专题十八
物质组成元素的探究
方法指引
（一）原理
（1）守恒思想
1．宏观：化学反应前后
的
和
不变。
2．微观：化学反应前后
的
、
和
不变。
（2）证据意识
根据
推测
或者
的存在，以反推物质组成元素。
（二）方法
1．化学反应类型
（1）正向思维：
①根据
的元素组成，推测
的组成元素。
②方法：
分解反应、置换反应、燃烧法，等等。
（2）逆向思维：
①根据
的元素组成，推测
的组成元素。
②方法：化合反应、燃烧法,等等
。
2．定性、定量
（三）思维模型
1.一般思路
2.思维导图
二、典型例题及变式训练
【例1】为探究某塑料的组成元素，设计了实验I和实验II。回答下列问题：
I.定性检测（已知：无水CuSO4遇水变蓝）
由上述实验可知，该塑料一定含有的元素是_____________________（填元素符号）。
II.定量测定
为进一步确定组成，将1.4g该塑料在足量O2中完全燃烧，共产生了4.4g
CO2
和1.8g
H2O
，依据质量守恒定律，可判断该塑料____________
（填“含有”或者“不含”）除上述③中结论之外的元素。
答案：①蓝
②澄清石灰水变浑浊
③C、H
（4）不含
解析：①根据结论：塑料产物中有H2O
，已知：无水CuSO4遇水变蓝，推测除实验现象应为变蓝。
②根据结论：塑料燃烧产物中有CO2
推测实验现象为澄清石灰水变浑浊。
③4.4gCO2
中
C
的质量是
1.2g，1.8gH2O
中
H
的质量是
0.2g，C、H
元素的质量和为
1.4g，与塑料的质量相等，所以塑料中不含
O
元素。
【变式训练】
甜叶菊苷具有高甜度低热能的特点，是一种新型甜味剂，我国是全球最主要的生产国。实验小组欲探究甜叶菊苷的元素组成，进行如下实验：
【提出问题】甜叶菊苷由什么元素组成？
【进行实验】小晴取适量的甜叶菊苷按如图进行操作，并分别将干冷的烧杯和蘸有澄清石灰水的烧杯倒置于火焰上方。
【讨论交流】其他同学认为小晴的实验设计不严谨，原因是________________________。
经改进实验后，检验到甜叶菊苷在氧气中充分燃烧的产物只有二氧化碳和水，由此确定甜叶菊苷中一定含______________元素。
【继续探究】为进一步确定其元素组成，利用如图2进行实验。(已知：装置C中的氧化铜能确保甜叶菊苷中的碳元素完全转化为二氧化碳)
(1)实验前要通一会儿氮气，目的是__________________________________。
(2)A装置中发生反应的化学方程式为_______________________________。
【数据记录】4.02
g甜叶菊苷在C装置中充分燃烧后，D装置增重2.7
g，E装置增重8.36
g。(产物被完全吸收)
【分析与结论】数据分析：4.02
g甜叶菊苷中氧元素的质量为________g，由此确定甜叶菊苷是由碳、氢、氧元素组成。
【反思评价】若没有F装置，对氧元素质量测定结果的影响是________(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。答案：【讨论交流】酒精燃烧也生成水和二氧化碳
碳、氢
【继续探究】
(1)排除装置中的空气
(2)方程式为：
【分析与结论】
1.44g
【反思评价】偏小
解析：【讨论交流】干冷的烧杯和蘸有澄清石灰水的烧杯的作用分别是检验生成气体中是否有水和二氧化碳，但酒精燃烧也能产生水和二氧化碳，所以小晴的实验设计不严谨。
【继续探究】（1）因为装置中存在空气，会影响生成气体中二氧化碳和水的质量，所以通入氮气的目的是排除装置内的空气。（2）A中药品为过氧化氢溶液和二氧化锰，所以反应方程式为过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解。
【分析与结论】根据质量守恒定律，反应前后元素的质量不变，所以D装置测量出水中的氢元素质量和E中则量出二氧化碳中的碳元素的质量和甜叶菊苷氢元素和碳元素的质量相同，通过物质中元素质量分数的计算可知碳元素质量为2.28g，水中氢元素的质量为0.3g，所以氧元素的质量为1.44g。
【反思评价】F装置的作用为吸收空气中的水和二氧化碳，防止它们进入E装置，若除去F装置，会导致空气中的二氧化碳进入E装置，使二氧化碳质量增加，导致氧元素质量变小。
三、自主检测
面粉、蔗糖灼烧后都变成炭黑，说明它们含有相同的
。
2.
将氯化氢和氨气两种无色气体混合，会发生化合反应，生成
（填化学式）。
3.石灰氮（化学式为CaCN2）是一种固态肥料，遇水发生反应的化学方程式为CaCN2+3H2O═CaCO3+2X，则X化学式为
。
4.
如图是电解水的实验装置,请根据图示回答下列问题：
（1）反应一段时间后,停止通电,a端和b端产生气体的质量比为
，体积比约为
。
（2）用燃着的木条检验a端气体，观察到
，
证明a端产生的气体为
,用带火星的的木条检验b端气体,观察到
，证明b端产生的气体是
，可得出结论：水是由
和
组成的。
（3）请写出其它能说明水的组成元素的化学变化（用化学方程式表示）：
①
②
（合理即可）
5.一度被国人称为
“洋火”的火柴始于我国南北朝时期的发烛、火寸条。火柴头上主要含有氯酸钾、二氧化锰、硫磺和玻璃粉等，火柴盒的侧面涂有红磷、三硫化二锑(Sb2S3)和玻璃粉。为检验火柴头的成分，进行如图所示的实验(二氧化硫可以使品红试纸和高锰酸钾溶液褪色)。
⑴使用湿润的品红试纸的目的是
；补全高锰酸钾溶液中反应的化学方程式:2KMnO4+3SO2+2H2O===
K2SO4+2
+2H2SO4
。
(2)将燃尽的火柴头捣碎、加水充分溶解、过滤,向滤液中加足量AgNO3溶液和稀硝酸，生成白色沉淀,说明滤液中含有
,从而证明火柴头中含
元素。
6.金属铜在空气中长时间放置后，表面会生成一层绿色物质。某兴趣小组的同学查阅资料得知，该绿色物质俗称“铜绿”，且受热易分解。小组同学为验证“铜绿”的组成进行了如下探究活动。
【实验过程】
实验一：
实验步骤
实验现象
实验结论
(1)取少量铜绿于试管中，加入适量稀硫酸
固体溶解，产生气泡，溶液呈
色
铜绿中含有Cu2＋
(2)将(1)中产生的气体通入澄清石灰水中
铜绿中含有CO
实验二：另取少量铜绿隔绝空气加热，发现绿色粉末变为黑色，试管内壁上有水珠出现。
【实验结论】综合以上两个实验，可以确定铜绿中含有
种元素。
【实验改进】小明经过思考认为只需进行一个实验就可确定铜绿的元素组成，他设计的实验如下：
(1)按图1所示组装仪器，将铜绿装入试管中，用酒精灯加热，可观察到试管中的绿色固体变为黑色，玻璃管中的无水硫酸铜粉末变蓝，烧杯中的澄清石灰水变浑浊。
(2)由上述现象可得出铜绿加热后分解的生成物中含有氧化铜、水和
；最终得出了铜绿的元素组成。
【分析讨论】实验小组的同学经过讨论后，认为黑色固体中不一定只含有氧化铜，也可能含有碳，待装置冷却后，同学们取试管中的固体，加入足量稀硫酸，观察到
，说明黑色固体全部是氧化铜，反应的化学方程式为
。
【拓展延伸】铁制炊具易生锈，在使用完后，需采用
的方法防止锈蚀。
7.
实验室有一瓶标签残缺并且瓶盖没有完全密封的无色溶液(如图)，化学小组的同学经过询问老师后，只知道是NaCl、NaOH、Na2CO3、NaHCO3中的一种溶液，为确认原瓶中是何种溶质并判断其是否变质，化学小组的同学进行了如下的探究活动：
【进行猜想】
猜想Ⅰ：原溶液的溶质是NaCl；
猜想Ⅱ：原溶液的溶质是NaOH；
猜想Ⅲ：原溶液的溶质是Na2CO3；
猜想Ⅳ：原溶液的溶质是NaHCO3。
【查阅资料】
常温下，有关物质的相关信息如下表：
物质
NaCl
NaOH
Na2CO3
NaHCO3
常温下的溶解度/g
36
109
21.5
9.6
常温下稀溶液的pH
7
13
11
9
从物质的相关信息可知，原溶液的溶质一定不是NaHCO3，因为
。
【进行实验】
（2）取少量样品，测得溶液的pH大于7，则原溶液的溶质肯定不是
NaCl
。
（3）同学们另取样品又进行了如下实验：
①X的化学式为
。
②生成白色沉淀A的化学方程式
③通过实验可以判断样品无色溶液中含有的溶质有
。
【获得结论】
（4）实验完成后，最终得到的结论：原瓶中的溶质是
，且已变质。专题十八
物质组成元素的探究
方法指引
（一）原理
（1）守恒思想
1．宏观：化学反应前后
元素
的
种类
和
质量
不变。
2．微观：化学反应前后
原子
的
种类
、
数目
和
质量
不变。
（2）证据意识
根据
实验现象
推测
物质
或者
离子
的存在，以反推物质组成元素。
（二）方法
1．化学反应类型
（1）正向思维：
①根据生成物的元素组成，推测
反应物
的组成元素。
②方法：
分解反应、置换反应、燃烧法，等等。
（2）逆向思维：
①根据
反应物
的元素组成，推测
生成物
的组成元素。
②方法：化合反应、燃烧法,等等
。
2．定性、定量
（三）思维模型
1.一般思路
2.思维导图
二、典型例题及变式训练
【例1】为探究某塑料的组成元素，设计了实验I和实验II。回答下列问题：
I.定性检测（已知：无水CuSO4遇水变蓝）
由上述实验可知，该塑料一定含有的元素是_____________________（填元素符号）。
II.定量测定
为进一步确定组成，将1.4g该塑料在足量O2中完全燃烧，共产生了4.4g
CO2
和1.8g
H2O
，依据质量守恒定律，可判断该塑料____________
（填“含有”或者“不含”）除上述③中结论之外的元素。
答案：①蓝
②澄清石灰水变浑浊
③C、H
（4）不含
解析：①根据结论：塑料产物中有H2O
，已知：无水CuSO4遇水变蓝，推测除实验现象应为变蓝。
②根据结论：塑料燃烧产物中有CO2
推测实验现象为澄清石灰水变浑浊。
③4.4gCO2
中
C
的质量是
1.2g，1.8gH2O
中
H
的质量是
0.2g，C、H
元素的质量和为
1.4g，与塑料的质量相等，所以塑料中不含
O
元素。
【变式训练】
甜叶菊苷具有高甜度低热能的特点，是一种新型甜味剂，我国是全球最主要的生产国。实验小组欲探究甜叶菊苷的元素组成，进行如下实验：
【提出问题】甜叶菊苷由什么元素组成？
【进行实验】小晴取适量的甜叶菊苷按如图进行操作，并分别将干冷的烧杯和蘸有澄清石灰水的烧杯倒置于火焰上方。
【讨论交流】其他同学认为小晴的实验设计不严谨，原因是________________________。
经改进实验后，检验到甜叶菊苷在氧气中充分燃烧的产物只有二氧化碳和水，由此确定甜叶菊苷中一定含______________元素。
【继续探究】为进一步确定其元素组成，利用如图2进行实验。(已知：装置C中的氧化铜能确保甜叶菊苷中的碳元素完全转化为二氧化碳)
(1)实验前要通一会儿氮气，目的是__________________________________。
(2)A装置中发生反应的化学方程式为_______________________________。
【数据记录】4.02
g甜叶菊苷在C装置中充分燃烧后，D装置增重2.7
g，E装置增重8.36
g。(产物被完全吸收)
【分析与结论】数据分析：4.02
g甜叶菊苷中氧元素的质量为________g，由此确定甜叶菊苷是由碳、氢、氧元素组成。
【反思评价】若没有F装置，对氧元素质量测定结果的影响是________(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。
答案：
【讨论交流】酒精燃烧也生成水和二氧化碳
碳、氢
【继续探究】
(1)排除装置中的空气
(2)方程式为：
【分析与结论】
1.44g
【反思评价】偏小
解析：【讨论交流】干冷的烧杯和蘸有澄清石灰水的烧杯的作用分别是检验生成气体中是否有水和二氧化碳，但酒精燃烧也能产生水和二氧化碳，所以小晴的实验设计不严谨。
【继续探究】（1）因为装置中存在空气，会影响生成气体中二氧化碳和水的质量，所以通入氮气的目的是排除装置内的空气。（2）A中药品为过氧化氢溶液和二氧化锰，所以反应方程式为过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解。
【分析与结论】根据质量守恒定律，反应前后元素的质量不变，所以D装置测量出水中的氢元素质量和E中则量出二氧化碳中的碳元素的质量和甜叶菊苷氢元素和碳元素的质量相同，通过物质中元素质量分数的计算可知碳元素质量为2.28g，水中氢元素的质量为0.3g，所以氧元素的质量为1.44g。
【反思评价】F装置的作用为吸收空气中的水和二氧化碳，防止它们进入E装置，若除去F装置，会导致空气中的二氧化碳进入E装置，使二氧化碳质量增加，导致氧元素质量变小。
自主检测
面粉、蔗糖灼烧后都变成炭黑，说明它们含有相同的
碳元素
。
2.
将氯化氢和氨气两种无色气体混合，会发生化合反应，生成
NH4Cl
（填化学式）。
3.石灰氮（化学式为CaCN2）是一种固态肥料，遇水发生反应的化学方程式为CaCN2+3H2O═CaCO3+2X，则X化学式为
NH3
。
4.
如图是电解水的实验装置,请根据图示回答下列问题：
（1）反应一段时间后,停止通电,a端和b端产生气体的质量比为
1：8
，体积比约为
2：1
。
（2）用燃着的木条检验a端气体，观察到气体燃烧，火焰为淡蓝色。罩一个干冷的烧杯在火焰上方，烧杯内壁出现水雾
，证明a端产生的气体为
氢气
/
H2
,用带火星的的木条检验b端气体,观察到
木条复燃
，证明b端产生的气体是
氧气
/O2
，可得出结论：水是由
氢元素/H
和
氧元素/O
组成的。
（3）请写出其它能说明水的组成元素的化学变化（用化学方程式表示）：
①
②
（合理即可）
5.一度被国人称为
“洋火”的火柴始于我国南北朝时期的发烛、火寸条。火柴头上主要含有氯酸钾、二氧化锰、硫磺和玻璃粉等，火柴盒的侧面涂有红磷、三硫化二锑(Sb2S3)和玻璃粉。为检验火柴头的成分，进行如图所示的实验(二氧化硫可以使品红试纸和高锰酸钾溶液褪色)。
⑴使用湿润的品红试纸的目的是
检验二氧化硫
；补全高锰酸钾溶液中反应的化学方程式:2KMnO4+3SO2+2H2O===
K2SO4+2
MnO2
+2H2SO4
。
(2)将燃尽的火柴头捣碎、加水充分溶解、过滤,向滤液中加足量AgNO3溶液和稀硝酸，生成白色沉淀,说明滤液中含有
Cl-
（合理即可）,从而证明火柴头中含
氯
元素。
6.金属铜在空气中长时间放置后，表面会生成一层绿色物质。某兴趣小组的同学查阅资料得知，该绿色物质俗称“铜绿”，且受热易分解。小组同学为验证“铜绿”的组成进行了如下探究活动。
【实验过程】
实验一：
实验步骤
实验现象
实验结论
(1)取少量铜绿于试管中，加入适量稀硫酸
固体溶解，产生气泡，溶液呈
蓝
色
铜绿中含有Cu2＋
(2)将(1)中产生的气体通入澄清石灰水中
澄清石灰水变浑浊
铜绿中含有CO
实验二：另取少量铜绿隔绝空气加热，发现绿色粉末变为黑色，试管内壁上有水珠出现。
【实验结论】综合以上两个实验，可以确定铜绿中含有
四/4
种元素。
【实验改进】小明经过思考认为只需进行一个实验就可确定铜绿的元素组成，他设计的实验如下：
(1)按图1所示组装仪器，将铜绿装入试管中，用酒精灯加热，可观察到试管中的绿色固体变为黑色，玻璃管中的无水硫酸铜粉末变蓝，烧杯中的澄清石灰水变浑浊。
(2)由上述现象可得出铜绿加热后分解的生成物中含有氧化铜、水和二氧化碳；最终得出了铜绿的元素组成。
【分析讨论】实验小组的同学经过讨论后，认为黑色固体中不一定只含有氧化铜，也可能含有碳，待装置冷却后，同学们取试管中的固体，加入足量稀硫酸，观察到黑色固体全部溶解，溶液变为蓝色，说明黑色固体全部是氧化铜，反应的化学方程式为CuO＋H2SO4
===
CuSO4＋H2O。
【拓展延伸】铁制炊具易生锈，在使用完后，需采用擦干水分（合理即可）的方法防止锈蚀。
7.
实验室有一瓶标签残缺并且瓶盖没有完全密封的无色溶液(如图)，化学小组的同学经过询问老师后，只知道是NaCl、NaOH、Na2CO3、NaHCO3中的一种溶液，为确认原瓶中是何种溶质并判断其是否变质，化学小组的同学进行了如下的探究活动：
【进行猜想】
猜想Ⅰ：原溶液的溶质是NaCl；
猜想Ⅱ：原溶液的溶质是NaOH；
猜想Ⅲ：原溶液的溶质是Na2CO3；
猜想Ⅳ：原溶液的溶质是NaHCO3。
【查阅资料】
常温下，有关物质的相关信息如下表：
物质
NaCl
NaOH
Na2CO3
NaHCO3
常温下的溶解度/g
36
109
21.5
9.6
常温下稀溶液的pH
7
13
11
9
（1）从物质的相关信息可知，原溶液的溶质一定不是NaHCO3，因为常温下NaHCO3的溶解度为9.6g，所得溶液浓度最大约为8.7%，小于10%
。
【进行实验】
（2）取少量样品，测得溶液的pH大于7，则原溶液的溶质肯定不是
NaCl
。
（3）同学们另取样品又进行了如下实验：
①X的化学式为CaCl2。
②生成白色沉淀A的化学方程式
③通过实验可以判断样品无色溶液中含有的溶质有NaOH、Na2CO3。
【获得结论】
（4）实验完成后，最终得到的结论：原瓶中的溶质是
NaOH
，且已变质。
