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数字化实验设备:传感器—数据采集器—计算机—应用软件。它可将实验过程中某些因素(浓度、气压等)的变化以数据、图像的形式呈现出来。
【查阅资料】在$0\ °\mathrm{C}$、标准大气压下，1体积水可以溶解1体积的二氧化碳。
(一)探究二氧化碳与水反应
(1)图1中可观察到甲试管里的颜色变化：
(2)某兴趣小组的同学采取图2装置探究$\ce{CO_{2}}$能与水反应。
①甲同学按如图2所示的实验打开瓶塞,迅速将烧杯中的水倒入瓶中并拧紧瓶塞,振荡,一段时间后发现软塑料瓶变瘪,得出结论:$\ce{CO_{2}}$能与水反应。请你解释塑料瓶变瘪的原因：
②乙同学认为甲同学的实验,还不足以证明$\ce{CO_{2}}$能与水反应。乙同学的理由是
(二)比较块状碳酸钙和粉末状碳酸钙与稀盐酸反应的速度
(3)图3中,乙试管里稀盐酸的溶质质量分数C%应为
(4)按照图4进行实验,倾斜锥形瓶使小试管内的稀盐酸流入瓶中与固体接触发生反应,瓶内气压随时间的变化如坐标图所示。对比分析坐标图中的点
【查阅资料】在$0\ °\mathrm{C}$、标准大气压下，1体积水可以溶解1体积的二氧化碳。
(一)探究二氧化碳与水反应
(1)图1中可观察到甲试管里的颜色变化：
变成红色
。该反应的化学方程式为$\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$
。(2)某兴趣小组的同学采取图2装置探究$\ce{CO_{2}}$能与水反应。
①甲同学按如图2所示的实验打开瓶塞,迅速将烧杯中的水倒入瓶中并拧紧瓶塞,振荡,一段时间后发现软塑料瓶变瘪,得出结论:$\ce{CO_{2}}$能与水反应。请你解释塑料瓶变瘪的原因：
二氧化碳与水反应,使塑料瓶中的压强小于外界压强,从而使塑料瓶变瘪
。②乙同学认为甲同学的实验,还不足以证明$\ce{CO_{2}}$能与水反应。乙同学的理由是
二氧化碳能溶于水,也会使塑料瓶中的压强减小
。(二)比较块状碳酸钙和粉末状碳酸钙与稀盐酸反应的速度
(3)图3中,乙试管里稀盐酸的溶质质量分数C%应为
10%
。与块状碳酸钙相比,碳酸钙粉末与稀盐酸的反应更为剧烈,原因是反应物之间的接触面积更大
。(4)按照图4进行实验,倾斜锥形瓶使小试管内的稀盐酸流入瓶中与固体接触发生反应,瓶内气压随时间的变化如坐标图所示。对比分析坐标图中的点
c、d
(填“$a$”“$b$”“$c$”或“$d$”)可知:当两个锥形瓶内达到相同的压强时,碳酸钙粉末与稀盐酸反应所需时间更短。 答案
【解析】(1)二氧化碳能与水反应生成碳酸,碳酸能使紫色石蕊试液变成红色。(2)①二氧化碳与水反应,导致装置内气体减少,压强减小,塑料瓶变瘪。②二氧化碳能溶于水,也能导致装置内气体减少,压强减小,软塑料瓶变瘪,甲同学的实验还不足以证明$\ce{CO_{2}}$能与水反应。(3)该实验的目的是比较块状碳酸钙和碳酸钙粉末与稀盐酸反应的速度,变量是碳酸钙的形状,其他变量应相同,乙试管里稀盐酸的溶质质量分数C%应为10%；与块状碳酸钙相比,碳酸钙粉末与稀盐酸的反应更为剧烈,原因是碳酸钙粉末与稀盐酸的接触面积更大,反应较充分。(4)由坐标图可知,图中的点c、d气压相同,但是两个锥形瓶内达到相同的压强时,所需时间不同,可对比得出碳酸钙粉末与稀盐酸反应所需时间更短。
答案:(1)变成红色 $\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$ (2)①二氧化碳与水反应,使塑料瓶中的压强小于外界压强,从而使塑料瓶变瘪 ②二氧化碳能溶于水,也会使塑料瓶中的压强减小
(3)10% 反应物之间的接触面积更大 (4)c、d
答案:(1)变成红色 $\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$ (2)①二氧化碳与水反应,使塑料瓶中的压强小于外界压强,从而使塑料瓶变瘪 ②二氧化碳能溶于水,也会使塑料瓶中的压强减小
(3)10% 反应物之间的接触面积更大 (4)c、d
解析
【分析】
本题围绕二氧化碳的性质及反应速率探究展开，需结合二氧化碳与水的反应、控制变量法、影响反应速率的因素等知识分析：
1. 对于二氧化碳与水反应的探究，需明确碳酸的酸性使石蕊变色，同时要考虑二氧化碳的溶解性对实验的干扰；
2. 对比碳酸钙与稀盐酸的反应速率时，需遵循控制变量原则，保证除碳酸钙形状外其他条件一致，同时理解接触面积对反应剧烈程度的影响；
3. 分析气压变化的坐标图时，需找到相同压强对应的时间点，对比得出反应速率的差异。
【解析】
(1) 二氧化碳通入水中会与水反应生成碳酸，碳酸呈酸性，能使紫色石蕊试液变为红色，因此甲试管颜色变化为变成红色，反应的化学方程式为$\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$。
(2) ① 软塑料瓶变瘪是因为$\ce{CO_{2}}$与水反应，消耗了瓶内的气体，导致瓶内压强小于外界大气压，在外界大气压作用下塑料瓶变瘪；
② 甲同学的实验未排除$\ce{CO_{2}}$能溶于水的干扰，因为$\ce{CO_{2}}$溶于水也会使瓶内气体减少、压强减小，导致塑料瓶变瘪，无法证明是$\ce{CO_{2}}$与水发生了反应。
(3) 探究块状和粉末状碳酸钙与稀盐酸反应速率时，需控制变量，除碳酸钙形状不同外，稀盐酸的溶质质量分数应相同，因此乙试管中稀盐酸的溶质质量分数C%应为10%；碳酸钙粉末与稀盐酸的接触面积更大，反应更充分，所以反应更剧烈。
(4) 对比坐标图，点c、d对应的气压相同，而达到该压强时，碳酸钙粉末反应所需时间更短，因此可通过对比c、d得出结论。
【答案】
(1) 变成红色；$\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$
(2) ① 二氧化碳与水反应，使塑料瓶中的压强小于外界压强，从而使塑料瓶变瘪；② 二氧化碳能溶于水，也会使塑料瓶中的压强减小
(3) 10%；反应物之间的接触面积更大
(4) c、d
【知识点】
二氧化碳的化学性质、影响化学反应速率的因素、控制变量法
【点评】
本题为实验探究类题目，综合考查二氧化碳的性质、影响反应速率的因素及控制变量法的应用，需要学生具备实验分析和逻辑推理能力，是初中化学的重点题型。
【难度系数】
0.5
本题围绕二氧化碳的性质及反应速率探究展开，需结合二氧化碳与水的反应、控制变量法、影响反应速率的因素等知识分析：
1. 对于二氧化碳与水反应的探究，需明确碳酸的酸性使石蕊变色，同时要考虑二氧化碳的溶解性对实验的干扰；
2. 对比碳酸钙与稀盐酸的反应速率时，需遵循控制变量原则，保证除碳酸钙形状外其他条件一致，同时理解接触面积对反应剧烈程度的影响；
3. 分析气压变化的坐标图时，需找到相同压强对应的时间点，对比得出反应速率的差异。
【解析】
(1) 二氧化碳通入水中会与水反应生成碳酸，碳酸呈酸性，能使紫色石蕊试液变为红色，因此甲试管颜色变化为变成红色，反应的化学方程式为$\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$。
(2) ① 软塑料瓶变瘪是因为$\ce{CO_{2}}$与水反应，消耗了瓶内的气体，导致瓶内压强小于外界大气压，在外界大气压作用下塑料瓶变瘪；
② 甲同学的实验未排除$\ce{CO_{2}}$能溶于水的干扰，因为$\ce{CO_{2}}$溶于水也会使瓶内气体减少、压强减小，导致塑料瓶变瘪，无法证明是$\ce{CO_{2}}$与水发生了反应。
(3) 探究块状和粉末状碳酸钙与稀盐酸反应速率时，需控制变量，除碳酸钙形状不同外，稀盐酸的溶质质量分数应相同，因此乙试管中稀盐酸的溶质质量分数C%应为10%；碳酸钙粉末与稀盐酸的接触面积更大，反应更充分，所以反应更剧烈。
(4) 对比坐标图，点c、d对应的气压相同，而达到该压强时，碳酸钙粉末反应所需时间更短，因此可通过对比c、d得出结论。
【答案】
(1) 变成红色；$\ce{CO_{2} + H_{2}O = H_{2}CO_{3}}$
(2) ① 二氧化碳与水反应，使塑料瓶中的压强小于外界压强，从而使塑料瓶变瘪；② 二氧化碳能溶于水，也会使塑料瓶中的压强减小
(3) 10%；反应物之间的接触面积更大
(4) c、d
【知识点】
二氧化碳的化学性质、影响化学反应速率的因素、控制变量法
【点评】
本题为实验探究类题目，综合考查二氧化碳的性质、影响反应速率的因素及控制变量法的应用，需要学生具备实验分析和逻辑推理能力，是初中化学的重点题型。
【难度系数】
0.5
