类型五实验拓展探究

类型五教材实验拓展类探究

某化学兴趣小组同学设想通过用镁条燃烧的实验来测定空气中的氧气含量（如图）。【提出问题】利用镁条在空气中燃烧的原理测定空气里氧气的含量是否合理？【查阅资料】镁是一种化学性质比较活泼的金属，在氮气中能燃烧，生成固态的氮化镁（化学式为Mg3N2），化学方程式为________________。在二氧化碳气体中也能燃烧，生成碳和氧化镁，化学方程式为_____________________。【得出结论】在点燃条件下，镁条不仅能与空气中的氧气反应，还能与氮气、二氧化碳反应，因此利用镁条在空气中燃烧的原理测定空气里氧气的含量_________（选填“合理”或“不合理”）。【进行实验】按图所示，点燃镁条，待镁条熄灭并冷却后，打开弹簧夹，进入集气瓶中水的体积约为其容积的70%。此时水能进入集气瓶的原因是_________________________________，集气瓶中事先放少量细沙的目的是_________________。【数据分析】如果镁条只和空气中的氧气反应，则进入集气瓶中水的体积最多不超过其容积的____%。本实验中进入集气瓶中水的体积约为其容积的70%，若所有操作过程均准确无误，则可推出参加反应的气体除了氧气，还一定还有_______。不合理瓶内气体被消耗，使瓶内压强变小防止集气瓶炸裂21氮气【交流与反思】若将装置中缠在铁丝上的镁条改为盛有碳粉的燃烧匙（其余仪器和用品均不改变），能否测定空气里氧气的含量是否合理？___________（选填“合理”或“不合理”）。【点拨】利用燃烧法测定空气中氧气含量时，所选药品要满足的条件是：①此物质能够在空气中燃烧；②此物质在空气中燃烧时只消耗氧气（O2），而不能消耗其他气体；③此物质在空气中燃烧时生成固体，而不能生成气体（若生成气体，应选用适当的试剂吸收）。由于镁条燃烧不但消耗空气中的氧气，还会与空气中的氮气和二氧化碳反应，因此不能选用镁条燃烧测定空气中氧气含量。不合理【解析】【查阅资料】镁在氮气中也能燃烧，生成氮化镁（化学式为Mg3N2），则反应的化学方程式为：，镁在二氧化碳气体中燃烧生成碳和氧化镁，则反应的化学方程式为；【得出结论】在点燃条件下，镁条不仅能与空气中的氧气反应，还能与氮气、二氧化碳反应，造成所测结果偏大，故利用镁条在空气中燃烧的原理测定空气里氧气的含量不合理；【进行实验】镁条燃烧时会与空气中的氧气反应生成固体氧化镁，致使瓶内气体减少压强减小，水在大气压作用下进入瓶中；集气瓶中事先放少量细沙的目的是防止集气瓶炸裂；【数据分析】由于氧气只占空气体积的21%，如果镁条只和空气中的氧气反应，瓶内气体只能减少原体积的21%，所以进入水的体积最多不超过其容积的21%；实验中进入瓶中水的体积达70%，说明反应消耗空气的体积为70%，因此已不是仅消耗氧气了，还应消耗部分氮气；【交流与反思】若用碳代替，该实验不能获得成功，理由是：碳与氧气反应，消耗氧气，但同时又生成二氧化碳等气体，瓶中的压强没有减小。1.“元旦”假期，某化学兴趣小组探究“排水法收集氧气时机的选择”，用加热高锰酸钾进行了相关实验。（1）写出加热高锰酸钾反应的化学方程式______________________________。（2）用排水法收集氧气时要等到“气泡连续、均匀冒出”才开始收集，原因是________________________________。一开始的气泡中含有较多的空气【提出问题】“气泡连续、均匀冒出，此时排出的氧气比较纯净”，事实如此吗？【设计并实验】采用高锰酸钾加热分解产生氧气，测定不同时刻从试管排出的气体中氧气的浓度。（3）在加热药品的第①时段后期（11-16s），气泡已经连续、均匀且快速冒出，此时排出气体中氧气的浓度最大只有_______%左右。（4）“气泡连续、均匀冒出时表示排出的氧气已经比较纯净”的说法是___________（选填“合理”或“不合理”）的。时段氧气浓度变化特点氧气浓度变化范围加热时间气泡特征①逐渐增大21.2%~1~11s

不持续、不均匀11~16s持续、均匀、快速②快速增大28.7%~66.7%16~34s持续、均匀、快速③逐渐变缓66.7%~86.3%34~80s④趋于稳定86.3%~88.7%80~135s28.7不合理【查阅资料】对于初中氧气性质实验而言，氧气浓度只需达到一定的数值，即满足实验要求即可。【实验探究】①取一个集气瓶，使瓶内留有占集气瓶40%的水（余下的为空气），用玻璃片盖住，并倒扣于装有水的水槽中；②用排水法收集氧气，小心地把瓶内的水排完用玻璃片盖住瓶口，取出正立放好；③带火星木条伸入集气瓶中，带火星木条复燃。【反思与交流】（5）通过实验探究，发现使带火星木条复燃的氧气__________（选填“不一定”或“一定”）是纯氧。（6）集气瓶中氧气的体积分数＝收集的氧气占容积的体积分数＋瓶中空气占容积的体积分数×______%。（7）理论上，上述实验中“使带火星木条复燃”的氧气体积分数是_____%（计算结果保留一位小数）。不一定2152.6【注意：若答对第（8）小题奖励4分，化学试卷总分不超过60分】该兴趣小组利用不同时机收集的氧气（其中有1瓶预留少量的水）进行实验，发生反应的实验现象如下：（8）实验表明，排水法收集氧气时最适宜的时机是______________，根据上表中的实验现象分析你所得出结论的原因：__________________________________________。时机1（加热10s后）时机2（加热15s后）时机3（加热35s）带火星木条复燃复燃复燃木炭燃烧木炭变红燃烧，红光剧烈燃烧，白光蜡烛燃烧燃烧更旺，红光燃烧更旺，白光燃烧更旺，白光铁丝燃烧铁丝熔成红色小球，有火花产生（红光）燃烧，火星四射，有少量黑色固体生成燃烧，火星四射，有较多黑色固体生成加热35s左右时机3收集的氧气进行的四个实验效果均很理想【解析】（1）用高锰酸钾制氧气需要加热；高锰酸钾受热分解生成锰酸钾和二氧化锰和氧气，反应的化学方程式为：；（2）当气泡均匀连续的放出时，再收集氧气，因为一开始的气泡中含有较多的空气；（3）在加热药品的第①时段后期（11～16s），气泡已经连续、均匀且快速冒出，此时排出气体中氧气的浓度最大只有28.7%左右；（4）根据表中数据可以发现：气泡连续，均匀冒出时，排出的氧气不是比较纯净；（5）通过实验探究，发现使带火星木条复燃的氧气不一定是纯氧；（6）集气瓶中氧气的体积分数=收集的氧气占容积的体积分数+瓶中空气占容积的体积分数×21%；（7）集气瓶中氧气的体积分数=收集的氧气占容积的体积分数+瓶中空气占容积的体积分数×21%；集气瓶中收集的氧气占容积的体积分数为40%，此时空气还占60%，所以空气中有氧气的量为：60%×21%=12.6%，所以此时瓶内共有氧气的分数为：12.6%+40%=52.6%；（8）实验表明，排水法收集氧气时最适宜的时机是加热35s左右，根据上表中实验现象分析得出结论的原因：时机3收集的氧气进行的四个实验效果均很理想。2.某校科学探究小组为了测定石灰石样品中CaCO3的质量分数，设计了多种探究方案：（资料显示：石灰石中杂质不溶于水，也不与酸反应）【探究方案一】将石灰石与稀盐酸反应生成的CO2通入氢氧化钠溶液中，称量氢氧化钠溶液在反应前后质量的变化，得出CO2质量，进而求出石灰石中CaCO3的质量，为此，还需要做的一项操作是_________________________。写出装置C中反应的化学方程式_____________________________。【探究方案二】取一定量石灰石与足量稀盐酸反应，用如图1所示的方法收集生成的CO2。请回答：集气瓶水面上放一层植物油的作用是______________________，油面上方的空气对测量结果_____（选填“有”或“无”）影响。【实验反思】经过讨论，同学们认为方案一有明显的缺陷，请指出其中的一个缺陷__________________________________________________。称量石灰石样品的质量防止二氧化碳溶于水无反应生成的二氧化碳不能被氢氧化钠溶液完全吸收【解析】【探究方案一】将石灰石与稀盐酸反应生成的CO2通入氢氧化钠溶液中，称量氢氧化钠溶液在反应前后质量的变化，得出CO2质量，进而求出石灰石中CaCO3的质量，为此，还需要做的一项操作是称量石灰石样品的质量；装置C中，二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，反应的化学方程式为：；【探究方案二】集气瓶水面上放一层植物油的作用是防止二氧化碳溶于水，油面上方的空气对测量结果无影响，这是因为生成多少体积的二氧化碳，就有多少体积的水排入量筒中；【实验反思】方案一中一处明显的缺陷是反应生成的二氧化碳不能被氢氧化钠溶液完全吸收，从而导致测定、计算的结果偏低；【探究方案三】如图2所示，其“一系列操作”包括过滤、洗涤和_______，若10g样品经反应后得到残渣2g，则石灰石中CaCO3得到质量分数为_____%。【若能答对以下两小题，你将获得奖励分4分，化学试卷总分不超过60分】【拓展探究】（1）小明认为方案二中石灰石样品的质量不能过大，你的解释是_________________________________________________________________________；（2）请你设计一个实验验证方案三中残渣已清洗干净，你的方案是_________________________________________________________________________。（写出简单的实验操作和支持判断的实验现象）干燥80产生二氧化碳过多，会导致量筒中水外溢，从而导致实验失败取洗后的液体于试管中，加入少量碳酸钠溶液，不产生白色沉淀，说明已清洗干净【解析】【探究方案三】如图2所示，其“一系列操作”包括过滤、洗涤和干燥；若10g样品经反应后得到残渣2g，则石灰石中CaCO3得到质量分数为：；【拓展探究】（1）方案二中石灰石样品的质量不能过大，如果样品质量过大，产生二氧化碳过多，会导致量筒中水外溢，从而导致实验失败；故填：产生二氧化碳过多，会导致量筒中水外溢，从而导致实验失败；（2）验证方案三中残渣已清洗干净的方法是：取洗后的液体于试管中，加入少量碳酸钠溶液，不产生白色沉淀，说明已清洗干净。3.实验设计是化学实验的重要环节。请根据下列实验要求回答相关问题：【活动与探究一】用对比实验方法探究二氧化碳的性质（1）实验一中振荡3个矿泉水塑料瓶，观察到塑料瓶变瘪的程度为A＞B＞C，其中变浑浊的瓶内发生反应的化学方程式为______________________________；对比A瓶与___（选填“B”或“C”）瓶的实验现象，可证明CO2能与NaOH发生反应。（2）实验二观察到C装置中发生的现象是___________________________________________________，结论是____________________（用化学方程式表示）。C干燥的石蕊试纸无变化，湿润的蓝色石蕊试纸变红色【活动与探究二】用变量控制方法探究影响物质溶解性的因素（3）实验三目的是探究________对硝酸钾溶解性的影响；实验四是探究溶剂种类对物质溶解性的影响，该实验中需要控制的变量是温度和_________________________；温度溶质、溶剂的质量相等【活动与探究三】定量测定空气中氧气的含量（4）实验五中，反应的原理为_____________________（用化学方程式表示）；装置一比装置二更合理，理由是_____________________________；根据下表提供的实验数据，完成下表：定量实验操作中易产生误差，如果反应前气球中存在气体（其量小于注射器内的空气），而实验后冷却至室温，将气球内的气体全部挤出读数，导致实验测得结果_____（选填“偏小”“偏大”或“无影响”）。硬质玻璃管中空气的体积反应前注射器中空气体积反应后注射器中气体体积实验测得空气中氧气的体积分数30mL20mL12mL_______16%装置一中氧气反应的更充分偏小

【解析】（1）用对比实验方法探究二氧化碳的性质：实验一中振荡3个矿泉水塑料瓶，观察到塑料瓶变瘪的程度为A＞B＞C，其中变浑浊的瓶内发生的反应是：二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙白色沉淀和水，对比A瓶与C瓶的实验现象，可证明CO2能与NaOH发生反应；（2）实验二观察到C装置中发生的现象是：干燥的石蕊试纸无变化，湿润的蓝色石蕊试纸变红色；因为二氧化碳与水反应生成了碳酸；（3）实验三目的是探究温度对硝酸钾溶解性的影响；实验四是探究溶剂种类对物质溶解性的影响，该实验中需要控制的变量是温度和溶质、溶剂的质量相等；（4）实验五中，反应的原理为铜和氧气在加热的条件下生成氧化铜，装置一比装置二更合理，理由是装置一中氧气反应的更充分；实验测得空气中氧气的体积分数=；定量实验操作中易产生误差，如果反应前气球中存在气体（其量小于注射器内的空气），而实验后冷却至室温，将气球内的气体全部挤出读数，导致实验测得结果偏小，因为冷却以后，注射器推进的少了。4.某校化学学习兴趣小组同学学习了“用红磷燃烧测定空气中氧气含量”实验之后，认为课本上实验存在不足，实验小组同学在教师的指导下将原装置改进如图所示，成功的测出空气中氧气体积分数。以下是他们的探究过程：【查阅资料】白磷的着火点为40℃。【提出问题】氧气体积约占空气总体积的多少？【设计实验】①经测定，锥形瓶内空气体积为230mL，则注射器中至少应吸入____mL水（填整数）；②检验装置的气密性之后，装入药品，按图所示连接好仪器，夹紧弹簧夹；③先将锥形瓶底部放入热水中，白磷很快被引燃，然后将锥形瓶从热水中取出；④待装置冷却后打开弹簧夹。【实验现象】白磷燃烧的现象为__________________________，气球的变化情况为_______________。【实验结论】通过该实验说明：空气中氧气的体积分数约为_____。【实验反思】请结合课本装置图分析，该改进装置比课本装置有哪些优点（至少回答两点）：①___________________________________________________________；②________________________________________________________________________。46产生大量的白烟，放出热量先膨胀，再收缩防止白磷燃烧瞬间产生大量的热，装置内气体膨胀弹开橡胶塞白磷在装置内即可引燃，避免装置外引燃使部分气体受热逸出，导致实验误差【解析】【设计实验】①氧气约占空气体积的五分之一，所以注射器中至少应吸入水的体积为：230mL×=46mL；【实验现象】白磷燃烧产生大量白烟，放出热量；由于刚开始反应时气体受热要膨胀，而反应中消耗了氧气，所以反应后锥形瓶中气体的压强要减小，可以据此解答；【实验结论】通过该实验说明：空气中氧气的体积分数约为；【实验反思】实验中由于白磷燃烧瞬间产生大量的热，所以应该防止装置内的气体弹开橡胶塞，同时实验时尽量在装置内引燃白磷以防气体受热逸出，导致实验误差。5.小华是个非常爱动脑的同学，做溶液的导电性实验时，小华观察得非常仔细，以下是他们小组观察、记录并思考的一些问题：（1）经过溶液的学习后，小华明白了不是所有的溶液都能导电的道理。下列物质加入水中充分振荡后能导电的是_______。A.蔗糖B.植物油C.高锰酸钾D.碳酸钠（2）做氯化钠溶液的导电性实验时，小华不仅看到灯泡亮了，还观察到与电解水相似的现象：两根石墨电极上都出现了气泡。这激发了小华探究气泡成分的欲望。请你一起参与小华的探究活动吧！CD【提出问题】氯化钠溶液通电时，石墨电极上分别生成了什么气体？【查阅资料】Cl2是黄绿色、有刺激性气味的有毒气体，常温下