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6. 新趋势 学科融合 如图所示,杠杆已调至平衡。向集气瓶内缓慢通入一定量的$\ce{CO_{2}}$气体,稍后倒入$\ce{Ca(OH)_{2}}$溶液(液面不接触乒乓球)。下列说法中,正确的是 (
A.通入$\ce{CO_{2}}$气体后,左端乒乓球下降
B.整个过程中乒乓球的位置始终没有变化
C.倒入足量$\ce{Ca(OH)_{2}}$溶液后,杠杆逐渐恢复原状
D.其他条件不变,将$\ce{CO_{2}}$换成$\ce{H_{2}}$会产生同样现象
(第6题图)
C
)A.通入$\ce{CO_{2}}$气体后,左端乒乓球下降
B.整个过程中乒乓球的位置始终没有变化
C.倒入足量$\ce{Ca(OH)_{2}}$溶液后,杠杆逐渐恢复原状
D.其他条件不变,将$\ce{CO_{2}}$换成$\ce{H_{2}}$会产生同样现象
(第6题图)
答案
6. C $\ce{CO_{2}}$的密度比空气大,向集气瓶内通入$\ce{CO_{2}}$气体后,左端乒乓球上升,A、B错误;倒入足量$\ce{Ca(OH)_{2}}$溶液,$\ce{CO_{2}}$能与$\ce{Ca(OH)_{2}}$反应生成$\ce{CaCO_{3}}$沉淀和$\ce{H_{2}O}$,$\ce{CO_{2}}$被消耗,杠杆逐渐恢复原状,C正确;其他条件不变,$\ce{H_{2}}$的密度比空气小,且$\ce{H_{2}}$不能与$\ce{Ca(OH)_{2}}$溶液反应,将$\ce{CO_{2}}$换成$\ce{H_{2}}$不会产生同样的现象,D错误。
解析
【分析】
这是一道化学与物理跨学科的综合题，解题思路可以分三步推进：第一步先回忆不同气体的密度差异，结合阿基米德浮力原理，分析通入CO₂后乒乓球受到的浮力变化，进而判断杠杆两端的受力变化，就能直接排除A、B选项；第二步分析CO₂和氢氧化钙的反应，判断瓶内气体成分的变化，对应浮力的变化，推导杠杆的后续状态，验证C选项是否正确；第三步结合氢气的物理、化学性质，对比CO₂的性质差异，判断替换为氢气后的现象，排除D选项，最终得到正确答案。
【解析】
1. 初始平衡状态：杠杆调平后，左右两端悬挂的乒乓球重力相等，杠杆两端受到的向下拉力相等，杠杆保持平衡。
2. 通入CO₂后的受力变化：CO₂的密度远大于空气密度，向集气瓶内通入CO₂后，瓶内气体密度显著增大，根据阿基米德原理$F_浮=\rho_气gV_排$，左端乒乓球排开气体的体积不变，排开气体的密度变大，乒乓球受到的浮力增大，此时左端杠杆受到的向下拉力$F_拉=G_球-F_浮$，拉力会小于右端的拉力，因此左端乒乓球上升，右端乒乓球下降，因此A选项“左端乒乓球下降”、B选项“乒乓球位置始终没有变化”的描述均错误。
3. 倒入$\ce{Ca(OH)_{2}}$溶液后的变化：倒入足量$\ce{Ca(OH)_{2}}$溶液后，发生化学反应$\ce{CO_{2} + Ca(OH)_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$，集气瓶内的CO₂被完全消耗，瓶内气体重新变为空气，乒乓球受到的浮力恢复到初始通入CO₂前的大小，杠杆两端受力重新相等，杠杆逐渐恢复原状，因此C选项描述正确。
4. 替换为$\ce{H_{2}}$的现象判断：$\ce{H_{2}}$的密度远小于空气，通入$\ce{H_{2}}$后，左端乒乓球受到的浮力比在空气中更小，左端会向下倾斜，且$\ce{H_{2}}$不能和$\ce{Ca(OH)_{2}}$溶液发生反应，无法恢复初始的平衡状态，不会产生和CO₂相同的现象，D选项错误。
【答案】
C
【知识点】
二氧化碳性质，浮力与密度，杠杆平衡
【点评】
本题属于跨学科融合创新题型，将初中化学的二氧化碳性质和物理的浮力、杠杆平衡知识点结合，解题的核心是建立“气体密度变化→乒乓球浮力变化→杠杆受力变化”的逻辑链条，避免孤立只从化学或物理单一学科角度分析问题，能很好地考查学生的跨学科知识联动应用能力。
【难度系数】
0.6
这是一道化学与物理跨学科的综合题，解题思路可以分三步推进：第一步先回忆不同气体的密度差异，结合阿基米德浮力原理，分析通入CO₂后乒乓球受到的浮力变化，进而判断杠杆两端的受力变化，就能直接排除A、B选项；第二步分析CO₂和氢氧化钙的反应，判断瓶内气体成分的变化，对应浮力的变化，推导杠杆的后续状态，验证C选项是否正确；第三步结合氢气的物理、化学性质，对比CO₂的性质差异，判断替换为氢气后的现象，排除D选项，最终得到正确答案。
【解析】
1. 初始平衡状态：杠杆调平后，左右两端悬挂的乒乓球重力相等，杠杆两端受到的向下拉力相等，杠杆保持平衡。
2. 通入CO₂后的受力变化：CO₂的密度远大于空气密度，向集气瓶内通入CO₂后，瓶内气体密度显著增大，根据阿基米德原理$F_浮=\rho_气gV_排$，左端乒乓球排开气体的体积不变，排开气体的密度变大，乒乓球受到的浮力增大，此时左端杠杆受到的向下拉力$F_拉=G_球-F_浮$，拉力会小于右端的拉力，因此左端乒乓球上升，右端乒乓球下降，因此A选项“左端乒乓球下降”、B选项“乒乓球位置始终没有变化”的描述均错误。
3. 倒入$\ce{Ca(OH)_{2}}$溶液后的变化：倒入足量$\ce{Ca(OH)_{2}}$溶液后，发生化学反应$\ce{CO_{2} + Ca(OH)_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$，集气瓶内的CO₂被完全消耗，瓶内气体重新变为空气，乒乓球受到的浮力恢复到初始通入CO₂前的大小，杠杆两端受力重新相等，杠杆逐渐恢复原状，因此C选项描述正确。
4. 替换为$\ce{H_{2}}$的现象判断：$\ce{H_{2}}$的密度远小于空气，通入$\ce{H_{2}}$后，左端乒乓球受到的浮力比在空气中更小，左端会向下倾斜，且$\ce{H_{2}}$不能和$\ce{Ca(OH)_{2}}$溶液发生反应，无法恢复初始的平衡状态，不会产生和CO₂相同的现象，D选项错误。
【答案】
C
【知识点】
二氧化碳性质，浮力与密度，杠杆平衡
【点评】
本题属于跨学科融合创新题型，将初中化学的二氧化碳性质和物理的浮力、杠杆平衡知识点结合，解题的核心是建立“气体密度变化→乒乓球浮力变化→杠杆受力变化”的逻辑链条，避免孤立只从化学或物理单一学科角度分析问题，能很好地考查学生的跨学科知识联动应用能力。
【难度系数】
0.6
7. [2025 南宁段考]某化学兴趣小组在实验室里验证二氧化碳的某些性质，设计的实验装置如图所示。
（1）向图甲装置中通入$\ce{CO_{2}}$后，观察到装置 A 中的现象是
（2）向图甲装置中通入$\ce{CO_{2}}$后，观察到装置 C 中
（3）小组同学在老师的指导下模仿二氧化碳与水反应，开展了“二氧化硫与水反应”的研究，实验如图乙所示。
【资料卡片】① 二氧化硫与二氧化碳的化学性质相似，能与水反应生成亚硫酸（$\ce{H_{2}SO_{3}}$），亚硫酸不稳定；② 整个实验在通风橱中进行。
【提出问题】亚硫酸不稳定，图乙中红色液体微热后为什么不变为紫色？
【作出猜想】猜想 1：加热不够充分；猜想 2：与空气中的氮气有关；猜想 3：与空气中的氧气有关。
【实验验证】实验设计如表所示，请填写表格中的空格。
【分析与结论】
（4）图丙试管中植物油的作用是
（5）红色液体微热后不变为紫色的原因是亚硫酸（$\ce{H_{2}SO_{3}}$）易与空气中的一种物质反应生成硫酸（$\ce{H_{2}SO_{4}}$），请写出其化学方程式：
（1）向图甲装置中通入$\ce{CO_{2}}$后，观察到装置 A 中的现象是
湿润的紫色石蕊纸花变红
。（2）向图甲装置中通入$\ce{CO_{2}}$后，观察到装置 C 中
下层
（填“上层”或“下层”）的蜡烛先熄灭。（3）小组同学在老师的指导下模仿二氧化碳与水反应，开展了“二氧化硫与水反应”的研究，实验如图乙所示。
【资料卡片】① 二氧化硫与二氧化碳的化学性质相似，能与水反应生成亚硫酸（$\ce{H_{2}SO_{3}}$），亚硫酸不稳定；② 整个实验在通风橱中进行。
【提出问题】亚硫酸不稳定，图乙中红色液体微热后为什么不变为紫色？
【作出猜想】猜想 1：加热不够充分；猜想 2：与空气中的氮气有关；猜想 3：与空气中的氧气有关。
【实验验证】实验设计如表所示，请填写表格中的空格。
【分析与结论】
（4）图丙试管中植物油的作用是
防止空气与溶液接触
。（5）红色液体微热后不变为紫色的原因是亚硫酸（$\ce{H_{2}SO_{3}}$）易与空气中的一种物质反应生成硫酸（$\ce{H_{2}SO_{4}}$），请写出其化学方程式：
$\ce{2H_{2}SO_{3} + O_{2} = 2H_{2}SO_{4}}$
。答案
7. （1）湿润的紫色石蕊纸花变红 （2）下层 （3）不成立 溶液先变红后变紫 $\ce{O_{2}}$ （4）防止空气与溶液接触 （5）$\ce{2H_{2}SO_{3} + O_{2} = 2H_{2}SO_{4}}$
〔解析〕（1）二氧化碳能与水反应生成碳酸,碳酸能使紫色石蕊变红。向图甲装置中通入$\ce{CO_{2}}$后,二氧化碳接触湿润的紫色石蕊纸花会反应生成碳酸,则装置A中的现象是紫色石蕊纸花变红。（2）二氧化碳密度大于空气,不能燃烧也不支持燃烧,向图甲装置中通入$\ce{CO_{2}}$后,$\ce{CO_{2}}$先接触到下层蜡烛,观察到装置C中下层的蜡烛先熄灭。（3）实验1:将图乙中红色液体继续加热至沸腾,溶液仍为红色,说明溶液不变为紫色不是因为加热不充分,则猜想1不成立;实验3:实验结论是猜想2不成立,则溶液不变为紫色与氮气无关,实验现象是溶液先变红后变紫;实验4:实验结论是猜想3成立,则溶液不变为紫色与氧气有关,实验操作应是先通入适量$\ce{SO_{2}}$,再改通入氧气,最后用酒精灯微热。
（4）根据猜想,溶液不变为紫色可能与空气中的氮气、氧气有关,空气中含有氮气和氧气,无法控制单一变量,因此要避免空气接触试管中的溶液,则图丙试管中植物油的作用是防止空气与溶液接触。（5）根据结论,溶液不变为紫色与氧气有关,则亚硫酸($\ce{H_{2}SO_{3}}$)易与空气中的氧气反应生成硫酸($\ce{H_{2}SO_{4}}$),导致溶液不变为紫色。
〔解析〕（1）二氧化碳能与水反应生成碳酸,碳酸能使紫色石蕊变红。向图甲装置中通入$\ce{CO_{2}}$后,二氧化碳接触湿润的紫色石蕊纸花会反应生成碳酸,则装置A中的现象是紫色石蕊纸花变红。（2）二氧化碳密度大于空气,不能燃烧也不支持燃烧,向图甲装置中通入$\ce{CO_{2}}$后,$\ce{CO_{2}}$先接触到下层蜡烛,观察到装置C中下层的蜡烛先熄灭。（3）实验1:将图乙中红色液体继续加热至沸腾,溶液仍为红色,说明溶液不变为紫色不是因为加热不充分,则猜想1不成立;实验3:实验结论是猜想2不成立,则溶液不变为紫色与氮气无关,实验现象是溶液先变红后变紫;实验4:实验结论是猜想3成立,则溶液不变为紫色与氧气有关,实验操作应是先通入适量$\ce{SO_{2}}$,再改通入氧气,最后用酒精灯微热。
（4）根据猜想,溶液不变为紫色可能与空气中的氮气、氧气有关,空气中含有氮气和氧气,无法控制单一变量,因此要避免空气接触试管中的溶液,则图丙试管中植物油的作用是防止空气与溶液接触。（5）根据结论,溶液不变为紫色与氧气有关,则亚硫酸($\ce{H_{2}SO_{3}}$)易与空气中的氧气反应生成硫酸($\ce{H_{2}SO_{4}}$),导致溶液不变为紫色。
解析
【分析】
这是一道结合二氧化碳性质验证、类比二氧化硫性质的实验探究题，我们可以按小问的逻辑逐步推导：
1. 第一问回忆二氧化碳的化学性质：CO₂能和水反应生成碳酸，酸性物质可以使紫色石蕊变红，装置A内是湿润的紫色石蕊纸花，接触通入的CO₂后就会发生反应，由此推导出现象。
2. 第二问结合二氧化碳的物理、化学性质：密度比空气大，本身不可燃也不支持燃烧，通入装置C后会先在烧杯底部聚集，因此下层蜡烛先接触到CO₂，先熄灭。
3. 第三问的实验验证用控制变量逻辑推导：实验1将红色液体加热到沸腾仍为红色，说明不是加热不充分导致不变紫，直接得出猜想1的正误；实验3已知结论是猜想2不成立，说明不变紫和氮气无关，通入SO₂变红后通氮气微热，亚硫酸受热分解就会变回紫色，对应实验现象；实验4已知结论是猜想3成立，说明不变紫和氧气有关，对应操作中要通入的气体。
4. 第四问植物油的作用：实验要探究空气中的成分对反应的影响，必须隔绝空气避免干扰变量，由此推导作用。
5. 第五问根据题干给出的反应物和生成物，结合原子守恒配平化学方程式即可。
【解析】
（1）二氧化碳和水反应生成碳酸：$\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$，碳酸呈酸性，能使紫色石蕊变红，因此装置A中湿润的紫色石蕊纸花接触通入的CO₂后会变红。
（2）二氧化碳密度大于空气，且不能燃烧、也不支持燃烧，通入装置C后会先在烧杯底部沉积，因此下层的蜡烛先熄灭。
（3）实验1：将红色液体加热至沸腾后溶液仍为红色，说明“加热不够充分”的猜想错误，即猜想1不成立；
实验3：已知猜想2不成立，说明亚硫酸微热后不变紫和氮气无关，通入SO₂后溶液变红，后续通入氮气微热，亚硫酸受热分解，溶液会从红色变回紫色，因此现象为溶液先变红后变紫；
实验4：已知猜想3成立，说明不变紫和氧气有关，因此操作中需要通入的气体为$\ce{O_{2}}$。
（4）植物油密度小于水，浮在溶液表面，可以隔绝空气，防止空气中的氧气、氮气等成分和溶液接触，避免干扰实验变量。
（5）亚硫酸和氧气反应生成硫酸，根据原子守恒配平得到化学方程式：$\ce{2H_{2}SO_{3} + O_{2} = 2H_{2}SO_{4}}$。
【答案】
（1）湿润的紫色石蕊纸花变红
（2）下层
（3）不成立；溶液先变红后变紫；$\ce{O_{2}}$
（4）防止空气与溶液接触
（5）$\ce{2H_{2}SO_{3} + O_{2} = 2H_{2}SO_{4}}$
【知识点】
二氧化碳的性质
控制变量法实验
化学方程式书写
【点评】
本题以二氧化碳基础性质验证为载体，类比迁移二氧化硫的相关性质，融合了控制变量法的实验探究逻辑，既考察了基础物质性质的识记，也锻炼了学生结合猜想反向推导实验现象、操作的逻辑能力，易错点集中在探究实验部分的变量对应关系，需要学生理清实验设计的对照逻辑。
【难度系数】
0.6
这是一道结合二氧化碳性质验证、类比二氧化硫性质的实验探究题，我们可以按小问的逻辑逐步推导：
1. 第一问回忆二氧化碳的化学性质：CO₂能和水反应生成碳酸，酸性物质可以使紫色石蕊变红，装置A内是湿润的紫色石蕊纸花，接触通入的CO₂后就会发生反应，由此推导出现象。
2. 第二问结合二氧化碳的物理、化学性质：密度比空气大，本身不可燃也不支持燃烧，通入装置C后会先在烧杯底部聚集，因此下层蜡烛先接触到CO₂，先熄灭。
3. 第三问的实验验证用控制变量逻辑推导：实验1将红色液体加热到沸腾仍为红色，说明不是加热不充分导致不变紫，直接得出猜想1的正误；实验3已知结论是猜想2不成立，说明不变紫和氮气无关，通入SO₂变红后通氮气微热，亚硫酸受热分解就会变回紫色，对应实验现象；实验4已知结论是猜想3成立，说明不变紫和氧气有关，对应操作中要通入的气体。
4. 第四问植物油的作用：实验要探究空气中的成分对反应的影响，必须隔绝空气避免干扰变量，由此推导作用。
5. 第五问根据题干给出的反应物和生成物，结合原子守恒配平化学方程式即可。
【解析】
（1）二氧化碳和水反应生成碳酸：$\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$，碳酸呈酸性，能使紫色石蕊变红，因此装置A中湿润的紫色石蕊纸花接触通入的CO₂后会变红。
（2）二氧化碳密度大于空气，且不能燃烧、也不支持燃烧，通入装置C后会先在烧杯底部沉积，因此下层的蜡烛先熄灭。
（3）实验1：将红色液体加热至沸腾后溶液仍为红色，说明“加热不够充分”的猜想错误，即猜想1不成立；
实验3：已知猜想2不成立，说明亚硫酸微热后不变紫和氮气无关，通入SO₂后溶液变红，后续通入氮气微热，亚硫酸受热分解，溶液会从红色变回紫色，因此现象为溶液先变红后变紫；
实验4：已知猜想3成立，说明不变紫和氧气有关，因此操作中需要通入的气体为$\ce{O_{2}}$。
（4）植物油密度小于水，浮在溶液表面，可以隔绝空气，防止空气中的氧气、氮气等成分和溶液接触，避免干扰实验变量。
（5）亚硫酸和氧气反应生成硫酸，根据原子守恒配平得到化学方程式：$\ce{2H_{2}SO_{3} + O_{2} = 2H_{2}SO_{4}}$。
【答案】
（1）湿润的紫色石蕊纸花变红
（2）下层
（3）不成立；溶液先变红后变紫；$\ce{O_{2}}$
（4）防止空气与溶液接触
（5）$\ce{2H_{2}SO_{3} + O_{2} = 2H_{2}SO_{4}}$
【知识点】
二氧化碳的性质
控制变量法实验
化学方程式书写
【点评】
本题以二氧化碳基础性质验证为载体，类比迁移二氧化硫的相关性质，融合了控制变量法的实验探究逻辑，既考察了基础物质性质的识记，也锻炼了学生结合猜想反向推导实验现象、操作的逻辑能力，易错点集中在探究实验部分的变量对应关系，需要学生理清实验设计的对照逻辑。
【难度系数】
0.6
