第32讲探究型综合实验题

1、第十章化学实验综合题型第1讲探究型综合实验题题型概述考纲要求1. 了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方 法。2能对常见的物质进行检验。3能根据要求，做到：了解控制 实验条件的方法；得出合理结论。考点一物质成分、性质探究型实验题1.同一化学反应，可能会由于条件的不同、反应物用量不同等 生成不同的产物，或生成几种产物的混合物。对可能的产物提出假设， 并利用学过的物质检验、鉴别等实验方法进行确定，这就是物质成分 的探究。2.同一化学物质，从其组成、结构等不同的角度，或在不同的 条件下，可能会表现出不同的化学性质，通过设计实验来确定物质的 化学性质，这就是物质性质的探究。典题示例考向一物质成分的探

2、究1. （2018安徽太和中学月考）新型纳米材料Q Fl粉末具有超强 磁性，可用作高密度磁记录的介质和高效催化剂等。某校化学小组学 生利用如图所示装置进行探究实验，已知该校实验室的酒精灯火焰的 温度约为500 C。【查阅资料】在不同温度下，q Fe粉末与水蒸气反应的固体产物不同， 温度 低于570 C时，生成FeO,高于570 C时，生成FesOq左图右图【探究一】(i) 甲同学用左图装置进行 a Fe粉末与水蒸气的反应，湿棉花 的作用是；写出该反应的化学方程式： 。【探究二】乙同学用右图装置进行q Fe粉与水蒸气反应并验证产物。(2 )实验前必须对整套装置进行的操作是 ；试管a中的物质是。(

3、3 )水槽中的试管里收集的气体是 如果要点燃该气体,必须进行的操作是。【探究三】乙同学为探究实验结束后试管内的固体物质成分，进行了下列实验:步骤实验操作实验现象I取少量反应后的黑色粉末X，加入少量盐酸，微热黑色粉末逐渐溶解，溶液 呈浅绿色，产生少量气泡II向实验I得到的溶液中滴加2滴KSCN溶液，振荡溶液没有出现红色(5)增加的质量就是氧元素的质量,即 n(O)=6.88 g 5.60 g1 16 g mol0.08(4)实验现象不能确定是否存在 Fe3O4主要原因是mol，根据关系式Fe3O44O3Fe计算，消耗0.06 mol铁，即剩余 0.04 mol铁与氯化铁反应，消耗0.08 mol

4、氯化铁。500 C答案：(1)提供水蒸气作反应物Fe+ H2O(g)=FeO + H?(2) 检查气密性 水(3) 氢气验纯(4) Fe + 2Fe3+ =3Fe2+ 或 Fe+ FesO4 + 8H + =4Fe2+ + 4出0(5) 0.082.1 .某研究性学习小组研究由Fe2+制备Fe(0H)2，设计了两个 实验方案。实验装置图如下(夹持装置已略去)。图2方案一：按图1进行实验。往100 mL大试管中加40 mL煤油, 放入3粒米粒大小的金属钠，塞上橡胶塞，通过长颈漏斗加入新制 FeS04溶液使煤油的液面至橡胶塞，夹紧弹簧夹。(1) 简述钠发生反应的现象： 。(2 )写出钠与硫酸亚铁溶

5、液反应的离子方程式：方案二：按图2进行实验，d为植物油。最终在两极间的溶液中 首先观察到白色沉淀。(3)提供的试剂或电极材料：碳棒 铁棒 CuCl2溶液 NaCl溶液稀硫酸a为, c为。(填序号)加入d之前对c进行加热煮沸处理的目的是写出电解的化学方程式：。II 该研究性学习小组发现上述实验中出现的白色沉淀会逐渐转变为灰绿色或绿色。继续进行以下研究。(1)甲同学查阅资料得到Fe(OH) 2部分的信息:资料名称氢氧化亚铁化学辞典，顾翼东编，佃89年版白色无定形粉末或白色至淡绿色八方晶体。 与空气接触易被氧化，将细粉喷于空气中，则 立即燃烧出火花普通化学教程(下册)白色。能强烈吸收。2,迅速变成棕

6、色的Fe(OH)3。这时氧化的中间产物为土绿色，其中含有Fe2十、Fe3+大学普通化学(下册)傅鹰者白色沉淀，此沉淀易被氧化成微绿色的Fe3(OH)8。根据资料信息，并依据白色和棕色不可能调配成绿色或灰绿色的 配色原理，甲同学认为灰绿色(或绿色)的物质应是(2) 乙同学不同意甲同学的观点，认为灰绿色或绿色的物质应是 Fe(OH)2被溶液中的微量氧气氧化生成的 Fe3(OH)8。设计实验证明该 观点：。解析：I.(1)钠的密度在煤油和水之间，与水反应生成 NaOH和 H2，生成的NaOH和FeSO4反应生成Fe(OH)2，所以反应的现象为 钠在煤油和FeSO4溶液之间跳动，有气泡生成。(3)利用

7、电解原理生 成 Fe(OH) 2，所以阳极为金属铁，生成 Fe2 ，阴极为惰性电极碳棒， 电解质溶液电解生成 OH ，则符合条件的电解质溶液为 NaCl 溶液。 生成的 Fe(OH) 2易被氧气氧化， 所以加热煮沸可除去 NaCl 溶液中溶 解的氧气。n(1)根据资料信息及配色原理可知，灰绿色物质应是氢氧化亚铁晶体，化学式为Fe(OH)2nH2O。(2)Fe3(OH)8可写成FeOFe2O3 4H20,可利用检验Fe3 +的方法来 检验。答案：I .(1)有气泡生成，钠在煤油和FeSO4溶液界面上下跳动， 最终完全溶解(2)2Na + Fe2+ + 2H2O=Fe(OH) 2 J+ 2Na+

8、+ 出 f电解(3 ) 除去溶液中的氧气Fe+ 2H2O=Fe(OH)2J +H2fn .(1)淡绿色六方晶体 Fe(OH)2 nH2O(2)取适量所得灰绿色 (或绿色 )物质加入稀盐酸, 沉淀溶解后, 加 入 KSCN 溶液,观察溶液的颜色变化,若溶液变红,则该物质应为 Fe3(OH) 8,反之则不是。【题后悟道】 物质的检验(1) 物质检验的原则一看(颜色、状态 )、二嗅 (气味)、三实验 (加试剂 )。(2) 根据实验时生成物所表现的现象不同,检验离子的方法可归 纳为三类 生成气体，如NH4(加碱)、CO3或HCO3(加酸)等的检验。 生成沉淀，如C、SO=、Fe2+、Fe3+等的检验。

9、 显特殊颜色，如Cu2+的检验，Na +、K+的焰色反应。(3) 根据气体性质特点，常见气体的检验方法可归纳为四类红棕色为NO?、Bj 观察颜色 黄绿色为CI2无色气体，打开瓶塞，瓶口出现红棕色为 NO 试纸检验：如CI2能使湿润KI -淀粉试纸变蓝，NH3能使湿 润红色石蕊试纸变蓝。 溶液检验：如澄清石灰水、品红溶液检验 CO2、SO2。点燃 法：如。2、H CH4的检验。考向二 物质性质的探究3. 某校化学研究性学习小组的同学在学习了氨气的性质后讨论： 既然氨气具有还原性，能否像 H2那样还原CuO呢？他们设计实验 制取氨气并探究上述问题。请你参与该小组的活动并完成下列实验：I 制取氨气(

10、1) 实验室常用加热氯化铵固体和氢氧化钙固体混合物的方法来制取氨气。写出实验室制取氨气的化学方程式： 。(2) 实验室还可用向 (填一种试剂)中滴加浓氨水的方法快速制取少量氨气。(3) 有同学模仿排饱和食盐水收集氯气的方法，想用排饱和氯化铵溶液的方法收集氨气。你认为能否达到目的？ 填“能”或“否”)，理由是。II 实验探究该小组中某同学设计了如图所示的实验装置 (夹持及尾气处理装 置未画出)探究氨气的还原性(生成Cu和无污染的物质)：ACuO无水心轮(1) 写出氨气与CuO反应的化学方程式：。(2) 为达到上述实验目的，预期的实验现象；(3) 该装置在设计上有一定的缺陷，为确保实验结果的准确性

11、，对该装置的改进措施是 。解析：1.(2)可以用CaO，固体NaOH，碱石灰等碱性物质与浓 氨水作用制取NH3。(3)由于NH3极易溶于水(1 : 700)，所以即使用排饱和 NH4CI溶 液来收集NH3,也将会有相当多的NH3溶解损失。II .(1)2NH3 + 3CuO=3Cu+ N2 + 3H2O。(2) 如果NH3能够还原CuO ,则CuO Cu, B玻璃管中黑色固 体变红色。有H2O生成，C中无水CuSO4由白色变为蓝色。(3) 由于C装置是为了检验H2O的生成。所以A中制取的NH3 需要进行干燥，可在 A、B装置间添加盛碱石灰的干燥管。答案：I .(1)2NH4CI + Ca(OH

12、)2=CaCI2 + 2NH3 f+ 2H2O(2) NaOH固体(或生石灰或碱石灰等)(3) 否 氨气极易溶于水，氯化铵对氨气在水中的溶解影响不大II .(1)3CuO + 2NH3=3Cu + N2 + 3H2O(2) 黑色氧化铜变红无水硫酸铜变蓝(3) 在装置A与B之间增加装有碱石灰的干燥管4.某学习小组在通过反应 Na2S2O3 + H2SO4=Na2SO4 + SJ +SO2 f + H2O研究反应速率的影响因素后，对 Na2S2O3产生了兴趣， 查资料知Na2S2O3的名称为硫代硫酸钠，俗称海波，可视为一个S原子取代了 W2SO4中的一个0原子。该实验小组运用类比学习的思 想预测了

13、 NazSzOs的某些性质，并通过实验验证自己的预测。【提出假设】(1) 部分学生认为NazSzO?与NazSO4结构相似，化学性质也相似，因此室温时NazSzOn溶液的pH7(填“”“ = ”)。(2) 部分学生由S元素化合价推测NazSzOn与SOz性质相似，均具有较强的。【实验探究】取适量NazSzO3晶体，溶于水中制成Na2SzO3溶液，进行如表探究(填写表中空格)实验操作实验现象现象解释 (用离子方 程式表示)探究(3)溶液pH = 8(4)探究向新制氯水(pHH 2CO3H2SiO3,则B中应 盛装的试剂为 , C 中产生的现象为 。请判断(填“能”或“不能”)据此实验现象判断非金

14、属性：CICSi。(3) 若C中盛装的是Na2S溶液，A中盛装浓盐酸，B中盛装KMnO 4粉末。(KMnO 4与浓盐酸常温下快速反应生成氯气)。反应开 始后观察到 C中出现淡黄色浑浊，可证明 CI的非金属性比 S填“强”“弱”或“无法比较”)，写出反应的离子方程式： 。_解析：I.同一周期元素，金属性随着原子序数增大而减弱，元 素的金属性越强， 其单质与酸或水反应越剧烈， 金属性 KNaMgAl ， 则 K 与盐酸反应最剧烈， Al 与盐酸反应速率最慢。II(1)检查装置气密性的方法：关闭分液漏斗 A的旋塞，用热毛 巾捂热锥形瓶B,试管C中有气泡冒出，移开热毛巾，C中水柱上 升一段；倒置的干燥

15、管有缓冲作用，能防止倒吸。(2) 要证明酸性强弱，应该采用强酸制取弱酸的方法，盐酸酸性 最强，所以 A 中盛放盐酸，盐酸和碳酸钙制取二氧化碳，二氧化碳 和硅酸钠溶液反应生成硅酸，则 B 中盛放碳酸钙、 C 中盛放硅酸钠 溶液，硅酸难溶于水， 所以看到的现象是有白色沉淀生成。 最高价含 氧酸的酸性越强， 元素的非金属性越强， 盐酸不是最高价含氧酸， 所 以不能由此判断非金属性 ClC。(3) 浓盐酸具有还原性，酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，两者发生氧化还原反应生成氯气，氯气具有强氧化性，能氧化 Na2S 溶液 中的S生成S,离子方程式为Cl2 + S =2C+ SJ，非金属元素 的非金属性越强，

16、 其单质的氧化性越强， 同一氧化还原反应中氧化剂 的氧化性大于氧化产物的氧化性，则氧化性：Cl2S,所以非金属性ClS。答案： I .钾 铝I .(1)关闭分液漏斗A的旋塞，用热毛巾捂热锥形瓶 B,试管C 中有气泡冒出，移开热毛巾， C 中水柱上升一段 防倒吸(2) 碳酸钙 有白色沉淀生成 不能(3) 强 C12 + S2_ =2C+ S；2某小组同学为探究 H2O2、H 2SO3、Br2 的氧化性强弱，设计如下实验侠持仪器已略去，装置的气密性已检查)HqQ溶液NMr溶液HrSOs 和 BaCL 澄清混合溶燕BC实验记录如下:实验操作实验现象I打开活塞a,滴加氯水，关闭活塞aA中溶液变为红棕色

17、吹入热空气A中红棕色明显变浅；B中有气泡冒出， 产生大量白色沉淀，混合液颜色无明显变化n停止吹入空气，打开活 .塞b逐滴加入H2O2溶液开始时颜色无明显变化；继续滴加 H2O2 溶液，一段时间后，混合液逐渐变成红棕色请回答下列问题:(1) A中反应的离子方程式是 。(2) 实验操作H中吹入热空气的目的是 。(3) 装置C的作用是 C中盛放的药品是(4) 实验操作皿，混合液逐渐变成红棕色，其对应的离子方程式为。_(5) 由上述实验得出的结论是 。(6) 实验反思：有同学认为实验操作H吹入的热空气， 会干扰(5)中结论的得出，你认为是否干扰，理由是 。实验操作皿，开始时颜色无明显变化的原因是 (写

18、出一条即可):解析： (2)吹入热空气的目的是吹出 Br2。(6)解题时注意审题，II的实验现象是 A中红棕色明显变浅，B 中混合液颜色无明显变化，说明 Be被吹出，在B中与H2SO3发生 了反应。答案： (1)2BrCl2=Br22Cl(2) 吹出单质 Br2(3) 吸收尾气 NaOH 溶液(4) H2O22Br 2H =Br22H2O(5) 氧化性： H2O2Br2H2SO3(6 )不干扰，无论热空气是否参与氧化H2SO3，只要观察到产生白色沉淀的同时混合液颜色无变化，即能证明BQ氧化了 H2SO3H2SO3有剩余(H2O2浓度小或Br与H2O2反应慢等因素都可) 【题后悟道】 规律探究实

19、验题的解题策略 物质性质递变规律的探究是中学化学实验探究的一个重要内容。研究同周期、同主族元素性质的递变规律，物质的氧化还原反应(如置换反应 )规律，物质的酸 (碱)性强弱规律，电解质溶液的导电规律等， 都是开展有关规律探究的重要素材， 也是高考命题的经典情境。 如同 周期、同主族元素性质的递变规律，一般通过设计判断元素金属性、 非金属性的强弱实验来完成， 如通过让金属单质与相同浓度的非氧化 性酸反应产生H2的速率快慢来判断金属单质的还原性强弱，推断元 素金属性强弱，从而找出相应的性质递变规律。考向二反应原理探究型3.某酸性工业废水中含有 K2CQO7。光照下，草酸(H2C2O4)能 将其中的

20、 C2O2转化为Cr上述反应后草酸被氧化为(填化学式)。 实验和的结果表明 ;实验中Ot1时间段反应速率v(Cr3+ ) =mol 1 min J某课题组研究发现，少量铁明矶 Al2Fe(SO4)4 24H2O即可对该反应起催化作用。为进一步研究有关因 素对该反应速率的影响，探究如下：(1) 在 25 C下，控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量 相同，调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量，做对比实验, 完成以下实验设计表(表中不要留空格)。实验编号初始pH废水样品体积/mL体积/ mL蒸馏水体积/mL46010305601030560测得实验和溶液中的 cqo2浓度随时间变化关系如图

21、所示假设三：;(5) 请你设计实验验证上述假设一，完成下表中内容 除了上述实验提供的试剂外，可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4 Al2(SO4)3 24H2O、Al2(SO4)3等。溶液中 C.02的浓度可用仪器测定实验方案(不要求写具体操作过程)预期实验结果和结论解析：首先看清实验目的，确定条件改变的唯一变量，再根据图 给信息进行综合分析；对于实验方案的设计也主要考虑变量的控制。(1) 要保证其他量不变，草酸用量为唯一变量，必须保证溶液的体积为100 mL，所以加入草酸和水的体积之和应为 40 mL，两者的具体 体积没有要求，只需与中数据不同即可。(2)此反应中铬的化合价 由

22、+6价变为+3价，化合价降低，所以碳的化合价应升高，草酸中 碳的化合价为+ 3价，反应后只能变为+ 4价，即生成CO?。通过 图象可以明显看到，实验 的反应速率比实验 的快，故pH越小， 反应速率越快，说明溶液pH对该反应的速率有影响；在 Ot1时间 段，C.07-的浓度改变了(q cdmol L-S其反应速率为(q 引也 mol L 1 min1,所以 v(Cr3+)= 2(q c1)/t1 mol L1 min1O (4)铁明矶 中除结晶水外，共有三种离子，均可能起催化作用，除Fe2+外，还有A产和SO4一。（5）要想验证假设一正确，必须确定 Al3十和S02不起催化作用，所以可选择 K2

23、SO4 Al2（SO4）3 24H2O，为了确保A产和so：的浓度与原来的相同，所以取和铁明矶相同物质的量的K2SO4 Al2（SO4）3 24出0。答案：（1）20 20 （2）CO2（3）溶液pH对该反应的速率有影响2（co- Ci）/ti（4）Al3+起催化作用SO4-起催化作用实验方案（不要求写具体操作过程）预期实验结果和结论用等物质的量的K2SO4 Al2（SO4）3 24H2O 代替实验中 的铁明矶，控制其他反应条件与实验 相同，进行对比实验反应进行相同时间后，若溶液中c（c2o2 ）大于实验中的c（c2o7 ）,则假设一成立；若两溶液中的 c（c2o2-）相同，则假设一不成立4.

24、（2018安徽示范高中第一次联考）某化学实验小组为探究氯气注:浓盐酸b;KMnO4 固体c:无水gCl?d:H2O干燥的品红试纸（1）将a中浓盐酸滴入试管中，发生反应的化学方程式为(2) 仪器c的名称为, c中固体也可用 代替。(3) 当试管e中充满黄绿色气体时，观察到品红试纸颜色(填“有”或“没有”)变化，将注射器中的水注入e中，观 察到品红试纸颜色 填“有”或“没有”)变化，由观察的现象得出该实验的结论为。(4) 注射器在实验中除了可向试管e中加水，还有 的作用。解析：本实验中用KMnO4和浓盐酸反应制得 Cl?，经过干燥， 和e中的品红试纸接触，通过试纸不变色的现象说明干燥的氯气无漂 白

25、性；将注射器中的水注入e后，品红试纸褪色，说明是生成的HCIO 有漂白性。答案：(1)2KMnO 4 + 16HCI(浓)=2KCI + 2MnCI 2 + 5CB f + 8H2O(2) 干燥管 P2O5或硅胶(3) 没有 有 干燥的氯气不能使品红试纸褪色，氯气溶于水后， 和水反应生成HCIO具有强氧化性，能使品红试纸褪色(4 )储存尾气，防止尾气污染【技法归纳】原理探究型实验的变量控制变量探究实验在解题时，一定要学会运用“控制变量法”，要善 于对比提供的试剂或反应条件，每次探究只让一个条件变化。I(:h 0题通关I1. (2017高考课标卷n , T13)由下列实验及现象不能推出相应 结论

26、的是()实验现象结论A向 2 mL 0.1 moI L71 的 FeCI3溶黄色逐渐还原液中加足量铁粉，振荡，加1滴KSCN溶液消失，加KSCN溶液颜色不变性：Fe Fe2+B将金属钠在燃烧匙中点燃，迅速伸入集满CO2的集气瓶集气瓶中 产生大量白烟， 瓶内有黑色颗 粒产生CO2具有氧化性C加热盛有少量NH4HCO3固体的试管，并在试管口放置湿润的红色石蕊试纸石蕊试纸变蓝NH4HCO3显碱性D向2支盛有2mL相同浓度银氨 溶液的试管中分别加入2滴相同浓 度的NaCI和Nal溶液一支试管中产生黄色沉 淀，另一支中无 明显现象Ksp(AgI )v Ksp(AgCl)解析：C项碳酸氢铵受热分解产生的氨

27、气使湿润的红色石蕊试纸变蓝，而不是碳酸氢铵显碱性。答案：C2. (2015高考全国卷I, T26)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物 中，其K1 = 5.4X 10_2, K2 = 5.4X 10_5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水， 而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O42H2O)无色，熔点为101 C, 易溶于水，受热脱水、升华，170 C以上分解。回答下列问题：(1) 甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是 由此可知草酸晶体分解的产物中有 。装置B的主要作用是 。(2) 乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO,为进行验证，选 用甲组实验中的装置 A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验无水氯化钙澄清石灰水D 乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、。装置 H 反应管盛有的物质是 。 能证明草酸晶体分解产物中有 CO的现象是。（3）设计实验证明： 草酸的酸性比碳酸的强 。 草酸为二元酸。解析：（1）澄清石灰水变浑浊说明有 CO?生成，现象是有气泡生 成，冰水冷凝分解产物水和 HCOOH。（2）由装置A、B