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科學第4講：化學實驗探究
【例 1】下水道內的有機物在一定的條件下能發酵產生 CO、CO2、CH4 等氣體。化學興小組的同學欲要探究某下水道的氣體成分。
【收集氣體】用大的可樂塑料瓶裝滿水，打開瓶蓋用繩子吊入下水道中，用鐵鉤將塑料瓶倒轉，使瓶內水完全流出，然后將塑料瓶提到井口迅速蓋好瓶蓋備用，該操作是用 法收集氣體。
【實驗探究】
同學們共同設計了如圖所示的裝置并進行實驗探究。
（1）裝置 A 內澄清的石灰水變渾濁，證明 。
（2）通過裝置 D 處 的現象，證明氣體中一定含有 CH4。
（3）為了進步確認氣體中是否含有 CO，同學們將裝置 D 處氣體完全燃燒后的產物依次通過裝置 E、F，充分吸收后測得裝置 E 增重 1.8g，裝置 F 增重 2.4g，由此證明氣體中 （填“含”或“不含”）CO。
【反思交流】
（4）小明認為要證明下水道內氣體是否含有 CO，可以不用裝置 B，小芳則認為需 要使用裝置 B，你認為裝置 B的作用是 。
（5）裝置圖中的 E 裝置 （填“能”或“不能”）用 G 裝置代替。
（6）若需要工人進入下水道清理淤泥，打開下水道井蓋后應首先進行的操作是 。
【例2】某固體粉末由 Mg、MgO 和 MgCO3 中的一種或幾種組成。小越同學為了探究該固體粉末的成分，取了 2.22g 樣品，并設計如圖所示的實驗裝置及如下所示方案。
①檢查裝置氣密性，加入藥品并連接儀器；
②打開分液漏斗活塞，將 15%的稀硫酸緩緩注入錐形瓶中，使樣品完全反應，測得量筒內共收集到 112mL的水；
③拆下裝置后，往錐形瓶內的溶液中注入足量氫氧化鈉溶液，至沉淀完全，經過濾、洗滌和干燥后，稱量沉淀質量。
（1）在步驟①中，向裝置中加入的藥品 a、b 分別是 、 溶液。
（2）此實驗條件下，氫氣密度為 0.09g/L，則樣品中 Mg 的質量為 g．（保留 2 位小數）
（3）在步驟③中，當沉淀質量大于 g 時，說明樣品中含有 MgO．（保留 2 位小數）
（4）小越同學對實驗進行反思，提出以下想法，其中正確的有 。
A．實驗前可通過樣品的質量估算 15%的稀硫酸的質量，確保樣品完全反應。
B．實驗中可根據固體樣品全部消失這一現象，來判斷樣品完全反應。
C．根據上述實驗方案，能計算出樣品中各物質的質量。
【例 3】石膏法制取硫酸鉀具有能耗低，原料來源廣等優點而被探索.以硫酸鈣與氯化鉀為原料制備硫酸鉀的流程如圖:
已知硫酸鉀在不同溫度下在水溶液、氨溶液中的溶解度(g)
（1）氨水顯 （填“酸性”、“堿性”或“中性”），向水中連續通氨氣達兩個小時可得高濃度氨水， 氨氣不斷溶解使溶液 pH （填“增大”、“減小”或“不變”）。上表中“非常壓”指需增大氣壓才能形成 30℃的氨 （35%）溶液，常壓下不能形成 30℃的氨 （35%）溶液的原因是 。
（2）沉淀池中氨水濃度常常控制在 25%至 40%，其原因是 ，沉淀池
溫度適宜保持在 （選填“低溫”或“高溫”）
（3）濾液經蒸發后產生可以循環使用的氣體，其化學式為 ；濾液中的副產品氯化鈣可轉化成碳酸鈣固體,與 HNO3 反應制備 Ca(NO3)2? 6H2O 晶體，為確保制備過程中既不補充水,也無多余的水，所用硝酸溶液中溶質與溶劑的質量比為 。
（4）實驗室進行過濾操作需要的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、 ，其中玻璃棒在稀釋濃硫酸時也用到， 稀釋濃硫酸時用到玻璃棒的主要作用為 。
（5）檢驗沉淀是否洗凈的試劑是 （填序號 ）
A. 酚酞試液 B. 碳酸鈉溶液 C. 氯化鋇溶液.
【例 4】乙二酸（H2C2O4）俗稱草酸。各種植物都含有草酸，以菠菜、茶葉中含量多。常見的草酸是含有結晶水的無色晶體（H2C2O4?XH2O）。某校興趣小組同學對草酸進行研究。
【查閱資料】①草酸的酸性比醋酸強，是有機酸中的強酸，具有酸的通性。
②草酸晶體的熔點：101.5℃，無水乙二酸的熔點：189.5℃，無水乙二酸分解溫度是：157℃．③草酸能溶于水、乙醇等溶劑；草酸鈣難溶于水。
I．驗證草酸的酸性，完成實驗記錄：
操作 實驗現象 原理或解釋
取草酸 溶于水 滴加紫色石蕊 溶液變成 色 溶液中含 離子
加適量的鋅粒 觀察到 H2C2O4+Zn═ZnC2O4+H2↑
加氧化鐵粉末 觀察到紅棕色固體消失，溶液變
成 色 草酸可以與金屬氧化物反應，生活
中可用草酸除銹
Ⅱ．探究草酸受熱分解的產物，完成實驗記錄：
（一）實驗一：初步確定草酸受熱分解的產物。
【猜想】興趣小組猜想草酸受熱分解會產生①CO2②CO ③NO2④H2O．你認為以上猜想肯定不合理的是 。理由是 。
【實驗】
（1）藥品：草酸晶體（H2C2O4?XH2O）、澄清石灰水
（2）裝置：根據查閱的相關資料，小組同學應該選擇裝置 （選擇“甲”或“乙”）對草酸晶體加熱。
（3）現象：燒杯中石灰水變渾濁；試管壁出現小水珠。
【結論】由此現象說明生成的產物中一定含 氣體； （填“能”或“不能”）確定無水乙二酸受熱分解的產物中一定有水．
（二）實驗二：完善實驗一的相關裝置，進一步確定無水乙二酸（H2C2O4）受熱分解的產物。
【實驗】
步驟一：準確 12.6 克草酸晶體（H2C2O4?XH2O），放進烘箱充分烘干，獲得無水乙二酸 9 克．則興趣小組確定草酸晶體中所含結晶水分子的數目為 X＝ 。
步驟二：興趣小組在老師的指導下，設計了如圖裝置，對 9 克無水乙二酸充分加熱并確認分解的產物。
1.同學觀察到 B 中無水硫酸銅逐漸變藍，由此確認受熱分解的產物有 。
2.小組同學結合查閱的資料思考出裝置 C 中水的作用，認為沒有該裝置，就不能確認產物中 的存在。
3.實驗中，若小組同學觀察到 E 中 、G 中 現象時，可確認分解產物中有 CO。
4. F 中發生反應的化學方程式為 ，若 F 中放置的氧化鐵樣品為 10 克，經充分反應后
（填“能” 或“不能”）被磁鐵完全吸引。
5. H 裝置的作用是 。
【結論】同學最終確定了無水乙二酸分解的產物，完成了受熱分解的化學方程式 ．
1．（1）濃硫酸與木炭共熱生成 CO2、SO2 和 H2O，寫出反應的化學方程式 。
（2）已知 SO2 能使紅色的品紅溶液褪色，也能使澄清石灰水變渾濁，而 CO2 不能使紅色的品紅溶液褪色；
SO2 能被酸性高錳酸鉀溶液吸收而除去，而 CO2 不能被酸性高錳酸鉀溶液吸收。
試用下圖所列各種裝置設計一套實驗來驗證濃硫酸與木炭反應所得到的各種產物．這些裝置的連接順序（按產物氣流從左到右的方法）是 → → → （填寫裝置的編號）。
（3）實驗時，可觀察到裝置①中 A 瓶的溶液褪色，C 瓶溶液不褪色。
則 A 瓶的作用是 ；B 瓶的作用是 ；C 瓶的作用是 。
（4）裝置②中所加固體藥品是 ，可驗證的產物是 。
（5）裝置③中所盛放溶液是 ，可驗證的產物是 。
2、某化學課外興趣小組通過查閱資料知道過氧化鈉（Na2O2）能與水反應生成氫氧化鈉和氧氣， 于是他們做了以下探究實驗。
實驗 1：向包有過氧化鈉粉末的脫脂棉上滴水，脫脂棉燃燒起來。
請你對脫脂棉燃燒的原因進行分析 。
實驗 2：向盛有過氧化鈉粉末的試管中加入水，充分反應后，取試管中的少量溶液放入另一小試管中加入幾滴無色酚酞試液，溶液變紅，過了一會，紅色又褪去了。
[提出問題]溶液為什么先變紅，過了一會，紅色又褪去了呢？
[猜想]甲同學認為是氫氧化鈉溶液與空氣中的二氧化碳反應的緣故，該反應的化學方程式為 。乙同學認為甲同學的猜想不正確，理由是 。
[查閱資料]①滴加酚酞呈現紅色的溶液遇到 H2O2 時，H2O2 可以破壞酚酞的結構，使酚酞在堿性溶液中不能再顯紅色；②酚酞在稀堿性溶液中穩定顯紅色，而在濃氫氧化鈉等溶液中顯紅色后又褪色。
[猜想]通過查閱資料后，該興趣小組對溶液的紅色褪去的主要原因進行了猜想。
猜想 A：過氧化鈉與水反應可能生成了 H2O2；猜想 B：生成的氫氧化鈉溶液可能太濃。
[實驗探究]請你將下列實驗方案填寫完整
猜想 實驗操作 實驗現象 結論
A 取過氧化鈉與水反應后的溶液放入試管中， 猜想 A 正確
B 取過氧化鈉與水反應后的溶液放入試管中， 液 猜想 B 錯誤
[得出結論]根據實驗分析，過氧化鈉與水反應除了生成氫氧化鈉和氧氣外，還存在另一反應，則另一反應的化學方程式為 。
3.疊氮化鈉(NaN3）被廣泛應用于汽車安全氣囊，某興趣小組對其進行下列研究。
【應用研究】
（1）汽車經撞擊后，30毫秒內引發NaN3，迅速分解為Na、N2，反應方程式為 。
【制備研究】
（2）將金屬鈉與液態氨反應得NaNH2，再將NaNH2與N2O反應可生成NaN3、NaOH和氣體X，該反應的化學方程式為2NaNH3＋N2O = NaN3＋NaOH＋X,實驗室檢驗X氣體使用的試紙是濕潤 。
【Na2CO3質量分數測定】
工業級NaN3中常含有少量的Na2CO3，為測定樣品中Na2CO3的質量分數設計如圖裝置（已知H2SO4溶液與NaN3,反應不生成氣體）。
（3）裝置A的作用是 。設計的實驗步驟為：①精確稱量樣品，檢查裝置氣密性；②打開彈簧夾，鼓入 空氣，稱量裝置C；③關閉彈簧夾，打開分液漏斗活塞；④再打開彈簧夾， ；⑤再次稱量裝置C。
計算碳酸鈉含量至少需要測定 （填數字）個數據。根據制備反應，分析工業級NaN3中含有Na2CO3的可能原因 。
【NaN3純度測定】
精確稱量0.140 g NaN3樣品，設計如圖裝置，測定其純度。已知2NaN3 → 3N2 (NaN3中的N全部轉化為N2，其他產物略），反應中放出大量的熱。
（4）檢查該裝置氣密性的方法是連接好裝置，從水準瓶注水，量氣管中液面與右邊液面形成高度差，做好標記，一段時間后，兩邊高度差 （填“變大”、“變小”或“不變”），說明氣密性良好。
（5）使小試管中的NaN3樣品與M溶液接觸的操作是 。
（6）使用冷水冷凝的目的是 。反應前應將液面調節到量氣管的“0”刻度，并使兩邊液面相平，反應后 讀數時，還需要進行的操作是 。
（7）常溫下測得量氣管讀數為67.2 mL(N2的密度為1.25 g/L)，則實驗中選用的量氣管規格合適的是 （填字母序號）。
A. 100 mL B. 1 L C. 2 L
（8）計算NaN3樣品的純度（寫出計算過程）。
1. 將黃色有毒的一氧化鉛（化學式為 PbO）與炭粉混合，在加熱條件下能發生如下反應： 2PbO＋C=2Pb＋CO2↑ PbO＋C=Pb＋CO↑
某學生設計了一個實驗證明一氧化鉛中含有氧元素(裝置如圖所示)．試管Ⅲ中盛放澄清石灰水。
（1）通入干燥氮氣的作用是將 PbO 和 C 反應生成的氣體驅趕到儀器Ⅲ中。若改通空氣則無法達到目的， 原因是空氣中的 等將成為氧的來源。
（2）若該學生實驗時在Ⅲ處未見渾濁出現時，則在Ⅱ處發生的反應是（寫出化學方程式）
。
（3）若要確保驗證一氧化鉛中一定存在氧元素的實驗放功，請你對上述實驗加以改進。具體方案是： 。
2.實驗室用燃燒法測定某種氨基酸（CxHyOzNm）的分子構成。取 W g 該種氨基酸放在純氧中充分燃燒，生成二氧化碳、水和氮氣。按圖所示裝置進行實驗，每步均充分反應，回答下列問題：
（1）實驗開始時，首先通入一段時間的氧氣，其理由是 。
（2）以上裝置中需要加熱的儀器有 A 和 D 兩處，操作時應先點燃 處的酒精燈。
（3）實驗測得 B、C 裝置分別增重 m1 克和 m2 克，則該物質化學式中 x、y 比值為 。
3.2018 年 5 月 1l 日，人民日報報道：中國科技大學曾杰教授研究團隊發現新型催化劑，把 CO2 與 H2 高效轉化為清潔液體燃料甲醇，實現了“人工碳循環”。如圖為某科研小組設計的利用化學鏈燃燒產生的高濃度 CO2 制備甲醇的流程圖，據圖回答：
（1）圖 1 是利用鎳（Ni）進行化學鏈燃燒的流程圖。與傳統的燃料燃燒方式相比，化學鏈燃燒排放的 CO2濃度高，易于收集。
①空氣反應器中，金屬鎳與氧氣在一定條件下燃燒生成氧化鎳（NiO）；燃料反應器中發生的部分化學反應如下：Ⅰ．H2+NiO Ni+H2O；Ⅱ．CO+NiO Ni+CO2，其中屬于置換反應的是 （填“Ⅰ”或“Ⅱ”），反應Ⅱ中發生還原反應的物質是 。
②與 CO、H2 直接在空氣中燃燒相比，化學鏈燃燒排放出的 CO2 濃度更高的原因是 。
（2）圖 2 是利用高濃度 CO2 制取甲醇的流程圖：吸收池內，飽和碳酸鈉溶液吸收高濃度 CO2 生成碳酸氫鈉；分解池內，碳酸氫鈉受熱分解放出 CO2；合成塔內，利用新型催化劑，CO2 與 H2 反應生成甲醇（CH4O） 與水。
①吸收池內生成碳酸氫鈉的化學方程式是 。
②合成塔內生成甲醇的化學反應中，參加反應的 H2 與 CO2 的質量比是 。該反應中，原料 H2 的理想來源是 。如果將來 H2 的制取技術取得突破，“CO2 與 H2 反應高效變甲醇”這一世界領先的研究成果的意義是 （答出一條即可）。
科學第4講：化學實驗探究參考答案
【例 1】（1）A 裝置中無水 CuSO4 由白色變為藍色；
（2）檢驗并除去二氧化碳氣體；
（3）C 中澄清石灰水沒有明顯變化，D 中紅色粉末逐漸變黑，E 中澄清石灰水變渾濁，
Ca（OH）2+CO2＝CaCO3↓+H2O；
（4）未進行尾氣處理，在 F 末端點燃一酒精燈或者在 F 末端用氣球將氣體收集起來；
（5）12g；
（6）10%。
【例2】（1）氫氧化鈉；濃硫酸。（2）0.12。（3）1.74。（4） ABC。
【例 3】（1）堿性，增大，常壓 30℃時氨氣在水中達到飽和時濃度小于 35%．
（2）氨水濃度越大，硫酸鉀溶解度越小，低溫．
（3）NH3，7：5；
（4）漏斗，使溶解產生的熱量及時散發，防止局部過熱而引起液體飛濺
（5）AB。
【例 4】紅色；氫離子；氣泡；黃色
【猜想】③；質量守恒定律或化學反應前后元素的種類不變；
【結論】乙；二氧化碳；不能
【實驗】步驟一：草酸晶體中水的質量：12.6g-9g=3.6g，因此無水乙二酸和水的質量比為 9g：3.6g=90： 18X，因此 X=2；古答案為 1：2；
步驟二1. 水；2. 二氧化碳；3. 石灰水不變渾濁；石灰水變渾濁；4. 3CO+Fe2O3_2Fe+3CO2；
不能；5. 收集多余的一氧化碳，防止污染空氣；H2C2O4 CO2↑+CO↑+H2O。
1．（1）C+2H2SO4 CO2↑+2SO2↑+2H2O
（2）④②①③
檢驗產物中有 SO2 氣體；除去氣體中的 SO2；證明 SO2 氣體已完全除盡；
無水硫酸銅粉末；H2O
澄清石灰水；CO2
【分析】濃硫酸與木炭共熱化學方程式為 C+2H2SO4CO2↑+2SO2↑+2H2O；生成 CO2、SO2 和 H2O 檢驗過程應為檢驗水蒸氣→檢驗并除盡二氧化硫→檢驗二氧化碳；無水硫酸銅為白色固體，遇水變藍，可用于檢驗水；SO2 能使紅色的品紅溶液褪色，CO2 不能使紅色的品紅溶液褪色，因此裝置 A 中盛有紅色的品紅溶液來檢驗二氧化硫；二氧化硫影響二氧化碳的檢驗，因此檢驗二氧化碳前先除盡二氧化硫，裝置 B 中盛有的酸性高錳酸鉀溶液除去二氧化硫，而不除去二氧化碳，裝置 C 中的紅色的品紅溶液是用來證明 SO2 氣體已完全除盡的；二氧化碳的檢驗方法為通過澄清的石灰水， 使澄清的石灰水變渾濁。
2、實驗 l：反應中產生氧氣和放出熱量，使脫脂棉達到燃燒的條件；
猜想：2NaOH+CO2═Na2CO3+H2O；
氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應后生成的碳酸鈉溶液也顯堿性，也能使酚酞試液變為紅色；
[實驗探究]
[得出結論]：Na2O2+2H2O===2NaOH+H2O2
3.
1. （1）O2（2）PbO＋C Pb＋CO↑
Ⅰ處改通干燥 H2，Ⅱ處只裝氧化鉛，Ⅲ處換成盛無水 CuSO4 的干燥管。
2.（1）排出裝置中的空氣，防止影響實驗結果。（2）D
（3）實驗測得 B、C 裝置分別增重 m1g 和 m2g，說明反應生成水、二氧化碳質量分別是 m1g 和
m2g，碳元素質量為：m2g× ，氫元素質量為：m1g× ， 根據題意有：12x：y＝m2g× ：m1g× ，
＝ ，
故填： 。
3.（1）① I； NiO。②氮氣等被分離出去。（2）①Na2CO3+H2O+CO2＝2NaHCO3。
② 3：22． 水。 減輕全球變暖（合理即可）。

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