2019-2020年高考化学一轮复习 专题11.5 探究性化学实验讲案（含解析）.doc

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2019-2020年高考化学一轮复习 专题11.5 探究性化学实验讲案（含解析） 复习目标： 1、 掌握探究型实验题的题型，解题思路与方法。 基础知识回顾： 1、对未知产物的探究 通过化学反应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究竟含有哪些物质。虽然探究性实验主要考查学生的探究能力，但在问题中常常包含了对实验基础知识的考查。如： （1）常见物质分离的提纯方法：结晶法、蒸馏法、过滤法、升华法、萃取法、渗析法等。 （2）常见气体的制备、净化、干燥、收集等方法。 （3）熟悉重点的操作：气密性检查、测量气体体积、防倒吸、防污染等。 2．物质性质的探究 （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，必须在牢牢掌握元素化合物知识的基础上，大胆猜想，细心论证。脱离元素化合物知识，独立看待实验问题是不科学的，只有灵活运用已有的元素化合物知识，才能变探究型实验为验证型实验，使复杂问题简单化。 【典型例题1】【xx·安徽理综，28】工业上从废铅蓄电池的铅膏回收铅的过程中，可用碳酸盐溶液与处理后的铅膏(主要成分为PbSO4)发生反应：PbSO4(s)＋CO(aq)PbCO3(s)＋SO(aq)。某课题组用PbSO4为原料模拟该过程，探究上述反应的实验条件及固体产物的成分。 （1）上述反应的平衡常数表达式：K＝____________________________________。 （2）室温时，向两份相同的PbSO4样品中分别加入同体积、同浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液均可实现上述转化，在________溶液中PbSO4转化率较大，理由是___________________________。 （3）查阅文献：上述反应还可能生成碱式碳酸铅[2PbCO3·Pb(OH)2]，它和PbCO3受热都易分解生成PbO。该课题组对固体产物(不考虑PbSO4)的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三： 假设一：全部为PbCO3； 假设二：_____________________________________________________________； 假设三：_____________________________________________________________。 （4）为验证假设一是否成立，课题组进行如下研究。 ①定性研究：请你完成下表中内容。 实验步骤(不要求写出具体操作过程) 预期的实验现象和结论 取一定量样品充分干燥，…… ②定量研究：取26.7 mg的干燥样品，加热，测得固体质量随温度的变化关系如下图： 某同学由图中信息得出结论：假设一不成立。你是否同意该同学的结论，并简述理由： __________________________________________________________________。 【答案】（1）(或) （2）Na2CO3　Na2CO3溶液中的c(CO)大 （3）全部为2PbCO3·Pb(OH)2 PbCO3和2PbCO3·Pb(OH)2 （4）① 实验步骤 (不要求写具体操作过程) 预期的实验现象和结论 充分加热样品，将产生的气体通入盛有无水硫酸铜的干燥管 若无水硫酸铜不变蓝，则假设一成立；若无水硫酸铜变蓝，则假设一不成立 【典型例题2】【广东省“十二校”xx学年度高三第2次联考】.（17分）某研究小组对“Br2和I2能否将Fe2+氧化为Fe3+”这一课题进行实验和探究。请你完成相关问题的回答。 (1)提出合理的假设 假设1： Br2和I2都可以将Fe2+氧化为Fe3+； 假设2： Br2和I2都不能将Fe2+氧化为Fe3+； 假设3： （2）实验验证 在大试管中加适量铁粉，加入10 mL 稀硫酸，振荡试管，充分反应后，铁粉有剩余，将所得的FeSO4溶液稀释到200mL，备用。 实验Ⅰ：向试管1中加入2 mL浅绿色的 FeSO4溶液，再滴加少量红棕色的溴水，振荡试管，溶液为黄色； 实验Ⅱ：向试管2中加入2 mL浅绿色的 FeSO4溶液，再滴加少量棕黄色的碘水，振荡试管，溶液为黄色。 （3）对实验现象的分析与讨论 ①甲同学认为实验Ⅰ的现象说明溴水能将Fe2+氧化，离子方程式为 。 ②乙同学认为应该补充实验，才能得出甲的结论。乙的实验操作以及预期现象是 。 ③该小组同学对实验Ⅱ中溶液呈黄色的原因展开了讨论： 可能1：碘水与 FeSO4溶液不反应，黄色是碘水稀释后的颜色。 可能2： 。 丙同学和丁同学分别设计了以下实验方案以确定可能的原因。 丙方案：向试管2所得溶液中继续加入0.5mLCCl4，充分振荡，静置一段时间后。取出上层溶液，滴加几滴KSCN 溶液； 丁方案：向试管2所得溶液中继续加入加入0.5mL乙酸乙酯，充分振荡，静置一段时间后。取出下层溶液，滴加几滴KSCN 溶液； 你认为 方案为最佳方案，理由是 。 （4）拓展延伸 为准确测定此实验所用的FeSO4溶液的浓度，某同学补充了以下实验： 滴定：量取20.00mL稀释后得到的溶液于锥形瓶中，将0.0200mol/LKMnO4标准溶液装入50mL 中，滴定至终点，记录数据。重复滴定2次。平均消耗KMnO4溶液V mL。 ②计算：此实验中所用的FeSO4溶液的物质的量浓度= mol/L（要求只列出算式，不需运算）。 （已知反应式：Fe2+ + MnO4－ +H+ — Fe3+ + Mn2+ + H2O，未配平) 【典型例题3】【广东省潮州市xx届高三第二次模拟考试】（16分）为了探究AgNO3的氧化性和热稳定性，某化学兴趣小组设计了如下实验。 Ⅰ. AgNO3的氧化性 将光亮的铁丝伸入AgNO3溶液中，一段时间后将铁丝取出。为检验溶液中Fe的氧化产物，将溶液中的Ag+除尽后，进行了如下实验。可选用试剂：KSCN溶液、NaOH溶液、氯水、KMnO4溶液。 ⑴请完成下表： 操作 现象 结论 取少量除尽Ag+后的溶液于试管中，加入 ，振荡 存在Fe3+ 取少量除尽Ag+后的溶液于试管中，加入1~2滴KMnO4溶液，振荡 存在Fe2+ 【实验结论】Fe的氧化产物为存在Fe2+和Fe3+ Ⅱ. AgNO3的热稳定性 用下图所示的实验装置A加热AgNO3固体，产生红棕色气体，在装置D中收集到无色气体。当反应结束以后，试管中残留固体为黑色。 Ⅱ.⑵装置B的作用是 。 ⑶经小组讨论并验证该无色气体为O2，其验证方法是 。 ⑷【查阅资料】Ag2O和粉末的Ag均为黑色；Ag2O可溶于氨水。 【提出假设】试管中残留的黑色固体可能是：①Ag；②Ag2O；③Ag和Ag2O。 【实验验证】该小组为验证上述设想，分别取少量黑色固体，进行了如下实验。 实验编号 操作 现象 a 加入足量氨水，振荡 黑色固体不溶解 b 加入足量稀硝酸，振荡 黑色固体溶解，并有气体产生 【实验评价】根据上述实验，不能确定固体产物成分的实验是 （填实验编号）。 【实验结论】根据上述实验结果，得出AgNO3固体受热分解的方程式为 。 【实验拓展】取2.0g AgNO3样品充分受热分解，共收集到标况下气体的体积为336mL，则样品中AgNO3的百分含量为 。 【典型例题4】MnO2是中学化学中常见的一种试剂，可作氧化剂和催化剂。某兴趣小组通过实验对MnO2 的性质进行了一系列的研究。 （1）欲探究MnO2的催化效果，需要用30%的H2O2溶液(密度近似为1 g·cm－3)配制浓度为3%的H2O2溶液(密度近似为1 g·cm－3)100 mL。简述其配制方法：______________________________。 （2）该小组设计了如下4个方案以验证MnO2的氧化性，可行的是__________。 A．把MnO2固体加入到FeSO4溶液中，再加入KSCN溶液，观察溶液是否变血红 B．把MnO2固体加入到FeCl3溶液中，再加入KSCN溶液，观察溶液是否变血红 C．把MnO2固体加入到Na2SO3溶液中，再加入BaCl2溶液，观察是否有白色沉淀生成 D．把MnO2固体加入到稀盐酸中，观察是否有黄绿色气体生成 （3）该小组为研究在不同酸碱性的溶液中MnO2的氧化能力，他们控制KI溶液的浓度和MnO2固体的质量相同，恒定实验温度在298 K，设计如下对比实验： 实验 酸或碱 现象 A 1滴0.2 mol·L－1 NaOH溶液 不变色 B 1滴水 缓慢变浅棕褐色 C 1滴0.1 mol·L－1硫酸 迅速变棕褐色 从上述对比实验中，可以得出的结论是_____________________________________。 写出在酸性条件下，MnO2氧化I－的离子方程式________________________________。 （4）利用二氧化锰的氧化性，让其与浓盐酸反应制取氯气，下列仪器可作为该反应的反应容器的是__________(填序号)。 　 考点详析： 考点一：规律探究与变量控制 控制变量法：物质变化往往受到多个因素的影响，在研究化学反应与外界因素之间的关系时，对影响物质变化规律的因素或条件加以人为控制，使其他几个因素不变，集中研究其中一个因素的变化所产生的影响，以利于在研究过程中，迅速寻找到物质变化的规律。常涉及的题型有：（1）外因(浓度、温度、压强等)对化学反应速率、化学平衡的影响；（2）物质性质的递变规律。 1、变量探究实验题的解题策略 解答变量探究类试题关键是在其他条件相同的前提下，只改变一个条件对研究对象的影响规律。注意：选择数据要有效，且变量统一，否则无法作出正确判断。 2、规律探究实验题的解题策略 物质性质递变规律的探索也是中学化学实验探索的一个重要内容。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。 解决有关规律探究问题的实验设计，其常用方法示例如下： （1）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。 （2）物质的酸(碱)性强弱的判断。 （3）钢铁发生电化学腐蚀的规律探究。可以通过控制所含的杂质是否与空气接触、所接触的电解质溶液的酸碱度、钢铁在腐蚀过程中体系内的气压变化等角度设计实验，找出规律。 【典型例题5】【广东省顺德区xx届高三教学质量检测】（16分）某校高三同学高考前重做以下两个课本实 验，请你回答实验过程中的相关问题： 反应 Cl2 ClO2 （1）铝热反应实验：取磁性氧化铁粉按课本中的实验装置（如图）进 行铝热反应，将反应后所得“铁块”溶于盐酸，向反应后的溶液 中滴加KSCN溶液，发现溶液变血红色。 ①出现这种现象的原因，除了因“铁块”中可能混有没反应完的 磁性氧化铁外，还有一种可能原因是　 。 ② 若要证明反应所得“铁块”中含有金属铝，可用 （填化学式）溶液，所发生反应的离子方程式为　 。 （2）化学反应速率影响因素的探究实验： KI在经酸化的溶液中被空气氧化的反应式为：4H+ + 4I-+ O2 = 2I2 + 2H2O。该反应的速率受温度、酸度、溶剂、试剂浓度等影响，可用淀粉与碘的显色反应来观测该反应的速率。已知，淀粉与碘的显色反应在温度升高时灵敏度会降低，高于75℃则不能显色；淀粉浓度越高显色越灵敏、颜色也越深。 实验小组拟用0.8 mol·L-1 KI溶液、0.1 mol·L-1H2SO4溶液、淀粉溶液等来探究温度、酸度对上述反应速率的影响，他们做了A—C三组实验，部分实验数据如下表： 编号 温度/℃ H2SO4体积/mL KI溶液体积/mL H2O体积/mL 淀粉溶液 / mL 出现蓝色时间 /s A 39 10 5 5 1 5 B TB 10 5 5 1 没出现蓝色 C 5 10 5 5 1 39 D t ①为确保A组实验在39℃下进行，应采用的控温操作方法是 。 ②A—C三组实验时，都加入了5mL水，其目的是 。 ③B组实验中“没出现蓝色”，原因是 。 ④请你为小组设计D组实验方案（在表格空白处填入你设计的5个数据），以帮助小组完成探究目标。 ⑤按你设计的实验数据，请你预测一个t值，并写出与你预测相对应的探究实验结 论 。 【典型例题6】【xx·课标全国卷，28】某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶 液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题： （1）上述实验中发生反应的化学方程式有__________________________________； （2）硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是___________________________； （3）实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4种溶液，可与上述实验中CuSO4溶液起相似作用的是________； （4）要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措施有___________________(答两种)； （5）为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列的实验。将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。 实验 混合溶液 A B C D E F 4 mol·L－1 H2SO4/mL 30 V1 V2 V3 V4 V5 饱和CuSO4溶液/mL 0 0.5 2.5 5 V6 20 H2O/mL V7 V8 V9 V10 10 0 ①请完成此实验设计，其中：V1＝__________，V6＝__________，V9＝________。 ②反应一段时间后，实验A中的金属呈________色，实验E中的金属呈________色； ③该同学最后得出的结论为当加入少量CuSO4溶液时，生成氢气的速率会大大提高，但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因。