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2.(2025·烟台中考)兴趣小组进行跨学科实践活动——探究土壤酸碱性对绣球花颜色的影响。
任务一:探究调控绣球花变色措施
【查阅资料】①绣球花从土壤中吸收铝盐与色素作用,花瓣呈现蓝色;土壤中铝盐不足时,花瓣呈现粉色、红色等颜色。土壤的酸碱度影响其铝盐的含量,当土壤pH为4.5~6时,绣球花为最艳丽的蓝色。
②氢氧化铝不溶于水。
小组同学根据资料确定绣球花调色措施:
(1)调蓝:向土壤中施加铝盐,铝盐的溶解性应为
(2)调红:向土壤中施加碱性物质使铝盐生成
任务二:筛选合适的调色试剂
(3)小组同学选择了硫酸铝作调蓝试剂,白醋(主要成分为醋酸)作为土壤酸化试剂。白醋可以中和土壤中的碱性物质,醋酸($CH_3COOH$)与氢氧化钙反应的化学方程式是
(已知:$CH_3COOH$在水溶液中能解离出$CH_3COO^-$和$H^+$)。
(4)因NaOH碱性强、有强腐蚀性,调红时,稍有不慎就会造成绣球花死亡,故小组同学选用石灰乳或纯碱溶液作为调红试剂,但二者不能混合施用,原因是
任务三:制备用于调蓝的硫酸铝溶液
【查阅资料】①硫酸铝水溶液呈无色;
②工业上制备硫酸铝常用的原料是铝土矿(主要成分为$Al_2O_3$,还含有$Fe_2O_3$及不溶于稀硫酸的$SiO_2$);
③过量的铝粉与硫酸铁溶液反应的化学方程式是$2Al+Fe_2(SO_4)_3=Al_2(SO_4)_3+2Fe$。
(5)【设计并实施实验】兴趣小组以铝土矿为原料,在实验室制取硫酸铝。
| 实验操作 | 实验现象 | 结论及解释 |
| --- | --- | --- |
| 步骤Ⅰ.取20 g铝土矿加入锥形瓶中,向其中加入过量的稀硫酸,充分反应后过滤,得到滤液a和滤渣($SiO_2$) | 滤液a显黄色 | $Al_2O_3$、$Fe_2O_3$与稀硫酸反应。$Fe_2O_3$与稀硫酸反应的化学方程式是
| 步骤Ⅱ.向滤液a中加入过量
任务一:探究调控绣球花变色措施
【查阅资料】①绣球花从土壤中吸收铝盐与色素作用,花瓣呈现蓝色;土壤中铝盐不足时,花瓣呈现粉色、红色等颜色。土壤的酸碱度影响其铝盐的含量,当土壤pH为4.5~6时,绣球花为最艳丽的蓝色。
②氢氧化铝不溶于水。
小组同学根据资料确定绣球花调色措施:
(1)调蓝:向土壤中施加铝盐,铝盐的溶解性应为
易溶
。如果再施加酸性物质使土壤pH为4.5~6,能实现绣球花呈最艳丽的蓝色。(2)调红:向土壤中施加碱性物质使铝盐生成
氢氧化铝[或$\ce{Al(OH)_{3}}$]
。任务二:筛选合适的调色试剂
(3)小组同学选择了硫酸铝作调蓝试剂,白醋(主要成分为醋酸)作为土壤酸化试剂。白醋可以中和土壤中的碱性物质,醋酸($CH_3COOH$)与氢氧化钙反应的化学方程式是
$\ce{2CH_{3}COOH + Ca(OH)_{2}=(CH_{3}COO)_{2}Ca + 2H_{2}O}$
(已知:$CH_3COOH$在水溶液中能解离出$CH_3COO^-$和$H^+$)。
(4)因NaOH碱性强、有强腐蚀性,调红时,稍有不慎就会造成绣球花死亡,故小组同学选用石灰乳或纯碱溶液作为调红试剂,但二者不能混合施用,原因是
石灰乳主要成分是氢氧化钙,氢氧化钙和碳酸钠反应会产生碳酸钙沉淀和氢氧化钠
。任务三:制备用于调蓝的硫酸铝溶液
【查阅资料】①硫酸铝水溶液呈无色;
②工业上制备硫酸铝常用的原料是铝土矿(主要成分为$Al_2O_3$,还含有$Fe_2O_3$及不溶于稀硫酸的$SiO_2$);
③过量的铝粉与硫酸铁溶液反应的化学方程式是$2Al+Fe_2(SO_4)_3=Al_2(SO_4)_3+2Fe$。
(5)【设计并实施实验】兴趣小组以铝土矿为原料,在实验室制取硫酸铝。
| 实验操作 | 实验现象 | 结论及解释 |
| --- | --- | --- |
| 步骤Ⅰ.取20 g铝土矿加入锥形瓶中,向其中加入过量的稀硫酸,充分反应后过滤,得到滤液a和滤渣($SiO_2$) | 滤液a显黄色 | $Al_2O_3$、$Fe_2O_3$与稀硫酸反应。$Fe_2O_3$与稀硫酸反应的化学方程式是
$\ce{Fe_{2}O_{3} + 3H_{2}SO_{4}=Fe_{2}(SO_{4})_{3} + 3H_{2}O}$
|| 步骤Ⅱ.向滤液a中加入过量
铝粉
。充分反应后过滤,得滤液b | 有黑色固体析出；溶液由黄色变为无色
、产生气泡
| 滤液b为硫酸铝溶液 |答案
2.(1)易溶
(2)氢氧化铝[或$\ce{Al(OH)_{3}}$]
(3)$\ce{2CH_{3}COOH + Ca(OH)_{2}=(CH_{3}COO)_{2}Ca + 2H_{2}O}$
(4)石灰乳主要成分是氢氧化钙,氢氧化钙和碳酸钠反应会产生碳酸钙沉淀和氢氧化钠
(5)$\ce{Fe_{2}O_{3} + 3H_{2}SO_{4}=Fe_{2}(SO_{4})_{3} + 3H_{2}O}$ 铝粉 溶液由黄色变为无色 产生气泡
解析:(1)向土壤中施加铝盐,铝离子被植物根系吸收,则铝盐的溶解性应为易溶。
(2)铝盐中含有铝离子,与碱性物质中的氢氧根离子结合产生氢氧化铝沉淀,氢氧化铝不溶于水,故向土壤中施加碱性物质使铝盐生成氢氧化铝,可使花瓣变红。
(4)石灰乳主要成分是氢氧化钙,氢氧化钙和碳酸钠反应会产生碳酸钙沉淀和氢氧化钠(也生成了氢氧化钠),故不能混合使用。
(5)溶液a中含有氧化铁和稀硫酸反应的产物硫酸铁、过量的硫酸,氧化铝和稀硫酸反应的产物硫酸铝,结论中得到了硫酸铝溶液,根据查阅资料可知,可以加入过量的铝粉(铝和硫酸铁反应产生硫酸铝和铁,铝和硫酸反应产生硫酸铝和氢气);铝和硫酸铁反应产生硫酸铝和铁,现象为有黑色固体析出,溶液由黄色变为无色,铝和硫酸反应产生硫酸铝和氢气,现象为产生气泡。
(2)氢氧化铝[或$\ce{Al(OH)_{3}}$]
(3)$\ce{2CH_{3}COOH + Ca(OH)_{2}=(CH_{3}COO)_{2}Ca + 2H_{2}O}$
(4)石灰乳主要成分是氢氧化钙,氢氧化钙和碳酸钠反应会产生碳酸钙沉淀和氢氧化钠
(5)$\ce{Fe_{2}O_{3} + 3H_{2}SO_{4}=Fe_{2}(SO_{4})_{3} + 3H_{2}O}$ 铝粉 溶液由黄色变为无色 产生气泡
解析:(1)向土壤中施加铝盐,铝离子被植物根系吸收,则铝盐的溶解性应为易溶。
(2)铝盐中含有铝离子,与碱性物质中的氢氧根离子结合产生氢氧化铝沉淀,氢氧化铝不溶于水,故向土壤中施加碱性物质使铝盐生成氢氧化铝,可使花瓣变红。
(4)石灰乳主要成分是氢氧化钙,氢氧化钙和碳酸钠反应会产生碳酸钙沉淀和氢氧化钠(也生成了氢氧化钠),故不能混合使用。
(5)溶液a中含有氧化铁和稀硫酸反应的产物硫酸铁、过量的硫酸,氧化铝和稀硫酸反应的产物硫酸铝,结论中得到了硫酸铝溶液,根据查阅资料可知,可以加入过量的铝粉(铝和硫酸铁反应产生硫酸铝和铁,铝和硫酸反应产生硫酸铝和氢气);铝和硫酸铁反应产生硫酸铝和铁,现象为有黑色固体析出,溶液由黄色变为无色,铝和硫酸反应产生硫酸铝和氢气,现象为产生气泡。
解析
【分析】
本题围绕绣球花变色的跨学科探究，结合酸碱盐的性质展开解题，思路如下：
1. 调蓝时需让植物吸收铝盐中的铝离子，因此铝盐必须易溶于水，才能被根系吸收；
2. 调红时，碱性物质提供的$\ce{OH^-}$会与铝盐中的$\ce{Al^{3+}}$结合，生成不溶于水的氢氧化铝，使土壤中铝盐不足，花瓣变红；
3. 醋酸与氢氧化钙发生中和反应，酸和碱反应生成盐和水，根据复分解反应规律配平化学方程式；
4. 石灰乳的主要成分是氢氧化钙，纯碱是碳酸钠，二者会发生复分解反应，混合后会消耗调红的有效成分；
5. 步骤Ⅰ中，铝土矿中的$\ce{Fe_2O_3}$与稀硫酸反应生成硫酸铁和水；步骤Ⅱ中，滤液a含硫酸铁和过量硫酸，要得到硫酸铝，需加入过量铝粉，铝与硫酸铁反应使溶液黄色褪去，与过量硫酸反应产生气泡。
【解析】
(1) 要使绣球花吸收铝盐中的铝离子，铝盐需易溶于水，才能被植物根系吸收，故溶解性为易溶；
(2) 碱性物质中的$\ce{OH^-}$与铝盐中的$\ce{Al^{3+}}$结合，生成不溶于水的氢氧化铝，使土壤中铝盐不足，花瓣呈现粉色等，故填氢氧化铝；
(3) 醋酸与氢氧化钙发生中和反应，生成醋酸钙和水，化学方程式为：$\ce{2CH_{3}COOH + Ca(OH)_{2}=(CH_{3}COO)_{2}Ca + 2H_{2}O}$；
(4) 石灰乳主要成分为$\ce{Ca(OH)_{2}}$，纯碱为$\ce{Na_{2}CO_{3}}$，二者会反应：$\ce{Ca(OH)_{2} + Na_{2}CO_{3}=CaCO_{3}↓ + 2NaOH}$，混合后消耗了调红的有效成分，故不能混合施用；
(5) 步骤Ⅰ中，$\ce{Fe_{2}O_{3}}$与稀硫酸反应生成硫酸铁和水，化学方程式为$\ce{Fe_{2}O_{3} + 3H_{2}SO_{4}=Fe_{2}(SO_{4})_{3} + 3H_{2}O}$；步骤Ⅱ中，滤液a含$\ce{Fe_{2}(SO_{4})_{3}}$和过量$\ce{H_{2}SO_{4}}$，需加入过量铝粉，铝与$\ce{Fe_{2}(SO_{4})_{3}}$反应使溶液黄色褪去，与过量$\ce{H_{2}SO_{4}}$反应产生气泡，故填铝粉、溶液由黄色变为无色、产生气泡。
【答案】
(1) 易溶
(2) 氢氧化铝（或$\ce{Al(OH)_{3}}$）
(3) $\ce{2CH_{3}COOH + Ca(OH)_{2}=(CH_{3}COO)_{2}Ca + 2H_{2}O}$
(4) 石灰乳主要成分是氢氧化钙，氢氧化钙和碳酸钠反应会产生碳酸钙沉淀和氢氧化钠
(5) $\ce{Fe_{2}O_{3} + 3H_{2}SO_{4}=Fe_{2}(SO_{4})_{3} + 3H_{2}O}$；铝粉；溶液由黄色变为无色；产生气泡
【知识点】
酸的化学性质、碱的化学性质、盐的化学性质
【点评】
本题以跨学科实践为背景，结合绣球花变色探究，考查酸碱盐的反应规律、化学方程式书写及实验分析，注重知识的应用与迁移，能较好考查学生的综合分析能力。
【难度系数】
0.6
本题围绕绣球花变色的跨学科探究，结合酸碱盐的性质展开解题，思路如下：
1. 调蓝时需让植物吸收铝盐中的铝离子，因此铝盐必须易溶于水，才能被根系吸收；
2. 调红时，碱性物质提供的$\ce{OH^-}$会与铝盐中的$\ce{Al^{3+}}$结合，生成不溶于水的氢氧化铝，使土壤中铝盐不足，花瓣变红；
3. 醋酸与氢氧化钙发生中和反应，酸和碱反应生成盐和水，根据复分解反应规律配平化学方程式；
4. 石灰乳的主要成分是氢氧化钙，纯碱是碳酸钠，二者会发生复分解反应，混合后会消耗调红的有效成分；
5. 步骤Ⅰ中，铝土矿中的$\ce{Fe_2O_3}$与稀硫酸反应生成硫酸铁和水；步骤Ⅱ中，滤液a含硫酸铁和过量硫酸，要得到硫酸铝，需加入过量铝粉，铝与硫酸铁反应使溶液黄色褪去，与过量硫酸反应产生气泡。
【解析】
(1) 要使绣球花吸收铝盐中的铝离子，铝盐需易溶于水，才能被植物根系吸收，故溶解性为易溶；
(2) 碱性物质中的$\ce{OH^-}$与铝盐中的$\ce{Al^{3+}}$结合，生成不溶于水的氢氧化铝，使土壤中铝盐不足，花瓣呈现粉色等，故填氢氧化铝；
(3) 醋酸与氢氧化钙发生中和反应，生成醋酸钙和水，化学方程式为：$\ce{2CH_{3}COOH + Ca(OH)_{2}=(CH_{3}COO)_{2}Ca + 2H_{2}O}$；
(4) 石灰乳主要成分为$\ce{Ca(OH)_{2}}$，纯碱为$\ce{Na_{2}CO_{3}}$，二者会反应：$\ce{Ca(OH)_{2} + Na_{2}CO_{3}=CaCO_{3}↓ + 2NaOH}$，混合后消耗了调红的有效成分，故不能混合施用；
(5) 步骤Ⅰ中，$\ce{Fe_{2}O_{3}}$与稀硫酸反应生成硫酸铁和水，化学方程式为$\ce{Fe_{2}O_{3} + 3H_{2}SO_{4}=Fe_{2}(SO_{4})_{3} + 3H_{2}O}$；步骤Ⅱ中，滤液a含$\ce{Fe_{2}(SO_{4})_{3}}$和过量$\ce{H_{2}SO_{4}}$，需加入过量铝粉，铝与$\ce{Fe_{2}(SO_{4})_{3}}$反应使溶液黄色褪去，与过量$\ce{H_{2}SO_{4}}$反应产生气泡，故填铝粉、溶液由黄色变为无色、产生气泡。
【答案】
(1) 易溶
(2) 氢氧化铝（或$\ce{Al(OH)_{3}}$）
(3) $\ce{2CH_{3}COOH + Ca(OH)_{2}=(CH_{3}COO)_{2}Ca + 2H_{2}O}$
(4) 石灰乳主要成分是氢氧化钙，氢氧化钙和碳酸钠反应会产生碳酸钙沉淀和氢氧化钠
(5) $\ce{Fe_{2}O_{3} + 3H_{2}SO_{4}=Fe_{2}(SO_{4})_{3} + 3H_{2}O}$；铝粉；溶液由黄色变为无色；产生气泡
【知识点】
酸的化学性质、碱的化学性质、盐的化学性质
【点评】
本题以跨学科实践为背景，结合绣球花变色探究，考查酸碱盐的反应规律、化学方程式书写及实验分析，注重知识的应用与迁移，能较好考查学生的综合分析能力。
【难度系数】
0.6
