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二、數字化實驗
【題型特點及解題方法】
數字化實驗試題是近年來出現的一種新題型,試題以現代化的新型實驗技術手段——數字化實驗為載體,將傳統文字敘述的數據信息以數字化實驗得到的曲線和數字呈現,類似但不同于坐標圖像題。
題目常以某一實驗過程中氧氣或CO2的含量、氣體的壓強、溶液的pH、溶液的溫度等隨時間的變化曲線為切入點,利用傳感器導出的數據建立坐標,使實驗現象數字化、圖像化、可視化,從而將化學實驗過程中的微觀變化從定性描述升華到定量分析。
由于同一時間段內會產生多種變化因素,可從多個角度設置問題進行考查,因此同一坐標下可呈現一條或多條變化曲線。現階段該類試題難度普遍不大,重點考查學生觀察和識別圖形、表格并分析推理化學反應本質的能力。
解答該類試題,可根據化學實驗原理,依據實驗過程和實驗導出的不同曲線圖,分析相關量的變化本質,從而得出實驗結論、分析實驗現象或產生某種現象引發的原因等,最后用規范的化學語言解答相關問題。
【典題練習】
1.(2022呼和浩特)小組同學用壓強傳感器研究蒸餾水或NaOH溶液吸收CO2的效果。注射器內各裝有等體積的液體,同時等速度注入各自錐形瓶中,一段時間后,同時振蕩錐形瓶。下列說法不正確的是( )
A.曲線1表示注入蒸餾水后裝置內的壓強變化
B.0～t1 s段壓強變化的主要原因是注入液體后氣體被壓縮
C.t1～t2 s段壓強變化的主要原因是振蕩錐形瓶,使反應進行更充分
D.對比曲線1和曲線2,可說明NaOH溶液吸收CO2的效果比蒸餾水吸收CO2的效果好
C
A.光照前,容器內已有O2
B.反應過程中,溶液酸性不斷增強
C.反應前后氯元素的化合價不變
D.該實驗說明HClO化學性質不穩定
C
3.(2023連云港)在三頸燒瓶中用排空氣法收集CO2氣體,然后將三頸燒瓶與盛有鹽酸、NaOH溶液的注射器和壓強傳感器密封連接(如圖甲)。檢驗氣密性后,在t0時快速注入一種溶液,t2時快速注入第二種溶液,測得瓶內壓強隨時間變化曲線如圖乙。下列說法中正確的是( )
C
A.t0時注入的溶液是鹽酸
B.t1前壓強減小對應的反應示意圖如圖丙所示
C.t1～t2期間壓強不變且大于0可證明收集的CO2氣體不純
D.t2后壓強增大的原因是NaOH溶液與鹽酸發生中和反應
甲 乙 丙
4.(2023三明三元區模擬)將未打磨的鋁片和稀鹽酸放入密閉容器中,用傳感器探究反應過程中壓強和溫度的變化如圖所示。下列說法不正確的是( )
B
5.(2023無錫惠山區模擬)某同學在圖甲三頸瓶中加入一定量的暖寶寶原料(主要成分為鐵粉和炭粉),并滴加幾滴水,分別用壓強、氧氣濃度和溫度三種數字傳感器繪制出數據變化圖像如圖乙所示,則下列說法正確的是( )
C
A.曲線Ⅰ為氧氣變化曲線
B.曲線Ⅱ為溫度變化曲線
C.曲線Ⅰ、Ⅱ開始上升是因為鐵緩慢氧化放熱
D.如果暖寶寶原料足量,壓強可降至0
甲 乙
6.(2023成都) 溶解氧一般指溶解于水中的氧氣。用實驗裝置測定河水、噴泉水及自來水的溶解氧數據如圖。下列相關分析正確的是( )
D
A.a為自來水,b為噴泉水
B.空氣中氧氣含量不影響溶解氧的含量
C.自然界里河水中溶解氧的含量不發生改變
D.管材選擇可能會影響自來水輸送中溶解氧的含量
實驗裝置
7.(2023吉林)化學實驗也要“數字化”。利用氧氣濃度傳感器,進行如下實驗。
(1)如圖甲,打開傳感器開關,實驗進行至170 s時繪制出圖乙中曲線AB段,接下來用手給塑料瓶外壁加熱130 s左右,繪制出曲線BC段,對比曲線AB段和BC段,分析推理氧分子具有的特征是　 .
　。
甲 乙
氧分子在不斷地運動,溫度升高時氧分子運動速率加快
(2)300 s時松開手,停止加熱,立即翻轉使瓶口向下,繪制出曲線CD段,觀察到氧氣濃度比曲線AB段降低較快,分析推理氧氣具有的物理性質是
　 　。
密度大于空氣
8.中和反應是一類重要的化學反應,化學興趣小組做了如下實驗:
觀察到試管①③中共同的明顯現象是　 　,試管②中沒有明顯現象。
【提出問題】試管②中沒有明顯現象,是否發生了反應
難溶性固體溶解
【實驗探究】
(1)化學興趣小組取少量實驗后試管②中的溶液,分別放入a、b兩支試管中,向a試管中滴入酚酞溶液,觀察到了　 　(填寫現象),證明了稀鹽酸和氫氧化鈉溶液一定發生了化學反應,為進一步探究試管②反應后溶液中溶質成分,還可以向試管b中加入下列物質中的　　(填字母)。
A.Zn　B.Fe(OH)3　C.FeCl3　D.AgNO3
溶液未變紅色
AB
(2)化學興趣小組又利用pH傳感器探究稀鹽酸和氫氧化鈉溶液的反應過程。實驗操作和測定結果如圖所示:
①該實驗中,乙溶液是　 　;
②加入甲溶液6 mL時,燒瓶中溶液的溶質成分為　 　(填化學式);
③根據該實驗測定結果,判斷發生化學反應的依據是　 .
　。
稀鹽酸
HCl和NaCl
溶液pH由小于7變成等于或大于7
9.(2023杭州)碳捕集是實現“碳中和”的措施之一,其中一種方法是用氫氧化鈉溶液來吸收二氧化碳。某探究小組將二氧化碳持續通入氫氧化鈉溶液中,并利用傳感器實時測定氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳后溶液的pH,裝置如圖甲所示。溶液的pH隨時間變化情況如圖乙,且pH等于
11.6時溶液處于飽和狀態。
甲
【建立假設】假設1:只有碳酸鈉;
假設2:碳酸鈉、碳酸氫鈉;
假設3:只有碳酸氫鈉;
假設4:……
小敏根據圖乙曲線判斷假設1不成立,理由是　 .
　。
【實驗過程】繼續通入二氧化碳,溶液的pH隨時間變化情況如圖丙。
該溫度下,飽和碳酸鈉溶液的pH為11.6,此時pH小于11.6
【實驗結論】小敏根據圖丙曲線認為二氧化碳持續通入氫氧化鈉溶液后的最終產物是　 　。
【交流評價】
(1)小金認為該曲線還不能確定最終產物。因為pH可能還未呈穩定狀
態,接下去的操作是　 　。
(2)小興受小金的啟發,猜測最后溶液可能呈酸性,他猜想的依據是
　 　,所以建議小組同學繼續展開探究。
碳酸氫鈉
繼續通入二氧化碳氣體,直至pH不再變化
二氧化碳與水反應生成的碳酸呈酸性
10.(2023廣州)通過觀察和實驗等方法獲取證據是科學探究的重要環節。
(1)向少量Fe(OH)3沉淀中加入稀鹽酸,觀察到　 .
　,可判斷發生了反應。
(2)向Ca(OH)2溶液中通入CO2,觀察到　 　,可判斷發生了反應。
(3)向氫氧化鈣溶液中滴加稀鹽酸,無明顯現象。兩位同學欲獲取反應發生的證據。
①甲同學向滴有酚酞溶液的氫氧化鈣溶液中,逐滴滴加稀鹽酸至足量,溶液由紅色變成無色,證明溶液中　 　,可判斷Ca(OH)2與HCl發生了反應。
固體溶解或溶液由無色變為黃色
溶液變渾濁
氫氧化鈣消失了
②乙同學將氫氧化鈣溶液與稀鹽酸混合,然后檢驗了混合液中含有Ca2+和Cl-,他據此認為Ca(OH)2與HCl發生了反應,且生成了CaCl2。你認為乙同學是否找到了反應發生的證據 請說出你的觀點并闡述理由:
　 .
　。
沒有找到反應發生的證據;因為氫氧化鈣溶液中有鈣離子、鹽酸中有氯離子,混合后即使不反應也會存在鈣離子和氯離子
(4)如圖a所示,向NaOH稀溶液中緩緩通入HCl氣體,測定該過程中溶液導電能力的變化,實驗結果如圖b。(溶液體積、溫度的變化可忽略)
①分析A→B段變化,其他條件相同,導電能力:OH-　　(填“>”“<”或“=”)Cl-。
②分析B→C段變化,溶液的導電能力除了與離子種類有關,還與
　 　有關。
>
a b
離子的濃度
11.(2023涼山)CaCl2可用于冷凍劑、干燥劑、融雪劑、醫藥及冶金工業等。化學興趣小組在完成實驗室制取二氧化碳的實驗后,欲對剩余廢液的組成進行探究,并制訂回收CaCl2的方案。
【提出問題】實驗室制取二氧化碳后的廢液中含有哪些溶質
【猜想與假設】
猜想一:CaCl2。
猜想二:CaCl2和HCl。
【查閱資料】CaCl2溶液呈中性。
【探究活動一】取少量廢液等分成2份,甲、乙兩組同學分別利用其中一份進行如下探究:
甲組同學向廢液中滴加紫色石蕊溶液,溶液變成　 　色,證明猜想二成立。
乙組同學用圖甲裝置進行實驗,將80 mL一定質量分數的碳酸鈉溶液逐滴加入廢液,測得數據如圖乙。
紅
甲 乙
【數據分析】乙組同學對圖乙數據進行討論分析,證明猜想二成立。
Ⅰ.a點的實驗現象為　 　。
Ⅱ.b點發生反應的化學方程式為　 　。
Ⅲ.c點對應溶液中全部溶質的化學式為　 　。
【探究活動二】丙組同學提出直接蒸發溶劑可從剩余廢液中回收純凈CaCl2,理由是　 　。
【交流與反思】甲組同學認為丙組同學提出的方法會對空氣造成污染。在不借助其他試劑和儀器的情況下,除去廢液中對空氣造成污染的物
質,建議最好先在廢液中加入下面的　 　(填字母)。
A.CaO　　B.Ca(OH)2　　C.CaCO3
有氣泡產生
NaCl、Na2CO3
鹽酸易揮發
C
謝謝觀賞！

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