（6）数字化实验探究——2022届中考化学科学探究题型专练

（6）数字化实验探究

1.探究是学习化学的重要方法

Ι.探究水、石灰水、NaOH溶液对的吸收。实验步骤如下：

步骤1：如图所示装置的气密性良好（图中a处连接气体压力传感器），甲、乙、丙三个烧瓶的容积均为250mL，分别收集满，三个注射器内各装有85mL液体。

步骤2：三位同学同时迅速将注射器内液体全部注入各自烧瓶中，

关闭活塞；一段时间后，同时振荡烧瓶。

步骤3：利用“数字化实验”测定烧瓶内的气压变化，得到如右

下图所示的烧瓶内压强与时间的关系曲线图，曲线1、2、3分别

表示甲、乙、丙三个烧瓶内的气压变化。

（1）实验过程中，观察到烧瓶乙中有白色沉淀生成。写出该反应的化学方

程式：________________。

（2）导致AB段气压增大的主要原因是________________。

（3）曲线1中BC段气压逐渐变小的原因是________________，导致CD段气压快速变小的操作是________________。

（4）对比曲线1、2、 3，能得出的结论是 ________________（填序号）。

a. 能溶于水      

b. 能与水发生反应   

c. 40%的NaOH溶液比饱和石灰水更适合吸收

Ⅱ. 探究能否用排水法收集

（1）可行性分析：气体生成和从水面逸出的速率 ________________（填“大于”或“小于”、“等于”）其溶解和水反应的速率，可用排水法收集。

（2）实验：用体积相同的2个集气瓶分别用排水法和排空气法各收集一瓶，分别测定这两瓶气体中氧气的体积分数，从而得到二氧化碳的体积分数。右图是用氧气测量仪分别测定的这两瓶中的体积分数随时间的变化关系曲线（起始时氧气的体积分数都以21%计）。

（3）结论：①两种方法收集的气体中二氧化碳体积分数较大的是________________（填“排空气”或“排水”）法。

②排空气法收集的气体中二氧化碳体积分数是________________。

2.在学习金属的化学性质时，小华写“用钠能置换出硫酸镁溶液中的镁”，却被老师批注错误。小华对此产生疑惑，为什么不能用钠和硫酸镁溶液反应置换出镁呢？小华在老师的指导下进行了如下实验。

【实验1】取一小块钠，投入硫酸镁溶液中，观察到钠在水面“游动”，发出“嘶嘶”的响声，且产生白色沉淀。

【提出问题】产生的白色沉淀是什么？

【查阅资料】①碳酸镁，氢氧化镁和氧化镁都是白色固体。

②氢氧化镁在380℃时会分解生成氧化镁和水。写出该反应的化学方程式：___________。

【提出猜想】猜想一：镁

猜想二：碳酸镁

猜想三：氢氧化镁

猜想四：氧化镁

小华稍加思索后就排除了猜想二，理由是___________。

【实验2】小华另取一小块钠投入水中，用温度传感器和pH计测量反应过程中溶液温度和pH的变化并绘制图像如图1、图2所示。

（1）分析图1可知，钠与水的反应属于___________（填“放热”或“吸热”）反应，证明猜想___________成立。

（2）钠与水反应会生成一种可燃性气体，结合图2写出该反应的化学方程式：___________。

（3）取少量实验1中白色沉淀于试管中，加入足量的稀盐酸，反应现象为___________，证明猜想一不成立。

【得出结论】通过以上实验，小华认为猜想三成立。

【反思与评价】小华经过老师答疑，确定猜想三成立。请解释产生白色沉淀的原理：___________。

3.某化学兴趣小组的同学对酸、碱和盐的性质进行探究，过程如下。请回答相关问题。

（1）实验一：甲发生反应的基本反应类型是____。乙中溶液变红，证明碳酸钠溶液呈_______（填“酸性”“碱性”或“中性”）。实验结束后，小化同学想确定甲实验反应后溶液中溶质的成分，他采用如图丙所示装置进行探究，取少量甲反应后的溶液于另一试管中，将乙的溶液逐滴滴入试管内，测得的实验数据如图丁所示。分析数据，可以确定甲实验反应后溶液中溶质的成分是_______。写出BC段所涉及反应的化学方程式：_______。CD段溶液呈_______色。

（2）实验二：探究NaOH与的反应。用如图1装置进行实验，a点时推入NaOH溶液，b点时推入稀盐酸。瓶内压强变化如图2所示。

b点的溶质为_______；cd段对应反应的化学方程式为______；e点的压强小于a点可能的原因是________。

4.某学习小组对碳酸钠碳酸氢钠和稀盐酸的反应进行了探究。

（1）分别在盛有少量碳酸钠（俗称________）、碳酸氢钠固体的试管中加入足量稀盐酸，观察到都剧烈反应且产生大量气泡。钠和稀盐酸反应的化学方程式为___________。

【提出问题】

碳酸钠、碳酸氢钠和稀盐酸反应产生二氧化碳的快慢是否相同？

【设计与实验】

（2）甲设计的实验如图Ⅰ所示。实验时，两注射器中的稀盐酸应______（填操作），观察到图Ⅱ所示现象。于是他得出碳酸氢钠和稀盐酸反应产生二氧化碳较快的结论。

（3）乙对甲的实验提出了质疑：①碳酸钠碳酸氢钠固体和稀盐酸反应都很剧烈，通过观察很难判断产生气体的快慢；②______________。他认为，应取含碳元素质量相同的碳酸钠和碳酸氢钠，若碳酸钠的质量仍为0.318g，应称取__________g碳酸氢钠。

（4）小组同学在老师指导下设计了图Ⅲ所示的实验。

①连通管的作用是________________。

②分别取等体积、含碳元素质量相同的碳酸钠和碳酸氢钠稀溶液（各滴2滴酚酞溶液），以及相同体积、相同浓度的足量稀盐酸进行实验。实验时，溶液颜色变化记录如下表，广口瓶内压强随时间变化如图Ⅳ所示。

【实验结论】

（5）分析图Ⅳ所示的实验数据可得到的结论是相同条件下，________和稀盐酸反应产生二氧化碳较快，理由是____________。

【反思与应用】

（6）小组同学分析表中实验现象和图Ⅳ数据，得出另一种物质和稀盐酸反应产生二氧化碳较慢的原因是__________________（请用必要的文字和化学方程式说明）。

（7）通过以上探究与分析，小组同学设计了只用试管和胶头滴管鉴别碳酸钠溶液和稀盐酸的实验。

5.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】按图甲所示装置，用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的体积分数。

【实验2】按图乙所示装置，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丙、图丁所示。依据图丙、图丁信息，_____________（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，用图甲或图乙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）甲同学设计图戊所示装置进行测定。浓NaOH溶液的作用是_____________（用化学方程式表示）。

（6）乙同学提出，仅利用图已所示装置，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_____________。

6.等质量的铁粉与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应。测定在相同时间（）产生气体体积（）的数据，根据数据绘制得到图甲。

（1）请写出铁粉与稀盐酸反应的化学方程式：____________。

（2）由实验______（填组别）可知，温度对金属与酸反应速率的影响是______。

（3）图甲中表示第3组实验的曲线是__________。

【进一步探究】图乙中B为利用数字化仪器测得的室温下足量的三种金属片分别与20mL

10%的稀盐酸反应产生氢气的量。（产生氢气的量由气体压强表示，在等温条件下，产生氢气体积与装置内压强成正比）。

①实验中你认为，还有控制的变量是_________。

②由图乙中B，你得出的反应物的量与生成的气体体积的关系是_____________。

【拓展提高】如图丙为测得的室温条件下足量20mL10%的稀盐酸反应产生氢气的量与时间的关系曲线，发现实验测得的实际值比通过计算得到的理论值偏大，请分析可能的原因（至少答两点）。

①_________________。

②_________________。

7.实验室用石灰水而不用氢氧化钠溶液鉴定二氧化碳。氢氧化钠能否与二氧化碳反应？

【查阅资料】Ⅰ.氢氧化钠溶液与二氧化碳反应生成易溶的碳酸钠，碳酸钠在二氧化碳过量的条件下继续与水和二氧化碳反应生成碳酸氢钠。

Ⅱ.碳酸钠和碳酸氢钠性质对比如表：

【进行实验】

【实验反思】（1）学习小组讨论，认为产生此实验现象的原因可能有两种：一种是NaOH与发生了反应；另一种是________________。

（2）为了进一步验证与NaOH溶液已经发生反应，请你设计一个简单的实验检验生成的新物质。

【实验拓展】该小组同学将二氧化碳通入氢氧化钠溶液中，利用数字化技术测定溶液pH变化，待完全反应后，观察到溶液中逸出大量气泡，pH出现两段S型变化曲线。

【实验分析】（3）段变化的原因可能是___________。段变化的原因可能是_____________________。

（4）利用实验验证变化后的产物，实验操作为__________。实验现象是________________。

8.小明在实验室里将氢氧化钠溶液和盐酸混合，无明显现象。

【提出问题】

两者是否发生了化学反应？

【猜想与假设】

猜想①：发生了化学反应；猜想②：没有发生化学反应

【实验探究】

（1）甲同学取2mLNaOH溶液于试管中，滴入1~2滴酚酞，振荡，逐滴加入稀盐酸，同时不断振荡试管，观察到的现象是_________________，上述实验现象证明：随着稀盐酸的滴入，溶液碱性__________，这是由于_________，由此证明，上述实验过程确实发生了化学反应。请写出该反应的化学方程式：______________________。

（2）老师将稀盐酸逐滴匀速加入一定量的稀氢氧化钠溶液中，用数字化仪器对反应过程中溶液的温度、pH进行实时测定，得到的曲线如图所示。

乙同学认为根据图像也能判断出稀盐酸与稀氢氧化钠溶液发生了反应，乙同学的依据是________________；请你根据图中曲线判断大约__________s时二者恰好发生反应。

【实验反思】

丙同学认为溶液温度升高也可能是氢氧化钠溶液或盐酸稀释释放的热量，不足以证明二者发生了反应，请设计合理的实验方案排除这种可能性：__________________。

【实验拓展】

对于没有明显现象的化学变化，可以通过验证反应物消失新物质生成监测温度、pH变化等来“造出现象”，使反应现象明显，从而获得正确的认识。

请再设计出一种不同的实验方案证明氢氧化钠溶液与稀盐酸确实发生了化学反应：_____________________。

答案以及解析

1.答案：Ⅰ、(1)

(2)液体挤入了装置中 

(3)二氧化碳溶于水；振荡　

(4)a、c

Ⅱ、(1)大于

(3)排水；72.4%；72.38%

解析：Ⅰ、(1)二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙白色沉淀和水，反应的化学方程式为:

；

(2)曲线AB段气压变化的原因是:液体迅速注入容器导致气体压缩，压强增大；

(3)曲线1变化幅度最小，则是装置甲，BC段气压逐渐变小的原因是二氧化碳溶于水，振荡烧

瓶使二氧化碳反应的速率加快，气体的体积变小，导致压强变小，所以导致CD段气压快速变小的操作是振荡；

(4)a根据曲线1可知，二氧化碳中加入水后气压降低，说明能溶于水，符合题意；

b根据曲线1可知，二氧化碳中加入水后气压降低，说明能溶于水，不能说明水能与二氧化碳反应，需检验是否有新物质生成，不符合题意；

c对比曲线2、3可知，二氧化碳中加入40%的NaOH溶液、饱和石灰水，40%的NaOH溶液能吸收更多的二氧化碳，符合题意。故选ac；

Ⅱ、(1)可行性气体生成和从水面逸出的速率大于其溶解和水反应的速率。可用排水法收集。

(3)结论:根据中的体积分数随时间的变化关系曲线可知：

①两种方法收集的气体中二氧化碳体积分数较大的是排水法。

②排空气法收集的气体中二氧化碳体积分数。

2.答案：【查阅资料】②

【提出猜想】反应物中不含碳元素
【实验2】（1）放热；四
（2）

（3）固体溶解，无气泡产生
【反思与评价】钠与水反应生成氢氧化钠，氢氧化钠和硫酸镁反应生成氢氧化镁沉淀

解析：【查阅资料】②氢氧化镁在380℃时会分解生成氧化镁和水，根据质量守恒定律可写出反应的化学方程式。【提出猜想】反应前后元素的种类不变，反应物中不含碳元素，所以生成物中也不会有碳元素，白色沉淀不可能是碳酸镁。【实验2】（1）分析图1可知，钠与水的反应属于放热反应，而且温度最高不超过98℃，氢氧化镁在380℃时会分解成氧化镁，所以白色固体不可能是氧化镁，即猜想四不成立。（2）钠与水反应会生成一种可燃性气体，分析图2反应过程中pH增大，最后pH>7，可知生成了碱，同时结合反应物的元素组成，可推知生成物为氢氧化钠、氢气，据此可写出反应的化学方程式。（3）猜想一不成立，可知该白色沉淀不可能为镁，则取少量白色固体于试管中，加入足量的稀盐酸，观察到的反应现象为固体溶解，无气泡产生。【反思与评价】猜想三成立，该白色沉淀为氢氧化镁，根据以上实验过程可知将钠投入硫酸镁溶液中，钠先与水反应生成氢氧化钠和氢气，氢氧化钠再和硫酸镁反应生成氢氧化镁沉淀和硫酸钠。

3.答案：（1）复分解反应；碱性；和HCl；；红

（2）NaOH、；；部分溶于水

解析：（1）甲中发生的反应是，该反应属于复分解反应。乙中滴入无色酚酞后，溶液显红色，说明碳酸钠溶液呈碱性。由题图丁可知，开始时溶液pH<7，显酸性，即甲反应后的溶液中含有HCl、。向其中加入溶液，先和HCl反应，HCl消耗完毕后，再与反应；B点时溶液pH约为7，说明HCl已经反应完毕，BC段发生的是与的反应；CD段溶液pH>7，显碱性，溶液中含有指示剂酚酞，故溶液显红色。

（2）a点时推入NaOH溶液，发生反应；b点时推入稀盐酸，bC段瓶内压强几乎不变，说明发生的是NaOH与HCl的反应，即b点时溶液中不止含有反应生成的，还有过量的NaOH；cd段瓶内压强迅速增大，发生的反应是；d点时压强达到最大值，说明此时反应完毕，之后随着温度逐渐恢复至初始温度，压强逐渐减小；反应结束后，与初始时相比，瓶内多了溶液，因能溶于水，故最终瓶内压强小于初始值。

4.答案：（1）纯碱（或苏打）；

（2）同时全部注入

（3）等质量时，碳酸氢钠生成的二氧化碳更多；0.252

（4）①保持压强平衡，使稀盐酸能顺利滴下

（5）碳酸氢钠；压强越大，产生的二氧化碳越多。产生相同量的二氧化碳，碳酸氢钠所需时间短

（6）碳酸钠和稀盐酸反应分步进行，首先是，然后才是碳酸氢钠和稀盐酸的反应

（7）若立即产生大量气泡，则a是稀盐酸，b是碳酸钠溶液；若刚开始无明显现象，之后随着b不断滴入产生较多气泡，则a是碳酸钠溶液，b是稀盐酸

解析：（1）分别在盛有少量碳酸钠（俗称纯碱、苏打）碳酸氢钠固体的试管中加入足量稀盐酸，观察到都剧烈反应且产生大量气泡。碳酸氢钠和稀盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳，反应的化学方程式为。

（2）图Ⅰ是比较碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应产生二氧化碳的快慢，因此需要保持其他条件不变，则两注射器中的稀盐酸应同时全部注入试管中。

（3）相等质量的碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸完全反应时，碳酸氢钠生成二氧化碳多，他认为，应取含碳元素质量相同的碳酸钠和碳酸氢钠，若碳酸钠的质量仍为0.318g，应称取碳氢钠质量为。

（4）①连通管的作用是平衡压强，使稀盐酸顺利滴下。

（5）分析图Ⅳ所示的实验数据可得到的结论是相同条件下，碳酸氢钠和稀盐酸反应产生二氧化碳较快，理由是产生相同体积二氧化碳时，碳酸氢钠反应需要时间短。

（6）小组同学分析表中实验现象和图Ⅳ数据可知，碳酸钠溶液中滴加酚酞溶液、稀盐酸，颜色变化是红色→浅红色→无色，碳酸氢钠溶液中滴加酚酞溶液、稀盐酸，颜色变化是浅红色→

无色，说明碳酸钠溶液和稀盐酸反应时，碳酸钠先和盐酸反应生成碳酸氢钠和氯化钠，之后碳酸氢钠和盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳，故得出另一种物质和稀盐酸反应产生二氧化碳较慢的原因：碳酸钠先和稀盐酸反应生成碳酸氢钠和氯化钠，反应的化学方程式为；碳酸氢钠再和稀盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳，反应的化学方程式为。

（7）未知溶液分別编号为a、b，取适量a于试管中，用胶头滴管逐滴滴入b并振荡，如果立即产生气泡，则a是稀盐酸，b是碳酸钠溶液；如果一段时间后产生气泡，则a是碳酸钠溶液，b是稀盐酸。

5.答案：（1）产生大量白烟；氧气被消耗，集气瓶内气体压强小于外界大气压

（2）装置的气密性良好（或红磷和铁粉除氧剂足量等）

（3）实验2；反应后，实验1集气瓶中剩余氧气的体积分数约为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

（5）

（6）用冰水冷却集气瓶，打开K

解析：（1）实验1中，红磷燃烧的主要现象是产生大量的白烟；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氧气被消耗，集气瓶内气体压强小于大气压。

（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装置的气密性要良好等。

（3）由图丙、图丁信息可知，实验2测定方法更准确，判断依据是反应后，实验1集气瓶内剩余氧气的体积分数约是8.6%，实验2集气瓶内氧气几乎耗尽。

（4）用图甲或图乙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能够和氧气反应，生成物不是气体。

（5）二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，反应的化学方程式为。

（6）由于密封装置内气体的压强随温度的降低而减小，为达到实验目的，操作方法是用冰水冷却集气瓶，打开K，瓶内温度降低，压强减小，氢氧化钠溶液被吸入，吸收了二氧化碳，可以测定出集气瓶中二氧化碳的体积分数。

6.答案：（1）

（2）1、3或2、4；相同条件下，温度越高，金属与酸反应速率越快

（3）d

【进一步探究】①金属片的表面积②足量的不同金属片分别与相同体积、相同质量分数的相同的酸充分反应，生成氢气质量相等

【拓展提高】①反应放热，使气体膨胀②氢气中混入了氯化氢气体

解析：从图像可以看出，反应速率由快到慢依次是abcd。组别2、4反应物浓度最高，反应温度2最高，因此反应速率最快，应对应曲线a。组别3反应物浓度比2、4低，反应温度比1、2、4低，因此反应速率最慢，对应曲线d。

【进一步探究】①足量的相同表面积的锌片、铁片、镁片分别与20mL10%的稀盐酸反应，盐酸完全反应后，生成氢气的质量相等。

②由图乙中B，得出反应物的量与生成的气体体积的关系是足量的不同金属片分别与相同体积、相同质量分数的相同的酸充分反应，生成氢气质量相等。

【拓展提高】题图丙为测得的室温条件下足量的镁片与20mL10%的稀盐酸反应产生氢气的量与时间的关系曲线，发现实验测得的实值比通过计算得到的理论值偏大，分析可能的原因：①反应放热，使气体膨胀；②氢气中混入了氯化氢气体。

7.答案：Ⅱ.产生白色沉淀

【进行实验】试管内液而上升；

【实验反思】（1）二氧化碳溶于水

（2）向溶液中加入足量的稀盐酸；产生气泡

【实验分析】（3）二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，碱性减弱；二氧化碳、水和碳酸钠反应生成碳酸氢钠，碱性继续减弱

（4）取最后段的液体加热至沸腾，将气体通入澄清石灰水；澄清石灰水变浑浊

解析：Ⅱ.碳酸钠能和氯化钙反应生成碳酸钙白色沉淀和氯化钠。

【进行实验】实验现象是试管内液面上升，结论为氢氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和水，反应的化学方程式为。

【实验反思】（1）学习小组讨论，认为产生此实验现象的原因可能有两种：一种是NaOH与发生了反应；另一种是二氧化碳溶于水。

（2）实验检验生成的新物质的方案为向溶液中加入足量的稀盐酸，产生气泡，说明二氧化碳和氢氧化钠反应生成了碳酸钠。

【实验分析】（3）段变化的原因可能是二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，碱性减弱；段变化的原因可能是二氧化碳、水和碳酸钠反应生成碳酸氢钠，碱性继续减弱。

（4）利用实验验证变化后的产物，实验操作为取最后段的液体加热至沸腾，将气体通入澄清石灰水，实验现象是澄清石灰水变浑浊，实验结论是变化后的产物是碳酸氢钠。

8.答案：【实验探究】（1）溶液由无色变为红色，又由红色变为无色；减弱；氢氧化钠与盐酸发生了反应被耗；

（2）一段时间内溶液的温度升高，而溶液pH明显下降直至7以下；50（填45~55都可）

【实验反思】分别用等量的水替代盐酸和氢氧化钠溶液，稀释原氢氧化钠溶液和盐酸，用温度传感器监测温度变化。温度无明显变化，则说明溶液温度升高是由于二者反应产生热量

【实验拓展】向氢氧化钠溶液中加入过量的稀盐酸，然后加入硫酸铜，无蓝色沉淀生成，说明氢氧化钠被盐酸消耗，证明二者发生了化学反应

解析：【实验探究】（1）氢氧化钠溶液能够使酚酞变红，所以将酚酞滴入氢氧化钠溶液中后会观察到溶液变红，而酚酞在中性和酸性溶液中呈无色，所以当向滴加了酚酞的氢氧化钠溶液中滴加盐酸，会发现溶液的红色逐渐减弱，最终会变成无色；通过观察实验过程可知，随着盐酸的滴入，溶液碱性逐渐减弱。这是由于盐酸和氢氧化钠溶液发生了中和反应，反应的化学方程式为。

（2）由图像可见随着盐酸的滴入，一段时间内溶液的温度升高，溶液pH明显下降直至7以下，说明氢氧化钠溶液和盐酸发生了化学反应，且该反应是个放热反应。据题图可知，当溶液pH=7和温度达最高值时，对应的时间大约为50s。

【实验反思】分别用水稀释原氢氧化钠溶液和盐酸，用温度传感器监测温度变化，可分别排除氢氧化钠溶液和盐酸稀释放热的可能，使原实验更具说服力

【实验拓展】氢氧化钠具有碱性，会与硫酸铜反应生成氢氧化铜沉淀，所以可以加入硫酸铜，无蓝色沉淀说明溶液中无氢氧化钠存在，即可说明二者发生了反应。