(12分)钢铁是使用最多的金属材料。在今年的化学活动周中,某校兴趣小组的同学在老师指导下做了二个有关铁的实验。
实验一:用干燥纯净的一氧化碳还原氧化铁
实验装置如下图:
其中A是实验室用草酸(H2C2O4)和浓硫酸加热制取一氧化碳的气体发生装置,反应的
(1)B装置中发生反应的化学方程式是 .
(2)C装置无明显现象,C装置的作用是 。
D装置中浓硫酸的作用是 。
(3)E装置中的实验现象是 。
(4)F装置的作用是 、 。
实验二:铝粉和氧化铁粉末反应(铝热反应)
实验装置如下图:
图中纸漏斗由两张滤纸折叠成漏斗状套在一起,使四周都有四层,点燃镁条后观察到的现象:镁条剧烈燃烧,发出耀眼的白光,放出大量的热,纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入细沙中。
实验后老师作了如下提示:实验中镁条和氯酸钾的作用是提供反应所需的高温条件,铝粉和氧化铁粉末在高温条件下的反应叫铝热反应,属于置换反应,该反应常用于焊接钢轨。请写出该反应的化学方程式 。该反应中单质铝与一氧化碳有相似的 (填“氧化”或“还原”)性。
实验后同学们对金属与金属氧化物间的反应产生兴趣,激发了探究热情。
【提出问题】任何金属与金属氧化物在高温条件下都能反应吗?
同学们在请教老师后设计了如下实验方案并进行了探究。
【实验方案】
实验组别 | 实验操作 | 实验现象 | 结论 |
实验1 | 取Zn、CuO粉末的均匀混合物于密闭容器中,高温加热。 向冷却后的固体中加入足量的稀盐酸。 | 黑色粉末变成 色 固体部分溶解,有气泡产生,水溶液呈无色。 | Zn和CuO能发生置换反应。 |
实验2 | 取Mg、CuO粉末的均匀混合物于密闭容器中,高温加热。 向冷却后的固体中加入足量的稀盐酸。 | 发生爆炸,黑色粉末变成红色。 固体部分溶解,有气泡产生,水溶液呈 色。 | |
实验3 | 取Cu、Fe2O3粉末的均匀混合物于密闭容器中,高温加热。 | 粉末无变化 | Cu、Fe2O3不能反应。 |
【反思拓展】金属与金属氧化物在高温条件下反应的规律和金属与 的反应相似。
(15分)化学实验中常常会出现意外情况,这是提升我们学科素养的良好机会,要根据具体情况区别对待,善于发现和解决问题。例如:
(1)用高锰酸钾制氧气时,用排水法收集到的氧气呈红色。原因是 ▲ ,相应的改进措施是 ▲ 。
(2)做细铁丝在氧气中燃烧的实验时,集气瓶底部破裂。原因是 ▲ ,相应的改进措施是 ▲ 。
(3)用盐酸和碳酸钙固体反应,将得到的气体X通入澄清石灰水中,始终没有发现石灰水变浑浊。针对此现象,同学们提出了自己的想法和做法,请你帮助他们完成以下探究。
[假设]
小英的假设:澄清石灰水已变质
小青的假设:气体X中除了有CO2外,还有 ▲
[实验探究]
Ⅰ.小英的探究:
实验目的 | 实验步骤 | 可能的实验现象 | 化学方程式和实验结沦 |
探究所用 澄清石灰 水是否变 质 | ①用一支试管另取少 量原澄清石灰水 ②取稀硫酸与碳酸钠 反应制取CO2 ③ ▲ | 步骤③中现象为: ▲ | 步骤②中反应方程式为: ▲ 步骤③可能的反应方程式略 实验结论: ▲ |
Ⅱ.小青的探究
实验目的 | 实验步骤 | 实验现象 | 化。学方程式和实验结论 |
探究气体X 中是否含有 ▲ 气体 | 将气体X通入硝酸银 溶液 | ▲ | 反应方程式为: ▲ 实验结论:气体X中含有 ▲ 气体 |
[实验反思]
Ⅲ.同学们经过讨论发现,只用一组实验装置就可以同时完成上述两个假设的探究。请你从下图中选择一组合理的装置 ▲ (填序号)。
A B C
Ⅳ.在上述合理装置的第二支试管内应放入 ▲ 溶液,其作用是 ▲ 。
同学们用Na2CO3溶液和浓HCl来研究简易灭火器的反应原理时,对废液的成分进行探究。
[推理假设]
上述两种物质发生反应的化学方程式为 ,由此推测出废液中一定有NaCl,可能有Na2CO3或盐酸。
[实验探究]
(一)确定废液中是否含有盐酸
(1)选择试剂:根据盐酸的化学性质,同学们选用了如图所示的五种物质,其中物质x是酸碱指示剂中的 溶液。
(2)实验验证:某同学向废液中加入少量的镁粉,观察到确定废液中一定没有盐酸。
(二)确定废液中是否含有Na2CO3
某同学选用 测出废液的pH=l0,确定废液中一定含有Na2CO3。
(三)处理废液,回收利用
欲从废液中得到纯净的NaCl,请完成如下实验方案设计。
方案 | 加入试剂 | 分离方法 | 方案评价 |
| 适量Ca(NO3)2溶液 | 过滤、蒸发结晶 | 不可行,理由是 |
| 过量的 | 蒸发结晶 | 可行 |
(7分)某学习小组在探究CO2与NaOH溶液反应的实验中,先用铝制易拉罐收集满一罐CO2气体,然后迅速向其中加入一定量的NaOH浓溶液,立即将易拉罐口封闭(不漏气),轻轻摇动易拉罐,发现易拉罐很快变瘪,但过一段时间后,易拉罐又重新鼓起来(反应过程中温度的变化忽略不计)。
【提出问题】易拉罐为什么先瘪后鼓?
【分析猜想】易拉罐开始时变瘪的原因是 (1) (用化学方程式表示),易拉罐重新鼓起的原因是易拉罐中又生成了气体A,其成分极有可能是CO2或 H2。
【查阅资料】①Na2CO3具有较强的热稳定性,只有在高温条件下才会分解;
②铝单质比较容易被酸、碱腐蚀。
【设计方案并进行实验】为了检验铝制易拉罐中重新生成的气体成分,小组又进行如下实验,并记录了相应的实验现象:
实验步骤 | 实验现象 | 实验结论 |
①将易拉罐口打开,迅速用燃着的木条伸入罐口。 | 发出“噗”的一声,产生淡蓝色火焰,片刻后熄灭。 | 说明罐中重新生成的气体A是 (2) 。 |
②取少量铝片于试管中,先加入适量的水,片刻后再加入少量的氢氧化钠溶液。 | 先加水,没有明显变化,后加入氢氧化钠溶液后产生无色无味的气体。 | 说明铝是否与水直接反应: (3) (填 “是”或“否”),铝能够与 (4) 溶液反应。 |
③取少量易拉罐中反应后的溶液于试管中,加入过量的稀盐酸。 | 产生了无色无味气体,该气体能使澄清石灰水变浑浊。 | 说明原CO2气体被NaOH溶液吸收 |
【实验结论】①铝制易拉罐变瘪的原因是CO2被NaOH溶液吸收,②铝制易拉罐重新鼓起的原因是铝与NaOH溶液反应产生了气体。
【反思评价】小组根据实验探究获得一条对金属铝化学性质的新认识: (5) 。
【拓展延伸】Al与NaOH溶液反应产生了气体的同时还生成另一种书写形式类似于KMnO4的盐,请完成下列反应化学方程式:2Al+2NaOH+2H2O= 2(6) +3A↑。当然,本实验只是初步探究,还有进一步探究的价值,有待我们在以后的学习中去深究。
化学课后,化学兴趣小组的同学在整理实验桌时,发现有一瓶氢氧化钠溶液没有塞橡皮塞,征得老师同意后,开展了以下探究:
[提出问题1] 该氢氧化钠溶液是否变质了呢?
[实验探究1]
实验操作 | 实验现象 | 实验结论 |
取少量该溶液于试管中,向溶液中滴加稀盐酸,并不断振荡。 | 有气泡冒出。 | 氢氧化钠溶液一定变质了。 |
[猜想与假设]
猜想1:氢氧化钠溶液部分变质。
猜想2:氢氧化钠溶液全部变质。
[查阅资料] (1) 氯化钙溶液呈中性。
(2) 氯化钙溶液能与碳酸钠溶液反应:CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl
[实验探究2]
实验步骤 | 实验现象 | 实验结论 |
(1)取少量该溶液于试管中,向溶液中滴加过量的氯化钙溶液,并不断振荡。 | 有 62 生成。 | 说明原溶液中一定有碳酸钠。 |
(2)取步骤(1)试管中的少量上层清液,滴加酚酞溶液。 | 溶液变红色。 | 说明原溶液中一定有 63 。 |
[反思与评价] (1)氢氧化钠溶液露置于空气中容易变质,请写出相关反应的化学方程式:
65 。
(2)在上述[实验探究2]中,小明提出可用氢氧化钙溶液代替氯化钙溶液,
你认为该方案 66 (填“可行”或“不可行”)。
[理解与应用] 氢氧化钠溶液容易变质,必须密封保存。实验室必须密封保存的药品还有很
多,试另举一例: 67 。
(2011年·衡阳)在学习碳酸钠的性质的课堂上,老师在碳酸钠溶液中加入一定量的澄清石灰水产生白色沉淀,在滤出沉淀后的滤液,引导同学们对滤液中溶质的成分进行探究。同学们通过讨论认为溶质是NaOH、Na2CO3、Ca(OH)2中的一种或两种,其可能情况有三种:①NaOH;②NaOH和Na2CO3;③ 。
小伟同学设计了下列实验方案,请你帮助完成。
实 验 步 骤 | 可能出现的实验现象 | 实验结论 |
⑴取少量滤液于试管中,加入碳酸钠溶液 | 产生 | 假设③成立 |
⑵取少量滤液于试管中,加入足量稀盐酸 | 放出无色气体 | 假设 成立 |
⑶取少量滤液于试管中,加入碳酸钠溶液或足量稀盐酸 | 没有明显现象 | 假设 成立 |
(8分) 一次趣味化学活动中,王老师向同学们展示了一瓶标签受损的无色溶液,如下图所示。要求同学们进行探究:确认这瓶溶液导电是什么溶液?
【提出猜想】 王老师提示:这瓶无色溶液只能是下了四种溶液中的一种:①硫酸镁溶液
②硫酸钠溶液、③硫酸溶液、④硫酸铵溶液
【查阅资料】 (1)常温下,相关物质的溶解度如下:
物质 | MgSO4 | Na2SO4 | (NH4)2SO4 | H2SO4 |
溶解度 | 35.1g | 19.5g | 75.4g | 与水任意比互溶 |
(2)(NH4)2SO4的水溶液显酸性
【实验探究】 (1)通过查阅资料,小明同学认为猜想 (填序号)不成立,原因是 。
(2)为确定其它几种猜想是否正确,小明同学继续进行探究:
实验操作 | 实验现象 | 实验结论 |
①取该溶液少许于试管中,向其中滴加几滴 溶液 | 溶液中有白色沉淀生成 | 猜想①成立 |
②用玻璃棒蘸取少许原溶液滴在pH试纸水,并跟比色卡对照 | 溶液pH小于7 | 猜想③成立 |
小雅同学认为小明实验操作②的结论不正确,她的理由是 ;
(3)请你设计实验方案,确认该溶液是硫酸铵溶液并完成实验报告:
实验操作 | 实验现象 | 实验结论 |
取该溶液少许于试管中, | | 猜想④成立,该反应的化学方程式为 |
化学课外活动中,小红将稀盐酸加入盛有澄清石灰水的试管中,无明显现象;小强将稀盐酸加入盛有K2CO3溶液的试管中,有气体生成。反应结束后,两同学把废液倒入同一废液缸中,观察到废液缸中产生少量的气泡,最终有白色沉淀生成。请回答以下问题:
(1)废液缸中最终生成的白色沉淀是_________________。
(2)通过分析废液缸中的现象,你认为小红实验后的废液中一定含有的物质是________。
(3)小强从废液缸中取出废液,过滤,对滤液进行实验探究。他认为滤液中除含有KCl外,还可能含有K2CO3,请你邦他完成下面的实验报告:
实验操作 | 实验现象 | 实验结论 |
取少量滤液于试管中,加入________________ | ________________ | 滤液中含有K2CO3. |