某化学课外小组的同学，在实验室实验时发现一瓶标签破损的无色溶-优题课

大自然的鬼斧神工造就出千沟万壑、千瀑万洞的“喀斯特地貌”，贵州双河溶洞是全球白云岩喀斯特典型的范例，某小组同学开展了研究性学习。

任务一：调查溶洞概况

小组同学通过实地勘察，绘制部分洞穴剖面图如图1。

（1）溶洞岩石以白云岩为主，其中的 $CaC O_{3}$ 、 ${MgCO}_{3}$ 两种化合物的类别属于＿＿＿＿＿（选填“酸”“碱”或“盐”）。

（2）岩石裂缝渗水以及洞内地下水对白云岩不断侵蚀，形成千姿百态的溶洞地貌。测得A处渗水的 $pH < 7$ ，显＿＿＿＿＿性。

任务二：探究白云岩溶蚀与钟乳石的形成

【资料显示】当 ${CaCO}_{3}$ 遇到溶有 ${CO}_{2}$ 的水时，会生成溶解性较大的 $Ca {({HCO}_{3})}_{2}$ ，发生反应① ${CaCO}_{3} + {CO}_{2} + H_{2} O = Ca {({HCO}_{3})}_{2}$ ；溶有 $Ca {({HCO}_{3})}_{2}$ 的水遇热或压强变小时，就会分解，重新形成 ${CaCO}_{3}$ 沉积下来，发生反应② $Ca {({HCO}_{3})}_{2} = {CaCO}_{3} ↓ + {CO}_{2} ↑ + H_{2} O$ 。

【探究活动1】用 ${CaCO}_{3}$ 模拟白云岩的溶蚀

（1）设计方案制取 ${CaCO}_{3}$

白云岩中除 ${CaCO}_{3}$ 、 ${MgCO}_{3}$ 外，还含有多种成分。小组同学设计两种不同反应原理的方案制取 ${CaCO}_{3}$ 模拟溶蚀过程，完成下表。

序号	试剂	反应原理（化学方程式）
方案一	${CO}_{2}$ 、氢氧化钙固体、蒸馏水	＿＿＿＿＿
方案二	＿＿＿＿＿	＿＿＿＿＿

（2）进行溶蚀模拟实验

实验一：用方案一进行实验，向盛有一定量氢氧化钙固体的烧杯中加入蒸馏水，搅拌，过滤，得到饱和澄清石灰水。取 $15 mL$ 饱和澄清石灰水于烧杯中，通入一定量 ${CO}_{2}$ ，观察到溶液立即变浑浊，继续通入过量 ${CO}_{2}$ ，浑浊液未变澄清。

【表达交流】根据资料显示中的反应①，应观察到浑浊液变澄清，现象与预期不符。经过讨论、分析，为达到实验目的，改进实验如下。

实验二：另取 $15 mL$ 饱和澄清石灰水于烧杯中，加入 $35 mL$ 蒸馏水，搅拌，通入一定量 ${CO}_{2}$ ，溶液逐渐变浑浊，继续通入过量 ${CO}_{2}$ ，浑浊液变澄清。

【分析与解释】改进后现象与预期相符。加入 $35 mL$ 蒸馏水的作用是＿＿＿＿＿，浑浊液变澄清的原因是＿＿＿＿＿。

小组同学用其它的方法，证明了白云岩中的 ${MgCO}_{3}$ 也能在酸性条件下发生溶蚀。

【探究活动2】模拟钟乳石的形成

取实验二反应后的溶液，静置，放于低压环境，一段时间以后发现澄清溶液中出现浑浊现象，实验成功。

【迁移应用】图1中，滴水从B处下落的过程中，产生 ${CO}_{2}$ 的原因可能是＿＿＿＿＿。

任务三：模拟洞内地下水对白云岩的溶蚀

洞内地下水中富含钙离子、锶离子、硫酸根离子等，小组同学用四种盐溶液进行地下水对白云岩的溶蚀实验，测得白云岩溶蚀率（溶蚀率：白云岩减少的质量与白云岩总质量的比值。）随时间变化的关系如图2。下列说法正确的是＿＿＿＿＿（填字母序号）。

A．	白云岩的溶蚀率随时间的增加而增大
B．	锶离子含量越多，越能促进白云岩的溶蚀
C．	混合溶液会增大白云岩的溶蚀率
D．	白云岩的溶蚀受钙离子、锶离子的影响

【项目总结】沉积物是“时间胶囊”，可反映出它们形成时的地质环境，极具科研价值。

贵州蕴藏丰富的铝、锰、锌、铁、铜等矿产资源。合理开采、充分利用这些矿产资源，可实现“富矿精开”。

Ⅰ．精准识矿

（1）金属的性质与存在形式。

①铝具有很好的抗腐蚀性，因为铝在空气中能与氧气反应形成一层致密的氧化铝薄膜，反应的化学方程式为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

②分别在放有锰片、铜片的试管中加入稀硫酸，锰片表面有气泡产生，铜片表面无明显变化。由此可知金属活动性：锰＿＿＿＿＿（选填“强”或“弱”）于铜。

③在放有锌片的试管中加入硫酸铜溶液，观察到的现象是＿＿＿＿＿。

多数金属的化学性质比较活泼，它们主要以化合物的形式存在于自然界。如菱锌矿（ ${ZnCO}_{3}$ ）、铝土矿（ ${Al}_{2} O_{3}$ ）、菱锰矿（ ${MnCO}_{3}$ ）等。

Ⅱ．精深用矿

（2）工业上用赤铁矿 ${Fe}_{2} O_{3}$ 炼铁， $CO$ 与 ${Fe}_{2} O_{3}$ 反应的化学方程式为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。炼铁时，加入菱锰矿可制得冶炼锰钢的材料。锰钢用作高铁的钢轨，利用了锰钢的＿＿＿＿＿性能。

（3）用某菱锰矿为原料制备高附加值新型电池材料 ${Mn}_{3} O_{4}$ 的流程如图1。

已知：菱锰矿中除 ${MnCO}_{3}$ 外，还有 ${SiO}_{2}$ ； ${MnCO}_{3}$ 能与稀硫酸发生复分解反应， ${SiO}_{2}$ 不溶于水也不与稀硫酸反应；氨水呈碱性。

①过滤器中得到的滤渣是＿＿＿＿＿。

②反应器中， ${MnSO}_{4}$ 溶液与 $O_{2}$ 反应可生成锰的氧化物，如 ${MnO}_{2}$ 、 ${Mn}_{2} O_{3}$ 、 ${Mn}_{3} O_{4}$ 。发生的反应之一是 $6 {MnSO}_{4} + 6 H_{2} O + O_{2} = 2 {Mn}_{3} O_{4} ↓ + 6 X$ ， $X$ 的化学式是＿＿＿＿＿。

③ $70 ℃$ 时，在反应器中保持通入的 $O_{2}$ 和 ${MnSO}_{4}$ 溶液的质量不变，只改变 ${MnSO}_{4}$ 溶液的溶质质量分数，测得生成含锰元素的固体中锰元素的质量分数与 ${MnSO}_{4}$ 溶液的溶质质量分数之间的关系如图2。由图可知，当 ${MnSO}_{4}$ 溶液的溶质质量分数为 $5.1 %$ 时，可获得高纯度的 ${Mn}_{3} O_{4}$ ，当 ${MnSO}_{4}$ 溶液的溶质质量分数为其它数值时， ${Mn}_{3} O_{4}$ 纯度降低，原因可能是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

燃烧是常见的化学变化。科学利用和控制燃烧为人类服务，可推动社会的可持续发展。

（1）蜡烛燃烧

用燃着的火柴将图1中相同大小的两支蜡烛点燃。

①用火柴引燃蜡烛，为蜡烛燃烧提供的条件是＿＿＿＿＿。

②乙的烛芯比甲长，导致燃烧时更旺，原因是＿＿＿＿＿。

③围绕甲、乙两支蜡烛的燃烧，你还想探究的问题是＿＿＿＿＿。

（2）氢气燃烧

高压2024年5月3日，搭载嫦娥六号探测器的长征五号遥八运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射。该火箭的发动机使用液氧液氢作为推进剂，火箭发动机运行简示图如图2。

①火箭升空时，燃烧室里反应的化学方程式为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

②液体火箭发动机的优点是可以通过调控发动机内阀门来燃烧室调控动力。火箭运行过程中，为增大动力，应进行的操作是＿＿＿＿＿。

登山运动员登山时常用氢化钙作为供氢剂，用来提供能源。某兴趣小组同学对放置了一段时间的氢化钙取样进行探究。

【查阅资料】氢化钙（ $C a H_{2}$ ）是一种固态储氢物质，它遇水剧烈反应释放出氢气，反应的化学方程式为 $C a H_{2} + 2 H_{2} O = C a {(O H)}_{2} + 2 H_{2} ↑$ 。

【提出问题】该氢化钙样品与水反应是否还能生成氢气？

【实验1】小组同学用适量氢化钙样品和水进行实验。

（1）如图所示是小组同学设计的两个实验装置，为便于控制反应速率，最好选用装置_____（选填“A”或“B”）。

（2）连接好装置后，加入药品前，应进行的操作是_____。

（3）向装置中加入药品并开始实验。锥形瓶中快速产生气泡；将导管插入肥皂水中，吹出肥皂泡，用燃着的木条靠近上升到空中的肥皂泡，肥皂泡被点燃。“肥皂泡被点燃”是因为氢气具有_____性。

【得出结论】该氢化钙样品与水反应还能生成氢气。

【提出新问题】实验1中不再产生气泡后，锥形瓶中有较多白色浑浊物。白色浑浊物是什么？

【分析讨论】氢化钙与水反应生成了氢氧化钙，氢氧化钙微溶于水，白色浑浊物中一定含有氢氧化钙：氢化钙在保存过程中可能变质生成碳酸钙，故白色浑浊物中还可能含有碳酸钙。

【实验2】按图1所示，将白色浑浊物装入锥形瓶中，用注射器注入适量稀盐酸，并利用二氧化碳传感器测得锥形瓶中二氧化碳的体积分数随时间的变化如图2所示。

（4）实验2中锥形瓶内发生反应的化学方程式为_____（写一个即可）。

（5）图2中说明有二氧化碳生成的依据是_____。

【得出结论】白色浑浊物中含有氢氧化钙和碳酸钙，同时说明氢化钙样品有少量变质。

【反思拓展】

（6）保存氢化钙的一条建议是_____。

（7）氢能有很多优点，如_____（写一条即可）。我们共同努力，助力我国早日进入“氢能经济”时代。

某学习小组用不同浓度的溶液浇灌植物，研究重金属对植物生长的影响。

（1）该小组首先研究了 $C u S O_{4}$ 的影响。每次施用的浇灌液均为 $100 m L$ ，配液方案如下：

（本研究所用溶液很稀，密度均近似看作 $1 g / c m^{3}$ ）

编号	浇灌液中CuSO4的浓度	总体积/mL	5％CuSO4溶液的用量/mL	水的用量/mL
盆1	5%	100	100	0
盆2	3%	100	60	40
盆3	1%	100	a	b
盆4	w	100	c	d

①补充盆3的配液数据：a＝______，b＝______。

②为了获得严谨的结论，合理设计盆4的配液方案：w＝______，d＝______。

（2）该小组还研究了 $B a C l_{2}$ 的影响。研究结束后该小组将未用完的 $B a C l_{2}$ 溶液和 $C u S O_{4}$ 溶液直接混合，准备作无害化处理。

①混合后产生大量白色沉淀，反应的化学方程式为______。

②过滤，所得蓝色滤液中含有的溶质可能是：

假设一：只有 $C u C l_{2}$ 假设二： $C u C l_{2}$ 和 $B a C l_{2}$ 假设三：______。

③设计实验确定蓝色滤液的成分，完成下表：

实验操作	现象与结论
取少量滤液于试管中，______。	______说明假设二不成立。
______。	______，说明假设三成立。