1、科学探究题例1 人教版新课标化学教材九年级上册(2019教育部审定)“分解过氧化氢制氧气的反应中二氧化锰的催化作用”，以及“寻找新的催化剂”研究性实验，引起了化学探究小组的兴趣。【实验探究】实验步骤实验现象.分别量取5mL5%过氧化氢溶液放入A、B两支试管中，向A试管中加入a g氧化铁粉末，并分别在A、B两支试管中插入带火星木条，观察现象 A试管中产生气泡，带火星木条复燃，B试管中无明显现象.待A试管中没有现象发生时，重新加入过氧化氢溶液，并把带火星的木条伸入试管，如此反复多次实验，观察现象 试管中均产生气泡，带火星木条均复燃.将实验中的剩余物小心过滤，并将所得虑渣进行洗涤、干燥、称量，所得固
2、体质量仍为a g.分别量取5mL5%过氧化氢溶液放入C、D两支试管中，向C试管中加入a g氧化铁粉末，向D试管中加入a g二氧化锰粉末，观察现象【实验结论】(1)A中产生的气体是_；(2)实验、证明：氧化铁的_和_在反应前后均没有发生变化，可以作过氧化氢分解的催化剂；(3)写出氧化铁催化过氧化氢分解的化学方程式_。【实验评价】(1)设计实验的目的是_；(2)若实验观察到D试管中产生气泡的速率更快，由此你可以得到的结论是_。【实验拓展】查阅资料得知：CuO、CuSO4、猪肝、马铃薯等也可以做过氧化氢溶液分解的催化剂。下列有关催化剂的说法中正确的是_。A.MnO2只能作为氧化氢溶液分解的催化剂B.
3、同一个化学反应可以有多种催化剂C.催化剂只能加快化学反应的速率D.用作催化剂的物质不可能是其它反应的反应物或生成物E.酶是一种重要的生物催化剂，它属于糖类氧化铁分析 氧气具有助燃性，能使带火星木条复燃，所以有实验现象A试管中产生气泡，带火星木条复燃，可知A中产生的气体是氧气；实验、证明了氧化铁的质量和化学性质在化学反应前后均没有发生变化，因此可以作过氧化氢分解的催化剂；根据实验探究可知，氧化铁也能催化过氧化氢分解生成水和氧气，化学方程式为2H2O2=2H2O+O2。二氧化锰也能做过氧化氢分解生成氧气的催化剂，所以设计实验的目的是探究氧化铁与二氧化锰哪一个更适合做过氧化氢分解生成氧气的催化剂；若
4、实验观察到D试管中产生气泡的速率更快，由此可以得到二氧化锰更适合做过氧化氢分解生成氧气的催化剂。MnO2不只能作为氧化氢溶液分解的催化剂，还可以作其他反应的催化剂，A错误；根据题中信息可知，同一个化学反应可以有多种催化剂，B正确；催化剂不只是加快化学反应的速率，还能减慢化学反应的速率，C错误；用作催化剂的物质也可能是其它反应的反应物或生成物，例如二氧化锰是高锰酸钾受热分解制氧气的生成物，D错误；酶是一种重要的生物催化剂，属于蛋白质，E错误。氧化铁答案 【实验结论】(1)氧气 (2)质量 化学性质 (3)2H2O2=2H2O + O2 【实验评价】(1)探究氧化铁是否比二氧化锰的催化效果更好 (
5、2)二氧化锰的催化效果比氧化铁好 【实验拓展】B 例2 一男孩在排污井盖上燃放鞭炮，点燃了排污井内的气体，井盖被炸飞，男孩被井盖击伤。【提出问题】排污井内气体的主要成分是什么？【查阅资料】排污井内的有机物在一定的条件下发酵产生了气体，其成分可能含有CO、CO2、CH4等。【提出猜想】某兴趣小组同学对排污井内气体含有上述气体中最少2种成分的猜想如下：猜想：有CO2、CH4 猜想：有CO、CH4猜想：有CO、CO2 猜想：有CO、CO2、CH4【实验方案】小组同学共同设计了下图所示的装置并经行探究。【问题讨论】(1)装置A出现浑浊，证明猜想_不成立。(2)小明通过装置C处_的现象，证明猜想不成立。
6、小芳对此提出了疑义，小芳认为要在_位置，再增加一个上图中_(填序号)装置，才能证明猜想不成立。(3)为了进一步确认气体中是否含有一氧化碳，小明将装置C处气体完全燃烧后的产物依次通过装置D、E，经实验测定装置D增重1.8g，装置E增重2.2g，由此证明猜想_成立。(4)小明认为要证明排污井内气体是否含有CO，可以不用装置B，小芳则认为需要使用装置B，你认为装置B的作用是_。分析 (1)装置A内盛有澄清石灰水，如果出现浑浊，说明气体中含有二氧化碳，所以可排除猜想。(2)装置C中干而冷的烧杯的作用是检验燃烧产物中水的存在，进而间接证明甲烷的存在，因为三种气体中只有甲烷燃烧后生成水。但是，进入装置C的
7、气体是通过A、B装置后才燃烧产生的，A、B装置中含有大量的水，所以装置C中烧杯内壁的水也有可能是可燃性气体从装置A、B中携带出来的，故这样排除猜想不严密。如要改进，可以在B、C装置之间加一个干燥装置(如装置D)，以排除干扰。(3)装置D增重1.8g，说明气体燃烧后生成1.8g水，装置E增重2.2g，说明气体燃烧后生成2.2g二氧化碳。通过计算可知1.8g水中含有0.2g氢元素，2.2g二氧化碳中含有0.6g碳元素，碳元素和氢元素的质量比为0.6g0.2g=31，而纯净的甲烷(CH4)中碳元素和氢元素的质量比为124=31，因而排除了原来气体中一氧化碳的存在(因为如果存在一氧化碳，一氧化碳中的碳
8、元素会导致燃烧后生成气体中碳、氢元素的质量比大于31)，由此证明猜想成立。(4)装置B的作用主要是吸收排污井内气体中原有的二氧化碳，以排除其对一氧化碳气体检验的干扰。答案 (1) (2)烧杯内壁出现水珠 装置B和C之间的 D (3) (4)除去气体中的二氧化碳例3 二氧化硫是造成酸雨的主要物质之一。小丽为探究二氧化硫能与水反应生成酸，设计了如下实验方案。【实验设计】她先用紫色石蕊溶液将白色滤纸浸润，干燥后做成紫色的小花，然后按下列图示进行实验。观察到实验()和()中的小花变红，()中的小花不变色。【评价反思】小虎对小丽的实验方案提出了质疑，他认为上述实验还不足以证明“二氧化硫和水反应生成了酸”
9、。两位同学仔细讨论后认为还需补充如下一个实验，才能得出二氧化硫与水反应生成酸。实验操作实验现象_【拓展应用】二氧化硫也是实验室一种污染气体，常用碱液吸收。写出实验室用氢氧化钠溶液吸收二氧化硫的化学方程式_。分析 实验()说明酸能使紫色石蕊变红色；实验()说明水不能使紫色石蕊变红色；实验()说明水和二氧化硫同时存在时，紫色石蕊变红色；根据实验()和()对比可知，应该补做的实验是将干燥的紫色小花放入盛有二氧化硫的集气瓶中，观察到的现象是小花不变红色；二氧化硫与氢氧化钠反应生成亚硫酸钠和水。答案 将干燥的紫色小花放入二氧化硫气体中 小花不变色 2NaOH+SO2=Na2SO3+ H2O 例4 某化学
10、小组成功完成了下图所示实验(装置气密性良好)，验证了二氧化碳的组成。探究过程如下：.称量装有干燥块状木炭的试管D，质量为50.7g，装有碱石灰的装置C质量为112.3g，连接A、B、D装置；.从长颈漏斗加入足量3%的过氧化氢溶液，连接C装置，点燃酒精灯；.待D中发生反应，熄灭酒精灯，冷却；.称量试管D及剩余固体的质量为50.1g，装置C的质量为114.5g。已知：碱石灰的成分是氧化钙和氢氧化钠，木炭中的杂质不参与反应，B、C中所装药品足量，能完全吸收相关物质。请回答下列问题：(1)装置A反应的化学方程式为_，该反应属于_反应。(2)酒精灯加热的作用是_。(3)为减小误差，步骤冷却过程中需要注意
11、的问题是_。(4)根据实验数据计算参加反应的氧气的质量为(列式并计算结果)_，从而计算出二氧化碳中碳、氧元素的质量比。分析 (1)装置A中过氧化氢分解生成水和氧气，该反应为分解反应。(2)酒精灯加热的目的是点燃木炭。(3)步骤在冷却的过程中，试管中的压强减小，外界的空气会从装置C进入试管，而空气中的二氧化碳同样会被碱石灰吸收，影响实验结果，因此在冷却的过程中应继续通入氧气。(4)根据装置D质量的变化可以求出参加反应的碳的质量：50.7g50.1g=0.6g；根据装置C质量的变化可以计算出反应生成的二氧化碳的质量：114.5g112.3g =2.2g，根据质量守恒定律，参加反应的氧气的质量为2.
12、2g0.6g=1.6g。答案 (1)2H2O2O2+2H2O 分解 (2)点燃木炭 (3)继续通氧气 (4)(114.5g112.3g)(50.7g50.1g)=1.6g例5 在学习盐的化学性质时，老师将一定量的碳酸钠溶液与氯化钡溶液混合，过滤反应后的混合物，老师要求同学们探究滤液中溶质的组成。请你一同参与探究并回答有关问题。【查阅资料】碳酸钠溶液显碱性，氯化钠、氯化钡溶液显中性。请你写出碳酸钠溶液与氯化钡溶液反应的化学方程式_。【提出猜想】猜想1：滤液中溶质是NaCl；猜想2：滤液中溶质是NaCl和_ _(填化学式)的混合物；猜想3：滤液中溶质是NaCl和Na2CO3的混合物；【实验探究】(
13、1)取少量滤液于试管中，滴加23滴无色酚酞试液，振荡，无明显现象，同学们认为猜想_不成立。(2)另取少量滤液于另一支试管中，滴加碳酸钠溶液，若有_(填实验现象)，证明猜想2成立。【问题讨论】(1)甲同学认为要证明猜想2成立也可以改用硫酸钠溶液。你认为甲同学_(填“能”或“不能”)达到实验目的。(2)乙同学认为要证明猜想2成立也可以改用硝酸银溶液。你认为乙同学_(填“能”或“不能”)达到实验目的，理由是_。分析 Na2CO3溶液与BaCl2溶液反应生成BaCO3沉淀和NaCl；碳酸钠和氯化钡混合后的反应情况是：恰好完全反应时滤液中的溶质是NaCl、碳酸钠过量时滤液中的溶质是NaCl和Na2CO3
14、的混合物、氯化钡过量时滤液中的溶质是NaCl和BaCl2的混合物；向滤液中滴加无色酚酞试液，振荡，无明显现象，说明溶液不显碱性，说明溶液中没有碳酸钠，因此猜想3不成立；向滤液中滴加碳酸钠溶液，若有白色沉淀生成，说明滤液中含有氯化钡，证明猜想2成立；硫酸钠溶液和氯化钡溶液混合时也能够生成白色沉淀，因此甲同学能达到实验目的；氯化钡溶液、氯化钠溶液都能够和硝酸银溶液反应生成白色沉淀，所以不能用硝酸银溶液证明猜想2成立。答案 【查阅资料】Na2CO3+BaCl2=BaCO3+2NaCl【提出猜想】BaCl2【实验探究】(1)3 (2)白色沉淀生成【问题讨论】(1)能 (2)不能 氯化钠和硝酸银反应也能
15、够生成白色沉淀强化训练1.某实验小组利用如图所示装置测量空气中氧气体积分数并取得成功。【查阅资料】白磷的着火点40。【提出问题】氧气体积约占空气总体积的多少？【实验准备】锥形瓶内空气体积为230mL，注射器中水的体积为50mL，该装置气密性良好。【实验探究】装入药品，按图所示连接好仪器，夹紧弹簧夹。先将锥形瓶底部放入热水中，白磷很快被引燃，然后将锥形瓶从热水中取出。来源:ZXXK【现象分析】(1)将锥形瓶底部放入热水中，白磷被引燃，说明燃烧不能缺少的一个条件是_，足量的白磷在锥形瓶中未能全部燃烧，说明瓶内剩余气体_燃烧(填“支持”或“不支持”)。写出白磷燃烧的化学方程式：_。(2)在整个实验过
16、程中，可观察到气球的变化是_。(3)待白磷熄灭、锥形瓶冷却到室温后，打开弹簧夹，还可观察到的现象是：注射器中的水自动喷射出来，当注射器中的水还剩约4mL时停止下流。导致这些现象发生的原因是：_、_。【得出结论】氧气约占空气总体积的1/5。2.小聪同学家新换了水龙头，从说明书上了解到该水龙头是铜质镀铬。好奇的小聪想探究铬(Cr)与常见金属铁、铜的活动性强弱，邀请你一同参加。【知识回放】金属活动性顺序：K Ca Na Mg Al Zn _ Sn Pb (H) _ Hg Ag Pt Au，请你在横线上填写对应金属的元素符号。【作出猜想】猜想1.CrFeCu；猜想2. FeCu Cr；猜想3.你的猜想
17、是_。【查阅资料】(1)铬是银白色有光泽的金属，在空气中其表面能生成抗腐蚀的致密的氧化膜。(2)铬能与稀硫酸反应，生成蓝色的硫酸亚铬(CrSO4)溶液。【设计与实验】小聪同学取大小相等的三种金属片，用砂纸打磨光亮；再取三支试管，分别放入等量的同种稀硫酸。实验试管1试管2试管3实验操作实验现象铁片表面产生气泡较慢，溶液变为浅绿色铬片表面产生气泡较快，溶液变成为蓝色 _【结论与解释】(1)小聪得到的结论是猜想_正确。(2)实验前用砂纸打磨金属片的目的是_。【知识运用】将铬片投入FeSO4溶液中，反应_(填“能”或“不能”)进行。若能进行，请你写出反应的化学方程式_。3.小刚学习了盐和化肥单元知识后
18、知道，农家肥草木灰的主要成分是碳酸钾，决定利用自己掌握的知识探究碳酸钾溶液的酸碱性。【溶液配制】将草木灰溶解、固液分离后得到澄清的碳酸钾溶液。【猜想与假设】碳酸钾溶液的酸碱度可能有_种情况。【设计与实验】小刚进行了如下实验：实验一：向盛有适量碳酸钾溶液的试管中滴加几滴紫色石蕊试液，溶液变为蓝色。实验二：向盛有适量碳酸钾溶液的试管中滴加几滴无色酚酞试液，溶液变为红色。实验三：取pH试纸于玻璃片上，用玻璃棒蘸取碳酸钾溶液滴在pH试纸上，测得pH=12。【结论】以上实验证明碳酸钾溶液呈_性，从物质的分类看，碳酸钾属于_类(填”酸”“碱”“盐”)，从而说明此类物质的水溶液不一定显中性。【评价】以上三种
19、实验方案中，实验三是从_(填“定性”或“定量”)角度对溶液进行研究。4 “五一”假期，小兵对“锌与硫酸反应快慢的影响因素”进行了探究。【提出问题】锌与硫酸反应的快慢受哪些因素的影响呢？【猜想与假设】a.可能与硫酸的质量分数有关；b.可能与锌的形状有关。【设计并实验】小兵用不同质量分数的硫酸和不同形状的锌进行如下实验。实验编号硫酸的质量分数(均取20mL)锌的形状(均取1g)氢气的体积(mL)(均收集3分钟)20%锌粒31.720%锌片50.930%锌粒61.730%锌片79.9(1)写出稀硫酸与锌反应的化学方程式_。(2)小兵用右图装置收集并测量氢气的体积，其中量筒的作用是_，氢气应从_(填e
20、或f或g)管通入。【收集证据】(3)要比较不同质量分数的硫酸对反应快慢的影响，应选择的实验编号是_。【得出结论】(4)结论是_。【评价与反思】(5)下表是小兵第组实验的详细数据。时段(均为1分钟)第1分钟第2分钟第3分钟第4分钟第5分钟第6分钟H2的体积3.1mL16.7mL11.9mL9.6mL7.6mL6.0mL请描述锌与硫酸反应的快慢的变化并解释原因_。(6)锌与硫酸反应的快慢可能还受哪些因素影响？设计实验验证。_。5.日常生活中使用的塑料袋，有的是用聚乙烯制成的，有的是用聚氯乙烯制成的。小凤对包装食品的塑料袋进行探究，以验证其成分。【作出猜想】该塑料袋是用聚乙烯制成的；该塑料袋是用聚氯
21、乙烯制成的。【查阅资料】聚乙烯燃烧生成二氧化碳和水；聚氯乙烯燃烧生成二氧化碳、水和氯化氢；无水硫酸铜是白色粉末，遇水变为蓝色。【实验探究】小凤将装置按A、B、C、D顺序连接好后，进行实验。在实验过程中，B、D产生明显现象，C无明显现象，说明塑料袋燃烧没有_气体生成(填化学式)。B装置的作用是_；D瓶中发生反应的化学方程式是_。【实验结论】通过实验证明，猜想_是正确的。【交流反思】从化学角度分析，大量使用塑料制品会导致_。连接实验仪器时，能否_(填“能或“不能”)将B、C位置进行交换，理由是_。答案 1.(1)可燃物的温度要达到着火点 不支持 4P+5O2=(点燃)2P2O5 (2)先鼓后瘪(其
22、它合理描述也可) (3)白磷燃烧消耗了锥形瓶中的氧气，使瓶中气压降低 锥形瓶中氧气约占46mL，当注射器中的水进入锥形瓶约46mL后，瓶中气压与外界相当(其它相似描述也可，但第二问须答出“锥形瓶中氧气约占46mL”)2.【知识回放】Fe Cu 【作出猜想】FeCrCu 【设计与实验】无明显现象发生(或无气泡生成，溶液也不变色) 【结论与解释】(1)1 (2)除去金属表面的氧化膜，利于反应 【知识运用】能 Cr+FeSO4=Fe+CrSO43.【猜想与假设】三【结论】碱 盐 【评价】定量4.(1)Zn+H2SO4=ZnSO4+H2 (2)根据进入量筒中水的体积，判断生成氢气的体积 f (3)(或) (4)硫酸的质量分数越大，反应速率越快(或锌与硫酸的接触面积越大，反应速率越快) (5)由慢到快然后逐渐减慢；随着反应的进行，硫酸被消耗，硫酸溶质质量分数变小 (6)温度 取质量相等、相同形状的锌粒分别放入两只试管中，然后分别加入温度不同，体积和溶质质量分数相同的稀硫酸，测量收集等体积的氢气所需要的时间(只要有控制变量的意识即可)5.【实验探究】HCl 验证是否有水生成 Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O 【实验结论】【交流反思】白色污染 不能 如果将B、C位置进行交换，气体从C中出来再检验到有水分，就不能充分说明水是燃烧时生成的，还是从C装置中带出来的第 6 页