高中化学化学综合实验与探究.docx

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高中化学化学综合实验与探究

【专题十】化学综合实验与探究

【考点突破】

综合实验与探究试题是二卷必考的三道大题之一。

解答实验填空或简答题要求做到要点化，条理清晰，表达规范。

在历年的阅卷工作中，却发现而不少考生出现以下三大问题：

①会而不对：

主要表

现在解题思路上，或考虑不全，或书写不准，最后答案是错的；

②对而不全：

主要表现在思路大致正确，但丢三拉四，或遗漏某一答案，或讨论不够完备，或是以偏概全或出现错别字；

③全而不精：

虽面面俱到，但语言不到位，答不到点子上。

凡此种种，多是由于答题时一系列的不规范所致。

因此，参加高考，在答题时必须自始至终地时时、处处规范，以求最大限度地减少非知识性失分，力争做到“你认为会的应该是对的，你认为对的应该是全对的”。

在今后的复习中一定要做到以下几点：

①注重语言的逻辑性，做到言简意赅。

②注意化学用语的有效使用，切忌词不达意、言不由衷。

③所答内容

的内涵要严格与设问一致。

【精题精讲】

例1．（2011年汕头二模理综化学试题）某校研究性学习小组同学在实验时把SO2通入装有BaCl2溶液的试管中，出现了白色浑浊物。

（1）实验小组的同学查阅了工具书上的相关数据，经过计算推导得出：

即使把SO2通入BaCl2溶液中至饱和，也不可能生成BaSO3，故白色浑浊物只能是BaSO4。

你认为所查阅的数据为：

SO2饱和溶液中各离子的浓度、SO2的溶解度以及。

（2）小组同学对白色浑浊物成分及产生原因进行了各种合理的假设，并分别设计实验验证假设如下：

假设

实验验证方法及现象

假设1

白色浑浊物是BaSO3。

。

假设2

白色浑浊物是BaSO4，造成原因是

。

把BaCl2溶液煮沸，冷却后滴加苯液封，再通入SO2。

出现轻微浑浊。

假设3

白色浑浊物是BaSO4，造成原因是

。

反应开始前，先向制取SO2的装置中通入纯净的CO2，再把产生的SO2通入BaCl2溶液中

。

不出现浑浊。

请把上表填充完全。

（3）写出在验证假设2的实验时，溶液中发生的反应的化学方程式：

、；

（4）请你再提供一种假设。

白色浑浊物是BaSO4，造成原因是。

【解析】本题的假设及验证过程以填空的形式给出，减小了试题的难度，故在答题时可利用题中信息。

产生白色浑浊物的原因可能是氯化钡溶液中含有碱性物质、氧化性物质或二氧化硫气体中混有氧气等。

【答案】

（1）BaSO3的溶度积或BaSO3的

溶解度或Ksp（BaSO3）（只答出一种即可）

（2）

假设1

在白色浑浊物中加入过量盐酸，变澄清

假设2

BaCl2溶液中溶解的氧气把亚硫酸氧化成硫酸

假设3

SO2中混有空气，把亚硫酸氧化成硫酸

（3）2SO2+O2+2H2O=2H2SO4或SO2+H2O=H2SO3、2H2SO3+O2=2H2SO4、H2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2HCl（三种答对两即可）

（4）BaCl2溶液中混有Ba（OH）2或含有Ba（NO）3、HNO3、H2O2、Fe3+等均可。

例2．（2011年河南省五市高中毕业班第二次联合考试）某校化学兴趣小组设计了图示实验装置（图中省略了夹持仪器）来测定某铁碳合金中铁的质量分数。

（1）mg铁碳合金中加入过量浓硫酸，未点燃酒精灯前，A、B均无明显现象，其原因是：

①常温下碳与浓硫酸不反应；②_____________。

（2）写出加热时A中碳与浓硫酸发生反应的化学方程式____________。

（3）B中的现象是：

____________；C的作用是：

_______________。

（4）待A中不再逸出气体时，停止加热，拆下E并称重，E增重bg。

则铁碳合金中铁的质量分数为_____________。

（5）甲同学认为利用此装置测得铁的质量分数偏大，请你写出可能的原因：

___________。

（6）最后对所得测量结果进行评价，小组内有同学提出，本套装置在设计上存在多处缺陷而导致实验结果不准确，其中会导致铁质量分数测量值偏低的是（任答一条即可）

_____________。

【解析】本实验的原理为测定产生的二氧化碳的量，据此求出碳的质量，进一步求出铁碳合金中铁的质量分数。

本题的考查点就在测定二氧化碳的含量上，第一需要排除二氧化硫的干扰，这就需要吸收二氧化硫、并且证明二氧化硫已经除尽，本题在设计上存在这一缺陷；第二是保证生成的二氧化碳全部被碱石灰吸收、称量，这就需要用惰性气体（如氮气）将装置中的气体赶出，而该实验的设计在这一点上也存在缺陷。

（4）产生二氧化碳bg，根据碳守恒

【答案】

例3．（北京市西城区2011年高三二模试卷）某同学设计了如下图所示装置（部分夹

持装置已略去）进行实验研究。

请回答：

（1）用上述装置探究影响化学反应速率的因素。

①圆底烧瓶中发生反应的离子方程式是。

②用上述装置进行实验，以生成9．0mL气体为计时终点，结果为

。

序号

V（H2SO4）/mL

C（H2SO4）/mol·L-1

t/s

比较实验I和Ⅱ可以得出的实验结论是。

实验过程中，对量气管的操作是

。

③若将锌片换成含杂质的粗锌片，且控制其他条件使其与上述实验完全一致，所测得的反应速率均大于上述实验对应的数据。

粗锌片中所含杂质可能是（填序号）。

A．石墨b．银c．铜d．沙粒（二氧化硅）

（2）用上述装置验证生铁在潮湿空气中会发生吸氧腐蚀。

①圆底烧瓶中的试剂可选用（填序号）。

a．NaOH溶液b．C2H5OHc．NaCl溶液d．稀硫酸

②能证明生铁在潮湿空气中会发生吸氧腐蚀的现象是。

【解析】

（1）②对量气管读数时，要注意调整左右两管的液面高度相平，且视线与液面相平。

③由反应速率大于上述实验对应的数据可知所含杂质必能与锌形成原电池，是反应速率增大。

（2）钢铁在中性或弱碱性环境中易发生吸氧腐蚀，吸氧腐蚀消耗氧气，故量气管右端液面下降，左端液面上升。

【答案】

例4．（东莞高级中学2011届高三校二模理综测试）某化学兴趣小组在探究次氯酸钠溶液的性质时发现：

往过量FeSO4溶液中滴入几滴NaClO溶液，并加入适量硫酸，溶液立即变黄。

请你协助他们完成该反应还原产物的探究。

（1）甲同学推测该反应的还原产物为Cl2；乙同学推测该反应的还原产物为。

（2）你认为甲同学的推测是否正确？

（填“正确”或“不正确”）。

请用简要的文字或离子方

程式说明理由。

根据乙同学的推测，上述反应的离子方程式为。

（3）请你设计一个实验方案，验证乙同学的推测（还原产物）是否正确。

要求在答题卡上按下表格式写出实验步骤、预期现象和结论：

实验操作

预期现象和结论

步骤1：

步骤2：

【解析】NaClO中氯元素为+1价，故其还原产只可能为氯气或Cl－。

而验证乙同学结论正确只需要验证有Cl－生成即可，验证时应该先排除SO42－的干扰。

【答案】

（1）Cl－

（2）不正确因为FeSO4过量，反应中有剩余，Cl2能将Fe2+继续氧化，因此还原产物不可能为Cl2（或2Fe2+＋Cl2＝2Cl－＋2Fe3+）

2Fe2+＋ClO－＋2H+＝2Fe3+＋Cl－＋H2O

（3）

实验步骤

预期现象和结论

步骤1：

取上述反应后的溶液少许于试管A中，滴加过量Ba（NO3）2溶液，静置。

（2分）

有白色沉淀生成（1分）

步骤2：

取试管A中的上层清液于试管B中，滴几滴稀HNO3和

几滴AgNO3溶液。

（2分）

若有白色沉淀生成，则乙同学的推测正确（1分）

；若没有白色沉淀生成，则乙同学的推测不正确（1分）。

例5．（泰州市2011届高三第三次调研测试）某兴趣小组的同学发现，将CuSO4溶液与Na2CO3溶液混合会产生蓝绿色沉淀。

他们对沉淀的组成很感兴趣，决定采用实验的方法进行探究。

【提出猜想】

猜想1：

所得沉淀为；

猜想2：

所得沉淀为；

猜想3：

所得沉淀为碱式碳酸铜[化学式可表示为mCu（OH）2·nCuCO3]。

查阅资料获知，无论是哪一种沉淀受热均易分解（假设均不含结晶水）。

【实验探究】

步骤1：

将所得悬浊液过滤，先用蒸馏水洗涤，再用无水乙醇洗涤，风干。

步骤2：

取一定量所得固体，用如下装置（夹持仪器未画出）进行定性实验。

能证明猜想1成立的实验现象是。

【问题讨论】

（1）检查上述虚线框内装置气密性的实验操作是：

关闭K，。

（2）若在上述装置B中盛放无水CaCl2，C中盛放Ba（OH）2溶液，还可测定所得沉淀的组成。

①C中盛放Ba（OH）2溶液，而不使用澄清石灰水的原因是。

②若所取蓝绿色固体质量为27.1g，实验结束后，装置B的质量增加2.7g，C中产生沉淀的质量为19.7g。

则该蓝绿色固体的化学式为。

【解析】问题讨论中的

（2）②，无论是Cu（OH）2、CuCO3，还是二者兼有，加热后最后都残留CuO。

n（H2O）=

=0.15mol

n（CO2）=

=0.1mol

n（CuO）=

=0.25mol

故该蓝绿色沉淀写成氧化物形式为：

5CuO·2CO2·3H2O，或者写成Cu5（OH）6（CO3）2或2CuCO3·3Cu（OH）2。

【答案】【提出猜想】Cu（OH）2CuCO3

【实验探究】

B中白色固体变蓝，C中无明显现象（若猜想1所得沉淀为CuCO3，则实验现象为B中无明显现象，C中产生白色沉淀）

【问题讨论】

（1）用酒精灯微热硬质玻璃管，若C中有气泡逸出，撤去酒精灯冷却一段时间后，C中导管内形成水柱，则证明装置的气密性良好

（2）①Ba（OH）2溶解度大于Ca（OH）2，充分吸收CO2；BaCO3的摩尔质量大于CaCO3，测量误差小

②Cu5（OH）6（CO3）2［或2CuCO3·3Cu（OH）2］

例6．（海南省海口市2010-2011学年高三高考调研测试

（二））某兴趣小组在网上收集到如下信息：

钾、钙、钠、镁等活泼金属都能在CO2气体中燃烧。

他们对钠在CO2气体中燃烧后生成的白色物质进行了如下探究：

【实验】将燃烧的钠迅速伸入到盛有装满CO2的集气瓶中，钠在其中继续燃烧至完全，反应后冷却，瓶底附着黑色颗粒，瓶壁上粘附着白色物质。

（1）通过钠在CO2气体中燃烧的实验，你认为物质燃烧的条件是。

（2）实验室不小心发生钠着火，下列灭火方法正确的是

A．用水扑灭B．用泡沫灭火器扑灭

C．用干粉灭火器扑灭D．用干燥的砂子扑灭

【提出假设】

假设1：

白色物质是Na2O。

假设2：

白色物质是Na2CO3。

假设3：

白色物质是Na2O和Na2CO3的混合物。

【设计实验方案．验证假设】该小组对燃烧后生成的白色物质进行如下探究：

实验方案

实验操作

实验现象

结论

方案1

取少量白色物质于试管中，加入适量水，振荡，样品全部溶于水，向其中加入无色酚酞试液

溶液变成红色

白色物质为Na2O

方案2

①取少量白色物质于试管中，加入适量水，振荡，样品全部溶于水，向其中加入过量的BaCl2溶液

出现白色沉淀

②静置片刻，取上层清液于试管中，滴加无色酚酞试液

无明显现象

【思考与交流】

（3）甲同学认为方案1得到的结论不正确，

其理由是。

（4）乙同学认为方案2得到的结论正确，白色物质为。

理由是。

（5）写出钠在二氧化碳中燃烧的化学方程式为。

（6）丙同学认为白色物质有可能是氢氧化钠。

你是否同意丙同学的观点，并简述理由：

。

【答案】

（2）D

（3）Na2CO3溶液显碱性，也会使酚酞变红

（4）Na2CO3方案2的①中出现的白色沉淀是BaCO3，所以燃烧后的白色物质中有Na2CO3，②中滴加无色酚酞试液无明显现象，说明燃烧后的白色产物中没有Na2O。

（5）4Na+3CO2====2Na2CO3+C

（6）不同意。

因为反应物中无氢元素（或违背质量守恒定律）

例7．（2011年石家庄市高中毕业班第二次模拟考试试卷）工业制得的氮化铝（AlN）产品中常含有少量Al4C3、Al2O3、

等杂质。

某同学设计了如下实验分别测定氮化铝（AlN）样品中AlN和Al4C3，的质量分数（忽略NH3在强碱性溶液中的溶解）。

（1）实验原理

①Al4C3与硫酸反应可生成CH4；

②AlN溶于强酸产生铵盐，溶于强碱生成氨气，请写出AlN与NaOH溶液反应的化学方程式。

（2）实验装置（如图所示）

（3）实验过程

①连接实验装置，检验装置的气密性。

称得D装置的质量为

，滴定管的读数为

mL。

②称取xgAlN样品置于锥形瓶中；塞好胶塞，关闭活塞，打开活塞，通过分液漏斗加入稀硫酸，与烧瓶内物质充分反应。

③待反应进行完全后，关闭活塞，打开活塞，通过分液漏斗加入过量（填化学式），与烧瓶内物质充分反应。

④（填入该步应进行的操作）。

⑤记录滴定管的读数为

mL，称得D装置的质量为

，

（4）数据分析

①AlN的质量分数为。

②若读取滴定管中气体的体积时，液面左高右低，则所测气体的体积（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）。

③

的质量分数为。

（该实验条件下的气体摩尔体积为

）。

【解析】

（1）AlN与强酸、强碱的反应实质上是AlN先与水发生水解反应，生成Al（OH）3和NH3，生成物然后再分别与强酸或强碱反应。

（2）从实验装置和实验步骤上看，本实验的原理是用足量硫酸与样品中Al4C3完全反应，量取生成的甲烷气体，从而可测得Al4C3的百分含量；用足量NaOH溶液与样品中AlN完全反应，充分吸收生成的氨气，并称量其质量，从而求得AlN的质量分数。

为了保证生成的氨气全部被吸收，实验装置设计了K2这一活塞和导

管，目的就是反应后从此处通入惰性气体将氨气排除被充分吸收。

根据氮原子的守恒，氨气的物质的量等于AlN的物质的量，可求得AlN的质量分数；根据碳原子的守恒，Al4C3的物质的量等于甲烷的物质的量的三分之一，可求得Al4C3的质量分数。

【答案】

（1）AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑

（3）②K2、K3K1

③K1（1分），K3（1分），NaOH

④打开K2，通入空气一段时间

（4）①

×100%

②偏小

③

×100%

8．（蚌埠市2011届高三年级第三次教学质量检查考试）某兴趣小组的同学在探究金属活动性顺序时，决定把铝片放入硫酸铜的水溶液中进行实验，以验证铝和铜的活动性顺序。

小组的同学进行了分工，甲同学取一定量的无水硫酸铜粉末加到一定量的蒸馏水中溶解，发现溶液变浑浊，加水稀释仍然浑浊。

（1）你认为是什么原因造成的，写出反应的化学方程式。

（2）请你给出配制此溶液的建议。

（3）经过小组讨论后，终于配制成澄清溶液。

甲同学截取一段铝片放入盛有该硫酸铜溶液的试管中，观察，一开始无明显现象，一段时间后铝片表面先变，随后溶液颜色变浅并在铝片表面沉积一层疏松的红色物质。

（4）乙同学认为将铝片放入前应，并重做此实验，除发现跟甲同学一样的现象外，还看到有气泡产生，于是激发了他们的探究欲望。

【提出问题】该气体是什么呢？

【猜想】①甲同学认为可能是氢气②乙同学认为可能是二氧化硫。

【查资料】铜盐溶液中，溶液的pH决定溶液中Cu2＋浓度大小，通过查资料得到如下数据（Cu2＋浓度小于1.0×10-5mol

L-1时忽略不计）：

Cu2＋/mol

L-1

0.1

0.01

0.001

0.0001

0.00001

溶液pH

4.7

5.2

5.7

6.2

6.7

【方案设计】同学们设计方案逐一加以验证：

①；

②。

【讨论交流】你觉得还可以通过什么操作验证Al和Cu的活动性。

【解析】在配制易水解的强酸弱碱盐时，为了防止水解，通常将该盐溶于对应的酸中，然后加蒸馏水稀释。

验证可氢气可根据其可燃性做爆鸣实验，验证二氧化硫可根据其还原性或漂白性通入酸性高锰酸钾溶液或品红试液中。

【答案】

（1）硫酸铜水解生成氢氧化铜沉淀，CuSO4+2H2O

Cu（OH）2↓+H2SO4

（2）取硫酸铜粉末加入少量硫酸再加适量蒸馏水稀释

（3）暗

（4）先用砂纸打磨光亮

【方案设计】①将产生的气体收集到小试管中，做爆鸣气实验

②将产生的气体通入品红溶液中，观察是否褪色（或其他合理的答案）

【讨论交流】分别取铜片和铝片，加入稀盐酸中观察（或其他合理的答案）

9．（2011年潮州市二模理综化学试题）纯碱、烧碱等是重要的化工原料。

（1）利用右下图所示装置可间接证明二氧化碳与烧碱溶液发生了反应：

将A与B

连接，打开止水夹，将胶头滴管中的液体挤入烧瓶，此时的实验现象是，反应的离子方程式是_______。

（2）向100mL2mol/L的NaOH溶液中通入一定量CO2，充分反应后将溶液在一定条件下蒸发结晶，得到少量的白色固体。

试设计实验确认该白色固体的成分。

①提出合理假设。

假设1：

该白色固体为NaOH和Na2CO3；

假设2：

该白色固体为只有Na2CO3；

假设3：

该白色固体为只有NaHCO3；

假设4：

该白色固体为____________。

②基于假设1，设计实验方案进行实验证明固体的成分是NaOH和Na2CO3。

请在答题卡上写出实验步骤及预期现象和结论。

（步骤可不填满也可增加）

限选实验试剂及仪器：

1moL·L–1HCl溶液、1mol·L–1MgCl2溶液、0.5moL·L–1BaCl2溶液、1mol·L–1Ba（OH）2溶液、甲基橙试液、酚酞试液、试管、胶头滴管、过滤装置。

实验步骤

预期现象和结论

步骤1：

步骤2：

步骤3：

【解析】要验证NaOH和Na2CO3同时存在，根据题中所给试剂，要首先利用中性溶液BaCl2检验出碳酸钠，并将碳酸根离子全部沉淀，再通过检验溶于的pH来确定是否含有NaOH。

【答案】

（1）水沿导管由广口瓶进入烧瓶（或：

水倒吸进入烧瓶）

2OH–+CO2=CO32–+H2O（或OH–+CO2=HCO3–）

（2）Na2CO3和NaHCO3

实验步骤

预期现象和结论

步骤1：

取少量白色固体于试管中，加适量水溶解，再加0.5moL·L–1BaCl2溶液至过量（2分）

产生白色沉淀，说明固体中含有Na2CO3；

（2分）

步骤2：

过滤，取少量滤液（或：

静置，用胶头滴管取上层清液少许）于试管中，再向试管中滴加1~2滴酚酞试液（2分）

溶液变红色，说明固体中含有NaOH（2分）

【专题演练】

1．用以下三种途径来制取相同质量的硝酸铜：

①铜与浓硝酸反应；②铜与稀硝酸反应；③铜与氧气反应生成CuO，CuO再与稀硝酸反应。

下列有关叙述不正确的是（　　）

A．所消耗的硝酸的量：

①>②>③

B．对环境造成的危害，③最小

C．因铜与浓硝酸作用最快，故制取硝酸铜的最佳途径是①

D．三种途径所消耗的铜的质量相等

解析：

三种途径制取硝酸铜的反应分别为：

①Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O，②3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O，③2Cu＋O2

2CuO、CuO＋2HNO3===Cu（NO3）2＋H2O。

所消耗的硝酸的量：

①>②>③，A对；途径③没有有毒气体产生，对环境造成的危害最小，B对；途径③消耗的硝酸最少，对环境造成的危害最小，为制取硝酸铜的最佳方案，C错；三种途径消耗的铜的质量相等，D对。

答案：

2．下述实验不能达到预期目的的是（　　）

编号

实验内容

实验目的

将AlCl3溶液蒸干灼烧

制备Al2O3

向沸水中滴加几滴FeCl3饱和溶液，继续加热至红褐色

制备Fe（OH）3胶体

向某溶液中加入稀H2SO4，将产生的气体通入澄清石灰水

检验溶液中是否含有CO

相同温度下，测定浓度均为0.1mol·L－1的Na2CO3和CH3COONa溶液的pH

比较CH3COO－和CO

结合H＋的能力强弱

解析：

若溶液中含有HCO

或SO

、HSO

等，也会出现同样的现象，故C错误。

答案：

3．为证明SO2与Ba2＋只有在碱性条件下才能形成BaSO3沉淀，可设计如下实验方案，其中可行的是（　　）

A．将SO2通入Ba（OH）2溶液中，有白色沉淀生成

B.将SO2通入Ba（NO3）2溶液中，有白色沉淀生成

C.将SO2分别通入BaCl2溶液、BaCl2和HCl的混合溶液、Ba（OH）2溶液中，只有Ba（OH）2溶液中有白色沉淀生成

D.将SO2通入BaCl2与NH3的混合溶液中，有白色沉淀生成

解析：

A、D项实验可证明在碱性条件下SO2能与Ba2＋作用形成沉淀，但不能排除在非碱性条件下也能形成沉淀；B项中则是在酸性（SO2溶解后生成H2SO3使溶液呈酸性）条件下，NO

将SO

氧化成SO

，从而形成BaSO4沉淀；C项中分别在中性、酸性和碱性条件下进行实验，从而能得出结论。

答案：

4．向某无色溶液Q中加入适量的盐酸后，产生白色沉淀P，再加入稀硝酸，沉淀不溶解，对此现象，甲、乙两位同学分别提出自己的看法。

甲：

原溶液中一定有Ag＋。

乙：

原溶液中一定有SiO

。

丙同学通过对甲、乙两位同学的观点进行分析后提出了如下的方案，用于确定溶液中到底是含有Ag＋还是含有SiO

，其中肯定不正确的是（　　）

操作

将P置于浓氨水中

测量溶液Q的pH

将P置于NaOH溶液中

向溶液Q中加足量硝酸

现象与结论

若沉淀不溶解，则原溶液中含有Ag＋

若pH<7，则溶液中不含SiO

若P溶解，则含有SiO

若有白色沉淀生成，则不含Ag＋

解析：

Ag＋水解使溶液呈酸性，SiO

水解使溶液呈碱性，H2SiO3能溶于强碱，AgCl能溶于浓氨水。

答案：

5．下列相关实验不能达到预期目的的是（　　）

选项