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中考化学探究性实验专题复习----定量探究
为了探究碳酸钠和石灰水是否恰好完全反应，某化学兴趣小组将其产物进行过滤，并对滤液进行如下探究。
【提出问题】所得滤液的溶质是什么？
【作出猜想】
猜想Ⅰ：溶质是NaOH、Ca(OH)2
猜想Ⅱ：溶质是NaOH、Na2CO3
猜想Ⅲ：溶质是________________。
你做出猜想Ⅲ的理由是__________________________。
【实验过程】
实验操作
实验现象
实验结论
①取少量滤液于试管中，滴加过量稀盐酸
无气泡产生
猜想________不成立
②取少量滤液于试管中，滴加________溶液
_____________
猜想Ⅰ成立。反应的化学方程式是________________________
【拓展反思】操作②中通入气体物质______________(写化学式)也可得到相同的结论。
【定量研究】称取20
g烧碱固体样品(样品中的杂质是碳酸钠)，配成溶液，然后向溶液中加入稀盐酸，产生二氧化碳的量如图所示。试计算样品中氢氧化钠的质量分数(写出计算过程)。
第1题图
实验室中有一瓶长期使用的氢氧化钠固体样品，某兴趣小组的同学对该样品的成分及含量进行探究。
【发现问题】该样品中含有哪些物质？
【查阅资料】①NaOH在空气中不会转化成NaHCO3。
②BaCl2溶液呈中性，Ba(OH)2是可溶性强碱。
③CO2在饱和的NaHCO3溶液中几乎不溶解。
【提出猜想】猜想Ⅰ：NaOH；
猜想Ⅱ：Na2CO3;
猜想Ⅲ：NaOH和Na2CO3
【设计实验】
【收集证据】
(1)若现象A是有气泡产生，则X溶液为__________，则________(填“猜想Ⅰ”、“猜想Ⅱ”或“猜想Ⅲ”)不成立。
(2)若X溶液为BaCl2溶液，现象A是有白色沉淀生成，则产生该沉淀的化学方程式为____________________________。取反应后的上层清液，测定其pH，当pH________7(填“>”、“<”或“＝”)，则证明猜想Ⅲ成立。
【定量分析】
确定部分变质样品中Na2CO3的质量分数。
兴趣小组的同学用如图所示装置进行实验。步骤如下：
①按图连接好装置，并检查气密性；
②准确称取该样品1.0
g，放入烧瓶内；
③打开活塞，滴加30.0%的稀硫酸至过量，关闭活塞；
④反应结束后，量筒内液体读数为55.0
mL。(已知：室温条件下，CO2的密度约为1.6
g·L－1)
第2题图
(1)B装置集气瓶内原有的空气对实验结果________(填“有”或“没有”)影响。饱和碳酸氢钠溶液如果用水代替，则所测CO2的体积________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)，理由是________________________________________________。
(2)计算该固体样品中Na2CO3的质量分数。(写出计算过程，计算结果保留一位小数)
【实验反思】有同学提出，上述三种猜想并不全面。请再提出一种合理猜想________________________________________________________________________。
有些晶体按比例带有一定量的结晶水，带有结晶水的晶体在一定温度下会脱去结晶水。草酸晶体(H2C2O4·xH2O)在常温下是一种无色透明晶体。草酸晶体受热时分解的化学方程式为：
H2C2O4·xH2O
(x＋1)H2O＋CO2↑＋CO↑
某化学兴趣小组的同学利用该信息以及所学的知识设计并开展实验，测定草酸晶体中结晶水的质量分数。(图中固定装置已略去，装置气密性良好，装置A、B中的试剂足量，注射器量程足够)
第3题图
Ⅰ.
测量装置A、B的质量，排尽注射器中的空气，连接装置；
Ⅱ.
取质量为m的草酸晶体，加热至完全分解，将产物全部通入以上装置；
Ⅲ.
测量并记录装置A增加的质量为a，装置B增加的质量为b，装置C读数为V；
Ⅳ.
甲、乙、丙三位同学分别利用装置A、B、C所得数据计算该草酸晶体中结晶水的质量分数。
请回答下列问题：
(1)装置A中盛放的液体是____________，装置B的作用是________________________；装置C的作用之一是测量__________________的体积。
(2)乙同学对利用装置B测量结果计算的可靠性进行反思与评价，认为反应后装置A中残留的气体会使自己的计算结果________________(填“偏小”或“偏大”)。
(3)甲同学依据装置A测量结果计算结晶水的质量分数为______________(用代数式表示)。
4.某兴趣小组先往甲、乙试管中各加入2
mL
10%的CuSO4溶液，再往甲试管中加入5
mL、乙试管中滴入2滴10%的NaOH溶液，观察到甲试管中有蓝色沉淀生成，乙试管中有浅绿色沉淀生成。
【实验讨论】得到的蓝色沉淀一定是氢氧化铜，写出反应的化学方程式：________________________________________________________________________。
那么浅绿色沉淀是什么呢？
【查阅资料】
(1)NaOH溶液和CuSO4溶液反应可生成碱式硫酸铜，它是浅绿色固体，受热会分解。
(2)碱式硫酸铜有多种可能的组成，如Cu2(OH)2SO4、Cu3(OH)4SO4或Cu4(OH)6SO4，它们的相对分子质量分别为：258、356、454。
(3)SO2气体能使酸性高锰酸钾溶液褪色。
【实验探究】该小组对碱式硫酸铜产生了兴趣，想探究碱式硫酸铜受热分解的产物。
【实验设计】取少量碱式硫酸铜加入试管中并按以下流程进行实验：
,
第4题图)
实验结束后，试管中残留有黑色固体，滴入稀硫酸黑色固体溶解，溶液呈蓝色，证明黑色固体是CuO；B中无水CuSO4变蓝色，证明有水生成；C中___________________________证明生成SO2；D中气体能使带火星的木条复燃，证明生成O2。
【实验反思】
(1)当NaOH溶液和CuSO4溶液反应时，只要控制CuSO4溶液的量一定，NaOH溶液________(填“过量”或“不足”)时就能生成浅绿色沉淀，此实验利用的科学方法是____________(填“控制变量法”或“对比观察法”)。
(2)碱式硫酸铜可表示为：aCu(OH)2·bCuSO4，则Cu4(OH)6SO4还可表示为：__________________。
【拓展延伸】(1)当反应物的量不同，产物可能不同，试另举一个例子：____________________________。
(2)为了确定所得浅绿色沉淀的组成，再进行后续实验，取8.9
g碱式硫酸铜放入试管中加热，充分反应后生成了0.9g水，通过计算确定所得浅绿色沉淀的化学式为_________。
5.某研究性学习小组的同学用电解水的方法测定水的组成后，提出问题：“测定水的组成还有其他的方法吗？”经过讨论后，得到了肯定的答案，邀请你一起对此展开探究。
,
（第5题图)
【设计方案】甲同学利用氢气还原氧化铜的原理和上图装置及药品进行实验(操作规范)。装置A中发生反应的化学方程式为________________________，洗气瓶B中浓硫酸的作用为____________________。
【实验探究】当玻璃管中固体由黑色变为红色时，实验测得：①装置C的玻璃管和其中固体的总质量在反应后减少了1.6
g；②装置D的干燥管和其中物质的总质量在反应后增加了1.82
g，用此数据算得水中H、O元素的质量比为________，而由水的化学式算得H、O元素的质量比为________。
【分析交流】针对上述结果与理论值有偏差，乙同学认为：该装置存在缺陷，此观点得到了大家的认同，你对此改进的方法是_______________________________________(假设生成的水完全被D中碱石灰吸收，装置内空气中的水蒸气、CO2忽略不计)。小组同学用改进后的装置重新实验得到了正确结果。
【意外发现】丙同学不小心将反应后的少量红色固体a洒落到稀硫酸中了，发现除了有红色固体b以外，溶液的颜色由无色变为蓝色。
【提出问题】铜与稀硫酸是不反应的，这里溶液的颜色为什么会变蓝呢？
【查阅资料】①CuO被还原的过程中会有Cu2O生成，Cu2O也能被还原成Cu；
②Cu2O固体是红色的，它与稀硫酸的反应为：Cu2O＋H2SO4===
CuSO4＋Cu＋H2O。
【得出结论】红色固体a中含有Cu2O。
【分析交流】红色固体a中含有Cu2O是否会影响水组成的测定结果________(填“影响”或“不影响”)。
【提出猜想】针对红色固体a的成分，小组同学提出猜想①是：Cu2O和Cu；猜想②是：________________________________________________________________________。
【拓展探究】丁同学利用改进后的装置及药品重新实验，通过测量反应前后固体质量的方法去确定哪种猜想成立，他已称得：①玻璃管的质量；②反应前红色固体a和玻璃管的总质量，完全反应后，你认为他还需要称量______________________________________的质量。
【教师点拨】称取一定质量的红色固体a与足量的稀硫酸充分反应后，经过滤、洗涤、干燥后再称量红色固体b的质量，也可以确定哪种猜想成立。
【定量分析】小组同学再次实验，他们开始称取质量为3.6
g的红色固体a，与足量的稀硫酸完全反应后得到红色固体b为2
g
。假如3.6
g红色固体a都是Cu2O，请你计算出生成铜的质量(利用Cu2O＋H2SO4===
CuSO4＋Cu＋H2O进行计算，写出计算过程)；然后，通过与实际得到的固体2
g进行比较，判断猜想________成立(填“①”或“②”)。
6某研究小组欲检验草酸晶体样品分解产物并测定其质量分数(假设杂质不参与反应)。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)的部分理化性质见表1。
表1　草酸晶体的部分理化性质
熔点
沸点
热稳定性
与碱反应
101
℃～102
℃
150
℃～160
℃升华
100.1
℃失去结晶水，175
℃分解成CO2、CO、H2O
与Ca(OH)2反应产生白色沉淀(CaC2O4)
(1)加热分解草酸晶体最适宜的装置是________(填字母序号)。
第6题图1
(2)以下是验证热分解产物中含CO、CO2的装置。
第6题图2
①仪器a和b的名称分别是________和________；
②证明存在CO2的现象是______________，证明存在CO的现象是__________________，D中反应的化学方程式是______________________;
③装置A的作用是____________________________，气囊的作用是________________。
(3)为测定样品中草酸晶体的质量分数，设计如下两种方案。
①称一定量样品用上图装置进行实验，测得装置D反应前后的质量差，由此计算出的实验结果比实际值明显偏低，排除仪器和操作的因素，其原因可能有：CO未完全反应、________________；
②称取8.75
g草酸晶体样品配制50.00
g溶液，取10.00
g溶液加适量的稀硫酸，然后滴加25.00
g
3.16%KMnO4溶液，恰好反应完全。(已知：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===
K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O)
则：KMnO4溶液显________色，25.00
g
3.16%KMnO4溶液中KMnO4的质量________g。
请计算样品中H2C2O4·2H2O的质量分数。[写出计算过程，Mr(H2C2O4)＝90，Mr(H2C2O4·2H2O)＝126，Mr(KMnO4)＝158]
针对训练（答案）
1.
【作出猜想】NaOH　二者恰好完全反应
【实验过程】①Ⅱ
　②Na2CO3　有白色沉淀生成　Ca(OH)2＋Na2CO3===
CaCO3↓＋2NaOH
【拓展反思】CO2
【定量研究】
解：设反应消耗杂质碳酸钠的质量为x
Na2CO3＋2HCl===
2NaCl＋H2O＋CO2↑
106　　　　　　　　　　　　　　44
x　　　　　　　　　　　　　　　4.4
g
＝　　　　x＝10.6
g
氢氧化钠的质量分数为×100%＝47%
答：样品中氢氧化钠的质量分数为47%。
【解析】【作出猜想】碳酸钠与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠，如果恰好完全反应，则溶质只有氢氧化钠，若碳酸钠过量，溶液中的溶质为氢氧化钠和碳酸钠；若氢氧化钙过量，溶液中的溶质为氢氧化钠和氢氧化钙。【实验过程】稀盐酸能与碳酸钠反应产生气体，所以往样品中加入过量的稀盐酸，如果没有气泡产生说明溶液中不存在碳酸钠，则猜想Ⅱ不成立；氢氧化钙能与碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀，所以往样品中加入碳酸钠溶液，如果有白色沉淀生成，说明样品中有氢氧化钙，猜想Ⅰ成立。
【拓展反思】氢氧化钙能与二氧化碳反应生成碳酸钙沉淀，所以验证猜想Ⅰ成立，除往样品中加入碳酸钠溶液外，也可向样品中通入二氧化碳，通过观察是否有白色沉淀生成，判断溶液中是否存在氢氧化钙。
2.
【收集证据】(1)稀盐酸(或稀硫酸)　猜想Ⅰ
(2)Na2CO3＋BaCl2===
BaCO3↓＋2NaCl　>
【定量分析】(1)没有　偏小　CO2会部分溶于水，使收集的气体体积减小
(2)解：设样品中Na2CO3的质量为x
g
CO2的质量＝1.6
g·L－1×0.055
L＝0.088
g
H2SO4＋Na2CO3===
Na2SO4＋H2O＋CO2↑
　　106
44
　　　x
0.088
g
＝　x＝0.212
g
Na2CO3的质量分数为×100%＝21.2%。
【实验反思】Na2CO3和NaHCO3
【解析】【收集证据】(1)因为产生气体，只能考虑有Na2CO3，所以X是稀盐酸或者稀硫酸。就排除猜想Ⅰ。(2)若加入氯化钡溶液，就发生Na2CO3＋BaCl2===
BaCO3↓＋2NaCl，因为溶液中有NaOH，溶液的pH>7。【定量分析】(1)容器中的气体不影响实验，因为反应后集气瓶里面的气体不变，外面的大气压一定。若改用水，CO2会部分溶于水，使收集的气体减少。(2)先求出CO2的质量为1.6
g·L－1×0.055
L＝0.088
g，将它代入化学方程式进行计算，求出Na2CO3的质量为0.212
g，质量分数就是21.2%。【实验反思】NaOH在空气中不能生成碳酸氢钠，但它有吸水性，可以变成溶液，有可能含有碳酸氢钠。
3.
(1)浓硫酸　吸收反应生成的二氧化碳　反应生成的一氧化碳
(2)偏大　(3)
【解析】结合实验目的，根据草酸晶体受热分解生成水、二氧化碳、一氧化碳分析，可利用浓硫酸吸收反应生成的水、利用氢氧化钠溶液吸收反应生成的二氧化碳，通过A、B增加的质量确定反应生成水、二氧化碳的质量，然后利用反应中草酸晶体、水或草酸晶体、二氧化碳的质量比，计算草酸晶体中结晶水的个数，从而计算草酸晶体中结晶水的质量分数。(1)根据以上分析可知：A、B分别为浓硫酸、氢氧化钠溶液中的一种，如果A是氢氧化钠溶液，从A导出的气体中可能含有从A中带出的水分导致测量数值不准确，可确定应先通过浓硫酸吸收反应生成的水，所以A中盛放浓硫酸、B中盛放氢氧化钠溶液，B的作用是吸收反应生成的二氧化碳，装置C既可测量反应生成的一氧化碳体积，同时还能收集一氧化碳，防止其逸散到空气中造成污染。(2)反应后装置A中残留的气体会使装置B增加的质量b偏少，即所测生成二氧化碳的质量偏小，利用草酸晶体与二氧化碳的质量比，列出比例式：＝，据此计算的x值会偏大，导致最终所测结晶水的质量分数偏大。(3)装置A增加的质量为a，说明质量为m的草酸晶体分解生成水的质量为a，利用反应中草酸晶体与水的质量比，列出比例式：＝，解得x＝，则草酸晶体的化学式为：H2C2O4·H2O，则草酸晶体中结晶水的质量分数为：×100%，化简得：。
4.
【实验讨论】2NaOH＋CuSO4===
Cu(OH)2↓＋Na2SO4
【实验设计】酸性高锰酸钾溶液由紫色变为无色(或酸性高锰酸钾溶液褪色)
【实验反思】(1)不足　控制变量法　(2)3Cu(OH)2·CuSO4
【拓展延伸】(1)碳与氧气反应，氧气足量时生成二氧化碳，氧气不足时生成一氧化碳(合理即可)　(2)Cu3(OH)4SO4
【解析】【实验讨论】硫酸铜与氢氧化钠反应生成氢氧化铜蓝色沉淀和硫酸钠；【实验设计】C中盛放的是酸性高锰酸钾溶液，【查阅资料】(3)可知，二氧化硫气体能使酸性高锰酸钾溶液褪色，故当气体通入后，酸性高锰酸钾溶液由紫色变为无色证明生成SO2；【实验反思】(1)从实验中可知，向2
mL
10%的硫酸铜溶液中加入5
mL
10%氢氧化钠溶液时，生成的是氢氧化铜，加2滴时，生成的是碱式硫酸铜，说明当氢氧化钠的量不足时，生成的是碱式硫酸铜；这个实验中，只有加入的氢氧化钠的量不同这一个变量，其他条件都相同，属于控制变量法。(2)碱式硫酸铜的化学式可以写成氢氧化铜分子带硫酸铜分子的形式，但分子中原子的个数不变，故Cu4(OH)6SO4可写成3个氢氧化铜分子带1个硫酸铜分子的形式，即3Cu(OH)2·CuSO4。【拓展延伸】(1)举例要注意反应物的种类必须相同，反应条件相同，只是反应物的量不同，生成物不同的反应，如碳与氧气反应。(2)碱式硫酸铜在密闭的试管中加热，生成了0.9
g水，根据质量守恒定律，水中的氢元素都来自碱式硫酸铜，则碱式硫酸铜中氢元素的质量为0.9
g××100%＝0.1
g；该物质中氢元素质量与物质的质量比为0.1
g
∶8.9
g＝1∶89，而Cu2(OH)2SO4中氢元素质量与物质的质量比为2∶258＝1∶129，Cu3(OH)4SO4中氢元素质量与物质的质量比为4∶356＝1∶89；Cu4(OH)6SO4中氢元素质量与物质的质量比为6∶454≈1∶76，故该物质是Cu3(OH)4SO4。
5.
【设计方案】Zn＋H2SO4===
ZnSO4＋H2↑　吸收水蒸气(或干燥氢气)　【实验探究】1.1∶8(或11∶80)　1∶8　【分析交流】在D装置后，再连接一个盛碱石灰的干燥管，防止空气中水蒸气和CO2进入D装置　【分析交流】不影响　【提出猜想】Cu2O　【拓展探究】反应后红色固体和玻璃管　【定量分析】①
解：假设3.6
g红色固体a都是Cu2O，设生成铜的质量为x
Cu2O＋H2SO4===
CuSO4＋Cu＋H2O
144
　64
3．6
g
　x
＝
x＝1.6
g
由于1.6
g<2
g，因此红色固体a中含有Cu2O和Cu。
【解析】【实验探究】电解水实验之所以能说明水的组成，是根据化学反应前后元素种类不变得出的，同理，本题利用了氢气还原氧化铜生成水实验，也可以说明水的组成。C中氢气还原氧化铜后，氧化铜失去氧变成铜，所以固体减少1.6
g，即氧元素质量为1.6
g，碱石灰吸收生成的水，其质量增加了1.82
g，即表示生成的水质量为1.82
g，则其中氢元素质量为1.82
g－1.6
g＝0.22
g，氢元素与氧元素质量比为0.22∶1.6，化简得11∶80(或1.1∶8)，根据水的化学式算出氢元素和氧元素质量比1∶8。【分析交流】实验过程中D装置与空气相通，所以它除了吸收生成的水也吸收空气中的水和二氧化碳，所以测的质量不准确，为了排除空气的干扰，可以在D装置后再加一个相同装置。【分析交流】无论红色固体中是否有Cu2O，我们测的质量减少的是被氢气还原生成的水中的氧，所以对结果没有影响。【提出猜想】猜想红色固体的成分，可能是Cu2O和Cu的混合物，也可能全部是Cu2O，但不可能全部是铜，如果全部是铜，铜不与稀硫酸反应，所以不会看到溶液的颜色由无色变为蓝色。【拓展探究】丁同学已称得玻璃管的质量以及反应前红色固体a和玻璃管的总质量，完全反应后，他还需要称量反应后红色固体和玻璃管的总质量，前后质量的差值即为被夺走的氧元素的质量。
6.
(1)c　(2)①烧杯　酒精灯　②装置B中澄清石灰水变浑浊　装置D中固体由黑色变成(紫)红色　CO＋CuO
Cu＋CO2　③冷凝草酸(或防止未反应的草酸进入装置B生成草酸钙沉淀，影响CO2的测定)　收集CO等气体(或防止CO污染空气)　(3)①部分草酸升华(或部分草酸未分解)　②紫(红)　0.79
解法一：设参加反应的草酸质量为x
2KMnO4　～　5H2C2O4
316
450
0．79
g
x
＝
x＝1.125
g
草酸晶体的质量分数＝×100%＝90.00%
答：略。
解法二：设参加反应的草酸晶体质量为x
2KMnO4～5H2C2O4·2H2O
316
630
0．79
g
x
＝
x＝1.575
g
样品中H2C2O4·2H2O的质量分数＝×100%＝90.00%　
答：略。
【解析】(1)加热草酸晶体装置的选择，从反应原理来看，应选择固体加热型，根据已有的经验，很容易选a，其实所给三套装置都是固体加热型装置，这时就需要仔细比较它们的异同。b中试管口向上倾斜了，故b错误；再仔细比较a、c的异同。结合草酸晶体熔点较低，很容易熔化的性质，正确答案选c。(2)证明存在CO2的现象是B中的澄清石灰水变浑浊，证明存在CO的现象是D中黑色粉末变成红色；装置A的作用是冷凝草酸或防止未反应的草酸进入装置B生成草酸钙沉淀，影响CO2的测定。气囊的作用是收集多余的CO，防止污染空气。(3)关于草酸晶体质量分数的计算，需要注意的是求草酸晶体的质量分数，而不是草酸的质量分数，它含有结晶水，其次要注意原来的样品8.75
g配成了50
g溶液，而实际反应的只有10
g溶液，即计算出的草酸晶体的质量应该再乘以5。

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