二氧化碳中考实验题设计探究

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  二氧化碳是初中重点学习的三种重要气体之一,对CO2知识的考查是历年各地中考命题的热点随着中考命题改革的深入,CO2实验题型不断变化,而且设计新而活,以考查同学们的实验思维能力和创新能力.
  
  一、仪器组合型
  
  例1 (2006年哈尔滨市中考题)实验室现有稀硫酸、稀盐酸、块状大理石,及以下仪器(仪器不可重复使用):
  
  (1)请根据药品选择可以制取的气体所需要的仪器有(填序号);
  (2)写出实验室制取该气体反应的化学方程式为;
  (3)证明该气体应选择的试剂是溶液(填化学式);
  (4)请利用上述所选仪器在右框内画出制取该气体的装置图.
  解析:本题考查了实验室用稀盐酸、大理石制取CO2气体所需的仪器、反应原理、检验等.答案为:
  (1)①④⑤⑦
  (2)CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2
  (3)Ca(OH)2
  (4)见图2.
  
  二、类比迁移型
  
  例2 (2006年江西省中考题)图3是实验室制取气体的一些装置,据图回答有关问题.(友情提示:以下所选装置均填装置序号)
  
  (1)写出指定仪器的名称:①,②;
  (2)写出一个用装置C制气体的化学反应方程式;收集此气体可选用的一种装置是,利用该收集装置还能收集的一种气体是;
  (3)实验室在常温下用块状电石与水反应制取微溶于水的乙炔气体,该反应必须严格控制加水速度,以免剧烈反应放热引起发生装置炸裂.你认为图4中最适合制取乙炔气体的发生装置是;如果用图4所示装置收集乙炔,气体应从(填“a”或“b”)端管口通入.
  解析:此题主要考查学生的实验技能类比迁移能力.
  (1)①试管 ②集气瓶;
  (2)2KClO3MnO2△2KCl+3O2↑ D(或E) H2(或CO2
  (3)因用块状电石与水反应制取气体,属于“固+液不加热”型,发生装置与二氧化碳相同,最适合的发生装置为A.乙炔微溶于水,可用排水法收集,气体应从 b 端管口通入.
  
  三、实验设计型
  
  例3 (2007年柳州市中考题)请设计一个实验,证明在相同温度和压强下,二氧化碳气体的密度比空气的密度大,然后填写下列实验报告.
  实验步骤实验现象结 论相同温度、相同压强下,二氧化碳的密度比空气的密度大
  解析:此题既考查了二氧化碳的性质,又考查了实验报告的书写.答案:实验步骤:在一个烧杯中放入一高一低两根蜡烛,将蜡烛点燃.再将二氧化碳气体沿着烧杯壁慢慢倒入.实验现象:低的蜡烛火焰先熄灭.
  
  四、方案评价型
  
  例4 (2007年云南省中考题)提到二氧化碳,人们马上联想到温室效应,使人窒息……,其实二氧化碳也有对人类有益的一面,也是可以利用的一种重要资源.
  (1)科学家采用“组分转化”技术,将CO2和H2按一定比例混合,在一定条件下反应,生成水和一种重要的化工原料乙烯(C2H4),请你写出该反应的化学方程式.
  (2)请你再举两例二氧化碳有益于人类的用途:①;②.
  (3)有位同学设计了如图5所示的装置制备二氧化碳气体,装置中A可上下移动,则A的作用是.
  解析:这是一道关于物质性质、实验方案设计与评价的实验题.
  (1)2CO2+6H2=C2H4+4H2O
  (2)利用干冰人工降雨;植物的光合作用.
  (3)调整液面高度,控制反应发生和停止.
  例5 (2006年甘肃省中考题)某化学兴趣小组的同学设计了如图6所示的实验装置,进行气体的制取与收集实验.
  (1)上述装置有一处错误,请改正:.
  (2)用改正后的装置
  进行如下实验:小芳和小明想利用上述实验装置制取干燥的CO2,请对他们的方案给予评价.
  学生制取的
  气体甲中盛放
  的试剂乙中盛放
  的试剂评价(回答是否可行,
  若不可行说明理由)小芳CO2大理石和
  稀硫酸浓H2SO4小明CO2大理石和
  稀盐酸浓NaOH
  溶液
  解析:此题主要对实验设计中药品选用的评价.
  (1)乙中应将进气导管插入溶液中,瓶内的出气导管刚好露出橡皮塞.
  (2)小芳的方案不可行,因为反应生成的硫酸钙覆盖在大理石表面阻止反应的继续进行.小明的方案也不可行,因为氢氧化钠溶液能吸收CO2.
  五、归纳结论型
  例6 (2007年桂林市中考题)在学习酸的化学性质之前,小芳曾用四朵紫色干燥的石蕊小花做了如图7所示的四个探究实验,得出了“CO2溶于水生成酸”的结论.请将各实验的目的或结论填入下表空格中.
  
  实验序号(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)(Ⅳ)小芳的实
  验现象紫色小花
  不变色紫色小花
  变红色紫色小花
  不变色紫色小花
  变红色实验目的
  和结论目的:
  
  目的:证
  明酸溶液
  能使石蕊
  变红色目的:
  
  结论:
  请判断:若仅做实验(Ⅳ),小芳得出的结论是或;若不做实验(Ⅱ),小芳得出的结论是.
  解析:此题是以课本实验6—6二氧化碳溶于水为载体进行命制的探究性试题.通过鲜明有趣的对比实验设计,让学生很容易抓住变色的本质,回答探究的问题.答案为:
  实验序号(Ⅰ)(Ⅲ)(Ⅳ)实验目的
  和结论目的:证明
  水不能使石
  蕊变红色目的:证明干
  燥的CO2不能
  使石蕊变红色结论:CO2
  与水反应
  生成了酸
  CO2与水反应生成了新物质(CO2与水反应生成的物质能使石蕊变红色、CO2与水发生了化学反应等均可)或CO2能使石蕊变红色;CO2与水反应生成了新物质(CO2与水反应生成的物质能使石蕊变红、CO2与水发生了化学反应等均可).
  
  六、探究开放型
  
  例7 (2000年厦门市中考题)在“利用实验室制二氧化碳装置制取二氧化碳并验满”实验操作考试中,某同学因收集到二氧化碳量不足,而无法使位于瓶口的燃着的木条熄灭,请你指出造成其实验失败的一种可能原因.
  解析:熟练掌握CO2的制取和收集的基本操作和实验技能,并善于逆向分析,探究实验失败的各种情况,易回答此题.可能出现实验失败的原因:①装置气密性不好;②盐酸量不足;③盐酸浓度太低;④石灰石量不足等等.
  
  七、生化综合型
  
  例8 (2006年青岛市中考题)某学习小组的同学欲利用下列装置探究绿色植物呼吸过程中是否有二氧化碳气体产生,设计的探究过程如下,请回答其中的相关问题:
  
  (1)写出绿色植物呼吸作用的化学反应式:;
  (2)A装置的作用;B装置的作用;
  (3)C处玻璃罩不能透光的原因是;
  (4)能表示这个探究试验成功的两个主要现象是和;
  (5)如果该研究小组探究的结论不正确,原因是多方面的.请你从试验条件控制上找出可能的两个原因和.
  解析:此题再现了科学探究的真实情景.着重考查学生的实验能力和探究意识,设问巧妙,解答开放.解题的关键是把生物知识和化学实验融合在一起,从题给信息中得出结论.答案:
  (1)有机物+氧气二氧化碳+水+能量
  (2)除去空气中的二氧化碳气体;检验二氧化碳是否除尽;
  (3)保证绿色植物只发生呼吸作用或避免绿色植物发生光合作用;
  (4)B中的石灰水不变浑浊;D中的石灰水变浑浊;
  (5)鼓入空气的时间太短;绿色植物太小;D中的石灰水浓度太小;C装置的玻璃罩漏光(答任意两条即可).
  
  八、综合实验型
  
  例9 (2005年济宁市中考题)在农村,每年冬季因燃煤取暖造成煤气中毒的事故屡见不鲜,某中学研究性学习小组,决定对家庭使用煤炉取暖产生尾气的成分进行探究.他们根据碳的化学性质猜测:尾气的主要成分可能为一氧化碳和二氧化碳.在收集尾气后,利用下面的装置进行实验.请回答:
  
  (1)为证明尾气有二氧化碳,他们应先将收集到的气体通过装置;
  (2)为确定尾气中是否含有一氧化碳,将尾气通入D装置前,应先将气体通过装置,目的是;
  (3)实验中要两次用到装置,它们的作用分别是;
  (4)经实验探究,他们证实了自己的猜想,据此,你对家庭燃煤取暖有哪些建议?
  解析:(1)检验CO2气体的方法是把气体通入澄清的石灰水里,若石灰水变浑浊则该气体是CO2,应选装置C.
  (2)检验CO的方法是运用CO的还原性,把CO气体通过灼热的氧化铜,若黑色固体变成红色且生成的气体能使澄清的石灰水变浑浊,则该气体是CO.如何除去CO气体中的CO2和水蒸气?首先用NaOH溶液除去尾气中的CO2,再用浓硫酸除去通入NaOH溶液后引入的少量水蒸气,故在通入装置D之前先将气体通过装置B再通过装置A.
  (3)检验煤气中的CO2和CO,应先检验CO2后检验CO,用还原氧化铜的方法检验CO时还需检验生成物中是否有CO2,故实验中要两次用到装置C,第一次是验证尾气中含有CO2;第二次是验证CO还原CuO后有CO2生成,证明尾气中含有CO.
  (4)建议要注意室内通风排气;使煤充分燃烧.
  九、实验探究型
  例10 (2005年南通市课改中考题)[发现问题]研究性学习小组的小张同学在学习中发现:通常检验CO2用饱和石灰水,吸收CO2用浓NaOH溶液.
  [实验探究]在体积相同盛满CO2的两集气瓶中,分别加入等体积的饱和石灰水和浓NaOH溶液 .实验装置和现象如图10所示,请你一起参与.
  [现象结论]甲装置中产生的实验现象(用化学方程式表示),解释通常用石灰水而不用NaOH溶液检验CO2的原因;乙装置中的实验现象是,吸收CO2较多的装置是.
  [计算验证]另一位同学小李通过计算发现,等质量的Ca(OH)2和NaOH吸收CO2的质量,Ca(OH)2大于NaOH.因此,他认为通常吸收CO2应该用饱和石灰水.
  [思考评价]请你对小李同学的结论进行评价:.
  解析:本题重在考查学生实验的分析综合能力.检验某物质时,应遵循现象明显的原则.CO2与石灰水作用有明显的浑浊现象[CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O]而NaOH无明显现象.乙装置中由于瓶内CO2气体的量逐渐减少,气压减小,且小于外界大气压,致使气球体积增大,而溶液不变浑浊.对比甲、乙装置气球体积增大情形,分析得出吸收CO2较多的装置是乙.通过理论计算,虽然等质量的Ca(OH)2和NaOH分别吸收CO2,前者多后者少,但由于Ca(OH)2和NaOH分别吸收CO2,前者多后者少,但由于Ca(OH)2的溶解度很小,所形成的饱和石灰水中溶质的质量分数很小,故小李同学的结论不正确.
  
  十、综合测定型
  
  例11 (2007年南京市中考题)南京某中学学习小组考察过溶洞后,为溶洞中形态各异的石笋和钟乳石而惊叹,决定设计和实施简单的实验——模拟溶洞的“形成”.从教材上查得如下资料:
  溶洞都分布在石灰岩组成的山地上,石灰岩的主要成分是碳酸钙,当遇到溶有二氧化碳的水时,会反应生成溶解性较大的碳酸氢钙:
  CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2
  溶有碳酸氢钙的水遇热或当压强突然变小时,溶解在水里的碳酸氢钙就会分解,重新生成碳酸钙沉积下来,同时放出二氧化碳
  Ca(HCO3)2=CaCO3↓+CO2↑+H2O
  洞顶的水在慢慢向下渗透时,水中的碳酸氢钙发生上述反应,有的沉积在洞顶,有的沉积在洞底,日积月累,洞顶的形成钟乳石,洞底的形成石笋,当钟乳石与石笋相连时就形成了石柱.
  (1)他们设计并完成了模拟溶洞“形成”的实验.其实验过程如图11,试回答:
  
  实现转化①需要通入足量的气体A,A的化学式是;B溶液中溶质的化学式是;实现转化②,通常采用的基本操作方法是.
  (2)他们用采集的石灰岩样品进行相关实验.将采集到的样品用水冲洗后晾干,称取20.00 g 样品平均分成两份,分别与足量相同质量分数的稀盐酸反应进行下列测定(如图12),经数据处理得到释放出二氧化碳质量与反应时间的关系图(如图13).
  
  ①图12所示实验中数据记录纸上应该连续记录的实验数据是和.
  ②由图13曲线可以看出,固体物质与液体物质反应,当其他条件相同时,接触面积越,其反应速率越.
  ③试求样品中碳酸钙的质量分数(假设样品中其他杂质不参加反应,不考虑水、氯化氢逸出).
  解析:此题将碳酸钙的转化、实验操作、准确测定、数据分析及定量计算融合在一起,考查学生的综合实验能力和探究能力.
  (1)据题给信息,转化①通入的气体A是CO2,B溶液中溶质为Ca(HCO3)2,转化②的操作方法为加热.
  (2)①电子天平示数(或锥形瓶体系质量);计时器示数(或反应时间).
  ②大;快(或小;慢)
  ③由图13二氧化碳的质量与反应时间关系知,10 g 石灰岩样品与足量稀盐酸反应可释放出CO2的质量为3.30 g,再由CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑可求出样品中CaCO3的质量为7.50 g,故CaCO3的质量分数为75.0%.
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