探究能量释放对电子设备供电的主要缺陷及实验影响

人的身体无时无刻不在释放能量,为什么不“窃取”一点来为自己身边的电子设备供电?利用人体充足的动能来发电是一个可行的选择,有规律的心跳、步行或者弯曲胳膊,都可以将人体内部能量转化为电能．

知能概述

活动探究集化学知识和实验技能于一体,试题常有综合性,进行探究时,活动方案的设计一定要原理正确,操作简单,现象明显,结论可信,即要求达到科学性、安全性、可行性、简约性．

考点通常集中在以下几个方面:实验方案的选择和评价问题;仪器装置的正确连接和组合;实验结果的定性处理和定量分析;实验设计与创新、探究性实验等．

问题解决

例1　小明在课外阅读中得知:氢氧化铜受热会分解生成氧化铜,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反应方程式为_____________________________．

(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,进行了如下探究:

【查阅资料】Cu和Cu2O均为红色固体,且Cu2O＋H2SO4Cu＋CuSO4＋H2O．

【提出猜想】红色固体是:Ⅰ．Cu;　Ⅱ．Cu2O;　Ⅲ．__________．

【进行实验】

【结论分析】

①根据上述实验现象,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．

②氧化铜高温灼烧由黑色变成红色的化学反应方程式为_____________．

③如要确定1．44g红色固体成分,还需要补充的操作是_____________,再通过___________得出结论．

(广东省中考题)

解题思路　铜有两种氧化物:(红色)．根据题给资料,Cu2O可与硫酸反应生成Cu,CuSO4,H2O,要特别注意,操作①加入足量稀硫酸,Cu2O可以完全反应,所以操作②过滤、洗涤、干燥后得到的红色固体一定是Cu,但不一定都是Cu2O与H2SO4反应生成的Cu,也可能所取灼烧后的红色固体中已含有Cu,Cu2O．要得到准确的结论,应称取得到的红色固体质量,并进行计算,故这是通过定量实验才能得到结论的探究活动．

例2　小海、小林、小明三同学一起测定过氧化氢溶液中溶质的质量分数．

【查阅资料】;常温下氧气密度为1．42g/L．

【设计原理】将一定质量的过氧化氢溶液样品与二氧化锰混合,测定反应产生的氧气的质量,计算出H2O2的质量,继而得到过氧化氢溶液中溶质的质量分数．

【过程方法】

(1)小海首先设计(如Ⅰ图):向装有样品溶液(20g)的锥形瓶(75g)中投入0．5g二氧化锰,待过氧化氢反应完毕后测得锥形瓶和反应后混合物的总质量为95．1g,则产生氧气的质量是_________g．过氧化氢溶液中溶质的质量分数为_________．

例2图

(2)小林对小海的设计提出质疑后,设计如Ⅰ图右侧的方案(只在上述方案中的锥形瓶中加一干燥管),请你说明小林质疑的理由是_____________．

(3)小明通过思考后,觉得他们的方案误差都较大,于是小明设计如Ⅱ图的方案(试剂用量不变)．请你说明小明认为他们误差较大的原因:_______________________．如果要满足小明的要求,该实验需用_________mL的量筒．原因是____________________________________________________．

(浙江省竞赛题)

解题思路　实验时催化剂与实验装置质量不变,反应前后气体发生装置的质量差就是反应生成的O2质量,但小海同学的设计并没有优化:①用托盘天平称重,结果不准确;②产生的O2中会含有一定量的水蒸气,结果不准确．用装置Ⅱ进行实验,可避免以上原因造成的误差．

例3　如图,为了研究空气中所含氧气的体积,用一个50mL量筒倒扣在水中,量筒内外液面均位于40mL处．量筒内浮着一个铜制的小船,船中放有少量白磷．现把氢氧化钠固体缓缓地投入水中并搅拌,这样做的原因是__________________________,放白磷的小船用铜做的原因是________________________．一会儿,白磷发生自燃,还可以观察到___________________________________________,最终,液面大约位于量筒刻度______处．

例3图

(湖北省竞赛题)

解题思路　白磷的着火点为40℃,氢氧化钠溶于水放热,使温度升高至白磷的着火点以上,使其自燃．金属有较好的传热性,而铜的化学性质较稳定,在此条件下不参与反应．

例4　在学习了生活中常见盐的性质以后,某校化学兴趣小组的同学开展了测定Na2CO3和NaCl混合固体中Na2CO3含量的探究实验,他们设计了如下的实验方案:

例4图

(1)如图甲所示(铁夹夹持的仪器是注射器),把一定量的混合物与足量稀硫酸反应后,测定产生的二氧化碳气体的体积,检查该装置的气密性的方法是:___________________．

(2)小明同学提出用图乙代替图甲中的收集装置,则所测CO2气体的体积___________(填“偏大”“偏小”或“不变”);有同学对乙装置中的缺陷提出三种改进方案．

CO2不溶于植物油、饱和的CO2水溶液,亦不溶于饱和的NaHCO3溶液．

A方案:将广口瓶中的水改为饱和的CO2水溶液;B方案:将广口瓶中的水改为氢氧化钠稀溶液;C方案:在广口瓶中的水面上覆盖一层植物油．你认为错误的方案是_________(填字母代号);广口瓶内原有的空气对实验结果_________(填“有”或“没有”)影响．

(3)小宇同学用图丙装置测定CO2的质量．则图丙实验装置主要存在哪些缺陷?这些缺陷对实验结果有何影响?请写出其中两点主要缺陷及对实验结果的影响．

①___________;②__________．

(湖南省长沙市中考题)

解题思路　CO2溶于水,也可以与水反应,CO2＋H2O H2CO3,所以用乙装置收集CO2会造成实验误差,丙装置中,玻璃管与空气相通,产生的CO2中也可能含有水,故丙装置还待优化．

例5　欲在室温和1．01×105Pa条件下测定镁的相对原子质量,请利用下图所示给定的仪器(盛有镁条的隔板有小孔)组装成一套实验装置(每种仪器只允许用一次)．请回答下列问题:

例5图

(1)装置A中的分液漏斗中盛放的液体是______________________,作用是____________________________________________________________________．

(2)假设气流方向由左向右,则各仪器的接口连接的先后顺序为(填小写字母)________________________________．

(3)连接好仪器后,要进行的操作有以下几步:①待仪器B中的物质恢复至室温时,测量量筒C中的水的体积(若假定将测定的体积换算成标准状况下为VmL);②擦掉镁条表面的氧化膜,将其置于天平上称量(假定其质量为mg),并将其投入试管B中;③检查各装置的气密性;④旋开仪器A上分液漏斗的活塞,当镁条完全溶解时再关闭活塞．上述几步操作的先后顺序是_________．

(4)若未将试管B冷却至室温就测量量筒C中水的体积,这将会使所得镁的相对原子质量数据(填“偏高”“偏低”或“无影响”)_________．

(5)若未擦净镁条表面的氧化膜就进行实验,这将会使所测镁的相对原子质量数据(填“偏高”“偏低”或“无影响”)_________．

(江西省竞赛题)

解题思路　利用Mg与酸反应产生的H2质量计算Mg的相对原子质量,关键在于:让酸与B中Mg条接触发生反应,利用生成的气体难溶于水的性质将水排入量筒中测量体积,然后根据ρH2计算所得H2的质量．

1．下列有关实验操作“先”与“后”的说法中,正确的是(　)．

A．测定溶液的pH,先将试纸用水湿润,后用干净的玻璃棒蘸取待测液点在试纸上

B．加热氯酸钾制取氧气时,用排水法收集气体,实验完毕后,先熄灭酒精灯,后将导管从水槽中移出

C．一氧化碳还原氧化铁时,先加热氧化铁粉末至红热,后通入一氧化碳气体

D．稀释浓硫酸时,先在烧杯中倒入水,后将浓硫酸沿烧杯壁缓慢地注入水中,并不断搅拌

(山东省潍坊市中考题)

2．化学实验中常用到木条,下列实验中木条的使用不能达到目的的是(　)．

A．用带火星的木条检验氧气

B．用燃着的木条区别氮气和二氧化碳

C．用木条蘸少量浓硫酸,验证浓硫酸有腐蚀性

D．将木条平放在蜡烛中,比较火焰各层的温度

(四川省成都市中考题)

3．下列四个图象能正确反映其对应的实验操作的是(　)．

A．①高温煅烧一定质量的石灰石

B．②用等质量、等浓度的双氧水分别制取氧气

C．③向一定体积的稀盐酸中逐滴加入氢氧化钠溶液

D．④某温度下,向一定量饱和硝酸钾溶液中加入硝酸钾晶体

第3题图

(广东省中山市竞赛题)

无过滤器不能进行粗盐提纯的实验,缺少托盘天平,无法称量KCl固体,不能进行溶液配制的实验．

4．现有烧杯、试管、量筒、铁架台、酒精灯、集气瓶、玻璃片、水槽、带导管的橡皮塞等仪器．不能用来进行的实验是(　)．

①制取氢气　②粗盐提纯　③制取氧气　④配制100克20%的氯化钾溶液

A．①③　B．②④　C．③④　D．②③

(湖北省竞赛题)

5．(双选)右图的装置中,干燥烧瓶内盛有某种气体,烧杯和滴管内盛放某种溶液,挤压滴管的胶头,下列与实验事实不相符的是(　)．

第5题图

(湖北省竞赛题)

6．实验室现有一瓶水垢样品,其成分为氢氧化镁和碳酸钙．已知:氢氧化镁受热易分解,反应的化学方程式为;碳酸钙高温下分解．某兴趣小组为测定其中各成分的质量分数,取12．9g水垢样品加热,加热过程中剩余固体的质量随加热时间的变化如图所示．关于加热一段时间后剩余固体的判断,下列说法错误的是(　)．

A．图中a点剩余固体是由一种盐和一种碱组成

B．若剩余固体中钙元素的质量分数为36．0%,则剩余固体的成分为CaCO3和MgO

C．图中ab间任一点(不包括a,b两点)的剩余固体成分为CaCO3,MgO和Mg(OH)2

D．若向c点的剩余固体中加入足量稀盐酸,充分反应生成CO2的质量为(12．0－x)g

第6题图

(2019年湖北省武汉市中考题)

7．下列制取物质的设计中,不可能实现的是(　)．

A．①②　B．②③　C．①④　D．③④(www.xing528.com)

(上海市竞赛题)

8．下列各组物质之间的反应,需借助无色酚酞溶液判断出反应发生的是(　)．

A．镁和稀盐酸　B．氢氧化钙溶液和稀盐酸

C．铝和硫酸铜溶液　D．碳酸钡和稀盐酸

实验设计要求原理正确,操作简单,绿色环保．

9．如右图所示装置进行实验(图中铁架台等仪器均已略去)．在Ⅰ中加入试剂后,塞紧橡皮塞,立即打开止水夹,Ⅱ中有气泡冒出;一段时间后关闭止水夹,Ⅱ中液面上升,溶液由无色变为浑浊．符合以上实验现象的Ⅰ和Ⅱ中应加入的试剂是(　)．

第9题图

(湖南省竞赛题)

10．如图,在一只烧杯中进行实验．补全实验方案．

第10题图

(2019年北京市中考题)

11．某小组用耐强碱的反应管等仪器组装成如图所示实验装置,以研究铜酸钠(NaCuO2)跟H2的反应,实验中观察到如下现象:①固体中出现紫红色物质;②试管中无水硫酸铜由白色变为蓝色．

第11题图

回答:

(1)经检验,紫红色物质为一种金属单质,完成下列反应的化学方程式:

(2)若实验过程中包含下列步骤(没有根据操作顺序排列):①停止通H2;②通纯净H2排净装置里空气;③点燃酒精灯加热;④熄灭酒精灯,停止加热．正确的操作顺序是_________(填序号)．

(3)根据题干中给出的实验现象_________(选填“①”或“②”),可直接判断氢气发生了化学变化．

(4)完全反应后,为了测定固体产物中Cu的质量,要用蒸馏水多次洗涤后晾干、称量．在洗涤环节中判断洗涤是否干净的操作方法是_____________________________．

(2019年浙江省杭州市中考题)

12．已知碳酸亚铁在隔绝空气的条件下,受热易分解生成氧化亚铁和二氧化碳;在空气中加热,则生成氧化铁和二氧化碳．某化学兴趣小组用下图所示的装置模拟炼铁过程,并测定某样品中碳酸亚铁的含量(该装置气密性良好,B中氢氧化钠溶液足量)

第12题图

实验过程中,先打开K通入一氧化碳再加热;装置A中固体质量不再减少后,停止加热,待装置A冷却到室温后关闭K．实验测得装置A中固体质量减少了ag,装置B中液体质量增加了bg．

回答下列问题:

(1)仪器①的名称是___________．

(2)写出装置A中发生的一个反应的化学方程式:__________________．

(3)能判断生成的二氧化碳全部被装置B吸收的依据是:装置B的质量增加且______________________________________________________．

(4)若生成的二氧化碳全部被装置B吸收,不考虑水的蒸发且该样品中所含杂质不参加反应,则a___________b．(填“＞”“＝”或“＜”)．

(5)D处为收集尾气的装置,应选择__________(填“甲”“乙”或“丙”)装置．

(湖北省武汉市中考题)

13．某固体粉末由Mg,MgO,Mg(OH)2中的一种或几种组成．某化学小组为了探究该固体粉末的成分,设计如图所示的装置(固定装置省略)．

【信息资料】本实验条件下,氢气密度为0．09g/L．

【实验过程】

步骤Ⅰ:检查装置气密性,装入药品并连接仪器．

A中反应:

B中反应:

步骤Ⅱ:倾斜Y形管,使样品充分反应,测得生成气体的体积为55．6mL．

步骤Ⅲ:拆下装置,往Y形管内残余液中加入氢氧化钠溶液,至不再生成沉淀．经过滤、洗涤和干燥后,称得沉淀质量为2．90g．

第13题图

【回答问题】

(1)该套装置气密性的检验方法是__________________________________．

(2)①使样品与硫酸充分反应的正确操作是___________(填序号)．

A．硫酸溶液转移到样品中　B．样品转移到硫酸溶液中

②判断样品完全反应的现象是__________________________________．

(3)根据实验结果分析:

①通过步骤Ⅱ推断,样品中一定含有的物质是____________________．

通过步骤Ⅲ计算,样品中镁元素的总质量为___________________．

②结论:该样品中的成分是____________________________________．

【反思】

(4)该化学小组同学经过讨论得出以下结论,正确的是______(填序号)．

A．利用该实验方案,能计算出样品中各物质的质量

B．实验前可通过样品的质量估算硫酸溶液的质量,确保样品完全反应

C．仅称量步骤Ⅱ中Y形管内药品减轻的质量,即能计算出样品中各物质的质量

(福建省福州市中考题)

14．如图,“黑面包”实验中,蔗糖(C12H22O11)变黑,体积膨胀,变成疏松的炭,放出有刺激性气味的气体．

第14题图

【提出问题】改变糖的种类、浓硫酸的体积、水的滴数和温度是否会影响实验效果呢?

【进行实验】分别取5g糖粉进行实验,根据前2min的现象对实验效果进行评分,记录如下:

表1　实验记录

【处理数据】分析表1,计算效果得分均值,结果如下:

表2　效果得分均值

依据均值推断最佳实验方案,均值越高,效果越好．

【解释与结论】

(1)蔗糖变成黑色的炭,发生了_________(填“物理”或“化学”)变化．

(2)推测放出的气体含SO2,从元素守恒角度说明理由:______________．

(3)实验6中,a为_________mL．

(4)根据表2推断,“黑面包”实验最好选择5g冰糖、5mL浓硫酸、_______滴水和50℃．

【反思与评价】

(5)表2中,22℃对应的均值为51．0,计算该值所依据的3个数据分别是_____________．

(6)综合分析,使实验3的效果得分高于实验4的因素有____________________________．

(2019年北京市中考题)

例1　(1)H2O　(2)

(3)【提出猜想】Cu和Cu2O

【进行实验】Cu2O

【结论分析】①Ⅱ　②③称量最后得到的红色固体　计算

例2　(1)0．4　4．25%　(2)氧气会带走水蒸气　(3)托盘天平的精确度为0．1g,误差较大　500因为产生氧气的体积约是282mL

例3　NaOH固体溶解于水时放出热量,使溶液温度升高,达到白磷着火点　铜具有良好的导热性且化学性质较稳定　产生大量白烟,量筒内液面上升　32mL

例4　(1)关闭分液漏斗的活塞,然后将注射器的活塞向外拉,松开后若注射器活塞回到原位,则证明装置的气密性是良好的　(2)偏小　B　没有　(3)①二氧化碳中混有少量的水蒸气,会被碱石灰吸收,造成计算结果偏大　②碱石灰会吸收空气中的水蒸气和二氧化碳,造成计算结果偏大

例5　(1)水　向瓶中加水时,气体压强增大,进而将E中的盐酸压到B

(2)ahgbcfed　(3)②③④①或③②④①　(4)偏低　(5)偏高

1．D　2．B　3．C　4．B　5．AB　6．B　7．C　8．B　9．C

10．

11．(1)2Cu　2H2O　(2)②③④①　(3)②　(4)取最后一次洗涤液,检测pH是否等于7(或其他合理答案)

12．(1)加网罩的酒精灯　(2)(3)装置C中澄清石灰水不变浑浊　(4)＜　(5)乙

13．(1)把水准管下移一段距离,使水准管和量气管中的水形成一定的液面差,如果一段时间后液面差保持不变,则说明装置不漏气；反之,则表示装置漏气　(2)①A　②Y形管中的固体全部消失　(3)①Mg

1．20g　②Mg,MgO和Mg(OH)2　(4)AB

14．(1)化学　(2)浓硫酸中含有硫、氧元素,蔗糖中也含有氧元素,所以生成物中也会含有硫、氧元素(3)6　(4)15　(5)65,88,0　(6)浓硫酸的体积和水的滴数