专题09 实验设计与探究（原卷版）-决胜2021年中考化学压轴题全揭秘

专题09 实验设计与探究

【解题技法】

1、实验设计的总体思路：

明确实验目的（即弄清楚实验原理）；根据要求正确选择仪器和药品；设计实验装置和操作步骤；分析得出结论。

2、熟悉解题的一般步骤

明确目的；确定实验原理；评价实验方案的优劣（或可行性）；提出改进建议。

3、实验设计的基本要求：①科学性；②可行性；③安全性；④简约性。

4、实验方案的评价的内容：①方案在理论上是否科学合理，具有严密性；②在安全的前提下，操作是否简便易行；③从经济角度，是否节约试剂、降低成本和提高产量；④从环境角度评价，是否会对环境造成污染；

【典例1】【2020四川甘孜州】下列实验方案，不能达到实验目的的是（    ）

【典例2】【2020湖北孝感】线上化学课堂中，老师演示了“吹气生火”实验，他向包有过氧化钠（Na2O2）粉末的脱脂棉上用导管吹气，脱脂棉燃烧了起来。同学们对该实验产生了浓厚兴趣，复学后进行了如下探究。

探究一：脱脂棉燃烧的原因。

【作出猜想】根据燃烧条件分析：①脱脂棉是可燃物；②吹出的气体可能与过氧化钠反应生成了氧气：③反应放出热量，满足了温度达到脱脂棉的__________________。

【进行实验】在如图所示装置中，向过氧化钠粉末中不断吹气，观察到过氧化钠粉末由淡黄色逐渐变为白色，在导管口P处放置___________________，木条复燃，说明试管内生成了氧气。同时还观察到______________，说明反应还放出了热量。

【得出结论】吹出的气体与过氧化钠反应生成了氧气，同时反应放出热量，满足了脱脂棉燃烧的条件。

探究二：试管内残留白色固体的成分。

【查阅资料】①吹出的气体主要成分有氮气、二氧化碳和水蒸气；

②过氧化钠与氮气不反应。

【作出猜想】猜想1：CO2参加反应，固体成分是Na2CO3；

猜想2：H2O参加反应，固体成分是NaOH；

猜想3：CO2和H2O均参加反应，固体成分是Na2CO3和NaOH。

【实验验证】

【实验结论】过氧化钠与二氧化碳、水蒸气都能反应，猜想3正确。请写出过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式：_________________________________。

【拓展延伸】化工厂存有过氧化钠时，一旦失火，不能选用_____________（填字母序号）灭火。

A 二氧化碳灭火器         B 细沙            C 水基型灭火器

1、【2020浙江杭州】小金完成了图示实验①②③，下列判断正确的是（　　）

A．实验①中石灰水有剩余     B．实验②中有气泡产生 

C．实验③中没有明显现象     D．实验③所得溶液中一定含CaCl2和NaCl

2、【2020山西】实验课上，同学们设计了如下四个实验，其中能达到目的是（    ）

A.实验室制取氢气    B.白磷在水中燃烧

C.防止铁丝生锈    D.测定空气里氧气含量

3、【2020湖北孝感】下列实验方案不能达到实验目的的是（    ）

4、【2020广东广州】下列实验中，根据实验现象可得到相应结论的是（    ）

5、【2020甘肃天水】下列实验设计不合理的是（    ）

A.探究燃烧的条件

B.探究铁生锈的条件

C.探究不同溶质在同种溶剂中的溶解性

D.探究二氧化锰可催化过氧化氢溶液

6、【2020山东泰安】下列实验设计不能达到实验目的的是

7、【2020云南】下列实验不能达到相应实验目的的是（    ）

A.图A是比较黄铜和纯铜的硬度

B.图B是验证质量守恒定律

C.图C是测定溶液的pH

D.图D是测定空气中氧气的含量

8、【2020山西阳泉】课外实验具有趣味性、实践性等特点。对维生素C溶液的性质探究过程如下（已知：维生素C能使蓝色的淀粉碘酒溶液褪色）。其中错误的选项是（ ）

A.实验①中维生素C溶液呈酸性

B.实验②FeCl3可与维生素C反应

C.实验③加热不会破坏维生素C

D.每步实验操作都是正确的

9、【2020湖北武汉】如图1所示，小瑾将反应后试管中的物质全部倒入烧杯时，发现烧杯内白色沉淀明显增多。为了探究烧杯内物质的成分，她立即向其中逐滴加入稀硝酸，并不断搅拌，烧杯内沉淀的质量随加入稀硝酸的质量变化如图2所示。

回答下列问题：

（1）图1所示，烧杯内的白色沉淀是_________（写化学式）。

（2）BC段发生反应的化学方程式为____________。

（3）A点，烧杯内的溶液中一定大量含有的离子为_____（写离子符号）。B点，烧杯内的沉淀由____________种物质组成。

（4）检验D点溶液中是否含有氯离子的方法____________。

10、【2020山西】在一次实践活动中，某小组同学对游泳馆内清澈湛蓝的池水产生了浓厚的兴趣，他们对池水呈现蓝色的原因、溶质成分、池水处理方法和对环境的影响，展开了连续性问题探究。

活动一：查阅相关资料，寻找池水呈现蓝色的原因。

【查阅资料】水对蓝光的反射作用使水呈现蓝色，水越深蓝色越深。

【交流讨论】光反射引起池水呈现蓝色，从微观角度分析，水分子本身__________改变。有同学质疑：池水呈现蓝色可能加入了硫酸铜。

活动二：检验泳池水中是否加入硫酸铜。

【实验小结】泳池水中含有硫酸铜。步骤1发生反应的化学方程式为______________。

【实验调查】同学们咨询了泳馆的管理人员，得知：

①池水是定期净化再利用的。

②池水中硫酸铜起到抑制藻类繁殖等作用。

活动三：设计泳池水净化模拟实验装置（如图）。

【进行实验】小组同学取一定量的泳池污水于水槽中，再加入适量的絮凝剂（聚合氯化铝），10分钟后，打开水泵使水循环，在此过程中石英砂的作用是____________。

【归纳提升】①为保证净化后的池水安全、卫生，还应增加的一个净水步骤是_____________。

②从爱护水资源角度分析，池水净化再利用的好处是____________。

11、【2020山东潍坊】纳米零价铁（单质铁）在环保领域应用广泛，以菱铁矿（主要成分为FeCO3不考虑杂质）为原料，制备纳米零价铁的反应为：H2+FeCO3Fe+H2O+CO2．反应一段时间后，某学习小组对剩余固体的成分进行探究。

【提出问题】剩余固体的成分是什么？

【做出猜想】剩余固体的成分：

猜想一：Fe

猜想二：FeCO3

猜想三：　           　。

【实验探究】该学习小组利用如图装置，对剩余固体成分进行探究，实验操作及现象如图。回答下列问题。

（1）装置C中浓硫酸的作用是　        　；

（2）向装置A中加入稀硫酸后，A中产生气泡且溶液变为浅绿色，小芳同学判断猜想一正确，小刚同学认为小芳的判断不合理，理由是：　                                                           　；

（3）装置B中溶液变浑浊，说明　                      　；

（4）观察到装置D中黑色粉末变红色，反应的化学方程式是　                           　。

【实验结论】猜想　  正确。

【反思交流】如果将装置E去掉，　 　（填“能”或“不能”）验证剩余固体中含有Fe，理由是　                                                                             　。

12、【2020甘肃平凉等8市】某班同学用氢氧化钠溶液和稀硫酸进行中和反应实验：

（1）甲同学在烧杯中加入约5mL氢氧化钠溶液，滴入几滴无色酚酞溶液，此时溶液呈    色，接着用滴管滴入一定量的稀硫酸，再用玻璃棒搅拌，发现溶液变为无色，该反应的化学方程式为                    。  

（2）甲、乙、丙同学对反应后溶液中的溶质成分进行探究。

【猜想与假设】反应后溶液中的溶质是什么？

猜想一：只有Na2SO4；

猜想二：               ；

猜想三：可能是Na2SO4和NaOH

以上猜想中，可以直接排除的是             理由            。

【实验探究】

为了验证另外两种猜想，甲、乙、丙同学设计如下实验方案：

老师认为甲同学方案不合理，你认为理由是        。

【反思交流】实验结束后，废液处理方法正确的是        （填序号）。

A．倒入下水道      B．倒入废液缸     

13、【2020四川广安】亚硝酸钠是一种工业用盐，外形与食盐相似，有咸味，有毒。人若误食会引起中毒，甚至致人死亡。已知亚硝酸钠的水溶液呈碱性，食盐水溶液呈中性。

（1）鉴别亚硝酸钠和氯化钠，你会选用什么试剂？____________如何操作？______________。

（2）某实验小组成员李雷从人教版普通高中教科书《化学1》中得知碳酸钠的水溶液也呈碱性。该组成员就碳酸钠溶液呈碱性的原因进行了如下初探：

【查阅资料】

Ⅰ.大多数可溶性的盐溶解在水中会完全解离，产生自由移动的阴阳离子。如Na2CO3、KCl等。

Ⅱ.难溶性物质在水中解离出的阴阳离子极少，忽略不计。如CaCO3、BaCO3等。

Ⅲ.CaCl2的水溶液呈中性。

【猜想与假设】猜想Ⅰ：碱性是由溶液中解离出的Na+引起的；

猜想Ⅱ：碱性是由溶液中解离出的CO32-引起的；

……………….

【实验设计】

写出上述实验步骤中滴入CaCl2溶液后红色变浅至消失的原因___________（用化学方程式解释）

【实验结论】                                      。

【实验拓展】据此判断下列物质的水溶液可能使酚酞溶液变红的是___________（填字母）

ACaCl2      BCaCO3     CH2SO4     DK2CO3

【总结反思】该组同学善于发现问题，并设计实验探究问题。通过本次探究，他们认识到，并不是碱溶液才显碱性，盐溶液也可能呈碱性。他们还会进一步查阅资料探寻碳酸钠溶液呈碱性的本质原因和基本规律。

14、【2020新疆】不用火不用电，只需拆开发热包倒入凉水，就能享用美食的自热食品，受到消费者的追捧。

[查阅资料] I.发热包中物质的主要成分是生石灰，碳酸钠、铝粒。

Ⅱ.铝和强碱溶液反应生成氢气。

探究一:发热包的发热原理

（1）小明买了一盒自热米饭，取出发热包加入凉水，发生剧型反应，迅速放出大量的热，写出产生该现象的主要化学反应方程式_____________ ；同时发热包内固体物质变硬、结块，依据观察到的实验现象，小明猜想发热包内的物质可能发生多个化学反应，写出其中一个反应的化学方程式______ 。

（2）发热包上的安全警示图标有“禁止明火”,其原因可能是_______________ 。

（3）小明向使用后的发热包中加入稀盐酸，并对产生的气体展开进一步探究。

探究二:确定气体成分

[猜想与假设]小明认为该气体可能是a.H2; b.___; c.CO2,和H2的混合气体。

[实验设计]小明同学设计下图实验装置，对气体成分进行探究。

[实验验证]甲装置中的实验现象是____ .丁装置中黑色的粉末逐渐变为红色，试管口有水珠产生,证明猜想c正确。若甲、乙装置交换位置，____ （填“能"或 不能”）确定气体中含有CO2,写出化学方程式并说明理由______ 。

[总结与反思]通过以上探究,小明做出如下反思:

a.发热包应密封防潮保存

b.能与水混合放出热量的物质均可做发热包的发热材料

c.使用后的发热包应包好按照垃级分类投放

你认为其中正确的是_______ 。

15、【2020山东威海】探究瓜子中二氧化硫的含量

有媒体报道：某品牌瓜子被查出二氧化硫残留量超标。为了测定购买的瓜子中二氧化硫的含量，小莉进行以下探究活动。

（1）查阅资料

①二氧化硫是无色气体，化学性质与二氧化碳相似，但能与氧气反应。

②二氧化硫可用作干果的防腐剂。我国食品添加剂标准规定，二氧化硫在干果中残留量≤04g/kg。

③在沸水浴加热的条件下，瓜子中的二氧化硫可以全部释放出来。

④氮气化学性质不活泼，一般条件下不和其他物质发生反应。

（2）实验

小莉利用下图所示装置进行实验。

①实验原理：乙装置用于吸收瓜子样品释放出的二氧化硫，碱溶液可选用______，发生反应的化学方程式为_________；丙装置的作用是吸收氮气流带出的水蒸气，发生反应的化学方程式为_______。

②实验步骤：

第一步：在U型管中放入瓜子样品500g，按图示连接好仪器，向其中通入氮气。

第二步：通入氮气一段时间后，称得乙、丙装置总质量为458.5g。

第三步：再次连接好仪器，持续通入氮气，同时向烧杯中加入沸水给瓜子加热，至二氧化硫释放完全。

第四步：实验结束后，称得乙、丙装置总质量为458.6g（假定实验中不产生其他与碱溶液及生石灰反应的气体）。

③实验结果：通过计算，该样品中二氧化硫的含量为______________________。

（3）交流

①在第一步中通入氮气的目的是___。在第三步中通入氮气的目的是___。

②实验过程中，为确保实验结果准确，下列措施正确的是________________（填选项序号）。

A 碱溶液要过量

B 装置气密性要好

C 实验中不能直接给瓜子加热

D 瓜子样品必须干燥

③民以食为天，食以安为先，生活中下列做法正确的是________________（填选项序号）。

A 含添加剂的食品，若符合国家标准可食用

B 以饮料代替饮用水

C 霉变的大米经过多次清洗后可食用

D 购买食品注意生产日期和保质期

④二氧化硫还可以与水反应，化学方程式是__________________________。

16、【2020湖北咸宁】在新型冠状病毒肺炎的防疫工作中，“84”消毒液常用于学校环境的消毒灭菌。某校兴趣小组对“84”消毒液的相关知识产生了兴趣，于是在老师的指导下进行如下探究：
【查阅资料】
a．“84”消毒液的主要成分是次氯酸钠（NaClO）和氯化钠，NaClO为有效成分。
b．次氯酸钠（NaClO）溶液有漂白、杀菌、消毒功效，有腐蚀性。
c．可通过电解氯化钠溶液的方法来制取次氯酸钠。
一、初识“84”消毒液：
【提出猜想】“84”消毒液对有色衣物有漂白作用。
【设计实验】

二、自制“84”消毒液：同学们在实验室通过电解氯化钠溶液来制取“84”消毒液，其反应的化学方程式是，则X的化学式是_____。
三、实验拓展：在老师指导下，同学们成功制得了“84”消毒液，激发了同学们更大的探究欲望，于是还设计了提纯粗盐（主要成分是NaCl，还含有可溶性杂质MgCl2、CaCl2等）的实验方案：

把步骤（3）中所得溶液倒入蒸发血中，用酒精灯加热燕发结晶即可得到较纯的食盐。
【实验反思】
a．此方案最终所得NaCl比原粗盐样品中的NaCl多，其原因是                           。
b．有同学认为只需要上述实验方案中的步骤（2），不仅能完全除去杂质CaCl2．还能完全除去杂质MgCl2，你认为正确吗？说明理由                                      。