高考化学备考优生百日闯关系列专题12综合探究性实验含解析1

高考化学备考优生百日闯关系列专题12综合探究性实验含解析1

专题 12 综合探究性实验 1．【2016 年北京卷】以 Na2SO3 溶液和不同金属的硫酸盐溶液作为实验对象，探究盐的性质和盐 溶液间反应的多样性。 实验 试剂 现象 滴管 试管 2 mL 0.2 mol·L−1 Na2SO3 溶液 饱和 Ag2SO4 溶液 Ⅰ.产生白色沉淀 0.2 mol·L−1 CuSO4 Ⅱ.溶液变绿，继续滴加 产生棕黄色沉淀 0.1 mol·L−1 Al2（SO4）3 溶液 Ⅲ.开始无明显变化，继 续滴加产生白色沉淀 （1）经检验，现象Ⅰ中的白色沉淀是 Ag2SO3。用离子方程式解释现象Ⅰ：____________。 （2）经检验，现象Ⅱ的棕黄色沉淀中不含 SO4 2−，含有 Cu+、Cu2+和 SO3 2−。 已知：Cu+ 稀硫酸 Cu +Cu2+，Cu2+ I   CuI↓（白色）+I2。 ①用稀硫酸证实沉淀中含有 Cu+的实验现象是_____________。 ②通过下列实验证实，沉淀中含有 Cu2+和 SO3 2−。 a.白色沉淀 A 是 BaSO4，试剂 1 是____________。 b.证实沉淀中含有 Cu+和 SO3 2−的理由是___________。 （3）已知：Al2（SO3）3 在水溶液中不存在。经检验，现象Ⅲ的白色沉淀中无 SO4 2−，该白色 沉淀既能溶于强酸，又能溶于强碱，还可使酸性 KMnO4 溶液褪色。 ①推测沉淀中含有亚硫酸根和________。 ②对于沉淀中亚硫酸根的存在形式提出两种假设： i.被 Al（OH）3 所吸附； ii.存在于铝的碱式盐中。 对假设 ii 设计了对比实验，证实了假设 ii 成立。 a.将对比实验方案补充完整。 步骤二：_____________（按上图形式呈现）。 （4）根据实验，亚硫酸盐的性质有___________。盐溶液间反应的多样性与__________有 关。 【答案】（1）2Ag＋+SO3 2—＝Ag2SO4↓。（2）①加入稀硫酸后，有红色固体生成；②a. HCl 和 BaCl2 溶液。 b.在 I-的作用下，Cu2+转化为白色沉淀 CuI，SO3 2-转化为 SO4 2-。 （3）①Al3+、OH-。 ②a、 ，b、V1 明显大于 V2。 （4）还原性、水解溶液显碱性；两种盐溶液中阴阳离子的性质和反应条件。 考点：考查化学实验方案的分析、评价和设计等 2．【2016 年四川卷】CuCl 广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解 CuCl2·2H2O 制备 CuCl，并进行相关探究。 【资料查阅】 【实验探究】该小组用下图所示装置进行实验（夹持仪器略）。 请回答下列问题： （1）仪器 X 的名称是__________。 （2）实验操作的先后顺序是 a→______→c（填操作的编号） a．检查装置的气密性后加入药品 b．熄灭酒精灯，冷却 c．在“气体入口”处干燥 HCl d．点燃酒精灯，加热 e．停止通入 HCl，然后通入 N2 （3）在实验过程中，观察到 B 中物质由白色变为蓝色，C 中试纸的颜色变化是_______。 （4）装置 D 中发生的氧化还原反应的离子方程式是________________。 （5）反应结束后，取出 CuCl 产品进行实验，发现其中含有少量的 CuCl2 或 CuO 杂质，根 据资料信息分析：①若杂质是 CuCl2，则产生的原因是________________。 ②若杂质是 CuO，则产生的原因是________________。 【答案】（1）干燥管（2）c d b（3）先变红，后褪色（4）Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O （5）①加热时间不足或温度偏低②通入 HCl 的量不足 考点：考查化学实验探究，化学实验方案的分析、评价，元素及化合物知识。 易错点一、物质制备实验方案设计：物质制备实验方案的设计的一般思路是： 易错点二、物质的性质实验设计此类题主要是对物质具有的性质进行求证，其方案设计的 基本思路是： 对物质具备的性质去求证，关键在于设计出简捷的实验方案，做到操作简单，现象明显， 而且安全性好。 易错点三、物质检验实验方案的设计 物质检验实验方案的设计基本思路：利用物理性质（如颜色、状态、气味、密度等）或化 实验目的 实验原理 实验用品选择 根据信息结合产物 的性质设计方案 方案一 方案二 方案三 结合实验方案设计的基 本原则，选择最优方案 具体方案设计 分析物质的结构或所属 类型典型代表物的性质 物质可能具有 的一系列性质 设计出合理 的实验方案 推测 学性质进行物质检验，使被检物质与加入的试剂作用，转变为某种已知物质，或产生某种 特殊现象（生成气体、沉淀、显现特殊颜色等），从而确定该物质的存在。 易错点四、综合性实验方案的设计 综合性实验方案的设计，主要以教材内容为主考查学生的基本操作、基本技能或考查学生 对典型实验有关而又易忽略和重要细节的掌握情况。解答此类题必须依据反应原理、基本 实验操作和亲自动手实验的经验来解答。 1、考查化学实验基础知识、元素及化合物及相关理论知识，还涉及对探究方法的考查。 2、将化学基本理论、探究性实验、定性与定量实验放在一起综合考查学生分析问题、解 决问题的能力。 3、结合题目给定的信息，对知识进行迁移应用，解决相关问题。 一、实验方案设计的注意事项 1、实验操作顺序：装置选择与连接→气密性检查→加固体药品→加液体药品→开始实验(按 程序)→拆卸仪器→其他处理等。 2、加热操作先后顺序的选择：若气体制备实验需加热，应先加热气体发生装置，产生气体 排出装置中的空气后，再给实验中需要加热的物质加热。目的是：①防止爆炸(如氢气还原 氧化铜)；②保证产品纯度，阻止反应物或生成物与空气中的物质反应。熄灭酒精灯的顺序 则相反。 3、实验中试剂或产物防止变质或损失 （1）实验中反应物或产物若易吸水、潮解、水解等，要采取措施防止吸水。 （2）易挥发的液体产物要及时冷却。 （3）易挥发的液体反应物，需在反应装置中加装冷凝回流装置(如长导管、竖直的干燥管、 冷凝管等)。 （4）注意防止倒吸的问题。 4、仪器药品的准确描述 （1）实验中所用试剂名称，如无水硫酸铜(CuSO4)，硫酸铜溶液，酸性高锰酸钾溶液；澄 清石灰水；饱和碳酸氢钠溶液等。 （2）仪器名称：如坩埚、研钵、100 mL 容量瓶。 5、会画简单的实验装置图：考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图，可用“示意 装置图”表示。一般能画出简单的装置图即可，但要符合要求，例如形状、比例等。 6、实验装置的改进如为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出，用橡皮管连接成连通装置； 为防止气体从长颈漏斗中逸出，可在发生装置中的漏斗末端套一支小试管等。 二、化学实验方案的评价 对几个实验方案进行评价，主要从正确与错误、严密与不严密、准确与不准确、可行与不 可行等方面作出判断。另外有无干扰、是否经济、是否安全、有无污染等也是要考虑的。 1、可行性方面 （1）分析实验方案是否科学可行； （2）实验操作是否安全合理； （3）实验步骤是否简单方便； （4）实验效果是否明显。 2、绿色化学方面 （1）实验过程中是否造成环境污染； （2）原料是否无毒、安全、易得； （3）原料利用率及反应速率是否较高； （4）反应速率是否较快。 3、从安全性方面对实验方案做出评价：化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下： （1）净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸； （2）进行某些易燃易爆实验时要防爆炸(如 H2 还原 CuO 应先通 H2，气体点燃前先验纯等)； （3）防氧化(如 H2 还原 CuO 后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中进行等)； （4）污染性的气体要进行尾气处理；有粉末状物质参加的反应，要注意防止导气管堵塞； （5）防吸水(如实验取用、制取易吸水、潮解、水解的物质时宜采取必要措施，以保证达 到实验目的)。 4、从规范性方面 （1）冷凝回流(有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应 装置上加装冷凝回流装置，如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等)； （2）易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却； （3）仪器拆卸与组装顺序相反，按照从右向左，从高到低的顺序； （4）其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。 5、最佳方案的选择：几个实验方案都能达到目的，选出一个最佳方案。所谓最佳，就是装 置最简单，药品容易取得、价格低廉，现象明显，干扰小，无污染。 归纳为： 弄清探究类实 验题的模式 提出问题→进行假设或猜想→设计实验→验证假设→得出结论→反思与拓 展 找出实验探究 的目的 通过化学反应的原理猜测可能生成哪些物质，对这些物质逐一进行检验来 确定反应产物：（1）在探究过程中往往可以利用对比实验，即设置几组平 行实验来进行对照和比较，从而研究和揭示某种规律，解释某种现象形成 的原因或证明某种反应机理。（2）无机物、有机物性质的探究，必须牢牢 掌握元素化合物及典型有机反应的基础上大胆猜测，细心论证。 结合题目所给 信息，回答问 题 加工、分析题给信息（包括隐含信息），搞清实验目的，在分析问题的基础 上，有针对地提出尽可能多的合理假设，在假设的基础上，合理应用知识 与技能制定探究方案、开展探究并进行观察和记录，最终得到结论。 1．甲乙两同学分別对含+4 价硫元素的物质性质进行了探究。 （1）甲用下图装置进行实验（气密性已检验，加热和夹持装置己略去）。实验进行一段时 间后，C、D 中都出现明显的白色沉淀，经检验均为 BaSO4 ①A 中反应的化学方程式是______________________。 ②为探究 SO2 在 D 中所发生反应，甲进一步实验发现，出现白色沉淀的过程中，D 溶液中 NO3 -浓度几乎不变。甲据此得出结论：D 中出现白色沉淀的主要原因是____________________。 （2）乙用如下实验对含+4 价硫元素的物质性质进行探究。 序号 实验操作 实验现象 1 取 0.3g 纯净 Na2SO3 固体，向其中加入 10mL 2mol/L 盐酸，再滴入 4 滴 BaCl2 溶液 产生无色气泡；滴入 BaCl2 溶液后，开始无现 象，4min 后，溶液变浑浊 2 取 0.3g 纯净 Na2SO3 固体，向其中加入 10mL 2mol/L HNO3，再滴入 4 滴 BaCl2 溶液 产生无色气泡；滴入 BaCl2 溶液后，开始无现 象，2h 后，溶液变浑浊 3 取 0.3g 纯净 Na2SO3 固体，向其中加入 10mL 浓 HNO3， 再滴入 4 滴 BaCl2 溶液 产生红棕色气体；滴入 BaCl2 溶液后，溶液立 即产生大重白色沉淀 ①用离子方程式解释实验 1 中产生现象的原因：____________________。 ②由实验 1、2、3 对比，可以得到推论：____________________。 ③乙通过查阅资料发现，Na+对实验 1 和 2 中出现浑浊的时间无影响，于是进一步探究 Cl- 和 NO3 -对其的影响： 序号 实验操作 实验现象 4 取_______固体混合物，向其中加入 10mL 2mol/L HNO3，再滴入 4 滴 BaCl2 溶液 产生无色气泡；滴入 BaCl2 溶液后，开始无现 象，20min 后，溶液变浑浊 i.实验 2 和 4 对比，乙获得推论：Cl-的存在可以加快溶液中+4 价硫元素的氧化； ii 实验 1 和 4 对比，乙获得推论：_____________________。 ④通过以上实验，乙同学认为，确定某溶液中含有 SO4 2-的实验方案：取待测液，向其中先 滴加_________（填字母序号） a. 2mol/L 盐酸，再滴加 BaCl2 溶液，一段时间后出现白色沉淀 b. 2mol/L 盐酸，再滴加 BaCl2 溶液，立即出现白色沉淀 c. 2mol/L 硝酸，再滴加 BaCl2 溶液，一段时间后出现白色沉淀 d. 2mol/L 硝酸，再滴加 BaCl2 溶液，立即出现白色沉淀 【答案】Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+ SO2↑+2H2O (条件是加热）酸性条件下，含+4 价硫元素物质 (SO2 或 H2SO3)被 O2 氧化生成 SO4 2-2H++SO3 2-=SO2+H2O； SO2+O2+2Ba2++2H2O=2BaSO4↓+4H+含+4 价 硫元素物质可被 O2 和浓 HNO3 氧化 0.3g 纯净 Na2SO3 和 1.17gNaClNO3 -的存在可以减缓溶液 中+4 价硫元素的氧化 bd 2．氯化亚铜（CuCl）在有机合成工业中常作催化剂。它是一种白色固体，微溶于水，易被空气 中的氧气氧化。某研究性学习小组先在 HCl 气流中微热分解 CuCl2·2H2O 制无水 CuCl2，再加热 制备 CuCl，并用下图所示装置进行相关实验探究（夹持仪器略）。 请回答下列问题： （1）仪器 X 的名称是_________，装置连接顺序是 接_____、_____接_____、_____接 f。 （2）实验操作的先后顺序是①→_____→_____→_____→⑤（填操作的编号）。 ①检查装置的气密性后加入药品 ②熄灭酒精灯，冷却 ③在“气体入口” 处通入干燥 HCl ④点燃酒精灯，加热 ⑤停止通入 HCl，然后通入 N2 其中通入 N2 气体的目的是________。 （3）在实验过程中，观察到 B 中物质由白色变为蓝色，A 中上层溶液的颜色变化是______， 下层 CCl4 的作用是①吸收少量 Cl2；②________。 （4）装置 D 中发生的氧化还原反应的离子方程式为________。 （5）反应结束后，取出 CuCl 产品进行实验，发现其中含有少量的 CuO 杂质，则产生的原 因___________。 【答案】干燥管 dcba③④②让氯化亚铜在氮气流中冷却，防止氯化亚铜被氧化先变红，后褪色 防止发生倒吸 Cl2+2OH－=Cl－+ClO－+H2O 通入 HCl 的量不足 点睛：若杂质是 CuCl2，说明 CuCl2 没有反应完全，原因为加热时间不足或温度偏低，答案为: 加热时间不足或温度偏低;②若杂质是氧化铜，说明 CuCl2 水解生成 Cu2(OH)2Cl2，进一步分 解生成 CuO，原因是通入 HCl 的量不足。 3．某同学为了探究钠与 CO2 的反应，利用如图装置进行实验。（已知 PdCl2 能被 CO 还原为黑色 的 Pd） （1）装置②中用稀盐酸与 CaCO3 反应制备 CO2，在加稀盐酸时，发现 CaCO3 与稀盐酸不能接 触，而稀盐酸又不够了，为使反应能顺利进行，可向长颈漏斗中加入的试剂是_______。 A. H2SO4 溶液 B. CCl4 C. 苯 D. 稀硝酸 （2）请将图中各装置按顺序连接（填装置接口字母）：c 接______，______接____，____ 接______，____接____。 （3）装置④的作用是__________。 （4）检查完装置气密性并装好药品后，点燃酒精灯之前应进行的操作是打开弹簧夹，让 CO2 充满整个装置，当观察到_________时再点燃酒精灯。 （5）若反应过程中 CO2 足量，钠与 CO2 充分反应后，生成的固体物质可能有多种情况，该 同学提出以下猜想： ①生成的固体物质为 Na2CO3 ②生成的固体物质为 Ns2CO3 和 C 的混合物 ③生成的固体物质为 Ns2CO3 和 Na2O 的混合物 ④生成的固体物质为 Ns2O 和 C 的混合物 假如反应过程中有下列两种情况： I. 观察到装置⑤PdCl2 溶液中有黑色沉淀，若装置①中固体成分只有一种，且向固体中加 入稀盐酸可产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，写出该情况下钠与 CO2 反应的化学方程式 ____。 II. 装置①中钠的质量为 0.46g，充分反应后，将装置①中的固体加入足量的稀盐酸中产 生 224ml（标准状况）CO2 气体，溶液中残留固体的质量为___________。 （6）设计实验方案证明装置①中加入的金属钠部分被氧化____________。 【答案】BDfgdeabh 吸收 HCl 气体装置⑤中澄清石灰水开始变浑浊 2Na+2CO2 Na2CO3+CO0.06g 准确称取 0.46g 金属钠样品，并投入足量水中，测得收集到的气体体积小于 224ml（标准 状况下测量） (6)准确称取 0.46g 金属钠样品，并投入足量水中，测得收集到的气体体积小于 224ml(标 准状况下测量)， 即可证明装置①中加入的金属钠部分被氧化。 点晴：正确理解题干信息为解答关键，注意掌握性质实验方案的设计原则，(4)为易错点，根据 实验目的：探究钠与 CO2 的反应，设计实验方案，完成正确的仪器连接顺序，②为制取二 氧化碳装置，实验室中常用碳酸钙与盐酸反应，二氧化碳中混有氯化氢，需要用装置④除 去，然后用装置③干燥，然后在①中进行钠与二氧化碳的反应，然后用⑤检验反应产物， 据此进行连接装置并分析解题。 4．绿矾（FeSO4·7H2O）可作还原剂、着色剂、制药等，在不同温度下易分解得各种铁的氧化物 和硫的氧化物。已知 SO3 是一种无色晶体，熔点 16.8℃，沸点 44.8℃，氧化性及脱水性较 浓 硫 酸 强 ， 能 漂 白 某 些 有 机 染 料 ， 如 品 红 等 。 回 答 下 列 问 题 ： 甲组同学按照上图所示的装置，通过实验检验绿矾的分解产物。装置 B 中可观察到的现象 是 ___________ ， 甲 组 由 此 得 出 绿 矾 的 分 解 产 物 中 含 有 SO2 。 装 置 C 的 作 用 是 __________________。 （2）乙组同学认为甲组同学的实验结论不严谨，认为需要补做实验。乙对甲组同学做完实 验的 B 装置的试管加热，发现褪色的品红溶液未恢复红色，则可证明绿矾分解的产物中 _____________。（填字母） A．不含 SO2 B．可能含 SO2 C．一定含有 SO3 （3）丙组同学查阅资料发现绿矾受热分解还可能有 O2 放出，为此，丙组同学选用甲组同 学的部分装置和下图部分装置设计出了一套检验绿矾分解气态产物的装置： ①丙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为 _______________。 ②能证明绿矾分解产物中有 O2 的实验操作及现象是_______________ 。 （4）为证明绿矾分解产物中含有三价铁，选用的实验仪器有试管、胶头滴管、 _______________ ；选用的试剂为_______________。 【答案】品红溶液褪色吸收尾气，防止 SO2(SO3)等气体扩散到空气中污染环境 BCAFGBDH 把 H 中 的导管移出水面，撤走酒精灯，用姆指堵住试管口，取出试管，立即把带火星的木条伸入 试管口内，木条复燃，证明试管中收集的气体是氧气药匙盐酸，KSCN 溶液 5．为测定某碳酸氢钠样品纯度(含有少量氯化钠)，三位学生设计了如下三个实验方案(每个方 案均称 m1g 样品)，请回答每个方案中的问题。 方案Ⅰ]选用重量法：可用下图中的装置进行实验。 (1)A 装置中 NaOH 溶液的作用是_________________。 (2)该方案需直接测定的物理量是____________________。 方案Ⅱ]气体体积法：可用如图中的装置进行实验，为了减小实验误差，量气管中加入的 液体饱和 NaHCO3 溶液。 (3)引发 Y 型管中反应的操作是_________________。 (4)通过实验，测得该试样中碳酸氢钠质量分数偏低，原因可能是______。 a.测定气体体积时未冷却至室温 b.测定气体体积时水准管的液面高于量气管的液面 c.Y 型管中留有反应生成的气体 d.气体进入量气管前未用浓硫酸干燥 方案Ⅲ]滴定法： (5)称取 m1 g 样品，配成 100mL 溶液，取出 20mL，用 c mol· L-1 的标准 HCl 溶液滴定， 消耗体积为 V mL，则该试样中碳酸氢钠质量分数的计算式为：_______________ (6)请你再设计一种与上述方法完全不同的实验方案，简述实验过程______________(不必 回答操作细节) 【答案】吸收空气中的 CO2 装置 C 反应前后的质量将 Y 型管倾斜，使右管中的硫酸缓缓进入左 管与样品反应 b ×100%称量 m1g 样品，加入足量 Ba(OH)2 溶液，过滤、洗涤、 干燥，称量所得沉淀的质量(或称量 m1g 样品，加入至质量不再变化，称量剩余固体的质量) (或其他合理答案) 6．碱式碳酸铜可用于有机催化剂、杀虫剂及饲料中铜的添加剂，还可用于烟火和颜料制造。CuSO4 溶液与 Na2CO3 溶液反应能否得到碱式碳酸铜？某班同学进行相关探究。 【沉淀制备】 称取 12.5 g 胆矾溶于 87.4 mL 蒸馏水中，滴 4 滴稀硫酸，充分搅拌后得到 CuSO4 溶液。向 其中加入适量 Na2CO3 溶液，将所得蓝绿色悬浊液过滤，用蒸馏水洗涤，再用无水乙醇洗涤。 （1）滴加稀硫酸的作用是 。所得硫酸铜溶液的溶质质量分数为 。 （2）用无水乙醇洗涤的目的是 。 【实验探究】 同学们设计了如下装置，用制得的蓝绿色固体进行实验： （3）D 装置加热前，需要首先打开活塞 K，用 A 装置制取适量 N2，然后关闭 K，点燃 D 处 酒精灯。A 中产生 N2 的作用是 ，C 中盛装的试剂应是 。 （4）装置 A 中发生反应的离子方程式为 。 （5）若蓝绿色固体的组成为 xCuCO3·yCu(OH)2，实验能观察到的现象是 。 （6）同学们查阅文献知：KspCaCO3]＝2.8×10-9，KspBaCO3]＝5.1×10-9，经讨论认为需要用 Ba(OH)2 代替 Ca(OH)2 来定量测定蓝绿色固体的化学式，其原因是 。 a．Ba(OH)2 的碱性比 Ca(OH)2 强 b．Ba(OH)2 溶解度大于 Ca(OH)2，能充分吸收 CO2 c．相同条件下，CaCO3 的溶解度明显大于 BaCO3 d．吸收等量 CO2 生成的 BaCO3 的质量大于 CaCO3，测量误差小 待 D 中反应完全后，打开活塞 K，再次滴加 NaNO2 溶液产生 N2，其目的是 。 若定量分析所取蓝绿色固体质量为 27.1 g，装置 F 中使用 Ba(OH)2 溶液，实验结束后，装 置 E 的质量增加 2.7 g，F 中产生沉淀 19.7 g。则该蓝绿色固体的化学式为 。 【答案】（1）抑制 Cu2+水解，防止溶液变浑浊（1 分） 8.0%（1 分） （2）利用乙醇易挥发的性质带走沉淀上面的水（1 分） （3）排除装置中的空气，避免干扰（1 分） 浓硫酸（1 分） （4）NO2 －＋NH4 ＋ N2↑＋2H2O（2 分） （5）硬质玻璃管中蓝绿色固体变黑色，E 中白色固体变蓝，F 中溶液变浑浊（2 分） （6）b d（2 分） 让停留在装置中的气体被充分吸收，减小实验误差（1 分） 2CuCO3•3Cu(OH)2 或 3Cu(OH)2•2CuCO3 或 Cu5(OH)6(CO3)2（2 分） 考点：考查物质成分测定实验设计与探究