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专项突破五 实验探究
一、实验猜想
◆考向1 反应后生成物成分的猜想
生成物成分的猜想由以下方面入手：
1.依据：化学反应前后，元素的种类不变（质量守恒定律）。
2.猜想步骤：确定生成物的元素组成，根据元素组成及题干已知条件进行组合。
3.不合理猜想的判断：根据质量守恒定律，判断猜想物质的组成元素是否含有反应物中没有的元素；根据物质的性质，判断猜想物质是否会和其他已知物质反应。
◆考向2 反应后物质成分的猜想
1.反应后物质成分的猜想存在两种情况：①只有生成物；②生成物和其中一种过量的反应物。
2.根据两种物质发生反应生成另外两种物质为例，按下列步骤提出合理猜想：
第一步：写出化学方程式：A＋B→C＋沉淀/气体/水；
第二步：进行猜想及反应后的物质：
①恰好完全反应→C；
②A过量→A和C；
③B过量→B和C。
3.不合理猜想的判断： 猜想中的物质之间能够发生反应。
◆考向3 影响反应速率因素的猜想
影响反应速率的因素可以分为内因和外因：
1.内因：反应物的种类（即反应物的性质）、反应物的浓度（溶液通常指溶质的质量分数、 固体通常指纯度）、反应物间的接触面积（通常指固体反应物的颗粒大小）。
2.外因：温度、催化剂（种类、 质量、 颗粒大小等），对于有气体参加的反应还可以考虑气体压强。
◆考向4 金属活动性顺序的猜想
此类试题一般会给出三种金属（含陌生金属M），以铁、M、铜为例：
首先将已知金属按活动性顺序排列好，铁、铜的金属活动性顺序为Fe＞Cu；
其次猜想陌生金属M可能的位置：
猜想一：M＞Fe＞Cu；
猜想二：Fe＞M＞Cu；
猜想三：Fe＞Cu＞M。
最后通过两两比较法进行验证。
二、实验方案设计
◆考向1 实验方案的设计
1.探究物质的成分或性质：其实质为物质的检验，具体检验方法见“微专题11物质的检验与鉴别”。
2.利用控制变量思想设计实验：
（1）找相同的变量：从题干中提取其他与问题可能关联的因素且该因素在两组实验中须一致， 如质量、温度、浓度等。
（2）找不同的变量：只能是一个因素不同。
（3）分析测量的对象：通过测量某个数据或观察某种现象可以得出所做的两个实验结果不同。
（4）结论表述：总结该变量对实验结果的影响。
◆考向2 完善实验步骤、现象或结论
1.实验操作、现象、结论间的联系：
2.解答方法：
（1）根据实验步骤和现象完善实验结论。即根据实验步骤和对应的实验现象，以及物质的性质判断是否存在要验证的物质，继而得出结论。
（2）根据实验结论完善实验现象或步骤。存在两种情况：①试剂和现象之间相互确定；②根据实验操作所选试剂和结论确定现象。可以根据第一种情况进行反推，然后确定试剂和现象。
三、数字化实验图像分析
1.压强曲线：密闭容器中，压强与气体的量成正比，气体量越多压强越大，气体量越少压强越小；气体的量相同时，温度越高，压强越大，可根据恢复至室温后压强的变化，确定气体变化的量，常用于空气中氧气含量的测定。
2.温度曲线：燃烧反应、酸碱中和反应、金属与酸的置换反应均为常见的放热反应，可根据最高温度确定反应的终点。
3.pH曲线：酸碱中和滴定时，碱滴入酸中，溶液pH逐渐增大；酸滴入碱中，溶液pH逐渐减小。pH等于7时，恰好中和，溶液中的溶质为反应生成的盐；pH大于7时，碱过量，溶液中的溶质为反应生成的盐和过量的碱；pH小于7时，酸过量，溶液中的溶质为反应生成的盐和过量的酸。
四、实验评价
实验的评价一般可以从以下几点进行分析：
1.可行性：
（1）实验原理是否正确、可行。
（2）实验操作是否简单、科学、易行。
（3）实验现象是否明显。
（4）实验结果是否与实验目的一致。
2.绿色化学：
（1）原料是否易得、安全、无毒。
（2）反应速率是否适中。
（3）原料利用率以及生成物的产率是否较高。
（4）反应过程中是否对环境造成污染。
类型1 有关物质成分的探究
1．（2024贵阳12题11分）某探究小组同学对物质的组成进行探究。
探究一：探究甲烷的组成
（1）设计并实验：点燃甲烷，在火焰上方罩一个冷而干燥的烧杯，可观察到烧杯壁上的现象为 。迅速把烧杯倒过来，向烧杯内注入少量澄清石灰水，振荡，澄清石灰水变浑浊，反应的化学方程式为 。
结论：甲烷含有氢、碳元素。
（2）提出问题：甲烷组成中是否含氧元素？
设计并实验：设计如图1装置进行实验。先通一段时间N2，点燃酒精灯，通入甲烷燃烧后的产物（不含甲烷和氧气），反应结束后，再通入一段时间N2。（已知：甲烷质量为a g）
结论：甲烷只含碳、氢元素，不含氧元素。
①B装置的作用是 ；
②得到此结论，需要收集的实验证据有 。
图1
探究二：探究酸、碱、盐的性质及物质的成分
【实验一】
（3）向稀盐酸、稀硫酸中分别滴加紫色石蕊溶液，观察到的现象是 。
（4）向盛有氧化铜的试管中加入稀硫酸，加热，反应的化学方程式为 。
【实验二】
（5）向镁条中加入稀硫酸，有气体产生，固体全部溶解，取反应后的溶液分别置于A、B烧杯中。
①向A中逐滴加入NaOH溶液，溶液中溶质质量变化如图2所示。由实验可得溶质的成分为 。ab段发生反应的化学方程式为 ；
②向B中滴加足量BaCl2溶液，不断搅拌。实验过程中溶液pH的变化情况是 。
【实验三】
（6）有一包白色粉末，可能含MgO、Mg(OH)2、MgSO4中的一种或几种。为探究其成分，进行如下实验。
取n g白色粉末于烧杯中，向烧杯中加入足量稀硫酸，粉末完全溶解，继续向烧杯中加入过量NaOH溶液，将生成的沉淀过滤、洗涤、干燥，称得固体质量为n g，可以推测白色粉末可能的成分组成情况有 。
（7）由以上实验可知，酸的化学性质有 。
2.（柳州中考）实验室贮存的镁条表面有一层灰黑色的物质，用砂纸打磨后发现镁是一种银白色的金属。镁在空气中燃烧发出耀眼的白光，生成白色的氧化镁固体。某化学实验小组对镁条表面的灰黑色物质产生了兴趣，并对其成分进行如下探究。
【提出问题】镁条表面的灰黑色物质是什么？
【猜想与假设】同学们根据空气的成分对镁条表面的灰黑色物质提出以下猜想：
猜想一：是MgO；
猜想二：是MgCO3；
猜想三：是Mg(OH)2；
猜想四：是Mg2(OH)2CO3。
实验小组的小军同学认为灰黑色物质是氧化镁，但是遭到了其他同学的一致反对，理由是 。
【设计实验】
实验序号 实验Ⅰ 实验Ⅱ
实验操作 取一定量的灰黑色物质于试管中，滴加稀盐酸，将生成的气体通入澄清石灰水 另取一定量干燥的灰黑色物质于试管中，加热，将生成的气体依次通过无水硫酸铜和澄清石灰水
实验现象 试管中固体溶解，有气泡产生，生成的气体使澄清石灰水变浑浊 一段时间后，试管中的灰黑色物质变为白色，无水硫酸铜变为蓝色，澄清石灰水变浑浊
分析与结论 生成的气体是 无水硫酸铜变为蓝色，说明产物中一定有
【结论与反思】
（1）写出实验Ⅰ中澄清石灰水变浑浊的化学方程式： 。
（2）根据实验Ⅰ、Ⅱ的现象和结论，猜想 是正确的。
（3）写出实验Ⅱ中灰黑色物质受热分解的化学方程式： 。
【拓展与提升】镁条表面的灰黑色物质是镁与空气中的氧气、 共同作用，发生一系列化学反应形成的。为了防止镁条表面形成灰黑色物质，工业上往往将镁和铝制成合金。现有一块21 g的镁铝合金与足量的稀硫酸充分反应，生成2 g氢气，则这块镁铝合金中镁的质量是 g。
类型2 有关物质性质的探究
3.（金昌中考）某校初三化学兴趣小组的同学为验证氢氧化钠的化学性质做了如下实验探究。请你根据实验回答有关问题。
（1）实验1的试管中可观察到的实验现象是 。
（2）甲同学观察到实验2无明显现象，他得出结论：氢氧化钠与盐酸不发生反应。乙同学认为甲同学的结论不正确，他改进了该实验方案：先向氢氧化钠溶液中滴入几 并振荡，再逐滴滴入稀盐酸，观察到溶液由红色变无色，由此可知氢氧化钠与稀盐酸 （填“发生”或“不发生”）化学反应。
（3）小亮同学由实验2联想到在氢氧化钠溶液中通入二氧化碳也没有明显现象，那么二氧化碳与氢氧化钠是否发生了化学反应呢？（本实验中忽略CO2溶于水）
①王敏同学从实验3得到的溶液中取出少量，加入试管中，滴入 溶液，观察到有白色沉淀生成，其反应的化学方程式为 ，证明二氧化碳与氢氧化钠发生了化学反应；
②为了验证CO2和NaOH溶液发生了化学反应，晓霞同学设计了实验4图示实验方案，当观察到 现象时，证明二氧化碳与氢氧化钠溶液发生了化学反应；
③通过对氢氧化钠化学性质的探究，同学们得出保存氢氧化钠固体的方法是 。
类型3 有关物质变化影响因素的探究
4.兴趣小组同学在老师的带领下，探究影响过氧化氢分解速率的因素。
【提出问题】影响过氧化氢分解速率的因素有哪些？
【做出假设】
假设1：催化剂的种类；
假设2：过氧化氢溶液的浓度；
假设3：温度。
【实验探究】
学生利用如图1所示的装置，以收集50 mL的气体为标准，比较反应的快慢，实验方案如下表所示：
序号 温度/℃ 过氧化氢溶液浓度 过氧化氢溶液体积/mL 1 g 催化剂 时间/s
1 20 5% 40 二氧化锰 37
2 20 10% 40 二氧化锰 14
3 20 5% 40 氧化铜 b
4 80 5% 40 二氧化锰 29
（1）写出实验3发生反应的化学方程式： 。
（2）对比实验1和2，得出的结论是 。
（3）通过对比实验1和3，得出二氧化锰的催化效果比氧化铜强的实验依据是 。
【拓展延伸】在实验3中，学生将注射器换成了压强传感器，测出了实验过程中装置压强与时间的关系图（如图2）。实验过程中，学生触摸锥形瓶外壁有发烫的感觉，至反应结束后，发生装置的温度慢慢趋于常温。
根据图2所示，分析发现反应速率在不断发生改变。反应过程中从开始到结束，影响反应速率的因素有 填两种）。
5.化学实验小组的同学探究石灰石与盐酸反应速率的影响因素，做了如下探究实验：
【提出问题】石灰石与盐酸反应的快慢与哪些因素有关？
【作出猜想】猜想一：石灰石的颗粒大小；
猜想二：盐酸的溶质质量分数。
【设计实验】同学们用不同溶质质量分数的盐酸和不同颗粒大小的石灰石进行四次实验。通过读取电子天平的示数，计算所生成的二氧化碳质量，数据如下表所示：
实验编号 盐酸的溶质质量分数（均取40 mL） 石灰石的颗粒大小（均取6 g） 二氧化碳质量/g（均反应5 min）
① 10% 粉末状 1.98
② 10% 块状 0.8
③ 20% 粉末状 2.3
④ 20% 块状 1.3
（1）写出盐酸与石灰石反应的化学方程式： 。
（2）对比实验①②，可知 对石灰石与盐酸的反应速率有影响；对比实验 （填序号），可知盐酸的溶质质量分数对石灰石与盐酸的反应速率有影响。
【反思与交流】
（1）上述实验中为了准确比较二氧化碳的产生速率，除测定不同实验组等时间内收集二氧化碳的质量外，还可以测定不同实验组 。
（2）若增加一组实验：盐酸的溶质质量分数为15%、石灰石的形状为粉末状，其他条件不变，则测得二氧化碳质量的取值范围为 g。
【拓展探究】（设计实验新方案）影响盐酸与石灰石反应速率的因素还有 ，请设计实验验证： （简要写出操作步骤）。
类型4 有关反应异常现象的探究
6.（杭州中考）同学们用4%的NaOH溶液和8%的CuSO4溶液制备Cu(OH)2，有同学并未得到预期的蓝色沉淀，而是得到浅绿色沉淀（经测定为碱式硫酸铜）；还有同学观察到一段时间后蓝色沉淀中出现黑色物质（经测定为氧化铜）。针对这些异常现象，小金在室温下进行了以下探究：
探究1：生成沉淀颜色与反应物的质量比的关系
两种溶液取用的质量及实验现象如下表所示：（两种溶液混合后充分振荡试管）
编号 ① ② ③
4%的NaOH溶液的质量/g 2 4 6
8%的CuSO4溶液的质量/g 2 待填 2
沉淀颜色 浅绿色 蓝色中混有浅绿色 蓝色
出现黑色物质所等待的时间/min 不出现 5 3
（1）根据探究目的及相关实验现象，②中8%的CuSO4溶液的质量应为 g（填“2”“4”或“6”）。
（2）③中生成蓝色沉淀的化学方程式为 。
探究2：Cu(OH)2分解难易与溶液碱性强弱的关系
按探究1中③的方法制备5份含蓝色沉淀的混合物，处理方式和实验结果如下表所示：
编号 处理方式 出现黑色物质所等待的时间/min
① 不做处理 3
② 直接向试管中加8 mL水 11
③ 直接向试管中加16 mL水 17
④ 滤出蓝色沉淀，洗涤至中性后放入洁净试管，加8 mL水 不出现
⑤ 滤出蓝色沉淀，洗涤至中性后放入洁净试管，加8 mL4%的Na2SO4溶液 不出现
（3）判断④中的蓝色沉淀已洗涤至中性的操作是 。
（4）分析实验结果，可得出Cu(OH)2分解难易与溶液碱性强弱的关系是 。
类型5 项目式探究
7.（荆州中考）“天宫课堂”上航天员做的泡腾片实验，让同学们再次感受到化学的魅力。泡腾片中含有碳酸钠或碳酸氢钠等物质，化学兴趣小组决定对它们的某些性质进行探究。
实验一：探究碳酸钠和碳酸氢钠溶液的酸碱度
【实验探究1】用pH试纸测得等浓度的碳酸氢钠溶液的pH为9，碳酸钠溶液的pH为11。
【实验结论1】两者均显碱性，且溶液碱性较强的是Na2CO3溶液。
实验二：探究碳酸钠和盐酸的反应
【实验探究2】向盛有碳酸钠溶液的烧杯中，逐滴加入一定浓度的稀盐酸并充分搅拌，测得pH变化与时间的关系如图1所示。观察到ab段无气泡产生，从b点开始产生气泡。经测定b点溶质只有碳酸氢钠和氯化钠，c点pH为7。
【实验结论2】碳酸钠和盐酸的反应是分两步发生的，ab段发生反应的化学方程式为 ，c点溶液中的溶质为 。
实验三：探究碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性
【查阅资料】①碳酸氢钠受热分解成碳酸钠、水和二氧化碳；②碳酸钠受热不分解。
【实验验证】取一定量的碳酸氢钠放入试管中加热，如图2所示。
【交流反思】试管A管口向下倾斜的原因是 ，试管B中出现 现象，证明有二氧化碳生成。
【实验结论3】碳酸钠的热稳定性强于碳酸氢钠。
【拓展应用】溶洞内钟乳石的形成原理与碳酸氢钠受热分解相似——溶有碳酸氢钙［Ca（HCO3）2］的地下水，遇热或当压强突然变小时，碳酸氢钙会分解成碳酸钙沉积下来，天长日久就形成了千姿百态的钟乳石。请写出碳酸氢钙分解的化学方程式： 。
8．（2024青岛节选）探究“瑞雪兆丰年”，2024年青岛初春的大雪预示着粮食大丰收。为保障市民正常出行，市政人员及时向道路撒融雪剂。“圆梦”小组开展了以“探秘融雪剂”为主题的项目式学习，请结合任务回答问题。
【任务一】了解融雪原理
（1）查阅资料：最初我国的融雪剂主要是氯化钠型，后来又出现了氯化钙型、氯化钠和氯化钙混合型等多种融雪剂。在标准大气压下，水的凝固点是0 ℃，加入氯化钠后形成的溶液最低凝固点为-21 ℃，加入氯化钙后形成的溶液最低凝固点为-55 ℃。
（2）表达交流：融雪剂融雪的原理是 。
【任务二】探秘融雪剂成分
某品牌融雪剂主要成分可能是氯化钠和氯化钙中的一种或两种。小组同学设计了如表实验，探究其成分（忽略杂质对实验现象和数据的影响）。
步骤 操作 现象 结论
① 取10.0 g融雪剂，加适量蒸馏水充分溶解，向所得溶液中加入足量 生成白色沉淀 该融雪剂一定含有氯化钙
② 将步骤①所得沉淀过滤、洗涤、 、称量 得到固体质量为 5.0 g 该融雪剂的主要成分是
类型6 数字化实验
9.兴趣小组的同学利用数字化技术对“空气中氧气体积分数的测定”进行了再探究（如图1），得到的数据曲线如图2所示。
（1）实验前集气瓶中的水为10 mL，若集气瓶的容积为100 mL（燃烧匙所占体积忽略不计），实验结束后理论上集气瓶中水的体积约为 mL。
（2）图2中X曲线表示的是 （填“温度”或“氧气浓度”）。
（3）图2压强曲线中，BC段气压变化的原因是 ；CD段气压变化的原因是 ；导致DE段气压变化的实验操作是 。
（4）小明用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的含量偏小，试推测其可能的原因：
①装置漏气；② ，装置内氧气有剩余。
（5）化学兴趣小组想探究用不同物质在空气中燃烧测定氧气含量方法的优劣。他们用足量的蜡烛、红磷和白磷分别在相同体积与状态的空气中燃烧，用氧气探测器测定密闭容器中剩余氧气与时间的关系如下图，下列说法正确的是 （填字母）。
A．测定空气中氧气含量效果最好的是蜡烛，因为它反应速率快
B．该实验证明氧气的浓度较低时，红磷与白磷还能与之发生反应
C．三个实验均需要冷却至室温再读数
D．若用这三种物质做实验，测得空气中氧气含量偏高
10．某研究小组对 H2O2分解的各种催化剂的催化效果进行定量对比探究。小组人员选用海藻酸钠（海藻酸钠是一种天然高分子物质，在本实验中性质稳定，不与其他物质发生反应）作为催化剂支架，制备负载等量催化剂的海藻酸钠微球，利用数字化手持技术展开探究。
【实验过程】
取负载各种等量催化剂的海藻酸钠微球各30粒分别放入a、b、c、d四个锥形瓶中，每个锥形瓶上连接压力传感器和注射器（如图 1 所示）。
用注射器分别向每个锥形瓶中注入 20 mL 浓度为 5%H2O2溶液，溶液全部注入后立即采集 200 s 内压强数据，最后用软件绘制实验图形如图 2 所示（猪肝研磨液富含过氧化氢酶，酶的主要成分为蛋白质）。
【实验分析】
（1）写出b瓶中反应的化学方程式： 。上述四种中催化效果最差的物质是 。
（2）a、b、c瓶中的海藻酸钠微球都浮了起来，主要原因是 。
（3）a、b瓶在60 s左右时压强突然恢复到常压，最可能原因是 。
（4）前50 s内，b、c、d瓶中反应速率越来越快，可能原因是反应放热，实验中发现a瓶中催化剂的性能随反应进行越来越弱，可能原因是 。
（5）若实验中过氧化氢溶液完全反应，则本实验理论上每瓶能得到氧气的质量为 g（5%的过氧化氢溶液密度约为1 g/mL，最终结果精确到小数点后两位）。专项突破五 实验探究
一、实验猜想
◆考向1 反应后生成物成分的猜想
生成物成分的猜想由以下方面入手：
1.依据：化学反应前后，元素的种类不变（质量守恒定律）。
2.猜想步骤：确定生成物的元素组成，根据元素组成及题干已知条件进行组合。
3.不合理猜想的判断：根据质量守恒定律，判断猜想物质的组成元素是否含有反应物中没有的元素；根据物质的性质，判断猜想物质是否会和其他已知物质反应。
◆考向2 反应后物质成分的猜想
1.反应后物质成分的猜想存在两种情况：①只有生成物；②生成物和其中一种过量的反应物。
2.根据两种物质发生反应生成另外两种物质为例，按下列步骤提出合理猜想：
第一步：写出化学方程式：A＋B→C＋沉淀/气体/水；
第二步：进行猜想及反应后的物质：
①恰好完全反应→C；
②A过量→A和C；
③B过量→B和C。
3.不合理猜想的判断： 猜想中的物质之间能够发生反应。
◆考向3 影响反应速率因素的猜想
影响反应速率的因素可以分为内因和外因：
1.内因：反应物的种类（即反应物的性质）、反应物的浓度（溶液通常指溶质的质量分数、 固体通常指纯度）、反应物间的接触面积（通常指固体反应物的颗粒大小）。
2.外因：温度、催化剂（种类、 质量、 颗粒大小等），对于有气体参加的反应还可以考虑气体压强。
◆考向4 金属活动性顺序的猜想
此类试题一般会给出三种金属（含陌生金属M），以铁、M、铜为例：
首先将已知金属按活动性顺序排列好，铁、铜的金属活动性顺序为Fe＞Cu；
其次猜想陌生金属M可能的位置：
猜想一：M＞Fe＞Cu；
猜想二：Fe＞M＞Cu；
猜想三：Fe＞Cu＞M。
最后通过两两比较法进行验证。
二、实验方案设计
◆考向1 实验方案的设计
1.探究物质的成分或性质：其实质为物质的检验，具体检验方法见“微专题11物质的检验与鉴别”。
2.利用控制变量思想设计实验：
（1）找相同的变量：从题干中提取其他与问题可能关联的因素且该因素在两组实验中须一致， 如质量、温度、浓度等。
（2）找不同的变量：只能是一个因素不同。
（3）分析测量的对象：通过测量某个数据或观察某种现象可以得出所做的两个实验结果不同。
（4）结论表述：总结该变量对实验结果的影响。
◆考向2 完善实验步骤、现象或结论
1.实验操作、现象、结论间的联系：
2.解答方法：
（1）根据实验步骤和现象完善实验结论。即根据实验步骤和对应的实验现象，以及物质的性质判断是否存在要验证的物质，继而得出结论。
（2）根据实验结论完善实验现象或步骤。存在两种情况：①试剂和现象之间相互确定；②根据实验操作所选试剂和结论确定现象。可以根据第一种情况进行反推，然后确定试剂和现象。
三、数字化实验图像分析
1.压强曲线：密闭容器中，压强与气体的量成正比，气体量越多压强越大，气体量越少压强越小；气体的量相同时，温度越高，压强越大，可根据恢复至室温后压强的变化，确定气体变化的量，常用于空气中氧气含量的测定。
2.温度曲线：燃烧反应、酸碱中和反应、金属与酸的置换反应均为常见的放热反应，可根据最高温度确定反应的终点。
3.pH曲线：酸碱中和滴定时，碱滴入酸中，溶液pH逐渐增大；酸滴入碱中，溶液pH逐渐减小。pH等于7时，恰好中和，溶液中的溶质为反应生成的盐；pH大于7时，碱过量，溶液中的溶质为反应生成的盐和过量的碱；pH小于7时，酸过量，溶液中的溶质为反应生成的盐和过量的酸。
四、实验评价
实验的评价一般可以从以下几点进行分析：
1.可行性：
（1）实验原理是否正确、可行。
（2）实验操作是否简单、科学、易行。
（3）实验现象是否明显。
（4）实验结果是否与实验目的一致。
2.绿色化学：
（1）原料是否易得、安全、无毒。
（2）反应速率是否适中。
（3）原料利用率以及生成物的产率是否较高。
（4）反应过程中是否对环境造成污染。
类型1 有关物质成分的探究
1．（2024贵阳12题11分）某探究小组同学对物质的组成进行探究。
探究一：探究甲烷的组成
（1）设计并实验：点燃甲烷，在火焰上方罩一个冷而干燥的烧杯，可观察到烧杯壁上的现象为出现水雾。迅速把烧杯倒过来，向烧杯内注入少量澄清石灰水，振荡，澄清石灰水变浑浊，反应的化学方程式为Ca(OH)2+CO2═CaCO3↓+H2O。
结论：甲烷含有氢、碳元素。
（2）提出问题：甲烷组成中是否含氧元素？
设计并实验：设计如图1装置进行实验。先通一段时间N2，点燃酒精灯，通入甲烷燃烧后的产物（不含甲烷和氧气），反应结束后，再通入一段时间N2。（已知：甲烷质量为a g）
结论：甲烷只含碳、氢元素，不含氧元素。
①B装置的作用是将甲烷可能不完全燃烧生成的CO转化为CO2；
②得到此结论，需要收集的实验证据有装置A实验前后增加的质量、装置C实验前后增加的质量、装置D澄清石灰水不变浑浊。
图1
探究二：探究酸、碱、盐的性质及物质的成分
【实验一】
（3）向稀盐酸、稀硫酸中分别滴加紫色石蕊溶液，观察到的现象是紫色石蕊溶液均变为红色。
（4）向盛有氧化铜的试管中加入稀硫酸，加热，反应的化学方程式为CuO+H2SO4CuSO4+H2O。
【实验二】
（5）向镁条中加入稀硫酸，有气体产生，固体全部溶解，取反应后的溶液分别置于A、B烧杯中。
①向A中逐滴加入NaOH溶液，溶液中溶质质量变化如图2所示。由实验可得溶质的成分为MgSO4、H2SO4。ab段发生反应的化学方程式为2NaOH+MgSO4═Na2SO4+Mg(OH)2↓；
②向B中滴加足量BaCl2溶液，不断搅拌。实验过程中溶液pH的变化情况是pH值逐渐变大，接近于7，但小于7。
【实验三】
（6）有一包白色粉末，可能含MgO、Mg(OH)2、MgSO4中的一种或几种。为探究其成分，进行如下实验。
取n g白色粉末于烧杯中，向烧杯中加入足量稀硫酸，粉末完全溶解，继续向烧杯中加入过量NaOH溶液，将生成的沉淀过滤、洗涤、干燥，称得固体质量为n g，可以推测白色粉末可能的成分组成情况有Mg(OH)2；MgO、MgSO4；MgO、Mg(OH)2、MgSO4。
（7）由以上实验可知，酸的化学性质有酸与酸碱指示剂反应；酸与活泼金属反应；酸与某些金属氧化物反应；酸与碱反应；酸与某些盐反应。
2.（柳州中考）实验室贮存的镁条表面有一层灰黑色的物质，用砂纸打磨后发现镁是一种银白色的金属。镁在空气中燃烧发出耀眼的白光，生成白色的氧化镁固体。某化学实验小组对镁条表面的灰黑色物质产生了兴趣，并对其成分进行如下探究。
【提出问题】镁条表面的灰黑色物质是什么？
【猜想与假设】同学们根据空气的成分对镁条表面的灰黑色物质提出以下猜想：
猜想一：是MgO；
猜想二：是MgCO3；
猜想三：是Mg(OH)2；
猜想四：是Mg2(OH)2CO3。
实验小组的小军同学认为灰黑色物质是氧化镁，但是遭到了其他同学的一致反对，理由是氧化镁是白色固体。
【设计实验】
实验序号 实验Ⅰ 实验Ⅱ
实验操作 取一定量的灰黑色物质于试管中，滴加稀盐酸，将生成的气体通入澄清石灰水 另取一定量干燥的灰黑色物质于试管中，加热，将生成的气体依次通过无水硫酸铜和澄清石灰水
实验现象 试管中固体溶解，有气泡产生，生成的气体使澄清石灰水变浑浊 一段时间后，试管中的灰黑色物质变为白色，无水硫酸铜变为蓝色，澄清石灰水变浑浊
分析与结论 生成的气体是二氧化碳 无水硫酸铜变为蓝色，说明产物中一定有水
【结论与反思】
（1）写出实验Ⅰ中澄清石灰水变浑浊的化学方程式：Ca(OH)2+CO2═CaCO3↓+H2O。
（2）根据实验Ⅰ、Ⅱ的现象和结论，猜想四是正确的。
（3）写出实验Ⅱ中灰黑色物质受热分解的化学方程式：Mg2(OH)2CO32MgO+H2O+CO2↑。
【拓展与提升】镁条表面的灰黑色物质是镁与空气中的氧气、水和二氧化碳共同作用，发生一系列化学反应形成的。为了防止镁条表面形成灰黑色物质，工业上往往将镁和铝制成合金。现有一块21 g的镁铝合金与足量的稀硫酸充分反应，生成2 g氢气，则这块镁铝合金中镁的质量是12g。
类型2 有关物质性质的探究
3.（金昌中考）某校初三化学兴趣小组的同学为验证氢氧化钠的化学性质做了如下实验探究。请你根据实验回答有关问题。
（1）实验1的试管中可观察到的实验现象是有红褐色沉淀生成。
（2）甲同学观察到实验2无明显现象，他得出结论：氢氧化钠与盐酸不发生反应。乙同学认为甲同学的结论不正确，他改进了该实验方案：先向氢氧化钠溶液中滴入几滴酚酞溶液并振荡，再逐滴滴入稀盐酸，观察到溶液由红色变无色，由此可知氢氧化钠与稀盐酸发生（填“发生”或“不发生”）化学反应。
（3）小亮同学由实验2联想到在氢氧化钠溶液中通入二氧化碳也没有明显现象，那么二氧化碳与氢氧化钠是否发生了化学反应呢？（本实验中忽略CO2溶于水）
①王敏同学从实验3得到的溶液中取出少量，加入试管中，滴入CaCl2或（BaCl2）溶液，观察到有白色沉淀生成，其反应的化学方程式为CaCl2+Na2CO3═2NaCl+CaCO3↓（或BaCl2+Na2CO3═2NaCl+BaCO3↓），证明二氧化碳与氢氧化钠发生了化学反应；
②为了验证CO2和NaOH溶液发生了化学反应，晓霞同学设计了实验4图示实验方案，当观察到锥形瓶内的气球变大现象时，证明二氧化碳与氢氧化钠溶液发生了化学反应；
③通过对氢氧化钠化学性质的探究，同学们得出保存氢氧化钠固体的方法是密封保存。
类型3 有关物质变化影响因素的探究
4.兴趣小组同学在老师的带领下，探究影响过氧化氢分解速率的因素。
【提出问题】影响过氧化氢分解速率的因素有哪些？
【做出假设】
假设1：催化剂的种类；
假设2：过氧化氢溶液的浓度；
假设3：温度。
【实验探究】
学生利用如图1所示的装置，以收集50 mL的气体为标准，比较反应的快慢，实验方案如下表所示：
序号 温度/℃ 过氧化氢溶液浓度 过氧化氢溶液体积/mL 1 g 催化剂 时间/s
1 20 5% 40 二氧化锰 37
2 20 10% 40 二氧化锰 14
3 20 5% 40 氧化铜 b
4 80 5% 40 二氧化锰 29
（1）写出实验3发生反应的化学方程式：2H2O22H2O+O2↑。
（2）对比实验1和2，得出的结论是其他条件相同时，过氧化氢溶液浓度越大，反应速率越快。
（3）通过对比实验1和3，得出二氧化锰的催化效果比氧化铜强的实验依据是b>37。
【拓展延伸】在实验3中，学生将注射器换成了压强传感器，测出了实验过程中装置压强与时间的关系图（如图2）。实验过程中，学生触摸锥形瓶外壁有发烫的感觉，至反应结束后，发生装置的温度慢慢趋于常温。
根据图2所示，分析发现反应速率在不断发生改变。反应过程中从开始到结束，影响反应速率的因素有过氧化氢溶液浓度；温度（填两种）。
5.化学实验小组的同学探究石灰石与盐酸反应速率的影响因素，做了如下探究实验：
【提出问题】石灰石与盐酸反应的快慢与哪些因素有关？
【作出猜想】猜想一：石灰石的颗粒大小；
猜想二：盐酸的溶质质量分数。
【设计实验】同学们用不同溶质质量分数的盐酸和不同颗粒大小的石灰石进行四次实验。通过读取电子天平的示数，计算所生成的二氧化碳质量，数据如下表所示：
实验编号 盐酸的溶质质量分数（均取40 mL） 石灰石的颗粒大小（均取6 g） 二氧化碳质量/g（均反应5 min）
① 10% 粉末状 1.98
② 10% 块状 0.8
③ 20% 粉末状 2.3
④ 20% 块状 1.3
（1）写出盐酸与石灰石反应的化学方程式：2HCl+CaCO3═CaCl2+H2O+CO2↑。
（2）对比实验①②，可知石灰石的颗粒大小对石灰石与盐酸的反应速率有影响；对比实验①③或②④（填序号），可知盐酸的溶质质量分数对石灰石与盐酸的反应速率有影响。
【反思与交流】
（1）上述实验中为了准确比较二氧化碳的产生速率，除测定不同实验组等时间内收集二氧化碳的质量外，还可以测定不同实验组收集相同质量二氧化碳所需要的时间。
（2）若增加一组实验：盐酸的溶质质量分数为15%、石灰石的形状为粉末状，其他条件不变，则测得二氧化碳质量的取值范围为1.98~2.3 g。
【拓展探究】（设计实验新方案）影响盐酸与石灰石反应速率的因素还有温度，请设计实验验证：取两支试管，分别加入等质量等浓度的盐酸溶液，放入等质量块状石灰石，分别加入20 ℃和40 ℃水浴中，记录相同时间内收集二氧化碳的质量（简要写出操作步骤）。
类型4 有关反应异常现象的探究
6.（杭州中考）同学们用4%的NaOH溶液和8%的CuSO4溶液制备Cu(OH)2，有同学并未得到预期的蓝色沉淀，而是得到浅绿色沉淀（经测定为碱式硫酸铜）；还有同学观察到一段时间后蓝色沉淀中出现黑色物质（经测定为氧化铜）。针对这些异常现象，小金在室温下进行了以下探究：
探究1：生成沉淀颜色与反应物的质量比的关系
两种溶液取用的质量及实验现象如下表所示：（两种溶液混合后充分振荡试管）
编号 ① ② ③
4%的NaOH溶液的质量/g 2 4 6
8%的CuSO4溶液的质量/g 2 待填 2
沉淀颜色 浅绿色 蓝色中混有浅绿色 蓝色
出现黑色物质所等待的时间/min 不出现 5 3
（1）根据探究目的及相关实验现象，②中8%的CuSO4溶液的质量应为2g（填“2”“4”或“6”）。
（2）③中生成蓝色沉淀的化学方程式为CuSO4+2NaOH═Cu(OH)2↓+Na2SO4。
探究2：Cu(OH)2分解难易与溶液碱性强弱的关系
按探究1中③的方法制备5份含蓝色沉淀的混合物，处理方式和实验结果如下表所示：
编号 处理方式 出现黑色物质所等待的时间/min
① 不做处理 3
② 直接向试管中加8 mL水 11
③ 直接向试管中加16 mL水 17
④ 滤出蓝色沉淀，洗涤至中性后放入洁净试管，加8 mL水 不出现
⑤ 滤出蓝色沉淀，洗涤至中性后放入洁净试管，加8 mL4%的Na2SO4溶液 不出现
（3）判断④中的蓝色沉淀已洗涤至中性的操作是取最后一次洗涤液于试管中，滴加酚酞试液，酚酞试液不变色，说明蓝色沉淀已洗涤至中性。
（4）分析实验结果，可得出Cu(OH)2分解难易与溶液碱性强弱的关系是碱性越强，氢氧化铜越容易分解。
类型5 项目式探究
7.（荆州中考）“天宫课堂”上航天员做的泡腾片实验，让同学们再次感受到化学的魅力。泡腾片中含有碳酸钠或碳酸氢钠等物质，化学兴趣小组决定对它们的某些性质进行探究。
实验一：探究碳酸钠和碳酸氢钠溶液的酸碱度
【实验探究1】用pH试纸测得等浓度的碳酸氢钠溶液的pH为9，碳酸钠溶液的pH为11。
【实验结论1】两者均显碱性，且溶液碱性较强的是Na2CO3溶液。
实验二：探究碳酸钠和盐酸的反应
【实验探究2】向盛有碳酸钠溶液的烧杯中，逐滴加入一定浓度的稀盐酸并充分搅拌，测得pH变化与时间的关系如图1所示。观察到ab段无气泡产生，从b点开始产生气泡。经测定b点溶质只有碳酸氢钠和氯化钠，c点pH为7。
【实验结论2】碳酸钠和盐酸的反应是分两步发生的，ab段发生反应的化学方程式为Na2CO3+HCl═NaHCO3+NaCl，c点溶液中的溶质为NaCl。
实验三：探究碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性
【查阅资料】①碳酸氢钠受热分解成碳酸钠、水和二氧化碳；②碳酸钠受热不分解。
【实验验证】取一定量的碳酸氢钠放入试管中加热，如图2所示。
【交流反思】试管A管口向下倾斜的原因是防止冷凝水倒流炸裂试管，试管B中出现石灰水变浑浊现象，证明有二氧化碳生成。
【实验结论3】碳酸钠的热稳定性强于碳酸氢钠。
【拓展应用】溶洞内钟乳石的形成原理与碳酸氢钠受热分解相似——溶有碳酸氢钙［Ca（HCO3）2］的地下水，遇热或当压强突然变小时，碳酸氢钙会分解成碳酸钙沉积下来，天长日久就形成了千姿百态的钟乳石。请写出碳酸氢钙分解的化学方程式：Ca（HCO3）2CaCO3↓+CO2↑+H2O。
8．（2024青岛节选）探究“瑞雪兆丰年”，2024年青岛初春的大雪预示着粮食大丰收。为保障市民正常出行，市政人员及时向道路撒融雪剂。“圆梦”小组开展了以“探秘融雪剂”为主题的项目式学习，请结合任务回答问题。
【任务一】了解融雪原理
（1）查阅资料：最初我国的融雪剂主要是氯化钠型，后来又出现了氯化钙型、氯化钠和氯化钙混合型等多种融雪剂。在标准大气压下，水的凝固点是0 ℃，加入氯化钠后形成的溶液最低凝固点为-21 ℃，加入氯化钙后形成的溶液最低凝固点为-55 ℃。
（2）表达交流：融雪剂融雪的原理是盐溶液的凝固点低，溶解融雪剂后降低了雪的凝固点。
【任务二】探秘融雪剂成分
某品牌融雪剂主要成分可能是氯化钠和氯化钙中的一种或两种。小组同学设计了如表实验，探究其成分（忽略杂质对实验现象和数据的影响）。
步骤 操作 现象 结论
① 取10.0 g融雪剂，加适量蒸馏水充分溶解，向所得溶液中加入足量碳酸钠溶液 生成白色沉淀 该融雪剂一定含有氯化钙
② 将步骤①所得沉淀过滤、洗涤、干燥、称量 得到固体质量为 5.0 g 该融雪剂的主要成分是氯化钠、氯化钙
类型6 数字化实验
9.兴趣小组的同学利用数字化技术对“空气中氧气体积分数的测定”进行了再探究（如图1），得到的数据曲线如图2所示。
（1）实验前集气瓶中的水为10 mL，若集气瓶的容积为100 mL（燃烧匙所占体积忽略不计），实验结束后理论上集气瓶中水的体积约为28mL。
（2）图2中X曲线表示的是温度（填“温度”或“氧气浓度”）。
（3）图2压强曲线中，BC段气压变化的原因是红磷燃烧放热，导致瓶内温度升高，气体膨胀，压强变大；CD段气压变化的原因是红磷燃烧消耗瓶内氧气且温度逐渐降至室温；导致DE段气压变化的实验操作是打开弹簧夹。
（4）小明用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的含量偏小，试推测其可能的原因：
①装置漏气；②红磷的量不足，装置内氧气有剩余。
（5）化学兴趣小组想探究用不同物质在空气中燃烧测定氧气含量方法的优劣。他们用足量的蜡烛、红磷和白磷分别在相同体积与状态的空气中燃烧，用氧气探测器测定密闭容器中剩余氧气与时间的关系如下图，下列说法正确的是BC（填字母）。
A．测定空气中氧气含量效果最好的是蜡烛，因为它反应速率快
B．该实验证明氧气的浓度较低时，红磷与白磷还能与之发生反应
C．三个实验均需要冷却至室温再读数
D．若用这三种物质做实验，测得空气中氧气含量偏高
10．某研究小组对 H2O2分解的各种催化剂的催化效果进行定量对比探究。小组人员选用海藻酸钠（海藻酸钠是一种天然高分子物质，在本实验中性质稳定，不与其他物质发生反应）作为催化剂支架，制备负载等量催化剂的海藻酸钠微球，利用数字化手持技术展开探究。
【实验过程】
取负载各种等量催化剂的海藻酸钠微球各30粒分别放入a、b、c、d四个锥形瓶中，每个锥形瓶上连接压力传感器和注射器（如图 1 所示）。
用注射器分别向每个锥形瓶中注入 20 mL 浓度为 5%H2O2溶液，溶液全部注入后立即采集 200 s 内压强数据，最后用软件绘制实验图形如图 2 所示（猪肝研磨液富含过氧化氢酶，酶的主要成分为蛋白质）。
【实验分析】
（1）写出b瓶中反应的化学方程式：2H2O2MnO2═2H2O+O2↑。上述四种中催化效果最差的物质是Fe2O3。
（2）a、b、c瓶中的海藻酸钠微球都浮了起来，主要原因是产生的大量气体附着在小球表面，浮力变大。
（3）a、b瓶在60 s左右时压强突然恢复到常压，最可能原因是瓶内压强太大导致瓶塞被弹出。
（4）前50 s内，b、c、d瓶中反应速率越来越快，可能原因是反应放热，实验中发现a瓶中催化剂的性能随反应进行越来越弱，可能原因是温度升高部分蛋白质失去生理活性。
（5）若实验中过氧化氢溶液完全反应，则本实验理论上每瓶能得到氧气的质量为0.47g（5%的过氧化氢溶液密度约为1 g/mL，最终结果精确到小数点后两位）。

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