2020年高考化学一轮复习课件：模块4 第十单元 小专题十 综合实验的探究

2020年高考化学一轮复习课件：模块4 第十单元 小专题十 综合实验的探究

小专题十 综合实验的探究 考向 1 性质验证型实验探究 性质验证型实验探究题基于对元素及化合物的性质进行研 究，考查元素及化合物的性质 ( 氧化性、还原性居多 ) 和实验基 本操作 ( 如气密性的检验、实验基本过程等 ) 。在复习备考中要 对元素及化合物的性质进行梳理，从理论的角度进行深入分析， 迁移和应用。这类试题一般解题方法为： [ 典例 1 ](2018 年北京卷 ) 实验小组制备高铁酸钾 ( K 2 FeO 4 ) 并 探究其性质。 资料： K 2 FeO 4 为紫色固体，微溶于 KOH 溶液；具有强氧 化性，在酸性或中性溶液中快速产生 O 2 ，在碱性溶液中较稳定。 (1) 制备 K 2 FeO 4 ( 夹持装置略 ) ①A 为氯气发生装置。 A 中反应方程式是 _____________ ___________________________________( 锰被还原为 Mn 2 ＋ ) 。 ②将除杂装置 B 补充完整并标明所用试剂。 ③ C 中得到紫色固体和溶液。 C 中 Cl 2 发生的反应有： 3Cl 2 ＋ 2Fe(OH) 3 ＋ 10KOH===2K 2 FeO 4 ＋ 6KCl ＋ 8H 2 O ，另外还有 ___ __________________________________________________ 。 (2) 探究 K 2 FeO 4 的性质 ①取 C 中紫色溶液，加入稀硫酸，产生黄绿色气体，得溶 液 a ，经检验气体中含有 Cl 2 。为证明是否为 K 2 FeO 4 氧化了 Cl － 而产生 Cl 2 ，设计以下方 案： 方案 Ⅰ 取少量 a ，滴加 KSCN 溶液至过量，溶液呈 红色 方案 Ⅱ 用 KOH 溶液充分洗涤 C 中所得固体，再用 KOH 溶液 将 K 2 FeO 4 溶出，得到紫色溶液 b 。取少量 b ，滴加盐 酸，有 Cl 2 产生 Ⅱ. 方案 Ⅱ 可证明 K 2 FeO 4 氧化了 Cl － 。 Ⅰ. 由方案 Ⅰ 中溶液变红可知 a 中含有离子 ______ ，但该离 子 的 产 生 不 能 判 断 一 定 是 K 2 FeO 4 将 Cl － 氧 化 ， 还可能由 ________________________________________ 产生 ( 用离子方 程式表示 ) 。 用 KOH 溶液洗涤的目的是 ________________ 。 　　解析： (1) ① A 为氯气发生装置， KMnO 4 与浓盐酸反应时，锰被还原为 Mn 2 ＋ ，浓盐酸被氧化成 Cl 2 ，反应的化学方程式为 2KMnO 4 ＋ 16HCl( 浓 )===2KCl ＋ 2MnCl 2 ＋ 5Cl 2 ↑ ＋ 8H 2 O 。 ② 由于盐酸具有挥发性，所得 Cl 2 中混有 HCl 和 H 2 O(g) ， HCl 会消耗 Fe(OH) 3 、 KOH ，可用饱和食盐水除去 HCl 。 ③ C 中 Cl 2 发生的反应有 3Cl 2 ＋ 2Fe(OH) 3 ＋ 10KOH===2K 2 FeO 4 ＋ 6KCl ＋ 8H 2 O ，还有 Cl 2 与 KOH 的反应， Cl 2 与 KOH 反应的化学方程式为 Cl 2 ＋ 2KOH===KCl ＋ KClO ＋ H 2 O ，反应的离子方程式为 Cl 2 ＋ 2OH － ===Cl － ＋ ClO － ＋ H 2 O 。 (2) ① 根据上述制备反应， C 的紫色溶液中含有 K 2 FeO 4 、 KCl ，还可能含有 KClO 等。 考向 2 产物检验型实验探究 产物检验型实验探究评价题为高考的常考题型。试题与元 素及化合物知识联系紧密。解题中通过元素及化合物知识，认 识其特点，用特征的反应及现象及检验，通过物质的不同性状 进行分离与提纯。在复习备考过程中需要关注常见物质的检验 方法。 物质的检验通常有鉴定、鉴别和推断三类，它们的共同点 是：依据物质的特殊性质和特征反应，选择适当的试剂和方法， 准确观察反应中的明显现象，如颜色的变化、沉淀的生成和溶 解、气体的产生和气味、火焰的颜色等，进行判断、推理。 检 验 类 型 鉴别 利用不同物质的性质差异，通过实验，将它们区别开 来 鉴定 根据物质的特性，通过实验，检验出该物质的成分， 确定它是否是这种物质 推断 根据已知实验及现象，分析判断，确定被检的是什么 物质，并指出可能存在什么，不可能存在什么 检 验 方 法 ① 若是固体，一般应先用蒸馏水溶解 ② 若同时检验多种物质，应将试管编号 ③ 要取少量溶液放在试管中进行实验，绝不能在原试剂 瓶中进行检验 ④ 叙述顺序应是：实验 ( 操作 )→ 现象→结论→原理 ( 写方 程式 ) [ 典例 2 ](2018 年河北石家庄检测 ) 某研究性学习小组将一定 浓度 Na 2 CO 3 溶液滴入 CuSO 4 溶液中得到蓝色沉淀。 甲同学认为两者反应生成只有 CuCO 3 一种沉淀；乙同学认 为这两者相互促进水解反应，生成 Cu(OH) 2 一种沉淀；丙同学 认为生成 CuCO 3 和 Cu(OH) 2 两种沉淀。 [ 查阅资料知： CuCO 3 和 Cu(OH) 2 均不带结晶水 ] 请你一起参与实验探究并回答下列问 题： Ⅰ. 在 探究沉淀物成分前，须将沉淀从溶液中分离并净化。 具体操作为 ①____________ 、② _____________ 、③ ______________ 。 Ⅱ. 请 用下图所示装置，选择必要的试剂，定性探究生成物 的成分。 (1) 各装置连接顺序为 ____→____→____ 。 (2) 装置 C 中装有试剂的名称是 ________________ 。 (3) 能证明生成物中有 CuCO 3 的实验现象是 _____________ ___________ 。 Ⅲ. 若蓝色沉淀中 CuCO 3 和 Cu(OH) 2 两者都有，可通过下列 所示装置的连接，进行定量分析来测定其中 CuCO 3 组成： (1) 实验开始时先要将空气通过碱石灰的目的是 _________ ___________ ；实验中持续通入过量空气的作用是 ____________ __________________________ 。 (2) 若沉淀样品的质量为 m 克，装置 B 质量增加了 n 克，则 沉淀中 CuCO 3 的质量分数为 ________ 。 解析： Ⅰ. 从溶液中 得到固体的实验操作分别是过滤、洗涤 和干燥。 Ⅱ. 利用加热的方法检验，氢氧化铜和碳酸铜加热分解 得到氧化铜、水和二氧化碳，若有氢氧化铜可用无水硫酸铜检 验，若有碳酸铜可用澄清的石灰水检验产生的二氧化碳，因此 各装置连接顺序为 A 、 C 、 B 。 Ⅲ.(1) 实验开始时装置的空气中 会有水蒸气和二氧化碳，若不排除被吸收装置吸收会对计算结 果产生较大的误差。实验结束氢氧化铜和碳酸铜加热分解后会 在反应装置中残留二氧化碳和水蒸气，应通过用除去水和二氧 化碳的空气将装置中的水蒸气和二氧化碳赶出被吸收装置完全 答案： Ⅰ. 过滤 洗涤 干燥 Ⅱ.(1)A C B (2) 无 水硫酸铜 (3) 装置 B 中澄清石灰水变浑浊 Ⅲ.(1) 吸收空气中的水蒸气和 CO 2 将装置中滞留的水蒸 气和 CO 2 赶出被有关 试剂完全吸收，从而保证测量数据的准确 性 9 m － 49 n 9 m ×100% 考向 3 假设猜想型实验探究 假设猜想型实验探究评价题是近几年高考的热点题型。这 类问题一般以物质制备或反应后的物质为基础对其进行假设探 究。这类试题我们将其拆分为三部分，制备过程，以反应过程 为主；假设过程基于反应的原理 ( 质量守恒、氧化还原等 ) 进行； 最后性质探究 ( 本质为物质的检验 ) 。这类问题综合考查元素及 化合物的性质、化学反应原理、实验基本操作、物质的检验等 相关知识，综合性强，难度较大。这类试题一般解题方法如下： [ 典例 3 ](2018 年河南郑州检测 ) 某实验小组欲探究浓硝酸的 性质。 Ⅰ. 木炭与浓硝酸反应： (1) 甲同学设计了图 1 装置，认为若有红棕色气体产生就说 明木炭与浓 硝酸发生了反应。写出木炭与浓硝酸反应的化学方 程式： ____________________________________________ 。 图 1 图 2 (2) 乙同学认为红棕色气体不能作为木炭与浓硝酸反应的 证据，其理由是 ____________________________________ 。 (3) 乙同学设计了图 2 装置实验，木炭能燃烧，并产生红棕 色气体。针对该实验现象，乙同学做出如下假设： 假设 A ： __________________________________ ； 假设 B ：红热木炭使 HNO 3 分解产生 NO 2 ， NO 2 可能具有 助燃性，木炭燃烧； 假设 C ：红热木炭使 HNO 3 分解产生 O 2 ，木炭与 O 2 反应燃 烧； 假设 D ：红热木炭使 HNO 3 分解产生 NO 2 和 O 2 ，共同影响 木炭的燃烧； …… (4) 设计实验证明假设 B 成立，请将实验方案补充完整。 ①实验方法： ______________________________________ 。 实验现象：木炭在该气体中持续燃烧，火焰迅速变亮，集 气瓶中气体颜色变浅直至无色，产生的气体能使澄清石灰水变 浑浊，且遇空气不变色。 ② 根据实验现象写出木炭与此气体反应的化学方程式： _________________________________________________ 。 装置 操作及 现象 先点燃 ⅰ 处酒精灯，溶 液沸腾后没有观察到红 棕色气体产生。然后撤 走 ⅰ 处酒精灯，点燃 ⅱ 处酒精灯并加热试管中 部，很快看到大量红棕 色气体产生 光照 8 小时，溶液不变黄 光照几分钟后 看到液面上方 出现红棕色，溶 液变黄 Ⅱ. 设 计硝酸在不同条件下分解实验，方案见下表： (5) 分析上述现象，得出使硝酸成功分解的关键是 ________ _______________________________________________ 。 解析： (1) 木炭与浓硝酸反应产生红棕色气体二氧化氮，同 时碳被氧化生成二氧化碳，反应的化学方程式为 C ＋ 4HNO 3 ( 浓 ) CO 2 ↑ ＋ 4NO 2 ↑ ＋ 2H 2 O 。 (2) 硝酸分解也能产生红棕色 NO 2 气体，故红棕色气体不能作为木炭与浓硝酸反应的证据。 (3) 加 热浓硝酸，硝酸上面的红热木炭能燃烧，并产生红棕色气 体。 故还可能的假设为红热木炭直接和硝酸蒸气反应。 (4)① 实验方 法：将红热的木炭伸入盛有 NO 2 气体的集气瓶中；实验现象： 木炭在该气体中持续燃烧，火焰迅速变亮，集气瓶中气体颜色 变浅直至无色，产生的气体能使澄清石灰水变浑浊，且遇空气 不变色。据此，反应的化学方程式为 2NO 2 ＋ 2C N 2 ＋ 2CO 2 。 (5) 根据设计实验加热硝酸溶液沸腾后，点燃 ⅱ 处酒精灯并加热 试管中部，很快看到大量红棕色气体产生，应该是加热硝酸蒸 气或硝酸分子分解；光照一段时间，试管充满硝酸蒸气，再光 照几分钟后看到液面上方出现红棕色，溶液变黄，综上可得光 照或加热使硝酸蒸气 ( 或硝酸分子 ) 分解。 答案： (1)C ＋ 4HNO 3 ( 浓 ) CO 2 ↑ ＋ 4NO 2 ↑ ＋ 2H 2 O (2) 浓硝酸分解也能产生红棕色 NO 2 气体 (3) 红热木炭直接和硝酸蒸 气反应 (4)① 将红热的木炭伸入盛有 NO 2 气体的集气瓶中 ②2NO 2 ＋ 2C N 2 ＋ 2CO 2 (5) 光照或加热使硝酸蒸气 ( 或硝酸分子 ) 分解 考向 4 分离提纯型探究实验 分离提纯型探究实验评价题一般以物质的制备、分离、提 纯为基础，考查基本的实验原理、实验方法和实验基本操作。 在解题过程中需要注意题目提供信息的应用，特别是新物质的 制备过程中，有一些特殊的性质 ( 如易水解、熔沸点等 ) ，要善 于联系课本相关的物质的性质和实验方法运用于解题。 1. 混合物的物理分离法 ①结晶 —— 固体物质从溶液中析出的过程 ( 蒸发溶剂、冷却 热饱和溶液、浓缩蒸发 ) ② 过滤 —— 固、液分离 ③ 蒸馏 —— 液、液 分离 ④ 分液 —— 互不相 溶的液体间的分离 ⑤ 萃取 —— 用一种 溶剂将溶质从另一种溶剂中提取出来 ⑥升华 —— 将可直接气化的固体分离出来 ⑦ 盐析 —— 加无机 盐使溶质的溶解度降低而析出 2. 混合物的化学分离法 (1) 生成沉淀法； (2) 生成气体法； (3) 氧化还原法； (4) 正盐 和与酸式盐相互转化法； (5) 利用物质的两性除去杂质； (6) 离子 交换法。 [ 典例 4 ](2018 年河北衡水检测 ) 纳米铜是一种性能优异的超 导材料， 以辉铜矿 ( 主要成分为 Cu 2 S) 为原料制备纳米铜粉的工 艺流程如图 1 所示。 图 1 (1) 用黄铜矿 ( 主要成分为 CuFeS 2 ) 、废铜渣和稀硫酸共同作 用可获得较纯净的 Cu 2 S ，其原理如图 2 所示，该反应的离子方 程式为 ___________________________________ 。 图 2 图 3 有氧环境下可维持 Fe 3 ＋ 较高浓度，有关反应的 离子方程式为 (2) 从辉铜矿中浸取铜元素时，可用 FeCl 3 溶液作浸取剂。 ①反应： Cu 2 S ＋ 4FeCl 3 ===2CuCl 2 ＋ 4FeCl 2 ＋ S ，每生成 1 mol CuCl 2 ，反应中转移电子的物质的量为 __________ ；浸取时，在 _________________________________________________ 。 ②浸取过程中加入洗涤剂溶解硫时，铜元素浸取率的变化 如图 3 所示，未洗硫时铜元素浸取率较低，其原因是 ________ __________________________________ 。 (3)“ 萃取”时，两种金属离子萃取率与 pH 的关系如图 4 所示，当 pH>1.7 时， pH 越大，金属离子萃取率越低，其中 Fe 3 ＋ 萃取率降低的原因是 _______________________________ 。 图 4 (4) 用“反萃取”得到的 CuSO 4 溶液制备纳米铜粉时，该反 应中 还原产物与氧化产物的质量之比为 _________________ 。 (5) 在萃取后的“水相”中加入适量氨水，静置，再经过滤、 ________ 、干燥、 ________ 等操作可得到 Fe 2 O 3 产品。 　　解析： (1) 根据图示，用黄铜矿 ( 主要成分为 CuFeS 2 ) 、废铜渣和稀硫酸共同作用可获得较纯净的 Cu 2 S ，同时生成 Fe 2 ＋ 和 H 2 S ，反应的离子方程式为 CuFeS 2 ＋ Cu ＋ 2H ＋ ===Cu 2 S ＋ Fe 2 ＋ ＋ H 2 S ↑ 。 (2) ① 反应 Cu 2 S ＋ 4FeCl 3 ===2CuCl 2 ＋ 4FeCl 2 ＋ S 中，只有 FeCl 3 中 Fe 元素的化合价由＋ 3 价降低为＋ 2 价， Cu 2 S 中 Cu 元素和 S 元素化合价均升高，由方程式可知生成 2 mol CuCl 2 转移 4 mol 电子，故每生成 1 mol CuCl 2 ，反应中转移电子的物质的量为 2 mol ；浸取时，在有氧环境下亚铁离子被氧化生成铁离子，反应的离子方程式为： 4Fe 2 ＋ ＋ 4H ＋ ＋ O 2 ===4Fe 3 ＋ ＋ 2H 2 O 。 ② 浸取过程中，洗涤硫和未洗去硫相比较，洗涤硫时铜的浸取率偏低，原因为生成的硫覆盖在 Cu 2 S 表面，阻碍浸取。 (3)Fe 3 ＋ 的水解程度随着 pH 的升高而增大，萃取率越低。 (4) 在碱性条件下， Cu 2 ＋ 与 N 2 H 4 反应生成氮气和铜，反应为： 2Cu 2 ＋ ＋ N 2 H 4 ＋ 4OH － ===2Cu ＋ N 2 ↑ ＋ 4H 2 O ，反应中还原产物为 Cu ，氧化产物为 N 2 ，质量之比为 (2 × 64) ∶ 28 ＝ 32 ∶ 7 。 (5) 萃取后的 “ 水相 ” 中含有铁离子，加入氨水，反应生成氢氧化铁沉淀，过滤、洗涤、干燥、煅烧可得到 Fe 2 O 3 产品。 　　答案： (1)CuFeS 2 ＋ Cu ＋ 2H ＋ ===Cu 2 S ＋ Fe 2 ＋ ＋ H 2 S ↑ 　　 (2)2 mol 　 4Fe 2 ＋ ＋ O 2 ＋ 4H ＋ ===4Fe 3 ＋ ＋ 2H 2 O 　生成的硫覆盖在 Cu 2 S 表面，阻碍浸取 　　 (3)Fe 3 ＋ 水解程度随 pH 的升高而增大 　　 (4)32 ∶ 7 　 (5) 洗涤　煅烧 ( 或灼烧 ) 考向 5 定量测定型实验题探究 常见的定量测定型实验探究题包括混合物成分的测定、物 质纯度的测定以及化学式的确定等。该类试题常涉及物质的称 量、物质的分离与提纯、中和滴定、一定物质的量浓度溶液的 配制等实验操作。实验过程中或问题解答中要特别注意以下几 个问题： 1. 气体体积的测量 (1) 量气装置的改进 (2) 量气时应注意的问题 ① 量气时应保持装置处于室温状态。 ② 读数时要特别注意消除“压强差”，保持液面相平还要 注意视线与凹液面最低处相平。如上图 (Ⅰ)(Ⅳ) 应使左侧和右侧 的液面高度保持相平再读数。 2. 测定实验中要有“数据”的采集 (1) 称量固体质量时，中学一般用托盘天平，可估读到 0.1 g ， 精确度要求高的实验中可以用分析天平或电子天平 ，可精确到 0.0001 g 。 (2) 测量液体体积时，一般实验中选用适当规格的量筒，可 估读到 0.1 mL ，准确度要求高的定量实验如中和滴定中选用滴 定管 ( 酸式或碱式 ) ，可估读到 0.01 mL 。容量瓶作为精密的定容 仪器，用于配制一定物质的量浓度的溶液，一般不用于量 取液 体的体积。 (3) 气体除了量取外，还可以称量。称气体的质量时一般有 两种方法：一种方法是称反应装置在放出气体前后的质量减小 值；另一种方法是称吸收装置前后的质量增大值。 [ 典例 5 ](2018 年天津卷 ) 烟道气中的 NO x 是 主要的大气污染 物之一，为了监测其含量，选用 如下采样和检测方法。回答下 列问题： Ⅰ. 采 样 采样步骤： ①检验系统气密性；②加热器将烟道气加热至 140 ℃ ；③ 打开抽气泵置换系统内空气；④采集无尘、干燥的气样；⑤关 闭系统，停止采样。 (1)A 中装有无碱玻璃棉，其作用是 ____________________ ____________________________________________________ 。 (2)C 中填充的干燥剂是 ( 填序号 )__________ 。 A. 碱石灰 B. 无水 CuSO 4 C.P 2 O 5 (3) 用实验室常用仪器组装一套装置，其作用是与 D( 装有 碱液 ) 相同，在虚线框中画出该装置的示意 图，标明气体的流向 及试剂。 　　 (4) 采样步骤 ② 加热烟道气的目的是 __________ 。 　　 Ⅱ .NO x 含量的测定 　　将 V L 气样通入适量酸化的 H 2 O 2 溶液中，使 NO x 完全被氧化为 NO ，加水稀释至 100.00 mL 。量取 20.00 mL 该溶液，加入 V 1 mL c 1 mol·L － 1 FeSO 4 标准溶液 ( 过量 ), 充分反应后，用 c 2 mol· L － 1 K 2 Cr 2 O 7 标准溶液滴定剩余的 Fe 2 ＋ ，终点时消耗 V 2 mL 。 　　 (5)NO 被 H 2 O 2 氧化为 NO 的离子方程式是 _____________ _________________________________________________ 。 　　 (6) 滴定操作使用的玻璃仪器主要有 __________________ 。 答案： (1) 除尘 (2)C (3)