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数字化实验
例1 小明将未打磨的铝片和稀盐酸放入密闭容器中，用传感器探究反应过程中温度和压强的变化，如右图所示。从图中所获信息不正确的是( )
A.反应过程中有热量放出
B.50s时，溶液中溶质为AlCl3
C.0~50s，发生Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O反应
D.100~140s，压强减小是因为温度降低
例2 某实验小组进行物质溶解实验，20℃时，称取2.5g、5.0g、7.5g NaOH固体，分别加入3个小烧杯中(均已盛装50mL水)，均完全溶解。通过数字化实验测得它们在溶解过程中溶液温度的变化情况如图所示。
依据该实验，你能获得哪些有关NaOH在水中溶解的实验结论？(写出两点，请按示例回答)
示例：证据：曲线均呈上升趋势。结论：NaOH在水中溶解时放出热量。
例3 用图1装置进行实验，先后将溶液快速全部推入，测得一段时间内压强变化如图2所示。
(1)先推入的溶液是_____________。
(2)bc段压强不变，原因是_____________。
(3)cd段压强变大，用化学方程式解释：_____________。
例4 某学习小组运用传感器探究钠与水的反应得到如图图象，其中图1是反应过程中溶液温度与时间的图像，图2是反应过程中溶液pH与时间的图像。
回答下列问题：
(1)钠与水的反应属于__________反应(填“吸热”或者“放热”)。
(2)反应产生的气体为氢气。检验氢气纯度的操作是(请补充完整)：用拇指堵住集满气体的试管口，__________。实验中能表明氢气不纯的现象是__________。
(3)钠与水反应的化学方程式为__________。
(4)将少量金属钠投入稀的氯化铁溶液中，产生了无色气体和一种红褐色沉淀，红褐色沉淀的化学式为__________；与反应前溶液相比，反应后溶液质量__________(填“增大”、“不变”或者“减小”)。
例5 中和反应是一类重要的化学反应。某同学利用如图1装置研究稀盐酸与氢氧化钠液反应的过程，并用pH和温度传感器测量反应过程中相关物理量的变化情况，得到图2和图3。
(1)烧杯中发生反应的化学方程式为_____________________________________；
(2)仪器A中溶液的溶质是_________________(填化学式)；
(3)图3中V的数值最接近_______(填“6”、“12”或“16”)；
(4)下列说法错误的是____________。
A.图2中b点所示溶液中的溶质是NaCl和NaOH；
B.取图2中d点所示溶液加热蒸干所得固体为纯净物
C.图2中c→d所示溶液中NaCl的质量不断增加；
例6 某兴趣小组开展“测定密闭容器中某种气体的体积分数”的探究实验。
【实验 1】按图 1 所示装置，用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的体积分数。
【实验 2】按图 2 所示装置，在集气瓶内壁用水均匀涂附铁粉除氧剂(其中辅助成分不干扰实验)，利用铁锈蚀原理测定空气中氧气的体积分数。
(1)实验 1 中，红磷燃烧的主要现象是___________。红磷熄灭后，集气瓶冷却至室温，打开 K，水能倒吸入集气瓶的原因是___________。
(2)为提高实验的准确性，以上两个实验都需要注意的事项是___________(写一点)。
(3)实验过程中，连接数字传感器，测得实验 1、实验 2 中氧气的体积分数随时间变化的关系分别如图 3、图 4 所示。依据图 3、图 4 信息，___________(填“实验 1”或“实验 2")的测定方法更准确，判断依据是___________。
(4)结合你的学习经验，若要寻找红磷或铁粉除氧剂的替代物。用图 1 或图 2 装置测定空气中氧气的体积分数，该替代物应满足的条件是___________、___________ (写两点)。
【实验 3】测定用排空气法收集到的集气瓶中二氧化碳的体积分数。
(5)甲同学设计图 5 所示装置进行测定。浓 NaOH 溶液的作用是___________(用化学方程式表示)。
(6)乙同学提出，仅利用图 6 所示装置，在不添加其他试剂的前提下，也能测得集气瓶中二氧化碳的体积分数。为达到实验目的，操作方法是___________。
跟踪练习 1.将燃着的蜡烛放入密闭的容器中，同时用氧气传感器测得密闭容器中氧气含量的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.蜡烛燃烧前密闭容器内的气体全部是氧气
B.蜡烛熄灭是因为容器内的氧气全部被消耗
C.蜡烛熄灭后容器内的气体全部是二氧化碳
D.蜡烛熄灭的原因是容器内氧气的体积分数小于一定值时，蜡烛无法燃烧
2.在蒸馏水中加入NaOH颗粒，不断搅拌，用温度传感器记录溶解过程的温度变化如图。a、c两点观察到溶液中有固体存在，b点固体完全消失。下列说法不正确的是( )
A.NaOH固体溶于水是放热过程
B.a、c两点时，NaOH的溶解度相同
C.b点时，该溶液一定发饱和溶液
D.c点时的溶剂质量等于d点时的溶剂质量
3.某化学兴趣小组的同学利用压强传感器、数据采集器和计算机等数字化实验设备，测定铝片与足量稀硫酸反应时气体压强的变化，实验结果如图所示。
(1)开始一段时间气体压强几乎不变，其原因是什么？
(2)写出m点时所发生反应的化学方程式。
4.请结合下列实验装置，回答有关问题。
(1)写出图中仪器a的名称：__________。
(2)实验室用加热高锰酸钾制取并收集氧气，应选择的装置为__________(填字母，下同)，发生反应的化学方程式为__________。
(3)实验室用石灰石与稀盐酸反应制取二氧化碳，应选择的发生装置为__________。
有学生对此反应后的溶液感兴趣，他取适量反应后过滤的滤液，逐滴滴入碳酸钠溶液(碳酸钠溶液显碱性)，并用pH传感器连续监测，得到如图曲线图(纵坐标为pH，横坐标为时间)。
I.请分析图，写出AB段内发生的化学反应方程式__________。
Ⅱ.图中CD段上升的原因你认为是__________。
答案和解析
例1 小明将未打磨的铝片和稀盐酸放入密闭容器中，用传感器探究反应过程中温度和压强的变化，如右图所示。从图中所获信息不正确的是( )
A.反应过程中有热量放出
B.50s时，溶液中溶质为AlCl3
C.0~50s，发生Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O反应
D.100~140s，压强减小是因为温度降低
解析 从温度与时间的图像看，50～100s，溶液的温度升高明显，因此反应过程中放出热量，A正确。50s，压强开始增大，说明盐酸与铝反应生成了氢气，因此，溶液中的溶质除氧化铝与盐酸反应生成的氯化铝外，还有盐酸，B错误。0~50s，密闭容器中的压强没有改变，即铝与盐酸没有反应，可确定该段时间内是盐酸与氧化铝的反应，C正确。因为反应过程中容器是密闭的，所以容器内的压强减小，是温度降低的结果，D正确。
答案 B
例2 某实验小组进行物质溶解实验，20℃时，称取2.5g、5.0g、7.5g NaOH固体，分别加入3个小烧杯中(均已盛装50mL水)，均完全溶解。通过数字化实验测得它们在溶解过程中溶液温度的变化情况如图所示。
依据该实验，你能获得哪些有关NaOH在水中溶解的实验结论？(写出两点，请按示例回答)
示例：证据：曲线均呈上升趋势。结论：NaOH在水中溶解时放出热量。
解析 (1)证据：2.5g氢氧化钠溶于水时，温度上升最小；7.5g氢氧化钠溶于水时，温度上升最大。结论：相同条件下，溶解的氢氧化钠越多，放出的热量越多。(2)证据：20℃时，7.5g氢氧化钠能完全溶解在50mL水中。结论：氢氧化钠易溶于水。
答案 相同条件下，溶解的氢氧化钠越多，放出的热量越多；氢氧化钠易溶于水(合理即可)
例3 用图1装置进行实验，先后将溶液快速全部推入，测得一段时间内压强变化如图2所示。
(1)先推入的溶液是_____________。
(2)bc段压强不变，原因是_____________。
(3)cd段压强变大，用化学方程式解释：_____________。
解析 (1)由图2可知，装置内压强变小，说明氢氧化钠溶液与二氧化碳发生了反应，使装置内的气体减少。(2)当氢氧化钠溶液与二氧化碳充分完毕后，装置内压强不再发生变化。(3)氢氧化钠溶液与二氧化碳反应生成碳酸钠，盐酸再与碳酸钠反应生成二氧化碳，使装置内压强变大，化学方程式为2HCl+Na2CO3=2NaCl+H2O+CO2↑。
答案 (1)NaOH溶液 (2)氢氧化钠溶液与二氧化碳充分反应，反应停止 (3)2HCl+ Na2CO3=2NaCl+H2O+CO2↑。
例4 某学习小组运用传感器探究钠与水的反应得到如图图象，其中图1是反应过程中溶液温度与时间的图像，图2是反应过程中溶液pH与时间的图像。
回答下列问题：
(1)钠与水的反应属于__________反应(填“吸热”或者“放热”)。
(2)反应产生的气体为氢气。检验氢气纯度的操作是(请补充完整)：用拇指堵住集满气体的试管口，__________。实验中能表明氢气不纯的现象是__________。
(3)钠与水反应的化学方程式为__________。
(4)将少量金属钠投入稀的氯化铁溶液中，产生了无色气体和一种红褐色沉淀，红褐色沉淀的化学式为__________；与反应前溶液相比，反应后溶液质量__________(填“增大”、“不变”或者“减小”)。
解析 (1)根据图1信息可知，钠和水的反应过程中，温度升高，属于放热反应。(5)检验氢气的纯度，其操作是用拇指堵住集满氢气的试管口，靠近火焰，移开拇指点火，如发出尖锐的爆鸣声，则不纯。(3)根据图2信息可知，钠和水反应后溶液的pH＞7，呈碱性，生成了氢氧化钠溶液，故反应的化学方程式为2Na+2H2O=2NaOH+H2↑。(4)将金属钠投入稀的氯化铁溶液中，钠先与水反应生成氢氧化钠溶液和氢气，氢氧化钠溶液再与氯化铁溶液反应生成红褐色的氢氧化铁沉淀；分析化学方程式可知，反应过程中生成的氢气和氢氧化铁沉淀的质量大于投入钠的质量，故反应后溶液的质量减小。
答案 (1)放热 (5)靠近火焰，移开拇指点火 发出尖锐的爆鸣声 (3)2Na+2H2O= 2NaOH+H2↑ (4)Fe(OH)3 减小
例5 中和反应是一类重要的化学反应。某同学利用如图1装置研究稀盐酸与氢氧化钠液反应的过程，并用pH和温度传感器测量反应过程中相关物理量的变化情况，得到图2和图3。
(1)烧杯中发生反应的化学方程式为_____________________________________；
(2)仪器A中溶液的溶质是_________________(填化学式)；
(3)图3中V的数值最接近_______(填“6”、“12”或“16”)；
(4)下列说法错误的是____________。
A.图2中b点所示溶液中的溶质是NaCl和NaOH；
B.取图2中d点所示溶液加热蒸干所得固体为纯净物
C.图2中c→d所示溶液中NaCl的质量不断增加；
D.图3中e→f变化趋势可说明该反应是放热反应
解析 (1)在烧杯中氢氧化钠和盐酸反应生成氯化钠和水，化学方程式为NaOH+HCl= NaCl+H2O。(2)根据图2，反应过程中pH逐渐减小，是将酸逐渐加入碱中，因此仪器A中是盐酸溶液，溶质是HCl。(3)根据图2和图3 的信息可知，该反应是放热反应，当二者恰好完全反应时，溶液的温度最高，所以图3中V的数值最接近12。(4)图2中b点所示溶液中pH＞7，溶液呈碱性，溶液中的溶质是NaCl和NaOH，A正确；图2中d点所示溶液中pH＜7，溶液呈酸性，溶质是NaCl和HCl，氯化氢气体在蒸发过程中逸出了，所得固体为纯净物，B正确；图2中在c点盐酸和氢氧化钠恰好完全反应，c→d所示溶液中，氯化钠的质量不会增加，C错误；图3中e→f变化趋势可说明该反应是放热反应，D正确。
答案 (1)NaOH+HCl=NaCl+H2O (2)HCl (3)12 (4)C
例6 某兴趣小组开展“测定密闭容器中某种气体的体积分数”的探究实验。
【实验 1】按图 1 所示装置，用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的体积分数。
【实验 2】按图 2 所示装置，在集气瓶内壁用水均匀涂附铁粉除氧剂(其中辅助成分不干扰实验)，利用铁锈蚀原理测定空气中氧气的体积分数。
(1)实验 1 中，红磷燃烧的主要现象是___________。红磷熄灭后，集气瓶冷却至室温，打开 K，水能倒吸入集气瓶的原因是___________。
(2)为提高实验的准确性，以上两个实验都需要注意的事项是___________(写一点)。
(3)实验过程中，连接数字传感器，测得实验 1、实验 2 中氧气的体积分数随时间变化的关系分别如图 3、图 4 所示。依据图 3、图 4 信息，___________(填“实验 1”或“实验 2")的测定方法更准确，判断依据是___________。
(4)结合你的学习经验，若要寻找红磷或铁粉除氧剂的替代物。用图 1 或图 2 装置测定空气中氧气的体积分数，该替代物应满足的条件是___________、___________ (写两点)。
【实验 3】测定用排空气法收集到的集气瓶中二氧化碳的体积分数。
(5)甲同学设计图 5 所示装置进行测定。浓 NaOH 溶液的作用是___________(用化学方程式表示)。
(6)乙同学提出，仅利用图 6 所示装置，在不添加其他试剂的前提下，也能测得集气瓶中二氧化碳的体积分数。为达到实验目的，操作方法是___________。
解析 (1)红磷在空气中燃烧会产生大量的白烟，并放出热量。红磷燃烧消耗氧气，集气瓶内压强减小，外部压强大于内部压强，当打开止水夹时，烧杯中的水会被压入集气瓶中。(2)图1、图2中的实验在操作上要注意检查装置的气密性，以免漏气产生误差；红磷或除氧剂的量要足量；装置冷却至室温后才能打开止水夹。(3)根据图3、图4信息可知，实验1中的氧气并没有完全被除尽，实验2中的氧气几乎完全被除尽，因此实验2的测定方法更准确。(4)选择的除氧气的物质应只能与氧气发生反应、与氧气反应的生成物不能是气体等。(5)氢氧化钠溶液能与二氧化碳反应，反应后集气瓶内压强减小，打开止水夹水会倒流入集气瓶中，进入水的体积即为二氧化碳的体积，因此氢氧化钠的作用是吸收二氧化碳，反应的化学方程式为2NaOH+CO2= Na2CO3+H2O。(6)若要使烧杯中的氢氧化钠溶液进入集气瓶内，可以使集气瓶内压强减小，因此可将集气瓶放入冰水中。
答案 (1)产生大量白烟(或“黄色火焰”“放热”等合理答案) 氧气被消耗，集气瓶内气体压强小于大气压 (2)装置的气密性良好(或“红磷和铁粉除氧剂足量”等其他合理答案) (3)实验 2 反应后，实验 1集气瓶中剩余氧气的体积分数为 8.6%，而实验 2集气瓶中氧气几乎耗尽 (4)能够和氧气反应、生成物不影响测定结果(或其他合理答案) (5)2NaOH+CO2= Na2CO3+H2O (6)用冰水冷却集气瓶，打开 K(或其他合理答案)
跟踪练习 1.将燃着的蜡烛放入密闭的容器中，同时用氧气传感器测得密闭容器中氧气含量的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.蜡烛燃烧前密闭容器内的气体全部是氧气
B.蜡烛熄灭是因为容器内的氧气全部被消耗
C.蜡烛熄灭后容器内的气体全部是二氧化碳
D.蜡烛熄灭的原因是容器内氧气的体积分数小于一定值时，蜡烛无法燃烧
2.在蒸馏水中加入NaOH颗粒，不断搅拌，用温度传感器记录溶解过程的温度变化如图。a、c两点观察到溶液中有固体存在，b点固体完全消失。下列说法不正确的是( )
A.NaOH固体溶于水是放热过程
B.a、c两点时，NaOH的溶解度相同
C.b点时，该溶液一定发饱和溶液
D.c点时的溶剂质量等于d点时的溶剂质量
3.某化学兴趣小组的同学利用压强传感器、数据采集器和计算机等数字化实验设备，测定铝片与足量稀硫酸反应时气体压强的变化，实验结果如图所示。
(1)开始一段时间气体压强几乎不变，其原因是什么？
(2)写出m点时所发生反应的化学方程式。
4.请结合下列实验装置，回答有关问题。
(1)写出图中仪器a的名称：__________。
(2)实验室用加热高锰酸钾制取并收集氧气，应选择的装置为__________(填字母，下同)，发生反应的化学方程式为__________。
(3)实验室用石灰石与稀盐酸反应制取二氧化碳，应选择的发生装置为__________。
有学生对此反应后的溶液感兴趣，他取适量反应后过滤的滤液，逐滴滴入碳酸钠溶液(碳酸钠溶液显碱性)，并用pH传感器连续监测，得到如图曲线图(纵坐标为pH，横坐标为时间)。
I.请分析图，写出AB段内发生的化学反应方程式__________。
Ⅱ.图中CD段上升的原因你认为是__________。
答案 1.D 2.C 3.(1)铝表面有一层致密的氧化铝薄膜，稀硫酸与氧化铝反应时不生成气体 (2) 2Al+3H2SO=Al2(SO4)3+3H2↑ 4.(1)酒精灯 (2)AC或AD 2KMnO4K2MnO4+ MnO2+O2↑ (3)B Na2CO3+2HCl═2NaCl+H2O+CO2↑　滴入过量的碱性碳酸钠溶液，使溶液碱性逐渐增强(合理即可)

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