《科学探究》专项综合全练（四）

学而优教有方2/2《科学探究》专项综合全练（四）一、气体制取的实验探究1.（2020•北京交大附中月考）探究某种家用制氧机的工作原理。【提出问题】白色粉末和黑色粉末分别是什么？产生的气体是氧气吗？【查阅资料】获得的资料有：（1）过碳酸钠为白色固体，过碳酸钠溶于水时，分解生成碳酸钠和过氧化氢。（2）碳酸钠溶液不与二氧化锰反应。（3）过碳酸钠遇热分解产生氧气和大量水。【猜想与假设】根据资料和已学知识，得出猜想：白色粉末是过碳酸钠，黑色粉末是________。【实验验证】实验装置实验主要过程（1）检验装置气密性，操作如下：先将导管伸入液面下，用手紧握试管，观察到________，松开手后，导管中形成一段液柱。（2）在试管中依次加入二氧化锰、过碳酸钠和水，有大量气泡生成。（3）收集满一瓶气体。（4）检验气体的方法是________________________________________。实验现象和使用制氧机的白色粉末和黑色粉末反应现象完全相同，证明猜想正确。【实验拓展】（1）小明根据资料，认为可加热白色粉末制取氧气（使用排水法收集气体），该实验需要的仪器有________（填序号）。（2）使用（1）中方法制取氧气，加热时试管口应________。停止加热熄灭酒精灯前，应进行的操作是________。（3）生活中的很多物质都可以进行家庭小实验。消毒用的双氧水，其有效成分为过氧化氢，双氧水与二氧化锰制取氧气的化学方程式为________。二、物质元素组成的探究2.（2021•山东烟台芝罘期末）实验室开放日，同学们来到实验室，探究口罩熔喷布的元素组成。【查阅资料】①无水硫酸铜遇水变蓝；②化学反应前后，元素的种类不变。【设计并进行实验】实验装置如下图所示，装入相关试剂后，先通入一段时间O2，再点燃酒精灯，观察实验现象。【现象与结论】（1）装置B中无水硫酸铜变蓝，说明产生了________。（2）装置C中澄清石灰水变浑浊，说明产生了________。（3）根据（1）、（2）可判断：熔喷布中一定含有的元素是________（填元素符号）。是否含有其他元素还需要进一步的实验去判断。【反思与拓展】（4）进行实验时，如果装置C处导管口无气泡产生，造成这一现象的原因可能是________。（5）装置B和装置C能否颠倒？并说明原因：________。（6）口罩熔喷布与滤纸相似，其分离原理都是根据各成分________的不同。3.（2020•四川成都郫都期末）煤是一种化石燃料，某化学小组同学对其组成元素进行了相关探究活动：【提出问题】煤中是否含有碳元素和硫元素？【查阅资料】（1）二氧化硫和二氧化碳一样，也能使澄清石灰水变浑浊，反应的化学方程式为SO2+Ca(OH)2=CaSO3↓+H2O。（2）二氧化硫能使高锰酸钾溶液褪色（由紫红色变为无色），该反应的化学方程式为5SO2+2KMnO4+2X=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4，其中X的化学式是________，依据的原理是________。根据上述资料，甲、乙同学进行了如下实验探究。【实验探究】实验1：甲同学进行了如图所示A、B两步实验：A实验中高锰酸钾溶液褪色，B实验中澄清石灰水变浑浊。甲同学根据A实验中高锰酸钾溶液褪色，得出煤中含有________元素；根据B实验中澄清石灰水变浑浊，得出煤中含有碳元素。乙同学认为甲同学的方案不合理，理由是________。实验2：乙同学设计并进行了如图所示实验（夹持装置略去）：【实验现象】（1）装置C中的现象是________。（2）装置D中的现象是________，相关反应的化学方程式为________，该反应在实验室可用来检验________。【实验结论】煤中含有碳元素和硫元素。【实验反思】（1）乙同学实验中，将煤块粉碎成煤粉进行实验，目的是________。（2）实验中装置C的作用是________。（3）化石燃料的燃烧会产生大量的二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量不断上升，从而导致________效应增强，全球气候变暖。【拓展运用】通过该探究活动知道了如何区别二氧化碳和二氧化硫，其方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________。三、控制变量法在科学探究中的应用4.（2021•北京丰台期末）使燃料充分燃烧是实现节能减排、低碳生活的一种重要方法。某化学研究小组同学探究不同条件下蜡烛燃烧的情况。【查阅资料】蜡烛燃烧时，生成的CO2与CO的浓度比越大，蜡烛燃烧越充分。【进行实验】利用下图装置完成实验（所用传感器分别为O2、CO、CO2浓度传感器）。实验序号容器情况蜡烛位置O2起始浓度CO2与CO的浓度比熄灭时O2浓度1敞口（模拟通风环节）如甲21%1205.1持续稳定燃烧，保持在20.4%左右2半敞口（模拟有烟囱的环境）如甲21%1202.2持续稳定燃烧，保持在20.3%左右3密闭如甲21%223.7约16%4密闭如乙21%255.6约16%5密闭如丙21%270.6约16%6密闭如丙22%344.9约16%7密闭如丙23%x约16%【解释与结论】（1）蜡烛燃烧时会生成CO2和CO，说明蜡烛中一定含有________元素。（2）检验蜡烛燃烧有CO2生成，可在蜡烛火焰上方罩一个内壁涂有________的烧杯。（3）对比实验2和3，蜡烛在________条件下燃烧更充分（填“半敞口”或“密闭”）。（4）对比________（填实验序号），可得出“其他条件相同时，蜡烛的位置越分散，燃烧越充分”。（5）实验5、6、7的目的是________。（6）x________344.9（填“>”“=”或“<”）。【反思与评价】（7）综合以上实验分析，下列说法正确的是________（填字母序号）。A.蜡烛燃烧可以耗尽密闭容器内的氧气B.蜡烛充分燃烧，可减少污染C.实验1中氧气浓度基本不变，是因为分子在不断运动D.燃料在氧气浓度较高的富氧空气中燃烧，能起到节能减排的作用5.（2021•广东广州花都期末）某实验小组对过氧化氢分解反应进行探究：【探究一】探究影响过氧化氢分解速率的因素分别取5mLH2O2溶液进行实验，测定产生4mLO2所需时间，实验结果记录见下表：实验序号H2O2溶液的浓度（%）温度（℃）MnO2粉末用量（g）反应时间（t）①30350t1②30550t2③5200.1t3④15200.1t4（1）对比①②两个实验，若t1>t2，则可得出的结论是________。（2）能证明过氧化氢分解速率与溶液的浓度有关的实验组合是________（填实验序号）。【探究二】探究氧化铁（Fe2O3）能否作过氧化氢分解的催化剂实验步骤及现象如下：实验步骤预期实验现象Ⅰ.往A、B两支试管中分别加入5mL5%的H2O2溶液，向A试管中加入0.5g氧化铁粉末，将带火星的木条分别伸入两支试管中A试管中产生大量气泡，带火星的木条复燃；B试管中①________Ⅱ.待A试管中不再产生气泡时，重新加入过氧化氢溶液，并把带火星的木条伸入试管中试管中产生大量气泡，带火星的木条复燃Ⅲ.待实验Ⅱ中不再产生气泡时，将试管中的固体剩余物过滤，洗涤、干燥、称量所得固体质量为②________g（3）请将上面表格中①②两空格的实验现象补充完整。（4）实验Ⅱ和Ⅲ的目的是________。（5）写出在氧化铁的催化作用下，过氧化氢分解的化学方程式：________。【探究三】比较二氧化锰和氧化铁的催化效果（6）实验设计：对比实验需控制变量。在探究二氧化锰和氧化铁的催化效果时，除了控制过氧化氢溶液的体积和浓度保持相同外，还需控制相同的条件为（填写两项）________。（7）分析与结论：实验小组根据实验数据绘制了两种催化剂的实验时间与生成氧气体积的关系图（如下图所示）。依图分析，两种物质的催化效果是________（填序号）。A.催化效果基本相同B.二氧化锰催化效果好C.氧化铁催化效果好D.无法判断

参考答案一、气体制取的实验探究1.答案：【猜想与假设】二氧化锰【实验验证】（1）导管口产生气泡（4）把带火星的木条伸入集气瓶中，带火星的木条复燃，说明气体是氧气【实验拓展】（1）②③④⑤⑦⑧（2）略向下倾斜将导管移出水槽（3）2H2O22H2O+O2↑解析：【猜想与假设】根据题给资料信息推知，黑色粉末可能是二氧化锰，这是因为二氧化锰能够作过氧化氢分解反应的催化剂。【实验验证】（1）检验装置气密性，操作如下：先将导管伸入液面以下，用手紧握试管，观察到导管口产生气泡，松开手后，导管中形成一段液柱，说明装置不漏气。【实验拓展】（1）加热白色粉末制取氧气并采用排水法收集气体，由②③⑤⑧组装固体加热型发生装置；由④⑦组装排水集气装置。（2）使用固体加热型发生装置制取氧气，加热时试管口应略向下倾斜，以防止水蒸气冷凝回流炸裂试管。停止加热熄灭酒精灯前，应把导管移出水槽，以防止水倒吸炸裂试管。（3）过氧化氢在二氧化锰催化作用下分解生成水和氧气。二、物质元素组成的探究2.答案：（1）水（2）二氧化碳（3）H、C（4）装置漏气（5）不能颠倒，如果颠倒，气体通过澄清石灰水时带出水蒸气，影响对水的检验（6）微粒大小解析：（3）由（1）（2）可知，熔喷布和氧气在加热的条件下反应，有水和二氧化碳生成。水中的氢元素和二氧化碳中的碳元素来自熔喷布，因此熔喷布中一定含有的元素是H、C。（4）进行实验时，装置C处导管口无气泡产生，可能是因为装置漏气。（6）口罩熔喷布与滤纸相似，其分离原理都是根据各成分微粒大小的不同。3.答案：【查阅资料】（2）H2O质量守恒定律【实验探究】硫二氧化硫也会使澄清石灰水变浑浊【实验现象】（1）溶液仍为紫红色（2）澄清石灰水变浑浊CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O二氧化碳【实验反思】（1）增大和氧气的接触面积，使其充分燃烧（2）检验二氧化硫是否除尽（3）温室【拓展运用】将气体通入高锰酸钾溶液中，若溶液由紫红色变为无色，则该气体是二氧化硫，若溶液仍为紫红色，则该气体是二氧化碳解析：【査阅资料】依据质量守恒定律，反应前后原子种类和个数不变，由化学方程式可知，反应前后硫原子都是5个，钾原子都是2个，锰原子都是2个，反应后氢原子是4个，反应前也应该是4个，包含在2X中，反应后氧原子是20个，反应前也应该是20个，其中2个包含在2X中，则X的化学式是H2O。【实验现象】（1）装置C中的现象是溶液仍为紫红色。（2）装置D中的现象是澄清石灰水变浑浊，是因为二氧化碳和氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水，该反应在实验室可用来检验二氧化碳。【实验反思】（1）将煤块粉碎成煤粉的目的是增大和氧气的接触面积，使其充分燃烧。（2）实验中装置C的作用是检验二氧化硫是否除尽。（3）化石燃料的燃烧会产生大量的二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量不断上升，从而导致温室效应增强，全球气候变暖。三、控制变量法在科学探究中的应用4.答案：（1）碳（2）澄清石灰水（3）半敞口（4）3、4、5（5）探究氧气浓度对蜡烛燃烧的影响（6）>（7）BCD解析：（1）蜡烛和氧气为反应物，二氧化碳和一氧化碳为生成物，氧气只含有氧元素，因此碳元素来自蜡烛。（2）二氧化碳可使澄清石灰水变浑浊，因此在烧杯内壁涂澄清石灰水，通过观察是否变浑浊，判断气体是否为二氧化碳。（3）燃烧越充分，二氧化碳与一氧化碳的浓度比越大，因此对比实验2、3数据知，半敞口条件下，蜡烛燃烧更充分。（4）探究蜡烛位置放置情况对蜡烛燃烧的影响，需选择其他条件相同，蜡烛放置位置不同的实验组进行验证，符合条件的为3、4、5实验。（5）实验5、6、7氧气浓度不同，其他条件相同，可探究氧气浓度对蜡烛燃烧的影响。（6）实验7的氧气浓度较实验6高，燃烧更充分，因此x>344.9。（7）根据实验数据可知，蜡烛熄灭后，密闭容器内氧气浓度不为零，A错误；蜡烛充分燃烧，可减少一氧化碳排放，可减少污染，B正确；氧气分子是不断运动的，敞口条件下能保持容器内氧气浓度基本不变，C正确；燃料在富氧空气中燃烧更充分，利用率高，能起到节能减排的作用，D正确。5.答案：【探究一】（1）其他条件相同时，温度越高，过氧化氢分解越快（2）③④【探究二】①产生气泡较少，带火星的木条不能复燃②0.5（4）证明反应前后氧化铁的质量和化学性质都不变（5）2H2O22H2O+O2↑【探究三】（6）二氧化锰和氧化铁的质量相等，二氧化锰和氧化铁的形状相同（7）B解析：【探究一】（2）能证明