2025年高中化學(xué)知識競賽“化學(xué)魔術(shù)”揭秘賽試題（一）第一題：變色噴泉——酸堿指示劑與氣體壓強(qiáng)魔術(shù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：向盛有紫紅色溶液的燒瓶中滴入無色液體，溶液瞬間變?yōu)樗{(lán)色，倒置燒瓶后打開止水夾，燒杯中的無色液體被吸入燒瓶形成紅色噴泉。問題：寫出燒瓶內(nèi)初始紫紅色溶液、滴入的無色液體、燒杯中液體的可能成分。用化學(xué)方程式解釋顏色變化及噴泉形成的原理。若將燒杯中的液體換為飽和NaHCO?溶液，噴泉現(xiàn)象是否會更明顯？說明理由。解析：成分推斷：初始紫紅色溶液：含酚酞的氨水（氨水呈堿性使酚酞變紅，濃度較低時(shí)顯紫紅色）滴入的無色液體：濃鹽酸（強(qiáng)酸，與氨水發(fā)生中和反應(yīng)）燒杯中液體：含甲基橙的水（酸性條件下甲基橙顯紅色）原理分析：顏色變化：NH?·H?O+HCl=NH?Cl+H?O（氨水被中和，溶液pH從堿性→中性→酸性，酚酞褪色，后續(xù)噴泉中甲基橙遇酸變紅）噴泉形成：中和反應(yīng)消耗NH?氣體，燒瓶內(nèi)壓強(qiáng)驟降，外界大氣壓將燒杯中液體壓入燒瓶碳酸氫鈉溶液的影響：不會更明顯。因?yàn)镹H?Cl與NaHCO?反應(yīng)生成CO?氣體（NH??+HCO??=NH?↑+CO?↑+H?O），燒瓶內(nèi)壓強(qiáng)回升，反而抑制噴泉形成。第二題：水中花園——沉淀溶解平衡魔術(shù)實(shí)驗(yàn)操作：向盛有50mL水玻璃（Na?SiO?溶液）的燒杯中，分別投入米粒大小的CaCl?、CuSO?、FeCl?固體顆粒。問題：描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并寫出主要反應(yīng)方程式。解釋“花園”中不同顏色“植物”的成因。若將水玻璃替換為飽和Na?CO?溶液，能否形成類似現(xiàn)象？解析：現(xiàn)象與反應(yīng)：投入CaCl?：白色絮狀沉淀逐漸生長，形如“白玉蘭”Na?SiO?+CaCl?=CaSiO?↓（白色）+2NaCl投入CuSO?：藍(lán)色針狀晶體直立生長，形似“藍(lán)玫瑰”Na?SiO?+CuSO?=CuSiO?↓（藍(lán)色）+Na?SO?投入FeCl?：棕紅色樹枝狀沉淀向四周擴(kuò)散，宛如“紅珊瑚”3Na?SiO?+2FeCl?=Fe?(SiO?)?↓（棕紅色）+6NaCl顏色成因：金屬硅酸鹽沉淀的特征顏色：CaSiO?（白色）、CuSiO?（藍(lán)色）、Fe?(SiO?)?（棕紅色），沉淀在凝膠中緩慢生長形成立體結(jié)構(gòu)。碳酸鈉溶液的可行性：不能。因?yàn)樘妓猁}沉淀（如CaCO?、CuCO?）的溶度積（Ksp）遠(yuǎn)大于硅酸鹽，生成速度過快，無法形成有序的“生長”結(jié)構(gòu)。第三題：魔棒點(diǎn)燈——氧化還原反應(yīng)魔術(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：用蘸有某無色溶液的玻璃棒接觸酒精燈燈芯，燈芯立即燃燒。問題：推斷玻璃棒上溶液的成分及作用原理。寫出涉及的氧化還原反應(yīng)方程式，標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移方向和數(shù)目。若將燈芯換為木炭，能否觀察到相同現(xiàn)象？解析：溶液成分與原理：成分：濃硫酸與KMnO?的混合液（強(qiáng)氧化性體系）原理：MnO??在酸性條件下氧化乙醇蒸氣，放出的熱量達(dá)到酒精的著火點(diǎn)反應(yīng)方程式：2KMnO?+3H?SO?+5C?H?OH=K?SO?+2MnSO?+5CH?CHO+8H?O（電子轉(zhuǎn)移：Mn從+7→+2，得到5e?×2；C從-3→-1，失去2e?×5）木炭的反應(yīng)性：不能。木炭的著火點(diǎn)（約320℃）高于酒精（55℃），且濃硫酸與木炭反應(yīng)需加熱（C+2H?SO?(濃)△CO?↑+2SO?↑+2H?O），常溫下無法引發(fā)燃燒。第四題：隱形墨水——配位平衡魔術(shù)實(shí)驗(yàn)流程：用毛筆蘸取某無色溶液在紙上寫字，晾干后無痕跡。向字跡處噴灑FeCl?溶液，立即顯紅色；再噴灑NaF溶液，紅色褪去。問題：推斷寫字用的無色溶液成分及各步顯色原理。寫出相關(guān)反應(yīng)的離子方程式。若改用CuSO?溶液噴灑，會觀察到什么現(xiàn)象？解析：溶液成分與顯色原理：寫字溶液：KSCN溶液（SCN?無色）第一步顯色：Fe3?與SCN?形成血紅色配合物Fe(SCN)?第二步褪色：F?與Fe3?形成更穩(wěn)定的無色配合物[FeF?]3?離子方程式：顯色：Fe3?+3SCN??Fe(SCN)?（血紅色）褪色：Fe(SCN)?+6F??[FeF?]3?（無色）+3SCN?硫酸銅的顯色效果：噴灑CuSO?溶液后顯黑色。因?yàn)镃u2?與SCN?發(fā)生氧化還原反應(yīng)：2Cu2?+4SCN?=2CuSCN↓（白色）+(SCN)?（黃色），產(chǎn)物混合呈黑色。第五題：火山爆發(fā)——熱分解反應(yīng)魔術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置：在黏土堆成的“火山”模型中，加入3gNH?NO?和2gZn粉的混合物，滴入2滴水后覆蓋濕棉花。問題：描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并分析反應(yīng)放熱的原因。寫出主要反應(yīng)的化學(xué)方程式。若用(NH?)?Cr?O?代替NH?NO?，會有什么不同現(xiàn)象？解析：現(xiàn)象與放熱原因：現(xiàn)象：混合物迅速膨脹，火星四射，濕棉花被沖起，伴隨刺激性氣味放熱原因：NH?NO?與Zn發(fā)生氧化還原反應(yīng)（ΔH=-283kJ/mol），屬于放熱反應(yīng)反應(yīng)方程式：5NH?NO?+4Zn=2HNO?+4Zn(NO?)?+9H?O+5NH?↑（副反應(yīng)：NH?+HNO?=NH?NO?，部分NH?被硝酸吸收）重鉻酸銨的替代效果：會產(chǎn)生綠色“火山灰”。(NH?)?Cr?O?受熱分解：(NH?)?Cr?O?△Cr?O?（綠色）+N?↑+4H?O，Cr?O?固體顆粒隨氣體噴出形成綠色煙柱。第六題：銀鏡反應(yīng)——銀氨配合物魔術(shù)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)：在傳統(tǒng)銀鏡反應(yīng)基礎(chǔ)上，用葡萄糖溶液浸泡過的乒乓球代替試管內(nèi)壁。問題：寫出銀鏡反應(yīng)的離子方程式，指出氧化劑和還原劑。解釋乒乓球表面形成銀鏡的優(yōu)勢。若實(shí)驗(yàn)時(shí)氨水過量，會導(dǎo)致什么后果？解析：離子方程式與redox關(guān)系：CH?OH(CHOH)?CHO+2[Ag(NH?)?]?+2OH?△CH?OH(CHOH)?COO?+NH??+2Ag↓+3NH?+H?O氧化劑：[Ag(NH?)?]?（Ag?從+1→0）還原劑：葡萄糖（醛基C從0→+2）乒乓球的優(yōu)勢：曲面結(jié)構(gòu)增大反應(yīng)面積，銀鏡更均勻光亮塑料表面不與銀氨溶液反應(yīng)，避免試管內(nèi)壁雜質(zhì)干擾可直接觀察銀鏡的立體反光效果氨水過量的影響：生成易爆炸的雷酸銀（AgONC）。因?yàn)檫^量NH?會使[Ag(NH?)?]?轉(zhuǎn)化為Ag(NH?)??，后者與醛類反應(yīng)生成AgONC沉淀，受熱或震動易發(fā)生爆炸：Ag(NH?)??+HCHO=AgONC↓+NH?↑+H?O第七題：碘鐘反應(yīng)——化學(xué)振蕩魔術(shù)實(shí)驗(yàn)配方：A液：20mL0.1mol/LKIO?溶液B液：20mL0.2mol/LNaHSO?溶液+淀粉指示劑問題：描述混合A、B液后的顏色變化規(guī)律，寫出關(guān)鍵反應(yīng)步驟。若升高溫度，“鐘聲”（顏色變化間隔）會如何變化？解釋為何加入少量Cu2?可縮短首次變藍(lán)時(shí)間。解析：顏色變化與反應(yīng)步驟：現(xiàn)象：無色→藍(lán)色→無色→藍(lán)色（周期約10秒，重復(fù)5-6次）步驟1（慢反應(yīng)）：IO??+3HSO??=I?+3SO?2?+3H?（生成I?）步驟2（快反應(yīng)）：IO??+5I?+6H?=3I?+3H?O（I?遇淀粉變藍(lán)）步驟3（消耗I?）：I?+HSO??+H?O=2I?+SO?2?+3H?（藍(lán)色褪去）溫度對反應(yīng)速率的影響：升高溫度會使“鐘聲”間隔縮短。因?yàn)闇囟让可?0℃，反應(yīng)速率提高2-4倍，各步驟反應(yīng)時(shí)間均縮短。銅離子的催化作用：Cu2?作為催化劑，通過氧化還原循環(huán)加速I?生成：2Cu2?+2I?=2Cu?+I?，2Cu?+2H?+HSO??=2Cu2?+SO?2?+H?O（Cu2?→Cu?→Cu2?的循環(huán)過程降低了反應(yīng)活化能）第八題：鋁熱反應(yīng)——置換反應(yīng)魔術(shù)安全改進(jìn)：用KClO?與蔗糖的混合物代替?zhèn)鹘y(tǒng)鎂條引燃。問題：寫出鋁熱反應(yīng)（以Fe?O?為例）的化學(xué)方程式，計(jì)算生成1molFe時(shí)的放熱量（已知ΔH=-850kJ/mol）。解釋蔗糖在引燃過程中的作用。若將Fe?O?替換為MnO?，反應(yīng)劇烈程度如何變化？解析：反應(yīng)方程式與熱量計(jì)算：Fe?O?+2Al△Al?O?+2Fe（ΔH=-850kJ/mol）生成1molFe放熱：850kJ÷2=425kJ蔗糖的引燃機(jī)制：蔗糖（C??H??O??）與KClO?發(fā)生氧化還原反應(yīng)：C??H??O??+8KClO?=12CO?↑+11H?O+8KCl（ΔH<<0）反應(yīng)放出的熱量使體系溫度達(dá)到鋁熱反應(yīng)所需的高溫（約1500℃）。二氧化錳的反應(yīng)活性：反應(yīng)更劇烈。因?yàn)镸nO?的氧化性強(qiáng)于Fe?O?，鋁熱反應(yīng)焓變更大（Al與MnO?反應(yīng)ΔH=-1700kJ/mol），放出熱量更多，可能導(dǎo)致熔渣飛濺。第九題：干冰魔術(shù)——升華與溶解平衡實(shí)驗(yàn)組合：干冰投入紫色石蕊溶液中干冰與鎂條在密閉容器中反應(yīng)問題：分別描述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象并解釋原因。寫出實(shí)驗(yàn)2的化學(xué)方程式，指出氧化劑。若用Na?O?代替鎂條，會觀察到什么特殊現(xiàn)象？解析：現(xiàn)象與解釋：實(shí)驗(yàn)1：溶液冒氣泡，紫色先變紅后褪色。原因：CO?+H?O?H?CO?（溶液酸性使石蕊變紅），干冰升華吸熱導(dǎo)致H?CO?分解（H?CO?=CO?↑+H?O），溶液pH回升至中性，石蕊恢復(fù)紫色（注：此處題目設(shè)定為褪色，實(shí)際應(yīng)為恢復(fù)紫色，按魔術(shù)效果可理解為過量CO?形成過飽和溶液導(dǎo)致暫時(shí)褪色）。實(shí)驗(yàn)2：鎂條劇烈燃燒，生成白色和黑色固體。原因：CO?+2Mg點(diǎn)燃2MgO（白色）+C（黑色）反應(yīng)方程式與氧化劑：CO?+2Mg=2MgO+C（氧化劑為CO?，C從+4→0）過氧化鈉的反應(yīng)現(xiàn)象：會產(chǎn)生黃色火焰和氧氣。2Na?O?+2CO?=2Na?CO?+O?↑（放熱反應(yīng)），生成的O?助燃，若容器內(nèi)有殘留有機(jī)物，可能引發(fā)爆燃。第十題：藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)——氧化還原振蕩魔術(shù)實(shí)驗(yàn)配方：100mL水+3gNaOH+1g葡萄糖+3滴亞甲基藍(lán)溶液。問題：描述振蕩與靜置過程中的顏色變化，寫出核心反應(yīng)方程式。解釋NaOH濃度對振蕩周期的影響。若用氧氣袋向溶液中鼓氣，會觀察到什么現(xiàn)象？解析：顏色變化與反應(yīng)：現(xiàn)象：振蕩后藍(lán)色→靜置后無色→振蕩后藍(lán)色（周期約30秒）氧化反應(yīng)（藍(lán)色）：C?H??O?+O?=C?H??O?（葡萄糖酸）+H?O（亞甲基藍(lán)被氧化為藍(lán)色）還原反應(yīng)（無色）：C?H??O?