 U 型管内物质的质量增加了 m2g(损失忽略不计)，则原混合物中 Cu2O 的质量为 g。
9.已知在不同的温度下，CO与铁的氧化物反应能生成另一种铁的氧化物（或铁单质）和CO2。现利用下图1的实验装置进行实验，反应过程中管内的固体质量随温度的变化曲线如图2。
注：图1中的仪器甲是一种加热仪器，图2中A、B点的固体组成分别是铁的氧化物中的一种。
（1） 查阅资料发现，酒精灯加热时玻璃管的受热温度是400～500℃，酒精喷灯加热时玻璃管的受热温度是800～1200℃。实验室要利用图1来制取金属铁，仪器甲应选用的加热仪器是 （填“酒精灯”或“酒精喷灯”）；图l装置明显存在的不足之处是 。
（2） 利用图2显示的相关信息，回答如下问题。
①在0～400℃温度范围内，管内固体质量不变，其原因是 。
②图中x= g。
10.某混合气体可能有CO2、CO、H2中的一种或几种，某学习小组的同学为了研究气体的组成，设计了如图装置进行实验（夹持装置已省略）．实验后发现A装置中溶液变浑浊，C中的固体由黑色变红色，D中的固体由白色变蓝色，F装置中有水流入烧杯。
在反应前后对C、D装置进行了质量的测量（各步反应均完全），测量结果如下表：
反应前后 反应前 反应后
C装置中试管与固体的总质量(克) a c
D装置中U形管与固体的总质量(克) b d
请分析回答下列问题：
（1） 请写出A装置中反应的化学方程式 。
（2） 一定能证明混合气体中有氢气存在的实验现象是 。
（3） F装置的作用：①“抽气”；② 。
（4） 证明原混合气体中有CO存在的定量关系是 （用字母a、b、c、d表示．）
11.小乐利用干燥的H2和CO混合气体，以及下图所示装置进行如下实验。
实验一：验证H2和CO的还原性
（1） 装置的正确连接顺序是（按顺序书写字母，且每套装置限用一次）；能证明H2具有还原性的实验现象是 。
（2） 有人质疑使澄清石灰水变浑浊的不一定是CO2， 也有可能是CO或H2；因此提出CO和H2在与氧化铜反应前应先通入澄清石灰水加以检验。小乐认为从实验操作角度分析，没有必要补充上述检验，理由
是 。
（3） 实验二：定量分析混合气体中H2和CO的质量比 小乐在实验前后对B、C装置（硬质玻璃管和内部药品）进行了质量的测定，假设B、C装置中反应完全，则H2和CO的质量比为 。
装置 实验前 实验后
B 100.8g 102.6g
C 65.6g 62.4g
12.(2020九上·兰溪期中) 小吴同学在学完金属冶炼的知识后，对课本中一氧化碳还原氧化铁实验作了绿色化改进后制取单质铁（K1， K2是活塞）：
（1） 为了保证实验的安全和成功，检查完装置的气密性后，应先通气再加热，并在通气前先 。
（2） 将少量氧化铁粉末放入玻璃管中，然后通入一氧化碳，待空气排尽后，加热。关闭K1，打开K2，整套装置中会出现的现象有 。
（3） 与课本实验装置相比，该装置最大的优点是CO能循环利用，将干燥后的气体从d口进入a管即可，则c瓶中放入的试剂是 。
（4） 已知该CO气体中还有少量的CO2杂质，仅利用上图装置能检验原有的CO2杂质的存在吗？请说明理由 。
13. (2020·金衢模拟) 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1～2.5g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＋Cu＋H2O。
【进行实验】取一定量混合物，用下图所示装置进行多次实验，获得如下实验数据和现象：
序号 木炭粉与氧化铜的质量比 反应后物质的颜色、状态
1 1∶9 红色固体有金属光泽 混有少量黑色物质
2 1∶10 混有很少量黑色物质
3 1∶11 混有极少量黑色物质
4 1∶12 无黑色物质
5 1∶13 混有较多黑色物质
【解释与结论】
（1） 实验中，证明生成了CO2的现象是 。
（2） 该实验的结论是 。
（3） 【反思与评价】实验中没有进行质量比为1∶14的实验，理由是 。
（4） 为检验第4次实验的生成物红色固体中是否含Cu2O，所需试剂是 。
14.某混合气体由CO、CO2、SO2三种气体组成，某兴趣小组对此进行了相关实验：
（查阅资料）①SO2能使品红溶液褪色；②SO2易与高锰酸钾溶液反应而被吸收，并能使其褪色；③SO2能使氢氧化钡溶液和澄清石灰水变浑浊；④CO和CO2均不能使品红溶液褪色，也不与高锰酸钾溶液反应。
（实验研究）为验证这三种气体，同学们设计并进行如下实验：
（事实与结论）通过实验验证了以上三种气体都存在。
（1） 装置A的作用是 。
（2） 能证明气体中含有CO2的现象是 。
（3） （反思与评价）若装置按C→D→A→B→E的顺序连接，则无法验证的气体是 。
（4） 有同学提出上述原装置中省略D装置也能达到实验目的，你认为该同学的设计有无道理并说明理
由 。
专题 第二章实验探究归纳 答案
1.（1）
（2）去除二氧化碳
（3）排尽装置内原有的空气
（4）
2.（1）
（2）
（4）
3.（1） 完全吸收二氧化碳；
（2） ；
（3） B、C
（4）不能
4.（1） （2）
（3） （4）
5.
6.（1）A中白色固体变蓝色（2） 收集尾气（3） 在DE之间装个A装置
7.（1）
（2）
（3）
8.(1）H2 （2） 偏大（3）防止空气中的水蒸汽进入装置（4）
9.（1） 酒精喷灯；缺少尾气处理装置
（2）①未达到反应所需温度 ②1.68g
10.（1） （2） D中固体由白色变蓝色（3）收集尾气（4）
11.（1） CBAD （2）
（3） 1:14
12.（1） 验纯度
（2）
（3） 浓硫酸
（4）
13. （1）澄清石灰水变浑浊
（2） （3） （4） 稀硫酸
14.
（1）
（2）
（3） CO2、SO2
（4）