专题四 科学探究
类型一 有关物质成分的探究
【方法技巧】 1.关于气体成分的探究：如人吸入和呼出气体成分的探究、燃烧的蜡烛焰心气体成分的探究、排污管道气成分的探究、下水道的可燃性气体成分的探究等，涉及的知识点有CO、CO2、CH4、NH3、HCl、O2、H2、N2等气体的制法和检验，以及它们的化学性质和一些反应产物的检验等。混合气体中各成分的检验，要考虑检验的先后顺序，以排除干扰。如检验CO、CO2、水蒸气、H2的混合气体时，检验顺序为水蒸气→CO2→H2→CO。2.固体物质成分的探究：一般可采用加水溶解，加酸碱指示剂判断溶液酸碱性，加酸观察是否产生气体，加碱观察是否产生沉淀，加入Ba(NO3)2、AgNO3溶液观察是否产生沉淀等方法进行。应注意：(1)往溶液中滴入酚酞试液，溶液变红，不一定就是含NaOH这些碱类物质，还要考虑是否可能存在Na2CO3或K2CO3这些呈碱性的盐类物质。(2)沉淀中有BaCO3和BaSO4时，加入稀硝酸或盐酸时的现象为：部分沉淀溶解且有气体生成。(3)沉淀(不含金属单质)中加入稀盐酸，沉淀全部溶解且有气泡放出时，可肯定含有碳酸盐，但不能说明该沉淀只由碳酸盐组成，还可能含有碱类不溶性沉淀[如Mg(OH)2]。3.物质反应后所得溶液成分的探究，通常为A＋B=== C＋D↓，对充分反应后所形成的溶液溶质的猜想与探究。该类型解题方法是：从物质是否恰好完全反应和是否过量去考虑，而生成物是一定存在的。因此一般猜想有三种：(1)只有C(恰好完全反应)；(2)A和C(A过量)；(3)B和C(B过量)。验证猜想时，一般不需要验证生成物，只需要验证过量反应物是否存在。4.物质组成元素的探究：利用质量守恒定律(反应前后元素种类不变)进行分析。
例1 (2020·广东)小明在课外阅读中得知：氢氧化铜受热会分解生成氧化铜[Cu(OH)2=== CuO＋X]，于是用CuSO4溶液与KOH溶液反应制取氢氧化铜，并对氢氧化铜进行加热。
(1)生成物X的化学式为__________。
(2)制取氢氧化铜的化学方程式为__________________________________________。
(3)小明在加热氢氧化铜时，发现蓝色固体先变成黑色；继续高温灼烧黑色固体变成红色，同时有气体产生。为弄清这种红色固体的成分，进行了如下的探究：
【查阅资料】Cu和Cu2O均为红色固体，且Cu2O＋H2SO4=== Cu＋CuSO4＋H2O。 【提出猜想】红色固体是：Ⅰ.Cu Ⅱ.Cu2O Ⅲ.________________________ 【进行实验】
操作 ①取灼烧后的红色固体1.44 g于试管中，加入足量稀硫酸，加热并充分振荡，静置 ②过滤、洗涤、干燥 【结论分析】 ①据上述实验现象，小明认为猜想Ⅲ正确。但有同学认为小明的判断不严谨，因为猜想______也有相同现象。
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现象 溶液由无色变蓝色，固体减少 得红色固体 结论 1.44 g红色固体一定有：______ ②氧化铜高温灼烧生成Cu2O和气体的化学反应方程式为_______________。
③如要确定1.44 g红色固体成分，还需要补充的操作是_______________，再通过________得出结论。 例2 (2020·新疆)实验室有一瓶标签受到腐蚀的无色溶液，如图所示。这瓶无色溶液是放在存放盐溶液的柜子里。化学兴趣小组开展探究：
【提出问题】这瓶无色溶液究竟是什么盐的溶液？
【猜想与假设】该无色溶液可能是碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠、硫酸钠、硝酸钠中某一种的溶液。 【初步分析】(1)库尔班同学根据标签上的元素组成认为一定不可能是__________溶液。 (2)艾力同学提出，碳酸氢钠、硝酸钠的溶液也不可能，他的依据是__________________。 【设计实验】为了确定该溶液究竟是剩余两种盐中的哪一种溶液，他们设计了如下实验。 实验操作 ①取少量该无色溶液于试管中，慢慢滴加BaCl2溶液 ②静置后，向沉淀中滴加稀盐酸 实验现象 产生白色沉淀 产生大量气泡，沉淀消失 【实验结论】(3)该瓶无色溶液的溶质是__________。生成白色沉淀的化学方程式是________________________________。
【实验反思】(4)王素甫同学认为原设计的实验还可简化，同样达到鉴别的目的。他设计的实验如下(将实验操作及实验现象填入相应的横线上)：
实验操作 _____________________________________ _____________________________________ 实验现象 _____________________________________ _____________________________________ (5)白燕同学经查阅资料得知：氯化钠、硫酸钠、硝酸钠溶液呈中性，碳酸钠、碳酸氢钠溶液呈碱性，提出测溶液的酸碱性来确定更简便。她采用____________测量溶液的pH值________7(填“＞”“＝”或“＜”)，则结论与以上同学一致。
例3 (2020·广东)如图为某家长带着小孩在下水道井盖小孔上点燃鞭炮发生爆炸的画面。现要探究某下水道的可燃性气体成分：
【猜想】(Ⅰ)含可燃性气体CO；(Ⅱ)含可燃性气体CH4；(Ⅲ)含可燃性气体CO和CH4。 【收集气体】用大的可乐塑料瓶装满水，打开瓶盖用绳子吊入下水道中，用铁钩将瓶子倒转，使________，将瓶子提到井口迅速盖好瓶盖备用。
【进行实验】 步骤 (1) 实验操作 导出瓶中气体，通过装有________________的洗气瓶 实验现象 结论 目的是除去CO2等酸性气体 2
(2) 再通过装有浓硫酸的洗气瓶 将步骤(2)的气体导出点燃： ①用吸附少量无水硫酸铜粉末的石 目的是除去________ (3) 棉贴在小烧杯内壁，再把小烧杯斜罩于火焰上方； ②用内壁沾有澄清石灰水的小烧杯罩于火焰上方 ①无水硫酸铜__________； ②烧杯内壁变浑浊 ①证明有H2O生成； ②证明有_____生成 【作出判断】根据上述实验现象，甲同学认为猜想Ⅲ正确；而乙同学认为甲的判断不严谨。因为猜想______也会有相同的现象。如需进一步确认还应检验________的存在，其方法是________________________________________________________________________。
【拓展】若需要工人进入下水道清理淤泥，打开下水道井盖后应首先进行的操作是________________________________________________________________________。
类型二 有关物质变质的探究
【方法技巧】 物质在空气中变质一般是与空气中的O2、H2O、CO2中的一种或两种或三种同时作用而产生的。常见的有NaOH、Ca(OH)2变质，生石灰变质，碱石灰(氢氧化钠固体与生石灰的混合物)变质等。猜想时通常有三种情况：(1)没有变质：不存在变质后生成的物质；(2)部分变质：变质前和变质后生成的物质都存在；(3)完全变质：不存在变质前的物质。
例4 (2020·吉林)兰兰在家里发现了一包过期的海苔，包装内有一个小纸袋，上面写着“石灰干燥剂”(主要成分为CaO)，海苔过期了，石灰干燥剂有没有变质呢？兰兰拿着这包石灰干燥剂约化学老师一起到实验室进行如下探究。
【辨析俗称】“石灰干燥剂”中的石灰是指__________(填字母)。 A．消石灰
B．生石灰
C．石灰石
【猜想与假设】猜想一：石灰干燥剂没有变质；猜想二：石灰干燥剂部分变质；猜想三：石灰干燥剂完全变质。
【进行实验】兰兰分别取该石灰干燥剂进行如表实验，并记录。 实验目的 实验步骤 实验现象 实验结论 实验一：验证有无CaCO3 实验二：____________ ______________ 猜想一不成立 无明显放热现象 猜想三成立 【异常现象】兰兰整理实验台，清洗仪器时，突然发现实验二中的烧杯壁明显发热。 【分析释疑】实验二的结论不准确，请用化学方程式解释烧杯壁明显发热的原因：____________________。
【更正结论】该石灰干燥剂部分变质，猜想二成立。
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【反思与评价】石灰干燥剂表面的覆盖物，影响了正确结论的得出。兰兰由此联想到生活中有些物质表面的覆盖物，是起保护作用的，试举一例：________________________。
【拓展延伸】从确定这包石灰干燥剂成分的角度，请你再提出一个具有探究价值的问题：______________。
类型三 有关物质性质或变化规律的探究
【方法技巧】 探究物质的性质时，通常采用的方法有：(1)将物质加水溶解，判断溶解性；(2)向溶解后的溶液中加入酸碱指示剂判断酸碱性；(3)向物质中滴入酸，观察是否产生能使澄清石灰水变浑浊的气体或可燃性气体；(4)向溶液中加入碱，观察是否产生沉淀；(5)将固体物质加热，观察是否分解；(6)将固体物质与CuO混合加热，或将气体通过灼热的氧化铜，判断是否具有还原性等。
例5 (2020·黄冈)化学兴趣小组的同学在探究碱的化学性质时，完成了如图1所示的两个实验。实验后，小明同学将废液倒入同一废液缸中，发现混合废液浑浊并显红色。请你完成下列问题：
图1
(1)A实验中发生反应的现象为________________________________。 (2)B实验中发生反应的化学方程式是_________________________。 (3)【提出问题】废液中，能使酚酞溶液变红的物质可能是哪些呢？ 【作出猜想】猜想一：废液中，能使酚酞溶液变红的物质可能是NaOH；
猜想二：废液中，能使酚酞溶液变红的物质还可能是______________________________； 猜想三：废液中，能使酚酞溶液变红的物质还可能是Ca(OH)2。
【实验验证】同学们对可能含有的碱性物质进行确定，取一定量的废液过滤，向滤液中逐滴加入稀盐酸，根据反应现象得到了如图2所示的图像。
图2
【结论】分析图像数据得出，废液中使酚酞溶液变红的物质一定是______________，一定不是__________。
【拓展提高】为了使以上废液实现安全排放，你的做法是____________________。 类型四 有关变化条件、影响因素的探究
【方法技巧】 1.探究类型：影响化学反应速率的因素的探究，燃烧条件的探究，金属生锈条件的探究等。
(1)影响化学反应速率的因素有是否加入催化剂、反应时的温度、物质的浓度、反应物的接触面积、
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搅拌等。
(2)燃烧的三大条件缺一不可：可燃物、温度达到着火点、氧气(灭火原理：破坏燃烧的条件之一)。 (3)氧气是金属生锈必需的条件，有些金属还需要水或二氧化碳。
2．解题关键：掌握控制变量法的应用。用控制变量法探究问题时，必须保持其他条件不变，只改变一个因素，进而探究该因素的影响。分析问题时，要先找出对比实验中哪些条件相同，哪些条件不同，进而分析改变的条件产生的影响，并得出结论。
例6 (2020·威海)探究影响化学反应速率的因素。
(1)发现和提出问题：镁在空气中能够剧烈燃烧，铁丝在氧气中能够剧烈燃烧，而真金不怕火炼，这说明决定物质之间能否发生反应以及反应速率的内因是_______________。
蜡烛在氧气中燃烧比在空气中燃烧剧烈，这一事例中影响化学反应速率的因素是_______________；夏天，将食品放在冰箱里不容易变质，这一事例说明温度也能影响化学反应速率。温度如何影响反应速率呢？
(2)猜想与假设：温度越高，反应速率越快。 (3)收集证据
实验药品：颗粒大小相同的锌粒，两份相同溶质质量分数、不同温度的稀硫酸(20 ℃、40 ℃)。 供选仪器：药匙、气体发生装置2套(气密性良好)、量筒2支、分液漏斗、秒表、胶头滴管、水槽、大试管2支。
利用上述仪器和药品，补充完成下表的实验报告。 观察或测量的量 选用的仪器 气体发生装置、秒表、胶头滴管、水槽、大试管、__________ 实验步骤 实验现象 实验结论 温度越高，反应__________________________________________ ____________________________ 速率越快。反应的化学方程式是____________________________ 产生相同体积(一试管)的气体所需时间 该实验可以观察或测量的量有多种，除了上述观测点外，可以观察或测量的量还有______________________________(写一条)等。
(4)结论与解释：从微观的角度分析“温度越高，反应速率越快”的原因是________________________。
(5)拓展分析
根据其他测定方法，实验小组的同学绘制了锌粒与稀硫酸反应产生氢气的速率随时间变化的曲线，如图所示。请据图分析：时间0～t内，反应速率逐渐加快的主要原因是_______________，时间t以后，反应速率逐渐减慢的主要原因是_________________。
类型五 有关反应实质、变化现象及变化原因的探究
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2019-2020学年中考化学第二部分专题四科学探究讲义
