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科学探究
类型1　影响化学反应速率的因素(含催化剂)
例　某化学兴趣小组对“影响金属与酸反应速率的因素”产生兴趣，展开如下探究。
探究一：影响金属与酸反应的外因
小组同学用等质量的锌与等体积的稀盐酸按照如下方案进行实验并测定相关数据。
实验 编号 锌的形状 (均取0.2 g) 稀盐酸的浓度 (均取50 mL) 收集60 mL氢气
所需时间/s
① 片状 5% 200
② 片状 10% 125
③ 粉状 5% 25
④ 粉状 8% a
(1)锌与稀盐酸发生反应的化学方程式为
　 　。
(2)对比实验　 　可探究锌的形状对反应速率的影响；其他条件相同时，粉状锌比片状锌反应速率快，其原因是
　。
(3)根据表中数据，分析a的取值范围为　 　。
　0粉状锌与稀盐酸的接触面积更大，从而加快了反应速率　
　①③　
　Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑　
探究二：影响金属与酸反应的内因
金属本身的性质是影响其反应快慢的关键因素。小组同学在室温下用足量的三种金属片(已去除氧化膜)分别与20 mL 10%的稀盐酸反应，实验装置如图1所示，利用数字化仪器测得的压强变化曲线如图2所示。
(4)实验中，还需要控制的变量有_______________________　
　(写出2个即可)。
(5)实验得出的结论是金属与酸反应的速率与_____________　 　有关。
(6)该实验中发现镁片与稀盐酸反应，测得压强比锌片和铁片更大一点。忽略误差，其合理的原因是________________　
　。
多，测定时间内，装置的温度不同　
　反应放出的热量
　金属活动性　
温度　
　金属片的表面积、实验
(7)若要进一步探究酸的种类对金属与酸反应速率的影响，请你设计简单实验进行验证：__________________________
_____________________________________________________________________________________________________。
　 利用图1装置，在室温下取两块形状相同的5 g锌片，分别与等体积、等浓度的稀盐酸和稀硫酸反应，记录反应过程中的压强变化(合理即可)　
1.影响化学反应速率的因素
(1)内因
反应物自身的性质是决定化学反应速率的主要原因。
(2)外因
2.探究方法——控制变量法
(1)基本思路
(2)设计实验方案时的答题规范
先写出相同的量(如“相同温度下，向等质量、形状相同的……”)，再写出自变量(如“分别加入等体积的……溶液”等)，最后写出随着自变量的变化，因变量相应的变化情况。
针对训练
1.某研究小组为探究“影响铁制品锈蚀快慢的因素”，取相同浓度的稀氨水和稀醋酸用如图装置完成表中实验，回答下列问题。
实验序号 ① ② ③ ④
温度/℃ 25 25 70 70
试剂 稀氨水 稀醋酸 稀氨水 稀醋酸
出现铁锈 所需时间 1天未 见锈蚀 5分钟 1天未 见锈蚀 1分钟
(1)铁锈的主要成分是　 　(填化学式)。
(2)实验②和④可探究　 　因素对铁制品锈蚀快慢的影响；欲探究试剂酸、碱性对铁制品锈蚀快慢的影响，应选择的实验是　 　(填实验序号)。
(3)根据表中实验现象得出的结论是_____________________　
　(写出1点即可)。
环境中铁锈蚀更快(合理即可)　
　在相同温度下，酸性
　①和②(或③和④)　
　温度　
　Fe2O3·xH2O(或Fe2O3)　
(4)影响铁制品锈蚀快慢除上述因素外，还有_____________　
　(写出1点即可)，请设计实验方案：____________　
____________________________________________________
　。
出现的时间(合理即可)　
将相同的铁钉放入等体积、不同浓度的稀醋酸中，观察铁锈
　相同温度下，
理即可)　
　试剂浓度(合
2.小明对影响过氧化氢溶液分解速率的因素进行了探究。
(1)写出实验室用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气的化学
方程式：　 。
【作出猜想】影响过氧化氢溶液分解速率的因素之一为催化剂种类。
2H2O22H2O+O2↑　
【实验探究】取用10 mL 5%的过氧化氢溶液按图1进行实验，测得有关数据如表。
实验编号 温度 催化剂种类 (取0.15 g) 待测数据
① 20 ℃ — a
② 20 ℃ FeCl3 b
③ 20 ℃ CuSO4 c
(2)实验前检查该装置气密性的方法是___________________　
____________________________________________________
　。
(3)实验编号①的作用是　 　；要定量比较反应快慢，可测定的数据是______________________________________　
　。
(4)通过比较发现，在相同时间内，b>c，由此得出的实验结论是　 　。
　FeCl3比CuSO4的催化效果好　
间内收集氧气的体积)　
　收集相同体积氧气所需的时间(或相同时
　作对照　
来的位置，说明装置气密性良好　
塞，拉动注射器的活塞，然后松手，若注射器的活塞回到原
　关闭分液漏斗的活
(5)小明用压强传感器测出加入FeCl3溶液后，过氧化氢分解的压强变化曲线如图2所示，请你分析P点后曲线略有下滑的原因：　 　。
　反应停止，温度下降　
(6)在FeCl3溶液中，小明认为是铁离子(Fe3+)起催化作用，请你帮助他设计实验验证猜想(不考虑氯离子的影响)。
实验操作 实验现象及结论
____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________
　取两支试管，各加入2 mL 5%的H2O2溶液，再分别加入等质量的FeCl3和NaCl，观察现象　
　若加入FeCl3的试管中产生气泡更快，加入NaCl的试管中产生气泡的速率较慢，则说明Fe3+起到了催化作用　
类型2　物质成分的探究
例　学习小组同学进行了如图所示的实验，并开展了拓展学习与探究。
【学习交流】(1)上述实验A中无明显现象，B中溶液颜色呈
　 　色。
(2)写出A中发生反应的化学方程式：
　 　。
【提出问题】反应后A中溶液的溶质成分是什么
【作出猜想】猜想一：CaCl2；
猜想二：CaCl2、HCl；
猜想三：CaCl2、Ca(OH)2。
【查阅资料】CaCl2溶液呈中性。
　Ca(OH)2+2HCl===CaCl2+2H2O　
　红　
你认为上述　 　同学依据预测实验现象得出的结论是不合理的。
【讨论交流】在讨论方案时，某些同学认为可以直接将B中滴了无色酚酞的碳酸钠溶液倒入A中，根据实验现象来验证猜想，其中甲、乙、丙三位同学的观点如下表。
　丙　
同学 预测实验现象 结论
甲 产生白色沉淀，溶液为无色 猜想一成立
乙 产生气泡，溶液为无色 猜想二成立
丙 产生白色沉淀，溶液为红色 猜想三成立
【实验验证】丁同学将B中溶液倒入A中进行实验，观察到有气泡和白色沉淀生成，溶液为红色，与甲、乙、丙三位同学预测的实验现象有所不同。实验中产生的白色沉淀是
　 　(填化学式)，丁同学的实验现象能证明猜想
　 　成立。
　二　
　CaCO3　
【反思拓展】大家认为还可以选择其他方案来验证猜想。你认为下列方案可行的是　 　(填序号)。
①测A中溶液的pH
②向A中溶液中通入CO2气体
③向A中溶液中滴加AgNO3溶液
　①　
1.反应后物质(含变质)成分的猜想
★需结合题意分析，部分生成物可能不考虑。
2.不合理猜想的判断
(1)猜想的物质之间能发生反应。
(2)不遵循质量守恒定律。
(3)不符合题中信息(如溶液颜色等)。
3.设计实验，得出结论
(1)生成物C和D一定存在，无须检验。
(2)过量反应物的检验
①试剂X+A→现象Ⅰ(得出相应结论)
②试剂Y+B→现象Ⅱ(得出相应结论)
★若生成物对反应物的检验造成干扰，应先除去生成物或将生成物转化，再进行检验。
针对训练
1.(2024·陕西中考)某化学兴趣小组的同学用下面实验“DIY”的形式探究酸、碱、盐的化学性质。
【学习交流】(1)步骤Ⅰ是向镁带和少量碳酸钙的混合物中加入稀盐酸后关闭分液漏斗的活塞，如图所示。实验中，观察到甲中镁带逐渐减少，碳酸钙逐渐消失，乙和丙中始终只有无色气泡，再无其他明显现象。则气体X是　 　，乙中反应的化学方程式为　 　。
(2)步骤Ⅱ是在甲中碳酸钙完全消失后，将甲、乙、丙的导管接口重新进行了连接，如图所示。实验中，当观察到乙中液面下降时，丙中同时产生　 　，随后结束实验。
　白色沉淀　
　2NaOH+CO2===Na2CO3+H2O　
　H2　
【提出问题】实验结束后，丙中溶液的溶质成分是什么
【作出猜想】猜想一：NaOH；
猜想二：NaOH、Na2CO3；
猜想三：NaOH、Ca(OH)2；
猜想四：NaOH、Ca(OH)2、Na2CO3。
(3)小组讨论后，确定只有猜想四不合理。你认为理由是
　 　。
　Na2CO3、Ca(OH)2能发生反应，不能同时存在　
【实验验证】(4)小王同学认为选择无色酚酞溶液、Na2CO3溶液、稀盐酸即可验证以上三种合理猜想。你认为不用上述试剂中的　 　也能达到实验目的。
　无色酚酞溶液　
实验中观察到A中溶液颜色变红，B中无明显现象，C中有气泡生成，则证明猜想　 　成立。
(5)小王同学用三支试管各取少量实验后丙中的溶液，并分别做如下实验：
　二　
【拓展反思】(6)实验结束后，将甲、乙、丙中的溶液倒入废液缸中，测得废液的pH=2，则废液中溶质的成分除HCl外，还有　 　种。
　3　
实验方案 实验现象 实验结论
取少量该NaOH固体样品完全溶于水，加入过量稀盐酸 ____________ 猜想②成立
有气泡产生
2.(2024·牡丹江中考)兴趣小组对一瓶久置的NaOH固体的变质情况进行了实验探究。
【提出问题】NaOH变质了吗
【作出猜想】①没有变质；②已经变质。
任务一　 定性实验探究该NaOH固体是否变质
【实验活动1】(1)兴趣小组设计方案进行如下实验。
(2)上述实验中，猜想②成立的依据是
　 　(用化学方程式表示)。
【反思评价】有的同学提出此实验无法确定该NaOH固体变质程度。
　Na2CO3+2HCl===2NaCl+H2O+CO2↑　
任务二　 定量实验探究该NaOH固体变质程度
【实验活动2】(3)兴趣小组利用如图所示的实验装置进行实验，实验数据如下表所示。
实验 序号 分别向左右容器 内加入下列物质 温度升 高值/℃ 溶液
pH
1 1.0 g NaOH固体 31.52 13.69
2 　 　g Na2CO3固体 10.03 11.92
3 1.0 g该NaOH固体样品 15.71 m
　1.0　
【实验结论】(4)小组同学分析温度升高值数据，确定该NaOH固体变质程度是　 　，请推测m的取值范围是　 　。
　11.92　部分变质　
任务三　计算该NaOH固体的变质率
【实验活动3】实验步骤：称量1.0 g该NaOH固体样品于小烧杯中备用；量取10 mL 12%的稀盐酸；用电子秤称量反应前仪器和试剂的质量，记录数据；将稀盐酸加入小烧杯内，待完全反应，再次称量仪器和反应后溶液的质量，记录数据。
反应前质量/g 反应后质量/g 质量差/g
105.32 105.02 0.30
(5)结合实验数据，计算出该NaOH固体的变质率为________　 　(结果精确到1%)。
温馨提示：变质率=(已经变质的NaOH的质量/未变质前NaOH的总质量)×100%。
　66%　
【反思评价】兴趣小组充分认识到定量研究在化学实验中的重要作用。
【拓展延伸】(6)生活中的管道疏通剂和炉具清洁剂成分中都含有NaOH，包装标签上应注明的注意事项是__________　
　(写出1点即可)。
(或不可与皮肤直接接触，合理即可)　
　密封保存
3.化学小组的同学们将使用后的某暖身贴中的粉末倒出观察，发现该固体中混有黑色和红棕色粉末。这引起了同学们的关注。
【探究一】使用后的暖身贴中的黑色粉末和红棕色粉末是什么物质
【查阅资料】①同学们查阅该暖身贴的标签(如图所示)，由标签可知，该暖身贴发热的原理是　 　。
　铁生锈放热　
②蛭石：一种天然矿物，加工后具有极强的保温隔热性能。
③吸水性树脂：一种新型高分子材料，吸水能力强，可反复吸收水、释放水。
实验步骤 实验现象 实验结论
①取使用后的暖身贴中的剩余固体于滤纸上，用磁铁吸引 有黑色物质被磁铁吸引 黑色粉末中含________　 　
②将滤纸上的剩余固体平均分成两份，取其中一份放入烧杯中，加入足量____________________　 　 溶液由无色变为黄色，有黑色不溶物 红棕色粉末的成分为氧化铁
　铁粉　
　稀盐酸(或稀硫酸)　
【作出猜想】黑色粉末中可能有铁粉、炭粉，红棕色粉末可能为氧化铁。
【实验探究1】设计如下实验验证猜想。
步骤②中发生反应的化学方程式为____________________　
　。
2FeCl3+3H2O[或Fe2O3+3H2SO4===Fe2(SO4)3+3H2O]　
③将步骤②所得的黑色不溶物洗涤，低温烘干后放入硬质玻璃管中充分灼烧，将产生的气体通入澄清石灰水 ___________ __________ 　 黑色粉末中含有炭粉
　Fe2O3+6HCl===
水变浑浊　
　澄清石灰
【探究二】未使用的暖身贴中铁粉的质量是多少
【实验探究2】将【实验探究1】中步骤①被磁铁吸引的固体取下，称量其质量为m1。再取步骤②中滤纸上另一份固体，在空气中充分灼烧，利用灼烧后固体进行如下实验。
m1+
A装置瓶中盛放的试剂是　 　(填物质名称)，B中硬质玻璃管中的现象是　 　。
【数据处理】实验结束后，C装置内浓硫酸的质量增加了m2，则使用前暖身贴中铁粉的质量是　 　。
　红棕色固体逐渐变为黑色　
　浓硫酸　
类型3　探究无明显现象的化学反应
例　(2024·合肥庐阳区三模)为证明“CO2与NaOH能发生化学反应”，某化学兴趣小组进行了以下探究实验。
实验一：证明反应物减少
按图1所示装置进行实验，实验前U形管两端液面相平，将NaOH溶液滴入试管中，待反应后恢复到室温，观察到U形管中的液面左高右低。
(1)小杰根据U形管中液面高度变化得出结论：CO2与NaOH发生了化学反应，该反应的化学方程式是
　 　。
(2)小李认为仅凭U形管中液面高度变化，不足以得出“CO2与NaOH发生了化学反应”的结论，理由是_______________　
　。
且能与水反应，也能导致U形管中液面左高右低　
　CO2能溶于水，
　CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O　
实验二：证明新物质生成
兴趣小组设计了图2所示装置进行实验：打开压强传感器，观察到三颈瓶内初始压强为101 kPa，将滴有酚酞溶液的适量NaOH溶液快速推入瓶内，振荡充分反应。待压强不再减小后，再将适量的稀盐酸快速推入瓶内，振荡充分反应。待压强不再增大后，将两个注射器活塞先后拉回原位(不进行活塞操作时，活塞不能自主移动)。瓶内压强变化如图3所示。
(3)EF段对应的实验操作是　 。
(4)如何从图3中判断出CO2与NaOH反应生成了新物质：
　 　。
(5)压强不再增大后，将两个注射器活塞拉回原位的目的是　
____________________________________________________
　。
(6)图3中，　 　(填序号)的压强比初始压强低，说明瓶内的水能吸收CO2。
①CD段　　　②DE段　　　③MN段
　③　
变化　
使装置内部气体体积与反应开始前相等，从而准确判断压强
　F点后瓶内压强迅速增大　
　将适量的稀盐酸快速推入瓶内
(7)将充满CO2的试管倒扣在过量NaOH溶液中，请在图中方框内画出实验后溶液中数量增加的主要粒子(粒子数目不作要求；不考虑空气)。
答案：如图所示
1.无明显现象的三类化学反应
(1)CO2与水的反应：CO2+H2O===H2CO3。
(2)CO2与NaOH溶液的反应：CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O。
(3)无明显现象的酸碱中和反应。
2.思路分析
3.方案设计
(1)CO2与H2O的反应
①紫色石蕊溶液。
②pH试纸。
依据：生成的碳酸呈酸性，利用酸碱性(或酸碱度)变化来验证。
(2)CO2与NaOH溶液的反应
①密闭容器中反应前后压强变化(注意设置与等体积水的对照实验)。
②检验生成物Na2CO3的存在(使C转化为沉淀或CO2气体)。
(3)无明显现象的酸碱中和反应
①指示剂的颜色变化。
②利用数字化传感器测温度、pH的变化。
【设计实验】(1)小明设计实验方案：往收集满二氧化碳的软塑料瓶中加一定量的水，旋紧瓶盖后振荡(如图1所示)。小明根据实验现象，认为二氧化碳与水一定发生了反应，你认为是否合理，说明理由：______________________　
　。
水也会使软塑料瓶变瘪　
针对训练
1.学习了二氧化碳的有关性质之后，为了探究二氧化碳是否与水发生了反应，某兴趣小组对此展开了如下探究。
【提出问题】二氧化碳是否真的和水发生了反应
　不合理，二氧化碳溶于
(2)小王设计实验方案如图2所示。发现下面湿润的紫色石蕊滤纸条很快变红色，上面湿润的紫色石蕊滤纸条逐渐变红色，干燥的紫色石蕊滤纸条始终没有变色，通过对比，说明二氧化碳与水发生了反应，写出该反应的化学方程式：
　 　。
　CO2+H2O===H2CO3　
(3)小李设计的实验装置及所得曲线变化情况分别如图3、4所示。图4中，曲线迅速上升的原因是___________________　
　。
压缩，压强增大　
　加入水后，气体被
【查阅资料】①二氧化碳溶于水后pH约等于5.6。
②氯化氢(HCl)是极易溶于水的无色气体，其水溶液叫盐酸。
(4)小陈设计了如图5所示装置，所得曲线如图6所示。根据曲线可知，pH逐渐减小，原因可能是___________________　
　，发现最后pH小于5.6，可能的原因是_____________________________　
　。
使溶液的酸性增强　
　挥发出的HCl气体进入水中，
水反应生成碳酸，碳酸增多，溶液的酸性增强　
　生成的二氧化碳和
2.(2024·临沂中考)同学们在整理归纳碱的化学性质时，发现氢氧化钠和二氧化碳反应无明显现象，于是进行了如下实验探究。
【提出问题】如何证明氢氧化钠和二氧化碳发生了反应
【进行实验】探究实验Ⅰ：(1)分别向两个充满二氧化碳的软塑料瓶中加入20 mL氢氧化钠溶液和20 mL蒸馏水，振荡，使其充分反应，现象如图1、图2，证明氢氧化钠与二氧化碳发生了化学反应。设计图2实验的目的是　 。
作对比，排除二氧化碳溶于水并与水反应的干扰　
探究实验Ⅱ：(2)取图1实验反应后的少量溶液于试管中，加入　 　，现象为
　 　，再次证明二者发生了反应。
　有气泡产生(或有白色沉淀生成，与前一空对应)　
　过量稀盐酸(或适量CaCl2溶液，合理即可)　
探究实验Ⅲ：
【查阅资料】20 ℃时，NaOH、Na2CO3在水和乙醇中的溶解性如下表所示。
溶剂 水 乙醇
溶质 NaOH Na2CO3 NaOH Na2CO3
溶解性 溶 溶 溶 不
(3)实验现象：装置A中出现白色沉淀，装置B中无明显现象。装置A中出现白色沉淀的原因是________________________　
　。
溶于乙醇　
【设计方案】20 ℃时，兴趣小组进行了如下实验：
　20 ℃时，生成的碳酸钠不
【反思评价】(4)写出氢氧化钠和二氧化碳反应的化学方程式：　 　。
(5)对于无明显现象的化学反应，一般可以从反应物的减少或新物质的生成等角度进行分析。
　CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O　
3.(2024·辽宁中考)为实现氢氧化钠溶液和盐酸反应现象的可视化，某兴趣小组设计如下实验。
【监测温度】
(1)在稀氢氧化钠溶液和稀盐酸反应过程中，温度传感器监测到溶液温度升高，说明该反应　 　(填“吸热”或“放热”)，化学方程式为　 　。
　HCl+NaOH===NaCl+H2O　
　放热　
【观察颜色】
在试管中加入2 mL某浓度的氢氧化钠溶液，滴入2滴酚酞溶液作指示剂，再逐滴加入盐酸，振荡，该过程中溶液的颜色和pH记录如图所示。
(2)在①中未观察到预期的红色，为探明原因，小组同学查阅到酚酞变色范围如下：013时呈无色。据此推断，①中a的取值范围是
　 　(填字母序号)。
A.013
(3)一段时间后，重复实验，观察到滴加盐酸的过程中有少量气泡生成，原因是__________________________________　
　。
酸钠发生反应生成二氧化碳　
　氢氧化钠变质生成碳酸钠，盐酸与碳
　C　
【观察沉淀】
(4)小组同学提出，可通过调控反应物浓度观察生成的氯化钠沉淀。向含8 g溶质的浓氢氧化钠溶液中加入浓盐酸，恰好完全反应至中性，生成NaCl的质量为　 　g；恢复至室温，称得混合物的总质量为36.7 g，其中NaCl沉淀的质量为　 　g(提示：室温下100 g水最多能溶解36 g NaCl)。
　2.7　
　11.7　
[附加题]
【多现象可视】
(5)如图所示，注射器1、3中均为8 mL氯化氢气体，注射器2、4中分别为2 mL蒸馏水和2 mL稀氢氧化钠溶液(均滴有酚酞溶液)。打开弹簧夹，迅速将注射器1、3中的氯化氢分别全部推入注射器2、4中，用弹簧夹夹紧乳胶管。
最终发现注射器2、4的活塞均恢复至2 mL刻度附近，此现象不足以说明氯化氢与稀氢氧化钠溶液发生了反应，理由是
　 　　　　　　　。
若实验中溶液始终澄清，为了说明中和反应已发生，还应依据的现象为__________________________________________　
　。
色变为无色(或反应后注射器4的温度比注射器2高)　
　注射器2中溶液仍为无色，注射器4中溶液由红
氯化氢溶于水也可导致注射器4的活塞恢复至2 mL刻度附近　
类型4　“异常”现象的探究
例　某兴趣小组用图1装置进行实验时发现：烧杯中饱和石灰水先变浑浊，后逐渐澄清。
(1)写出甲装置中发生反应的化学方程式：
　 　；石灰水“变浑浊”是因为生成了　 　(填化学式)。
　CaCO3　
　CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑　
(2)为探究“饱和石灰水浑浊后变澄清的原因”，该小组同学开展了如下活动：
【查阅文献】碳酸钙(碳酸钠等)与二氧化碳、水反应生成可溶于水的碳酸氢钙(碳酸氢钠等)。
【提出假设】假设1：挥发出的HCl使浑浊变澄清；
假设2：_____________________________________________　
　。
使浑浊变澄清)　
　产生的CO2使浑浊变澄清(或HCl和CO2共同作用
【设计实验】为除去CO2中的HCl，小华在图1中甲、乙装置之间增加图2装置，装置的连接顺序是甲→　 　→　 　→乙(填字母序号)；其中盛放的试剂合理的是　 　(填字母序号)。
A.浓硫酸 B.NaOH溶液
C.饱和Na2CO3溶液 D.饱和NaHCO3溶液
　D　
　a　
　b　
【实验现象】饱和石灰水浑浊后，继续通入足量CO2，沉淀部分溶解但最终并未完全澄清。
【得出结论】由以上探究可得出的结论是________________
______________________________________________________________________________________________________。
　 挥发出的HCl使饱和石灰水产生的浑浊最终变澄清；CO2只能使饱和石灰水生成的沉淀部分溶解，不能最终使其变澄清(合理即可)　
[附加题]
(3)该兴趣小组在老师指导下，用pH传感器测得图1烧杯中溶液的pH随通入气体时间的变化曲线如图3。
①AB段pH几乎不变的原因可能是______________________　
　；
D点所得澄清溶液的成分除H2O外还有__________________　
　。
②BC段发生反应的化学方程式主要有___________________　
　。
CaCO3↓+H2O、Ca(OH)2+2HCl===CaCl2+2H2O　
　CO2+Ca(OH)2===
Ca2+、H+和Cl-)　
　CaCl2和HCl(或
气，不会使溶液pH明显变化(合理即可)　
　先排出的是装置内的空
1.实验中产生异常现象时的分析角度
(1)反应物
①本身：纯度、浓度、用量、是否变质等。
②反应物之间：接触面积、用量比、滴加顺序等。
(2)生成物
①本身：浓度、溶解性等。
②生成物之间：是否反应。
(3)反应伴随的现象：主要是吸、放热。
(4)外界条件：空气、温度、压强等。
2.解题方法归纳
★图3解读
(1)AB段：pH基本无变化→Ca(OH)2未反应→导管口开始产生的气体是空气。
(2)BD段：pH逐渐减小至小于7→CO2、HCl与Ca(OH)2发生了反应HCl过量。
针对训练
1.兴趣小组同学对饱和石灰水通电情况进行探究。
Ⅰ.初步探究
如图1所示，闭合开关，观察到灯泡发光。一段时间后，石墨电极附近产生气泡，且与电源正极相连的石墨电极附近出现白色浑浊，溶液的温度由24 ℃变为28 ℃。
(1)灯泡能发光是因为石灰水中存在自由移动的Ca2+和______　 　(填离子符号)。
(2)此条件下产生气泡的原理与电解水相同，则产生的气体体积：正极　 　(填“大于”“等于”或“小于”)负极。
　小于　
　OH-　
Ⅱ.深入探究
同学们对白色浑浊液展开进一步探究。
【作出猜想】①甲同学认为可能是析出了氢氧化钙固体。析出氢氧化钙固体的原因可能是__________________________　
　(写出1点即可)。
②乙同学认为可能是反应生成了碳酸钙。原因可能是石墨电极与电解生成的气体反应，最终使石灰水变浑浊。如果猜想成立，则石灰水变浑浊的化学方程式为　
　。
CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O　
度减小(或电解水导致溶剂减少)　
　温度升高，氢氧化钙的溶解
【实验探究】将烧杯中的白色浑浊液倒入密封的三颈烧瓶中进行数字化实验。数字化实验装置如图2所示，连接好装置，先开启测量CO2含量的数据传感器，然后用注射器注入足量的稀盐酸，所测量CO2体积分数变化情况如图3所示。
(1)通过分析图3可知白色浑浊液中存在__________________　 　(填化学式，水除外)。
[附加题]
(2)曲线开始时段的CO2体积分数下降，可能的原因是
____________________________________________________　
　。
使CO2的体积分数下降　
　溶液中含有Ca(OH)2，Ca(OH)2能与空气中的CO2反应，
　CaCO3、Ca(OH)2　
Ⅲ.迁移拓展
用金属铂作电极电解水时，常在蒸馏水中加入一定量的NaOH以增强水的导电性。若在96 g蒸馏水中加入2 g NaOH进行电解，当与电源负极相连的电极上收集到2 g气体时，停止实验。此时剩余溶液中NaOH的质量分数是__________　 　(直接写出结果)。
　2.5%　
2.(2024·滁州二模)西汉时的《淮南万毕术》记载：“曾青得铁则化为铜。”
(1)为了模拟此反应，某兴趣小组将打磨光亮的铁钉放入硫酸铜溶液中，发生反应的化学方程式为__________________　
　，实验中观察到铁钉表面有红色固体析出，溶液变为浅绿色，出现小气泡。小组同学对“出现小气泡”这一异常现象展开探究。
FeSO4+Cu　
　Fe+CuSO4===
【查阅资料】①硫酸铜溶液呈酸性，铁与酸性溶液反应会产生氢气。
②溶液酸性的强弱取决于其中氢离子的浓度，可用pH来表示。溶液中氢离子浓度越大，酸性越强，pH越小。
③硫酸亚铁溶液会与氧气发生反应产生氢离子。
【探究一】探究硫酸铜溶液酸性强弱的影响因素
小组同学利用打磨光亮的铁钉与不同的硫酸铜溶液进行以下实验，并记录了现象。
实验 序号 不同的硫 酸铜溶液 浅绿色出 现的快慢 有无红 色固体 有无
气泡
① 2%硫酸铜冷溶液 较慢 有 无
② 2%硫酸铜热溶液 较快 有 无
③ 4%硫酸铜冷溶液 较慢 有 无
④ 4%硫酸铜热溶液 较快 有 有
(2)由实验②④推知，硫酸铜溶液酸性强弱与溶液的浓度有关；由实验　 　推知，硫酸铜溶液酸性强弱与温度有关。
　③④　
【探究二】探究铁与硫酸铜溶液反应过程中的酸性强弱变化及其原因
将打磨光亮的铁钉放入30 mL 4%硫酸铜溶液中，插入pH传感器检测溶液pH变化(如图1)，同时插入氧气传感器检测密闭容器内氧气含量的变化(如图2)。
(3)由图1和图2可知，铁与硫酸铜溶液的反应过程中，溶液的酸性　 　(填“增强”或 “减弱”)，其原因是__________　
　。
设计实验进行验证：用除去氧气的蒸馏水配制30 mL 4%硫酸铜溶液，放入打磨光亮的铁钉，用pH传感器测密闭容器中溶液的pH即可。
溶液会与氧气发生反应产生H+　
　硫酸亚铁
　增强　
(4)小组同学配制了30 mL 4%热的硫酸铜溶液，放入打磨光亮的铁钉，用pH传感器测密闭容器中溶液pH变化(如图3)。分析图3，依据　 　可判断铁与硫酸铜溶液的反应已经停止。
　pH不再变化　
[附加题]
(5)图1和图3曲线的起点pH不同，原因是_________________　
　，请设计实验进行验证：________________________________________________　
　。
(6)依据上述探究实验，兴趣小组向化学老师建议课堂演示铁与硫酸铜溶液反应验证质量守恒定律的最佳实验条件是　
____________________________________________________ 　(考虑表格和图像中的信息)。
用去氧蒸馏水配制热的2% CuSO4溶液且在密闭容器中进行　
灯加热，继续测定其pH　
　用pH计测定30 mL 4%硫酸铜溶液的pH，然后用酒精
温度升高，硫酸铜溶液的酸性增强)　
　溶液温度不同(或
类型5　项目式学习
例　(2021·安徽中考)关于燃烧的研究是一项重要的课题。某小组以“探究燃烧的奥秘”为主题开展项目式学习。
【任务一】认识燃烧
(1)酒精、煤(含硫)、天然气是生活中常见的燃料，下列不属于三者燃烧共有的现象是　 　(填字母序号)。
A.发光　　 B.产生有刺激性气味的气体
C.放热 D.产生使澄清石灰水变浑浊的气体
　B　
(2)写出酒精(C2H5OH)完全燃烧的化学方程式：
　 。
C2H5OH+3O22CO2+3H2O　
【任务二】探究燃烧的条件及质量变化
(3)该小组同学按下列实验步骤开展探究。
步骤1：室温下，按如图组装装置，装入药品，称量装置总质量为m1 g。
步骤2：将锥形瓶浸入80 ℃的热水中，观察现象。
步骤3：取出装置，恢复至室温并擦干锥形瓶；打开止水夹K1和K2，从K1处缓慢通入约50 mL氧气，再关闭K1和K2，称量装置总质量为m2 g。
步骤4：将锥形瓶再次浸入80 ℃的热水中，观察现象。
步骤5：取出装置，恢复至室温并擦干锥形瓶，称量装置总质量为m3 g。
①通过上述实验，能证明燃烧需要氧气的实验现象是
　 　。
②m1、m2、m3的大小关系是　 　。
　m1>m2=m3　
　步骤2中白磷未燃烧，步骤4中白磷燃烧，产生白烟　
【任务三】调控燃烧
(4)报道显示：国内外一些煤田因发生煤层自燃，带来了资源浪费和环境污染。一旦煤层自燃，请给出一条合理的灭火建议：　 　。
　取土填埋，隔绝空气(合理即可)　
[附加题]
【任务四】再探铁的燃烧
(5)查阅文献：颗粒直径为20~30 nm的铁粉，在空气中会发生自燃生成氧化铁。
结合已有知识，回答下列问题：
①影响铁燃烧的因素有________________________________　 　(至少答出2点)。
②铁与氧气反应的条件不同，产物不同。若5.6 g铁与氧气反应可得a g产物，且铁无剩余，则a的取值范围是
　 　。
　7.2≤a≤8.0　
　铁的表面积；氧气的浓度；温度　
1.图像、表格分析
(1)图像分析
四看法：看坐标、看起点、看终点、看特征。
(2)表格数据分析
①单一变量：对比各组数据差异，得出结论。
②多个变量：明确探究的量→控制其他量相同→对比数据→得出结论。
2.实验方案的设计
(1)基本思路
(2)答题模板
取(把、将)……于……(仪器)中，滴加……(试剂)，若观察到……(现象描述)，则说明……(结论)。
3.定量计算
(1)利用质量守恒定律和化学方程式进行计算。
(2)利用极值法进行计算：可假设为某一种成分[如第(5)②小题]或恰好完全反应来计算取值范围。
针对训练
1. (2024·合肥瑶海区三模)宣纸，安徽省宣城市特产，是国家地理标志产品。化学兴趣小组同学对宣纸的发展历史、制作等展开了项目式学习。
任务一：了解宣纸的发展史
(1)【查阅资料】宣纸最早出现在唐代张彦远所著的《历代名画记》中，其《论画体工用榻写》一章中说：“好事家宜置宣纸百幅，用法蜡之，以备摹写……”古代造纸工艺的其中两步为“浸灰水”和“抄纸”。“灰”的主要成分是氧化钙，“浸灰水”的过程中伴随的热量变化是　 　。“抄纸”的目的是除去纸浆中的泥沙及粗纤维等杂质，类似　 　(填实验室操作名称)。
　过滤　
　放热　
任务二：宣纸的制作
(2)【咨询专家】同学们通过走访实地，咨询造纸厂技术专家，了解到宣纸制作主要步骤为选料、粉碎、漏筛、淘洗、压制、晾干。选料多用草木皮、竹片、麻纤维等，麻纤维属于　 　(填“天然”或“合成”)有机高分子材料。
　天然　
任务三：造纸污染处理
(3)造纸过程制浆产生的“黑液”是主要污染源。处理方法是将“黑液”浓缩后灼烧，转化为纯碱，溶解后，加入熟石灰将其苛化，苛化后澄清的液体称为“白液”。加入熟石灰苛化反应的化学方程式为　 ，“白液”中一定含有的成分是　 　。
　NaOH　
　Ca(OH)2+Na2CO3===CaCO3↓+2NaOH
[附加题]
(4)同学们为确定“白液”的成分，进行了如下实验：取少量“白液”于试管中，滴入足量稀盐酸。实验的目的是________　
　。加入足量稀盐酸后无现象，则“白液”的成分可能是　 　。为确定“白液”的成分还需进一步实验，请写出实验方案：______　
　。
量“白液”于试管中，滴加适量碳酸钠溶液，观察现象　
　取少
　NaOH或NaOH、Ca(OH)2　
“白液”中是否含有碳酸钠　
　检验
2.(2024·六安金安区模拟)酸在工业、医药等领域的应用特别广泛，其中最常见的是盐酸和硫酸。化学兴趣小组对酸的相关性质展开了如下项目式探究。
【任务一】初识盐酸和硫酸
(1)某瓶酸溶液由于标签被腐蚀(如图1)，无法看清试剂名称和化学式。根据残留的部分信息可以判断出该酸为_______　 　(写出主要成分的化学式)。
　HCl　
【任务二】探究酸的共性
实验①：小组同学用紫茄子皮自制了酸碱指示剂，滴加至盐酸和硫酸中都能变成桃红色。
实验②：分别将大小相同的金属铝、锌、铁放入等体积、等浓度的稀硫酸中，观察到铝表面开始时没有气泡产生。
实验③：向某固体中滴加足量稀盐酸，产生大量气泡。
(2)盐酸、硫酸都能使指示剂变色的本质原因是溶液中都含有　 　(填离子符号)。
　H+　
(3)写出铁与稀硫酸反应的化学方程式：_________________　
　；铝和稀硫酸反应刚开始时没有气泡产生的原因是________________________________________________　
　。
(4)小组同学根据实验③中的现象判断该固体一定是活泼金属。你认为他的说法是否正确 理由是___________________　
　。
碳酸氢盐等和稀盐酸反应也会产生气泡　
　不正确，碳酸盐、
反应生成硫酸铝和水　
　铝表面有一层致密的氧化铝薄膜，稀硫酸先与氧化铝
FeSO4+H2↑　
　Fe+H2SO4===
【任务三】再探盐酸和硫酸
盐酸和硫酸中酸根离子不同，与其他物质反应也可体现酸的个性。
【进行实验】小组同学对这个问题进行了如下探究：用滴定管分别向Ba(OH)2溶液中匀速滴加稀盐酸和稀硫酸，观察现象并绘制出电导率随时间变化的曲线(如图2)。
【查阅资料】①电导率传感器可通过电脑软件记录溶液导电情况。
②电导率与溶液中离子浓度有关。
(5)向Ba(OH)2溶液中匀速滴加稀盐酸并绘制出曲线1，其中曲线1点M处溶液中的溶质有　 　(填化学式)。
　BaCl2、Ba(OH)2　
(7)图2中离子数目：M　 　N(填“>”“=”或“<”)。
[附加题]
(6)曲线2表示的是向Ba(OH)2溶液中匀速滴加稀硫酸时溶液电导率的变化情况，该反应的微观本质如图3，请将图补充完整。
　=　
答案：如图所示
3.港珠澳大桥的工程技术及设备规模创造了多项世界纪录，体现了我国的综合国力和自主创新能力。某化学兴趣小组对大桥中金属的使用及防腐等开展了项目化研究学习。
查阅资料：Ⅰ.多种型号不锈钢荟萃。不锈钢主要由铁、铬(Cr)和镍(Ni)等组成，其防腐效果优于普通钢铁。
Ⅱ.针对港珠澳大桥的特定环境，采用了SEBF高性能涂层及用铝保护钢铁(将铝和钢铁连在一起，保护钢铁不被腐蚀)的联合防护技术。
Ⅲ.部分金属的硬度数值如下表：
金属 钨 锰 不锈钢 钛 铬 镍 铁 铝
布氏 硬度 350 210 105~ 200 115 110 80 50 25
【任务一】认识港珠澳大桥中的金属
(1)大桥上使用我国自主研发的双相不锈钢钢筋，不锈钢属于　 (填“合金”或“合成材料”)；大桥没有选择硬度更大的钨等金属，可能原因是______________________________　 　(写出1点即可)。
(2)港珠澳大桥是世界上最大的钢结构桥梁，主体工程的主梁钢板用量达42万吨。工业上常用一氧化碳和赤铁矿(主要成分为Fe2O3)炼铁，其反应的化学方程式为
　 。
3CO+Fe2O32Fe+3CO2　
　铁矿石的储量更丰富(合理即可)　
　合金
【任务二】探究海水对铁腐蚀的影响
(3)甲同学设计如图1所示的对比实验，用氯化钠溶液模拟海水，观察到__________________________________________　
　，说明氯化钠溶液能加速铁锈蚀。
侧烧杯中导管内液面上升高度比右侧高　
　模拟海水中铁钉锈蚀更严重，且相同时间内左
(4)港珠澳大桥给浸在海水中的钢管桩外壁加了SEBF涂层，该涂层在酸碱盐环境中化学稳定性强，抗水防渗能力优异。你认为在钢管桩上加涂层的目的是______________________　
　。
管桩锈蚀　
　隔绝氧气和水，防止钢
[附加题]
【任务三】探究铝能保护钢铁的原因
提出问题：大桥利用铝保护钢铁的原因是什么
作出猜想：铝的金属活动性比铁强，先被海水腐蚀。
(5)实验验证：乙同学设计如图2所示的对比实验，若左侧烧杯内铁片出现锈迹，右侧烧杯内 ，则说明猜想正确。
铝片变薄，铁片无明显现象
(6)你认为选择铝保护钢铁的可能原因还有_______________　
　。
较好，可以较长时间保护铁　
　铝的抗腐蚀性
4. (2024·湖南中考改编)2024年5月1日，我国利用船舶加装的碳捕捉系统回收的首罐液态二氧化碳卸船，这标志着远洋航行船舶从燃油消耗到二氧化碳回收利用形成闭环。同学们开展如下有关二氧化碳的项目式学习。
任务一：调查空气中二氧化碳含量增加的原因
(1)同学们调查到空气中二氧化碳含量增加的原因有很多，你认为的原因有　 　(写出1点即可)。
　化石燃料的燃烧(合理即可)　
任务二：讨论空气中二氧化碳含量减少的方法
(2)同学们知道低碳生活方式可以减少二氧化碳排放，请写出你的一种低碳生活方式：____________________________　
　。有同学想到二氧化碳能使澄清石灰水___________　 　(填实验现象)，补充了可以利用碱溶液或水吸收二氧化碳。
　变浑浊　
即可)　
　乘坐公共交通工具出行(合理
任务三：探究实验室中不同试剂吸收二氧化碳的效果
实验室提供4种试剂：水、饱和石灰水、质量分数为0.165%的NaOH溶液、质量分数为40%的NaOH溶液。
【提出问题】上述4种试剂吸收二氧化碳的效果如何
【查阅资料】室温下，饱和石灰水中氢氧化钙的质量分数约为0.165%。
【进行实验】实验步骤如下。
步骤1：各装置气密性良好(夹持装置已省略)，同学们用4只250 mL烧瓶集满纯净的二氧化碳气体。
步骤2：用4支注射器分别取60 mL上述提供的4种试剂，将烧瓶分别连接压强传感器和注射器(如图1所示)。
步骤3：待烧瓶内气压平稳后，迅速将4支注射器内的试剂分别全部注入相对应的烧瓶中，关闭弹簧夹，一段时间后，振荡烧瓶，观察压强变化(如图2所示)。
【分析讨论】(3)根据40%NaOH溶液对应的曲线，分析t1~t2 s时间段曲线变化的原因是_____________________________　 　(用化学方程式表示)；t2 s时刻对应的操作是　 　。
【得出结论】(4)结合图2数据，从压强和吸收效果两个角度对比分析，得到的结论是______________________________　
　。
应的烧瓶压强变化最大，吸收二氧化碳效果最好　
　相同条件下，40% NaOH溶液对
　振荡烧瓶　
　2NaOH+CO2===Na2CO3+H2O　
[附加题]
【拓展延伸】(5)在实验室里，检验二氧化碳一般用澄清石灰水，而吸收二氧化碳常用较浓的NaOH溶液，理由是
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________(写出2点即可)。
CO2和澄清石灰水反应有明显的现象，而CO2和NaOH溶液反应没有明显的现象；浓NaOH溶液比稀NaOH溶液和澄清石灰水吸收二氧化碳的能力更强(合理即可)　
任务四：形成二氧化碳闭环的意识
(6)在老师指导下，知道上述实验中40%NaOH溶液吸收二氧化碳后，NaOH有剩余。为了达到零碳排放和对环境无污染，形成二氧化碳闭环的意识，现处理上述实验中40%NaOH溶液吸收二氧化碳后的液体，你设计的实验方案是__________
____________________________________________________________________________________________________________。
向待处理的液体中逐滴加入CaCl2溶液，直至不再产生白色沉淀，过滤，再向溶液中逐滴加入稀盐酸，直至溶液呈中性(合理即可)　
5. (2024·合肥蜀山区二模)牙膏是一种日用必需品。它是由摩擦剂、保湿剂、发泡剂、水和其他添加剂(改善口腔健康状况)混合组成的膏状物质。某化学兴趣小组对某品牌美白牙膏的成分展开了如下探究。
【资料】①食物残渣经口腔中微生物的发酵会产生乳酸，乳酸在口腔环境中会产生氢离子和乳酸根离子。
②电子秤的精确度为0.1 g。
③过氧化钙(CaO2)能与水反应生成Ca(OH)2和H2O2，H2O2溶液具有漂白性。
(1)依据表中信息分析，选用哪种摩擦剂更好并说明理由：　
____________________________________________________
　。
碳酸钙价格低，合理即可)　
【探究一】牙膏中摩擦剂的选择
牙膏摩擦剂最常用的是水合硅石和碳酸钙，关于水合硅石和碳酸钙的相关信息如下表所示。
水合硅石，水合硅石颗粒圆滑，对牙齿磨损小(或碳酸钙，
物质 价格/元(100 g) 外观
水合硅石 100 颗粒圆滑
碳酸钙 5 棱角分明
【探究二】探究牙膏美白原理
(2)在牙膏发展史上出现过具有美白作用的物质CaO2，CaO2具有美白作用的原因是________________________________　
　。
液具有漂白性　
　CaO2与水反应生成H2O2，H2O2溶
由于CaO2易变质，不利于牙膏的保存，CaO2已退出牙膏历史舞台。由配料表知该品牌牙膏中添加的美白剂是二氧化硅。
(3)同学们模拟口腔物质与CaO2反应的原理，在密闭容器中将CaO2加入足量稀盐酸中，利用二氧化碳传感器测得溶液上方二氧化碳体积分数随时间的变化曲线如图所示。由此推测CaO2已变质，产生了　 　。
　碳酸钙(或CaCO3)　
【探究三】测量牙膏中碳酸氢钠的质量分数
当口腔唾液pH<5.5时，可导致牙菌斑滋生引起龋齿、牙龈炎、牙周炎等。为了调节口腔的酸碱度，该品牌牙膏中添加了碳酸氢钠。同学们设计了如图所示的两套实验方案，测量该品牌牙膏中碳酸氢钠的质量分数，实验测得数据如下表所示(牙膏质量均是1.0 g，碳酸氢钠均充分反应，牙膏中其他成分不与稀盐酸反应)。
项目 反应前 反应后
方案一 总质量：245.0 g 总质量：244.9 g
方案二 稀盐酸：10 mL 生成气体体积：56 mL
(换算成质量为0.11 g)
(4)牙膏中的碳酸氢钠与口腔中乳酸产生的　 　(填离子符号)反应调节口腔的酸碱度；请再写出碳酸氢钠在生活中的一种用途：　 　。
(5)请写出上述实验方案中发生反应的化学方程式：
　 　。
　NaHCO3+HCl===NaCl+CO2↑+H2O　
　作发酵粉(或治疗胃酸过多，合理即可)　
　H+　
[附加题]
(6)结合所给资料分析，如果要较准确测量牙膏中碳酸氢钠的质量分数，最佳方案是　 　(填“方案一”或“方案二”)，理由是________________________________________　
　。
(7)根据最佳方案计算牙膏中碳酸氢钠的质量分数为
　 　。
　21%　
法测量，方案二中测量的二氧化碳质量为0.11 g，更准确　
　电子秤的精确度为0.1 g，小于0.1 g的质量无
　方案二　

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