2022年中考二轮专题复习 专题四 科学探究题（word版含解析）
文档属性
| 名称 | 2022年中考二轮专题复习 专题四 科学探究题（word版含解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 783.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2022-03-10 21:53:01 | ||
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文档简介
专题四 科学探究题
1．科学探究题的结构思维模式：
2．注意实验操作（加入某种试剂、对药品进行加热等）、实验现象（有无沉淀或气体生成、溶液颜色变化等）、实验结论（有无某种物质、猜想是否正确等）之间的对应关系：
类型物质组成成分的探究
例1 某中学化学兴趣小组为鉴定某工厂排出的无色污水成分，他们查阅工厂的有关资料，推测出污水中可能含有盐酸、硫酸钠和氢氧化钠中的一种或几种物质，小组同学取污水进行了如下探究：
【查阅资料】硫酸钠溶液呈中性。
【实验探究】
实验一：小组同学用pH试纸测得污水的pH＝2，由此得出污水中一定不含 ，原因是 （用化学方程式表示）。
实验二：为检测污水中可能含有的成分，甲同学做了如下实验。
实验操作 实验现象 实验结论
取少量污水于一支洁净试管中，向其中滴加少量的 产生白色沉淀 污水中一定含有硫酸钠
实验二中产生白色沉淀的化学方程式为 。
【得出结论】兴趣小组确定了污水的成分。
【反思与评价】乙同学经过思考后，用物理方法也得出了甲同学的实验结论，他的实验操作及实验现象是： 。
例2 聚乳酸（PLA）是一种新型的生物降解材料，能有效缓解塑料垃圾造成的“白色污染”，为了确定PLA样品的组成，某化学兴趣小组进行了以下探究。（已知无水硫酸铜遇水由白色变成蓝色）
（一）定性实验
（1）选用如图装置完成实验并填写表格：
所选装置及连接顺序 实验现象 实验结论
A→E→C PLA中含有碳、氢元素
（2）通过上述实验不能确定PLA中是否含有氧元素，原因是 。
（二）定量实验
（3）为了确定氧元素是否存在，将7．2 g PLA样品充分燃烧，为分别吸收燃烧产物并通过清晰可见的现象检验吸收是否完全，以上装置应按A→B→ → →C的顺序连接。
（4）实验中选择纯净的氧气而不用空气的原因是 。
（5）装置E的作用是 。
（6）充分燃烧7.2 g PLA样品，测得相关数据见下表。（已知产物被完全吸收，灰烬质量忽略不计）
装置 B C D E
实验前质量/g 160 150 150 100
实验后质量/g 163.6 150 163.2 100
通过分析与计算，可知7.2 g PLA样品中含有氧元素的质量为 g，PLA中碳、氢、氧元素的质量比为 （填最简整数比）。
例3 某化学兴趣小组对干电池内含有的物质及电能产生的原理有了浓厚的兴趣，在老师的指导下进行了以下探究实验。
【实验一】按图1所示连接装置，观察到锌片溶解，碳棒上有气泡冒出，同时电流表的指针发生偏转，说明化学能在一定条件下可以转化为电能。装置中发生反应的化学方程式为 。
【实验二】同学们了解电能产生的原理后，剥开一节干电池，发现除锌皮、碳棒外，还有黑色固体A（如图2）。
【提出问题】黑色固体A的成分是什么？
【猜想假设】黑色固体A中可能含有炭黑、铁粉、氧化铜、四氧化三铁或二氧化锰等物质。
【查阅资料】四氧化三铁俗称磁性氧化铁，有磁性；二氧化锰不溶于稀盐酸且不与稀盐酸反应。
【探究实验】向装有黑色固体A的烧杯中加入适量的水搅拌，静置后过滤，得到滤渣B和滤液C。取滤渣B进行实验，请完成下列实验报告：
实验步骤 实验现象 实验结论
①将干燥的滤渣B与磁铁接触 没有物质被磁铁吸引 B中一定不含
②取少量滤渣B于试管中，加入足量稀盐酸 a．溶液无色； b．仍有黑色不溶物 由现象a可判断B中一定不含
③另取少量滤渣B于试管中，加入适量过氧化氢溶液，同时插入带火星的木条 a．有大量气泡冒出； b． B中含有二氧化锰
【实验三】
【查阅资料】干电池中还含有氯化铵；氨气能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
【探究实验】同学们取滤液C进行实验：
（1）测得滤液C的pH 7，说明滤液呈酸性，解释了干电池的锌皮被腐蚀和产生电能的原因。
（2）取少量滤液C于试管中，加入 溶液并加热，将湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝，说明滤液C中含有铵盐。
（3）另取少量滤液C于试管中， （填操作和现象），说明滤液C中含有氯离子。
【交流讨论】黑色固体A中一定含有氯化铵和二氧化锰，可能含有 （填物质名称）。
类型反应后物质成分的探究（含变质）（2021考）
例4 用如图所示装置进行实验：
（1）丙装置的作用是 。
（2）若乙中澄清石灰水变浑浊，则甲中发生反应的化学方程式为 。
（3）探究反应后甲中黑色固体成分。
已知：Fe3O4不与CuSO4反应。
猜想一：Fe； 猜想二：Fe3O4； 猜想三： 。
步骤一：
加热时间/s 通入CO时间/s 样品
90 30 A
90 90 B
180 90 C
步骤二：向样品A、B、C中分别加入足量CuSO4溶液。
样品 现象 结论
A 无明显现象 正确
B 有红色固体析出，有少量黑色固体剩余 正确
C ，无黑色固体剩余 正确
若通入CO时间为90 s，要得到纯铁粉，则加热时间至少为 s。
例5 某兴趣小组发现，上周做实验用的氢氧化钠固体忘记了盖瓶盖，他们欲对该固体的变质情况进行探究。
【提出问题】该瓶氢氧化钠固体是否变质，变质情况如何？
【查阅资料】①碳酸钠溶液的pH最大约为10.6。
②氢氧化钠、碳酸钠分别在水和酒精中的溶解度如下表所示：
物质种类 NaOH Na2CO3
温度 20 ℃ 40 ℃ 20 ℃ 40 ℃
溶剂 水 109 g 129 g 21．8 g 48．8 g
酒精 17．3 g 40 g 不溶 不溶
【作出猜想】Ⅰ．未变质，只含NaOH；Ⅱ．部分变质，含 ；Ⅲ．全部变质，只含________________________________________________________________________。
【实验探究】（1）兴趣小组同学取少量样品于烧杯中，加适量水溶解，测得溶液的pH约为12。由此他们认为猜想Ⅰ正确，但其他同学很快予以否定，理由是
。
（2）组内其他同学取步骤（1）烧杯中少量溶液于试管中，加入过量的 溶液，振荡，有白色沉淀产生；不再产生沉淀时，取上层清液于另一支试管中，滴加 ，溶液变红。
【实验结论】通过实验，兴趣小组证明猜想 正确。
【反思评价】根据所查资料，有同学提出可以通过氢氧化钠和碳酸钠在酒精中溶解度不同来验证猜想Ⅲ是否正确。请你帮助他设计实验方案：
（简要写出实验操作）。
例6 早在战国时期，《周礼·考工记》中就记载着“涑帛”的方法，即利用“灰”（草木灰，主要成分为K2CO3）和“蜃”（贝壳灰，主要成分为CaO）混合加水所得溶液来洗涤丝帛，溶液与丝表面附着的丝胶蛋白反应，生成物可用水冲去，从而把丝洗得干净亮丽。化学小组对“混合加水所得溶液”中溶质的成分进行探究。
【实验过程】
（1）步骤Ⅰ中的反应会 （填“放出”或“吸收”）热量；步骤Ⅱ中反应的化学方程式为 ，属于 （填基本反应类型）。
【作出猜想】（2）猜想一：溶质是KOH；猜想二：溶质是 ；猜想三：溶质是KOH和K2CO3。
编号 实验操作 实验现象 实验结论
① 取少量滤液于试管中，通入CO2 溶质中不含 ，猜想二错误
② 另取少量滤液于试管中，滴加几滴稀盐酸 无明显现象 溶质中不含K2CO3，猜想三错误
【交流讨论】（3）同学们将实验结论与老师交流，老师认为实验②的结论不一定准确，原因是
。
（4）经过讨论，同学们又进行了实验③。
编号 实验操作 实验现象 实验结论
③ 取少量滤液于试管中，滴加足量的 （填盐的名称）溶液 有白色沉淀产生 溶质中含 ，猜想三正确
技巧点拨 反应后溶液中溶质成分的猜想，从反应物是否过量去考虑，而生成物一定存在。解题步骤：（1）写出化学反应方程式：aA＋bB=== cC＋dD（气体或沉淀或水）。（2）作出猜想，一般有三种：①只有C（恰好完全反应）；②A＋C（A过量）；③B＋C（B过量）。（3）验证猜想，一般不需要验证生成物，只需要验证反应物是否存在。
例7 碳还原氧化铜的实验装置如图甲、乙所示。图甲中酒精灯上网罩的作用是 。
【提出问题】碳燃烧时可能生成CO2也可能生成CO，那么碳与氧化铜反应生成的气体是否也有多种可能？
【作出猜想】猜想Ⅰ：CO； 猜想Ⅱ：CO2； 猜想Ⅲ： 。
【设计方案】实验装置如图乙所示。打开K，缓缓通入干燥的氮气一段时间，关闭K，点燃酒精喷灯和酒精灯，充分反应后，熄灭酒精喷灯和酒精灯，打开K，再通入一段时间氮气。
方案一：从定性观察角度判断
（1）实验时装置A处玻璃管中的现象是 。
（2）若B中无明显现象，D处的气体能点燃，则猜想 （填序号）成立。
方案二：从定量计算角度判断
取一定量碳粉和4 g氧化铜的混合物进行实验，并测定表格中的四个数据：
反应前的质量 反应后的质量
A（玻璃管＋固体） m1 m2
B＋C（广口瓶＋混合液） m3 m4
（3）若猜想Ⅱ成立，则理论上（m4－m3） （m1－m2）（填“＞”“＜”或“＝”）。
（4）若猜想Ⅲ成立且CuO全部转化成Cu，则参加反应的碳粉的质量m的取值范围是 。
【交流反思】实验开始前缓缓通入氮气的目的是 。
类型有关物质性质或变化条件的探究
例8 下图是两个实验小组分别进行“加热硫酸铜和氢氧化钠溶液反应后生成物”的实验过程示意图：
〖甲组〗氢氧化钠与硫酸铜反应的化学方程式为 ，加热后产生黑色的氧化铜。
〖乙组〗为寻找实验中没有产生氧化铜的原因，他们进行了以下实验探究：
【查阅资料】在酸性条件下，氢氧化钠与硫酸铜在溶液中可发生如下反应：6NaOH＋4CuSO4=== 3Na2SO4＋Cu4（OH）6SO4↓，生成的碱式硫酸铜是不溶于水的蓝白色固体，加热不易发生分解。
【作出猜想】根据资料分析，同学们针对试管中溶液呈酸性的原因作出以下猜想：
猜想Ⅰ．硫酸铜溶液呈酸性； 猜想Ⅱ．生成的硫酸钠使溶液呈酸性。
【实验与结论】
实验①：用pH试纸测定硫酸铜溶液的酸碱度，得出其pH 7（填“﹥”“﹤”或“＝”），硫酸铜溶液呈酸性，猜想Ⅰ成立。
实验②：向盛有硫酸钠溶液的试管中滴加石蕊溶液，观察到溶液显紫色，硫酸钠溶液呈 性（填“酸”“中”或“碱”），猜想Ⅱ不成立。
【交流与反思】（1）乙组同学认真分析甲组实验后，一致认为不需要通过实验就能判断猜想Ⅱ不成立，理由是________________________________________________________________________。
（2）在化学反应中，相同的反应物因其质量比不同可能会导致生成物不同，请另举一例： （写出反应物即可）。
例9 某化学兴趣小组的同学在对稀盐酸、氢氧化钠、碳酸钠的化学性质进行探究的过程中遇到“异常”现象。
现象一：向试管中加入2 mL某浓度的氢氧化钠溶液，再滴入2～3滴酚酞溶液，溶液变为红色；然后振荡试管，发现红色消失。
【提出问题】红色为什么会消失？
【作出猜想】（1）①氢氧化钠溶液的量过少；②氢氧化钠溶液的浓度过大；③ 。
【查阅资料】酚酞是一种弱有机酸，在pH＜8．2的溶液里为无色的内酯式结构，当pH＞8.2时为红色的醌式结构；在碱性介质中很不稳定，它会慢慢地转化成无色的羧酸盐式。
【实验探究】根据上述“猜想”进行如下探究：
Ⅰ．取某浓度氢氧化钠溶液，滴入2～3滴酚酞溶液，振荡后红色消失；
Ⅱ．取2 mL等浓度氢氧化钠溶液，滴入4～5滴酚酞溶液，振荡后红色消失；
Ⅲ．取2 mL等浓度氢氧化钠溶液，加水稀释，滴入几滴酚酞溶液，振荡后红色没有消失。
【结论】（2）猜想 正确。
现象二：向碳酸氢钠粉末中逐滴加入稀盐酸，立即产生气泡；而向碳酸钠溶液中逐滴加入稀盐酸时，开始没有气泡，过一段时间后才有气泡产生。
【提出问题】碳酸钠溶液刚开始与稀盐酸是否发生了化学反应？
【实验探究】向等体积、含等碳原子数的碳酸氢钠和碳酸钠溶液中，分别逐滴加入等浓度的稀盐酸。
【收集证据】分别收集实验过程中不同阶段消耗稀盐酸的质量与生成CO2的质量，得到两者之间的关系如图1、图2所示。
（3）碳酸氢钠俗称 。
【合作交流】（4）图1中发生反应的化学方程式为 。A点时溶液中的溶质有 （填化学式）。
（5）图2中从B点开始的变化关系与图1完全重合，据此我们可以判断碳酸钠溶液刚开始与稀盐酸确实发生了化学反应，请写出刚开始时发生反应的化学方程式： 。
【反思与评价】（6）基于以上“异常”现象，你能提出的有价值的见解是
（写一点）。
例10 某校同学开展了有关金属化学性质的实验探究活动。
（1）某同学设计两个不同的实验来比较铁和铜两种金属的活动性强弱。
实验操作 实验现象 实验结论
①分别取等质量的铁片和铜片于两支试管中，加入等质量、等浓度的稀硫酸 铁的活动性比铜强
②
（2）某小组做镁与稀硫酸反应的实验时，发现该反应很剧烈，还观察到试管内产生“白雾”。产生“白雾”的原因是 __________________ 。
写出镁与稀硫酸反应的化学方程式： ，将燃着的木条放在试管口，可听到爆鸣声，但未观察到火焰。
【提出问题】实验过程中，大家只听到氢气燃烧的爆鸣声而未观察到火焰，如何使氢气持续燃烧并观察到淡蓝色火焰呢？
【查阅资料】水蒸气对氢气燃烧火焰的传播有明显的阻滞作用，即水蒸气含量越高，火焰传播速度越慢。
【设计实验】经老师指导，同学们将实验进行了改进，如图所示。
【实验操作】取足量镁条放入装有一定量稀硫酸的试管中，将试管放入盛有冷水的锥形瓶中，反应开始后，用燃着的木条在试管口点燃氢气，观察到氢气持续燃烧，火焰呈淡蓝色。
【解释与反思】（3）锥形瓶中冷水的作用是 。
（4）完全反应后，试管中的液体冷却至室温的过程中，同学们发现试管底部出现了白色晶体。对此“意外”现象，你的解释是 。此时溶液中溶质的质量分数为 （列出计算式即可）（室温下硫酸镁的溶解度为33.．5 g）。
类型有关异常现象的探究
例11 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】CO2过量时，CaCO3沉淀会转化为可溶于水的Ca（HCO3）2；AgCl不溶于稀硝酸。
【作出猜想】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。化学反应方程式为____________________________________________________________________
【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）。
类型有关影响因素的探究
例12 某研究小组为探究影响化学反应速率的因素，进行如下四组实验（每组对比实验中固体的质量、溶液的体积和溶质质量分数都相等），请你参与探究并填空。
【实验记录与分析】
组别 实验操作 实验现象 实验结论
Ⅰ ②中木炭燃烧比①中 （填“剧烈”或“缓慢”） 其他条件相同时，___________________________________________________
Ⅱ ①中带火星的木条不复燃； ②中带火星的木条 其他条件相同时，使用催化剂，可以加快化学反应速率
Ⅲ ①中产生气泡速率比②中 （填“快”或“慢”） 其他条件相同时，______________________________________________________________
Ⅳ ①中氧化铁与稀盐酸的反应速率比②中慢 其他条件相同时，______________________________________________________________
【反思与拓展】（1）对比上述实验可知影响化学反应速率的因素有很多。因此，可以依据物质的 （填“名称”“条件”或“性质”，下同），通过控制反应的 来控制化学反应速率，使之满足人们的需要，达到趋利避害的目的。
（2）请举一个生活中控制化学反应速率的实例： 。
类型项目式探究
例13 3月16日，沙尘暴席卷我国西北地区，次日多地又遇到降雨。该地区某校环境监测实践小组的同学们，对沙尘暴的成因、危害、成分、防护、治理以及雨水酸碱度的异常变化产生了浓厚的兴趣，在老师的指导下，他们紧急立项，开启了项目性学习的探究之旅。
任务一：监测沙尘暴的成因 任务二：分析沙尘暴的危害
任务三：探究沙尘暴的成分
【信息检索】我国西北地区，含有大量钠盐的干涸盐湖和盐碱地总面积约有50万平方公里，为沙尘暴的形成埋下隐患。
【猜想假设】此次沙尘暴中可能含有碳酸钠等碱性物质。
【进行实验】取少量盐碱地的土壤与蒸馏水按1∶5的质量比在烧杯中混合，充分搅拌后静置，取上层清液，用右图装置完成如下实验。
实验步骤 实验现象 实验结论
①挤压胶头滴管a，滴入 产生白色沉淀 沙尘暴中含有Na2CO3，不含NaOH
②挤压胶头滴管b，滴入几滴酚酞溶液 溶液不变色
【反思评价】（1）步骤①中发生反应的化学方程式为________________________________________________。
（2）自然界的土壤中通常不含NaOH，原因是 。
（3）若加入的X是 （填化学式），则只能证明沙尘暴中含有Na2CO3，而不能确定是否含有NaOH。
任务四：评价雨水酸碱度异常的原因
【数据监测】小组同学在老师的帮助下，从环保部门获得了当地雨水的pH数据。
测定时间 3月5日 3月17日 3月28日 3月31日
pH 5．57 5．73 5．60 5．59
【表达交流】3月17日，雨水pH出现异常的原因是 。
【检查进度】该项目性学习还没有进行的探究项目是 。
参考答案
例1 氢氧化钠 NaOH＋HCl=== NaCl＋H2O
氯化钡溶液 BaCl2＋Na2SO4=== BaSO4↓＋2NaCl
取适量污水于蒸发皿中，加热，蒸发皿中出现白色固体
例2 （1）无水硫酸铜变成蓝色，澄清石灰水变浑浊
（2）反应物中有氧气
（3）E D
（4）空气中含有的二氧化碳、水蒸气会影响实验结果
（5）检验水蒸气是否被完全吸收 （6）3.2 9∶1∶8
例3 【实验一】Zn＋H2SO4=== ZnSO4＋H2↑
【实验二】铁粉和四氧化三铁 氧化铜 带火星的木条复燃
【实验三】（1）< （2）氢氧化钠（或氢氧化钾等）
（3）加入硝酸银溶液，有白色沉淀产生
【交流讨论】炭黑
例4 （1）点燃尾气，防止污染空气
（2）Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2
（3）Fe、Fe3O4 猜想二 猜想三 有红色固体析出 猜想一 180
例5 【作出猜想】NaOH、Na2CO3 Na2CO3
【实验探究】（1）氢氧化钠部分变质加水溶解后溶液的pH也可能为12
（2）氯化钙（或氯化钡等） 酚酞溶液
【实验结论】Ⅱ
【反思评价】取样，称量质量，加入一定量酒精中，充分溶解后，过滤、干燥固体，再次称量
例6 （1）放出 K2CO3＋Ca（OH）2=== CaCO3↓＋2KOH 复分解反应
（2）KOH和Ca（OH）2 无明显现象 Ca（OH）2
（3）稀盐酸先和KOH反应，后和K2CO3反应，若加入的稀盐酸不足，即使含有K2CO3，也无明显现象
（4）氯化钙（或氯化钡等） K2CO3
例7 集中火焰，提高温度 【作出猜想】CO和CO2
（1）黑色粉末变为红色 （2）Ⅰ （3）＝ （4）0.3 g＜m＜0.6 g
【交流反思】排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸，防止空气中的成分干扰实验
例8 〖甲组〗2NaOH＋CuSO4=== Na2SO4＋Cu（OH）2↓
〖乙组〗【实验与结论】＜ 中
【交流与反思】（1）甲组实验生成了Na2SO4，若其使溶液呈酸性，在此条件下氢氧化钠与硫酸铜反应会生成蓝白色沉淀
（2）碳和氧气（或C和O2等）
例9 （1）酚酞溶液的量过少（合理即可） （2）② （3）小苏打
（4）NaHCO3＋HCl=== NaCl＋H2O＋CO2↑ NaHCO3、NaCl
（5）Na2CO3＋HCl=== NaCl＋NaHCO3
（6）有些化学反应是分步进行的
例10 （1）铁片表面有气泡产生，铜片没有变化 将铁片放入硫酸铜溶液中 铁片表面有红色物质析出
（2）镁与稀硫酸反应放出大量的热，使稀硫酸中的水汽化成水蒸气，遇冷后凝结成小水珠 Mg＋H2SO4=== MgSO4＋H2↑
（3）降温，避免稀硫酸中的水大量汽化
（4）温度降低，硫酸镁的溶解度减小，所以析出硫酸镁白色晶体 ×100%
例11 【作出猜想】CO2过量（或石灰水不足）
【实验方案】CaCO3＋2HCl=== CaCl2＋H2O＋CO2↑
①Na2CO3（或K2CO3等） ②澄清石灰水不变浑浊
③AgNO3 产生白色沉淀 HCl＋AgNO3=== AgCl↓＋HNO3
【交流讨论】浓硫酸
【拓展思考】排水过程中除掉了HCl（或排水法能收集到CO2等）
例12 【实验记录与分析】Ⅰ.剧烈 反应物的浓度越大，化学反应速率越快 Ⅱ.复燃 Ⅲ.慢 反应物间的接触面积越大，化学反应速率越快 Ⅳ.温度越高，化学反应速率越快
【反思与拓展】（1）性质 条件 （2）冰箱冷藏保鲜食品（合理即可）
例13 任务一：土质疏松（或大气层不稳定等）
任务二：影响出行（或影响户外工作等）
任务三：【进行实验】足量氯化钙（或氯化钡等）溶液
【反思评价】（1）Na2CO3＋CaCl2=== CaCO3↓＋2NaCl（或Na2CO3＋BaCl2=== BaCO3↓＋2NaCl等）
（2）NaOH易与空气中的CO2反应
（3）Ca（OH）2[或Ba（OH）2]
任务四：【表达交流】沙尘暴中含有Na2CO3，导致雨水pH增大
【检查进度】沙尘暴的防护、治理
1．科学探究题的结构思维模式：
2．注意实验操作（加入某种试剂、对药品进行加热等）、实验现象（有无沉淀或气体生成、溶液颜色变化等）、实验结论（有无某种物质、猜想是否正确等）之间的对应关系：
类型物质组成成分的探究
例1 某中学化学兴趣小组为鉴定某工厂排出的无色污水成分，他们查阅工厂的有关资料，推测出污水中可能含有盐酸、硫酸钠和氢氧化钠中的一种或几种物质，小组同学取污水进行了如下探究：
【查阅资料】硫酸钠溶液呈中性。
【实验探究】
实验一：小组同学用pH试纸测得污水的pH＝2，由此得出污水中一定不含 ，原因是 （用化学方程式表示）。
实验二：为检测污水中可能含有的成分，甲同学做了如下实验。
实验操作 实验现象 实验结论
取少量污水于一支洁净试管中，向其中滴加少量的 产生白色沉淀 污水中一定含有硫酸钠
实验二中产生白色沉淀的化学方程式为 。
【得出结论】兴趣小组确定了污水的成分。
【反思与评价】乙同学经过思考后，用物理方法也得出了甲同学的实验结论，他的实验操作及实验现象是： 。
例2 聚乳酸（PLA）是一种新型的生物降解材料，能有效缓解塑料垃圾造成的“白色污染”，为了确定PLA样品的组成，某化学兴趣小组进行了以下探究。（已知无水硫酸铜遇水由白色变成蓝色）
（一）定性实验
（1）选用如图装置完成实验并填写表格：
所选装置及连接顺序 实验现象 实验结论
A→E→C PLA中含有碳、氢元素
（2）通过上述实验不能确定PLA中是否含有氧元素，原因是 。
（二）定量实验
（3）为了确定氧元素是否存在，将7．2 g PLA样品充分燃烧，为分别吸收燃烧产物并通过清晰可见的现象检验吸收是否完全，以上装置应按A→B→ → →C的顺序连接。
（4）实验中选择纯净的氧气而不用空气的原因是 。
（5）装置E的作用是 。
（6）充分燃烧7.2 g PLA样品，测得相关数据见下表。（已知产物被完全吸收，灰烬质量忽略不计）
装置 B C D E
实验前质量/g 160 150 150 100
实验后质量/g 163.6 150 163.2 100
通过分析与计算，可知7.2 g PLA样品中含有氧元素的质量为 g，PLA中碳、氢、氧元素的质量比为 （填最简整数比）。
例3 某化学兴趣小组对干电池内含有的物质及电能产生的原理有了浓厚的兴趣，在老师的指导下进行了以下探究实验。
【实验一】按图1所示连接装置，观察到锌片溶解，碳棒上有气泡冒出，同时电流表的指针发生偏转，说明化学能在一定条件下可以转化为电能。装置中发生反应的化学方程式为 。
【实验二】同学们了解电能产生的原理后，剥开一节干电池，发现除锌皮、碳棒外，还有黑色固体A（如图2）。
【提出问题】黑色固体A的成分是什么？
【猜想假设】黑色固体A中可能含有炭黑、铁粉、氧化铜、四氧化三铁或二氧化锰等物质。
【查阅资料】四氧化三铁俗称磁性氧化铁，有磁性；二氧化锰不溶于稀盐酸且不与稀盐酸反应。
【探究实验】向装有黑色固体A的烧杯中加入适量的水搅拌，静置后过滤，得到滤渣B和滤液C。取滤渣B进行实验，请完成下列实验报告：
实验步骤 实验现象 实验结论
①将干燥的滤渣B与磁铁接触 没有物质被磁铁吸引 B中一定不含
②取少量滤渣B于试管中，加入足量稀盐酸 a．溶液无色； b．仍有黑色不溶物 由现象a可判断B中一定不含
③另取少量滤渣B于试管中，加入适量过氧化氢溶液，同时插入带火星的木条 a．有大量气泡冒出； b． B中含有二氧化锰
【实验三】
【查阅资料】干电池中还含有氯化铵；氨气能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
【探究实验】同学们取滤液C进行实验：
（1）测得滤液C的pH 7，说明滤液呈酸性，解释了干电池的锌皮被腐蚀和产生电能的原因。
（2）取少量滤液C于试管中，加入 溶液并加热，将湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝，说明滤液C中含有铵盐。
（3）另取少量滤液C于试管中， （填操作和现象），说明滤液C中含有氯离子。
【交流讨论】黑色固体A中一定含有氯化铵和二氧化锰，可能含有 （填物质名称）。
类型反应后物质成分的探究（含变质）（2021考）
例4 用如图所示装置进行实验：
（1）丙装置的作用是 。
（2）若乙中澄清石灰水变浑浊，则甲中发生反应的化学方程式为 。
（3）探究反应后甲中黑色固体成分。
已知：Fe3O4不与CuSO4反应。
猜想一：Fe； 猜想二：Fe3O4； 猜想三： 。
步骤一：
加热时间/s 通入CO时间/s 样品
90 30 A
90 90 B
180 90 C
步骤二：向样品A、B、C中分别加入足量CuSO4溶液。
样品 现象 结论
A 无明显现象 正确
B 有红色固体析出，有少量黑色固体剩余 正确
C ，无黑色固体剩余 正确
若通入CO时间为90 s，要得到纯铁粉，则加热时间至少为 s。
例5 某兴趣小组发现，上周做实验用的氢氧化钠固体忘记了盖瓶盖，他们欲对该固体的变质情况进行探究。
【提出问题】该瓶氢氧化钠固体是否变质，变质情况如何？
【查阅资料】①碳酸钠溶液的pH最大约为10.6。
②氢氧化钠、碳酸钠分别在水和酒精中的溶解度如下表所示：
物质种类 NaOH Na2CO3
温度 20 ℃ 40 ℃ 20 ℃ 40 ℃
溶剂 水 109 g 129 g 21．8 g 48．8 g
酒精 17．3 g 40 g 不溶 不溶
【作出猜想】Ⅰ．未变质，只含NaOH；Ⅱ．部分变质，含 ；Ⅲ．全部变质，只含________________________________________________________________________。
【实验探究】（1）兴趣小组同学取少量样品于烧杯中，加适量水溶解，测得溶液的pH约为12。由此他们认为猜想Ⅰ正确，但其他同学很快予以否定，理由是
。
（2）组内其他同学取步骤（1）烧杯中少量溶液于试管中，加入过量的 溶液，振荡，有白色沉淀产生；不再产生沉淀时，取上层清液于另一支试管中，滴加 ，溶液变红。
【实验结论】通过实验，兴趣小组证明猜想 正确。
【反思评价】根据所查资料，有同学提出可以通过氢氧化钠和碳酸钠在酒精中溶解度不同来验证猜想Ⅲ是否正确。请你帮助他设计实验方案：
（简要写出实验操作）。
例6 早在战国时期，《周礼·考工记》中就记载着“涑帛”的方法，即利用“灰”（草木灰，主要成分为K2CO3）和“蜃”（贝壳灰，主要成分为CaO）混合加水所得溶液来洗涤丝帛，溶液与丝表面附着的丝胶蛋白反应，生成物可用水冲去，从而把丝洗得干净亮丽。化学小组对“混合加水所得溶液”中溶质的成分进行探究。
【实验过程】
（1）步骤Ⅰ中的反应会 （填“放出”或“吸收”）热量；步骤Ⅱ中反应的化学方程式为 ，属于 （填基本反应类型）。
【作出猜想】（2）猜想一：溶质是KOH；猜想二：溶质是 ；猜想三：溶质是KOH和K2CO3。
编号 实验操作 实验现象 实验结论
① 取少量滤液于试管中，通入CO2 溶质中不含 ，猜想二错误
② 另取少量滤液于试管中，滴加几滴稀盐酸 无明显现象 溶质中不含K2CO3，猜想三错误
【交流讨论】（3）同学们将实验结论与老师交流，老师认为实验②的结论不一定准确，原因是
。
（4）经过讨论，同学们又进行了实验③。
编号 实验操作 实验现象 实验结论
③ 取少量滤液于试管中，滴加足量的 （填盐的名称）溶液 有白色沉淀产生 溶质中含 ，猜想三正确
技巧点拨 反应后溶液中溶质成分的猜想，从反应物是否过量去考虑，而生成物一定存在。解题步骤：（1）写出化学反应方程式：aA＋bB=== cC＋dD（气体或沉淀或水）。（2）作出猜想，一般有三种：①只有C（恰好完全反应）；②A＋C（A过量）；③B＋C（B过量）。（3）验证猜想，一般不需要验证生成物，只需要验证反应物是否存在。
例7 碳还原氧化铜的实验装置如图甲、乙所示。图甲中酒精灯上网罩的作用是 。
【提出问题】碳燃烧时可能生成CO2也可能生成CO，那么碳与氧化铜反应生成的气体是否也有多种可能？
【作出猜想】猜想Ⅰ：CO； 猜想Ⅱ：CO2； 猜想Ⅲ： 。
【设计方案】实验装置如图乙所示。打开K，缓缓通入干燥的氮气一段时间，关闭K，点燃酒精喷灯和酒精灯，充分反应后，熄灭酒精喷灯和酒精灯，打开K，再通入一段时间氮气。
方案一：从定性观察角度判断
（1）实验时装置A处玻璃管中的现象是 。
（2）若B中无明显现象，D处的气体能点燃，则猜想 （填序号）成立。
方案二：从定量计算角度判断
取一定量碳粉和4 g氧化铜的混合物进行实验，并测定表格中的四个数据：
反应前的质量 反应后的质量
A（玻璃管＋固体） m1 m2
B＋C（广口瓶＋混合液） m3 m4
（3）若猜想Ⅱ成立，则理论上（m4－m3） （m1－m2）（填“＞”“＜”或“＝”）。
（4）若猜想Ⅲ成立且CuO全部转化成Cu，则参加反应的碳粉的质量m的取值范围是 。
【交流反思】实验开始前缓缓通入氮气的目的是 。
类型有关物质性质或变化条件的探究
例8 下图是两个实验小组分别进行“加热硫酸铜和氢氧化钠溶液反应后生成物”的实验过程示意图：
〖甲组〗氢氧化钠与硫酸铜反应的化学方程式为 ，加热后产生黑色的氧化铜。
〖乙组〗为寻找实验中没有产生氧化铜的原因，他们进行了以下实验探究：
【查阅资料】在酸性条件下，氢氧化钠与硫酸铜在溶液中可发生如下反应：6NaOH＋4CuSO4=== 3Na2SO4＋Cu4（OH）6SO4↓，生成的碱式硫酸铜是不溶于水的蓝白色固体，加热不易发生分解。
【作出猜想】根据资料分析，同学们针对试管中溶液呈酸性的原因作出以下猜想：
猜想Ⅰ．硫酸铜溶液呈酸性； 猜想Ⅱ．生成的硫酸钠使溶液呈酸性。
【实验与结论】
实验①：用pH试纸测定硫酸铜溶液的酸碱度，得出其pH 7（填“﹥”“﹤”或“＝”），硫酸铜溶液呈酸性，猜想Ⅰ成立。
实验②：向盛有硫酸钠溶液的试管中滴加石蕊溶液，观察到溶液显紫色，硫酸钠溶液呈 性（填“酸”“中”或“碱”），猜想Ⅱ不成立。
【交流与反思】（1）乙组同学认真分析甲组实验后，一致认为不需要通过实验就能判断猜想Ⅱ不成立，理由是________________________________________________________________________。
（2）在化学反应中，相同的反应物因其质量比不同可能会导致生成物不同，请另举一例： （写出反应物即可）。
例9 某化学兴趣小组的同学在对稀盐酸、氢氧化钠、碳酸钠的化学性质进行探究的过程中遇到“异常”现象。
现象一：向试管中加入2 mL某浓度的氢氧化钠溶液，再滴入2～3滴酚酞溶液，溶液变为红色；然后振荡试管，发现红色消失。
【提出问题】红色为什么会消失？
【作出猜想】（1）①氢氧化钠溶液的量过少；②氢氧化钠溶液的浓度过大；③ 。
【查阅资料】酚酞是一种弱有机酸，在pH＜8．2的溶液里为无色的内酯式结构，当pH＞8.2时为红色的醌式结构；在碱性介质中很不稳定，它会慢慢地转化成无色的羧酸盐式。
【实验探究】根据上述“猜想”进行如下探究：
Ⅰ．取某浓度氢氧化钠溶液，滴入2～3滴酚酞溶液，振荡后红色消失；
Ⅱ．取2 mL等浓度氢氧化钠溶液，滴入4～5滴酚酞溶液，振荡后红色消失；
Ⅲ．取2 mL等浓度氢氧化钠溶液，加水稀释，滴入几滴酚酞溶液，振荡后红色没有消失。
【结论】（2）猜想 正确。
现象二：向碳酸氢钠粉末中逐滴加入稀盐酸，立即产生气泡；而向碳酸钠溶液中逐滴加入稀盐酸时，开始没有气泡，过一段时间后才有气泡产生。
【提出问题】碳酸钠溶液刚开始与稀盐酸是否发生了化学反应？
【实验探究】向等体积、含等碳原子数的碳酸氢钠和碳酸钠溶液中，分别逐滴加入等浓度的稀盐酸。
【收集证据】分别收集实验过程中不同阶段消耗稀盐酸的质量与生成CO2的质量，得到两者之间的关系如图1、图2所示。
（3）碳酸氢钠俗称 。
【合作交流】（4）图1中发生反应的化学方程式为 。A点时溶液中的溶质有 （填化学式）。
（5）图2中从B点开始的变化关系与图1完全重合，据此我们可以判断碳酸钠溶液刚开始与稀盐酸确实发生了化学反应，请写出刚开始时发生反应的化学方程式： 。
【反思与评价】（6）基于以上“异常”现象，你能提出的有价值的见解是
（写一点）。
例10 某校同学开展了有关金属化学性质的实验探究活动。
（1）某同学设计两个不同的实验来比较铁和铜两种金属的活动性强弱。
实验操作 实验现象 实验结论
①分别取等质量的铁片和铜片于两支试管中，加入等质量、等浓度的稀硫酸 铁的活动性比铜强
②
（2）某小组做镁与稀硫酸反应的实验时，发现该反应很剧烈，还观察到试管内产生“白雾”。产生“白雾”的原因是 __________________ 。
写出镁与稀硫酸反应的化学方程式： ，将燃着的木条放在试管口，可听到爆鸣声，但未观察到火焰。
【提出问题】实验过程中，大家只听到氢气燃烧的爆鸣声而未观察到火焰，如何使氢气持续燃烧并观察到淡蓝色火焰呢？
【查阅资料】水蒸气对氢气燃烧火焰的传播有明显的阻滞作用，即水蒸气含量越高，火焰传播速度越慢。
【设计实验】经老师指导，同学们将实验进行了改进，如图所示。
【实验操作】取足量镁条放入装有一定量稀硫酸的试管中，将试管放入盛有冷水的锥形瓶中，反应开始后，用燃着的木条在试管口点燃氢气，观察到氢气持续燃烧，火焰呈淡蓝色。
【解释与反思】（3）锥形瓶中冷水的作用是 。
（4）完全反应后，试管中的液体冷却至室温的过程中，同学们发现试管底部出现了白色晶体。对此“意外”现象，你的解释是 。此时溶液中溶质的质量分数为 （列出计算式即可）（室温下硫酸镁的溶解度为33.．5 g）。
类型有关异常现象的探究
例11 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】CO2过量时，CaCO3沉淀会转化为可溶于水的Ca（HCO3）2；AgCl不溶于稀硝酸。
【作出猜想】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。化学反应方程式为____________________________________________________________________
【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）。
类型有关影响因素的探究
例12 某研究小组为探究影响化学反应速率的因素，进行如下四组实验（每组对比实验中固体的质量、溶液的体积和溶质质量分数都相等），请你参与探究并填空。
【实验记录与分析】
组别 实验操作 实验现象 实验结论
Ⅰ ②中木炭燃烧比①中 （填“剧烈”或“缓慢”） 其他条件相同时，___________________________________________________
Ⅱ ①中带火星的木条不复燃； ②中带火星的木条 其他条件相同时，使用催化剂，可以加快化学反应速率
Ⅲ ①中产生气泡速率比②中 （填“快”或“慢”） 其他条件相同时，______________________________________________________________
Ⅳ ①中氧化铁与稀盐酸的反应速率比②中慢 其他条件相同时，______________________________________________________________
【反思与拓展】（1）对比上述实验可知影响化学反应速率的因素有很多。因此，可以依据物质的 （填“名称”“条件”或“性质”，下同），通过控制反应的 来控制化学反应速率，使之满足人们的需要，达到趋利避害的目的。
（2）请举一个生活中控制化学反应速率的实例： 。
类型项目式探究
例13 3月16日，沙尘暴席卷我国西北地区，次日多地又遇到降雨。该地区某校环境监测实践小组的同学们，对沙尘暴的成因、危害、成分、防护、治理以及雨水酸碱度的异常变化产生了浓厚的兴趣，在老师的指导下，他们紧急立项，开启了项目性学习的探究之旅。
任务一：监测沙尘暴的成因 任务二：分析沙尘暴的危害
任务三：探究沙尘暴的成分
【信息检索】我国西北地区，含有大量钠盐的干涸盐湖和盐碱地总面积约有50万平方公里，为沙尘暴的形成埋下隐患。
【猜想假设】此次沙尘暴中可能含有碳酸钠等碱性物质。
【进行实验】取少量盐碱地的土壤与蒸馏水按1∶5的质量比在烧杯中混合，充分搅拌后静置，取上层清液，用右图装置完成如下实验。
实验步骤 实验现象 实验结论
①挤压胶头滴管a，滴入 产生白色沉淀 沙尘暴中含有Na2CO3，不含NaOH
②挤压胶头滴管b，滴入几滴酚酞溶液 溶液不变色
【反思评价】（1）步骤①中发生反应的化学方程式为________________________________________________。
（2）自然界的土壤中通常不含NaOH，原因是 。
（3）若加入的X是 （填化学式），则只能证明沙尘暴中含有Na2CO3，而不能确定是否含有NaOH。
任务四：评价雨水酸碱度异常的原因
【数据监测】小组同学在老师的帮助下，从环保部门获得了当地雨水的pH数据。
测定时间 3月5日 3月17日 3月28日 3月31日
pH 5．57 5．73 5．60 5．59
【表达交流】3月17日，雨水pH出现异常的原因是 。
【检查进度】该项目性学习还没有进行的探究项目是 。
参考答案
例1 氢氧化钠 NaOH＋HCl=== NaCl＋H2O
氯化钡溶液 BaCl2＋Na2SO4=== BaSO4↓＋2NaCl
取适量污水于蒸发皿中，加热，蒸发皿中出现白色固体
例2 （1）无水硫酸铜变成蓝色，澄清石灰水变浑浊
（2）反应物中有氧气
（3）E D
（4）空气中含有的二氧化碳、水蒸气会影响实验结果
（5）检验水蒸气是否被完全吸收 （6）3.2 9∶1∶8
例3 【实验一】Zn＋H2SO4=== ZnSO4＋H2↑
【实验二】铁粉和四氧化三铁 氧化铜 带火星的木条复燃
【实验三】（1）< （2）氢氧化钠（或氢氧化钾等）
（3）加入硝酸银溶液，有白色沉淀产生
【交流讨论】炭黑
例4 （1）点燃尾气，防止污染空气
（2）Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2
（3）Fe、Fe3O4 猜想二 猜想三 有红色固体析出 猜想一 180
例5 【作出猜想】NaOH、Na2CO3 Na2CO3
【实验探究】（1）氢氧化钠部分变质加水溶解后溶液的pH也可能为12
（2）氯化钙（或氯化钡等） 酚酞溶液
【实验结论】Ⅱ
【反思评价】取样，称量质量，加入一定量酒精中，充分溶解后，过滤、干燥固体，再次称量
例6 （1）放出 K2CO3＋Ca（OH）2=== CaCO3↓＋2KOH 复分解反应
（2）KOH和Ca（OH）2 无明显现象 Ca（OH）2
（3）稀盐酸先和KOH反应，后和K2CO3反应，若加入的稀盐酸不足，即使含有K2CO3，也无明显现象
（4）氯化钙（或氯化钡等） K2CO3
例7 集中火焰，提高温度 【作出猜想】CO和CO2
（1）黑色粉末变为红色 （2）Ⅰ （3）＝ （4）0.3 g＜m＜0.6 g
【交流反思】排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸，防止空气中的成分干扰实验
例8 〖甲组〗2NaOH＋CuSO4=== Na2SO4＋Cu（OH）2↓
〖乙组〗【实验与结论】＜ 中
【交流与反思】（1）甲组实验生成了Na2SO4，若其使溶液呈酸性，在此条件下氢氧化钠与硫酸铜反应会生成蓝白色沉淀
（2）碳和氧气（或C和O2等）
例9 （1）酚酞溶液的量过少（合理即可） （2）② （3）小苏打
（4）NaHCO3＋HCl=== NaCl＋H2O＋CO2↑ NaHCO3、NaCl
（5）Na2CO3＋HCl=== NaCl＋NaHCO3
（6）有些化学反应是分步进行的
例10 （1）铁片表面有气泡产生，铜片没有变化 将铁片放入硫酸铜溶液中 铁片表面有红色物质析出
（2）镁与稀硫酸反应放出大量的热，使稀硫酸中的水汽化成水蒸气，遇冷后凝结成小水珠 Mg＋H2SO4=== MgSO4＋H2↑
（3）降温，避免稀硫酸中的水大量汽化
（4）温度降低，硫酸镁的溶解度减小，所以析出硫酸镁白色晶体 ×100%
例11 【作出猜想】CO2过量（或石灰水不足）
【实验方案】CaCO3＋2HCl=== CaCl2＋H2O＋CO2↑
①Na2CO3（或K2CO3等） ②澄清石灰水不变浑浊
③AgNO3 产生白色沉淀 HCl＋AgNO3=== AgCl↓＋HNO3
【交流讨论】浓硫酸
【拓展思考】排水过程中除掉了HCl（或排水法能收集到CO2等）
例12 【实验记录与分析】Ⅰ.剧烈 反应物的浓度越大，化学反应速率越快 Ⅱ.复燃 Ⅲ.慢 反应物间的接触面积越大，化学反应速率越快 Ⅳ.温度越高，化学反应速率越快
【反思与拓展】（1）性质 条件 （2）冰箱冷藏保鲜食品（合理即可）
例13 任务一：土质疏松（或大气层不稳定等）
任务二：影响出行（或影响户外工作等）
任务三：【进行实验】足量氯化钙（或氯化钡等）溶液
【反思评价】（1）Na2CO3＋CaCl2=== CaCO3↓＋2NaCl（或Na2CO3＋BaCl2=== BaCO3↓＋2NaCl等）
（2）NaOH易与空气中的CO2反应
（3）Ca（OH）2[或Ba（OH）2]
任务四：【表达交流】沙尘暴中含有Na2CO3，导致雨水pH增大
【检查进度】沙尘暴的防护、治理
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