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    8．水蒸气通过炽热的焦炭可以得到水煤气（主要成分是CO和H2），化学方程式为C+H2O（气）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H2，该反应是置换反应（填基本反应类型）．某兴趣小组的同学在实验室模拟了水煤气的制备，并设计实验验证水煤气中含有CO和H2．
    【查阅资料】白色的无水硫酸铜遇水会变成蓝色．
    【设计实验】甲同学设计的实验装置如图所示：

    写出实验现象：B中固体变红，C中固体变蓝，D中溶液变浑浊．
    【改进实验】乙同学认为要想达到实验目的，在装置A、B之间还需增加装置F、G，其中F的作用是除去水蒸气，G的作用是检验水蒸气是否已被全部除去．
    【拓展探究】CO和H2的混合气在工业上可用于合成一系列化工原料和新型燃料，还可用于冶炼某些金属．
    （1）“绿色化学”能实现零排放（即反应物中的原子利用率达到100%）．根据零排放的要求，不可能以CO和H2为原料合成的有机物是B（填字母）．
    A．甲醇（CH3OH）   B．乙醇（C2H5OH）   C．甲醛（CH2O）   D．乙酸（CH3COOH）
    （2）若用CO和H2的混合气冶炼铁，混合气所起的作用是将铁从铁矿石中还原出来（或“作还原剂”）．
    铁元素可以形成3种氧化物，分别是Fe2O3、Fe3O4 和FeO（黑色）．如图所示实验中，黑色粉末可能为一种或几种铁的氧化物，充分反应至铁的氧化物全部转化为铁，装置I的增重为3.6g，装置J的增重为6.6g，假设每一步吸收都是完全的，黑色粉末为Fe3O4和FeO的混合物．

    分析 根据反应的特点来分析；
    【设计实验】根据氢气和一氧化碳具有还原性、二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊来分析；
    【实验改进】根据反应物水蒸气是否完全参加反应来分析；
    【拓展探究】根据质量守恒定律和化合反应的定义和特点判断，主要是利用反应前后原子的种类不变，其数目比保持不变分析判断．
    根据CO和H2具有还原性分析在冶炼铁的生产过程中所起的作用；
    根据粉末的颜色以及化合物中氧元素的质量分数来分析．

    解答 解：反应物一种单质、一种是化合物，生成物一种是单质、一种是化合物，符合置换反应的概念．故答案为：置换；
    【设计实验】当水蒸气通过装置A后，得到了氢气和一氧化碳，两种气体均具有还原性，在加热的条件下能将氧化铜还原为金属铜，故观察到黑色固体慢慢变成红色；一氧化碳与氧化铜反应生成了二氧化碳，二氧化碳与氢氧化钙溶液反应生成碳酸钙白色沉淀和水，所以观察到澄清的石灰水变浑浊；故填：变红；变浑浊；
    【改进实验】一氧化碳与碳可能没有完全反应而有剩余，对后面的实验起到了干扰的作用，所以在装置A、B之间还需增加装置F、G，其中F的作用是除去水蒸气，G的作用是检验水蒸气是否已被全部除去；故填：除去水蒸气；检验水蒸气是否已被全部除去；
    【拓展探究】（1）：“绿色化学”能实现零排放，即反应物中的原子利用率达到100%，也就是说反应类型一般是化合反应，且反应后产物中的各原子数目比不变，CO和H2在一定条件下按照不同的比例反应，可假定反应时的化学计量数之比为m：n，则只要各选项中的化学式能化为形式（CO）m（H2）n，都是正确的．
    A、甲醇（CH4O）可变为（CO）1（H2）2，所以正确．
    B、乙醇（C2H6O）不能化为形式（CO）m（H2）n，所以错误．
    C、甲醛（CH2O）可变为（CO）1（H2）1，所以正确．
    D、乙酸（C2H4O2）可变为（CO）2（H2）2，所以正确．
    故选B．
    （2）合成气（CO和H2）具有还原性，在冶炼铁的生产过程中所起的作用是将铁从矿石中还原出来．故填：将铁从铁矿石中还原出来（或“作还原剂”）；
    因为该混合物是黑色粉末，所以其中不含氧化铁，装置I的增重为3.6g，即氢气还原氧化铜生成水的质量为3.6g，其中的氧元素完全来自铁的氧化物，氧元素的质量为：3.6g×$\frac{16}{18}×100%$=3.2g；装置J的增重为6.6g，增重的质量为一氧化碳还原金属氧化物生成的二氧化碳的质量，由于CO--CO2--O，那么来自于铁的氧化物的氧元素的质量为：6.6g×$\frac{16}{44}×100%$=2.4g．该黑色粉末中，氧元素的质量分数为：$\frac{3.2g+2.4g}{22.4g}×100%$=25%；四氧化三铁中，氧元素的质量分数为：$\frac{64}{232}×100%$≈27.6%，氧化亚铁中，氧元素的质量分数为$\frac{16}{72}×100%$≈22.2%．因为22.2%＜25%＜27.6%，所以该黑色粉末是四氧化三铁与氧化亚铁的混合物，故填：Fe3O4 和FeO的混合物．

    点评 本题主要考查了实验设计的问题，有关实验方案的设计和对实验方案的评价是中考的热点之一，解答计算时要据物质的性质和方程式细心分析解答．

    练习册系列答案
    年级 高中课程 年级 初中课程
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    科目：初中化学 来源： 题型：选择题

    12．正确的操作能保证化学实验的顺利进行．下列操作正确的是（　　）
    A．将氢氧化钠固体直接放在托盘天平的托盘上称量
    B．取用固体药品，一般用药匙，有些块状药品可用镊子夹取
    C．为了节约药品，实验室用剩的药品应放回原瓶
    D．用酒精灯加热试管里的液体时，试管内的液体不应超过试管容积的$\frac{1}{2}$

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    科目：初中化学 来源： 题型：选择题

    13．下列仪器中，能用酒精灯直接加热的是（　　）
    A．烧杯B．量筒C．试管D．漏斗

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    科目：初中化学 来源： 题型：解答题

    10．“宏微观相结合”、“定性研究和定量研究相结合”是研究化学反应的重要方法．以下是运用上述方法认识红磷燃烧反应的过程，请完成下列问题．
    （1）写出红磷燃烧的化学方程式：4P+5O2$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P2O5；
    （2）定性认识，从宏观角度讲，该反应产生了新的物质五氧化二磷；从微观角度讲，该反应产生了新的五氧化二磷分子；
    （3）定量认识，从宏观角度讲，参加反应的磷和氧气的总质量等于反应后生成的P2O5的质量；从微观角度讲，磷、氧原子的总个数在反应前后保持不变；
    （4）现有62g红磷，要使其完全燃烧，至少需要O2多少克？（需写出计算过程）

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    科目：初中化学 来源： 题型：推断题

    3．某金属冶炼厂的管道烟泥中含有某些单质，其中Cu约占10.3%、Zn约占5.0%、S约占1.2%．现欲回收铜和锌，并对硫进行环保处理，主要步骤如图所示：

    已知：加热的条件下，Zn、Cu都可以与氧气反应生成相应的金属氧化物．
    （1）步骤①产生的废气A中，一定含有的有害气体是二氧化硫．
    （2）步骤③中反应的化学方程式是Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu．
    （3）下列说法正确的是ad．
    a．②、③中的操作均包含过滤
    b．溶液D和溶液F中ZnSO4的质量相等
    c．溶液D中ZnSO4的质量大于CuSO4的质量
    d．若步骤①中空气不足量，不会导致锌的回收率降低．

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    科目：初中化学 来源： 题型：实验探究题

    13．同学们来到化学实验室，意外看到了一个不和谐的“音符”（如图）．由此，激发 了同学们的探究欲望．
    （1）同学们取该瓶中少量溶液滴加稀盐酸，看到冒气泡，说明药品已变质．
    【进行猜想】猜想一：NaOH 溶液部分变质；
    猜想二：NaOH溶液全部变质．
    [查阅资料】CaCl2 溶液、Ca（NO3）2溶液、BaCl2溶液、Ba（NO3）2溶液都显中性．
    【实验探究]小明设计如下实验来验证猜想一，请你参与完成下表：
    探究步骤预计现象探究目的
    ①：取少量溶液于试管中，滴加足量的CaCl2溶液出现白色沉淀除尽溶液中的CO32-
    ②：向实验①过滤后所得溶液中滴加酚酞试液试液变红证明溶液中尚存NaOH
    【实验反思】
    （2）下列物质①．BaCl2溶液 ②．Ba（NO3）2③．Ba（OH）2溶液 ④．Ca（OH）2溶液 ⑤．Ca（NO3）2溶液，还能 替代小明实验中CaCl2溶液的是①②⑤（填序号）．
    （3）小明第二次滴加的试剂除用指示剂外，还可以用CuSO4溶液替代．

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    科目：初中化学 来源： 题型：选择题

    20．下列突发事故的处理措施得当的是（　　）
    A．有人不慎跌入含有大量二氧化碳的深洞中，应立即下洞救人
    B．厨房中的煤气大量泄漏时，应立即关闭气阀，不能打开抽烟机
    C．家中电器着火，应马上用水浇灭
    D．图书档案起火，用泡沫灭火器灭火

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    科目：初中化学 来源： 题型：实验探究题

    17．经实验可知，硫酸铜溶液加到过氧化氢溶液中，也会产生大量的气泡．硫酸铜溶液中有三种粒子（H2O  SO42-  Cu2+），小明想知道硫酸铜溶液的哪种粒子能使过氧化氢分解的速率加快，请你和小明一起通过如图所示的三个实验完成这次探究活动，并填写空白：
    （1）你认为最不可能是哪种离子？H2O（或水分子），理由是双氧水是水溶液，本身含有水，所以水不是催化剂
    （2）要证明另外两种粒子能否加快过氧化氢分解的速率，还需要进行
    实验②和③：在实验②中加入稀硫酸后，无明显变化，说明SO42-（或硫酸根离子）不起催化作用； 在实验③中加入CuSO4（或硫酸铜）后，会观察到大量气泡，证明起催化作用的是Cu2+或铜离子
    （3）如果要确定硫酸铜是催化剂，还需通过实验确认它在化学反应前后化学性质和质量是否改变．

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    科目：初中化学 来源： 题型：选择题

    18．对知识的归纳是学习化学的一种重要方法．下列归纳正确的是（　　）
    A．因为铁的化学性质不如铝活泼，所以铁更耐腐蚀，是全球用量和产量最多的金属
    B．空气、糖水、高锰酸钾都属于混合物
    C．不锈钢、焊锡、黄金都是金属材料
    D．中和反应能生成盐和水，所以，生成盐和水的反应都是中和反应

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