高考化学一轮配套文档第十章 第1讲.docx
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高考化学一轮配套文档第十章第1讲
第1讲 探究型实验题
热点一 探究型实验题
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。
（2017·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26.7mg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：
__________________________________________________________________。
解析 突破本题的难点在于溶解平衡的应用和对数据的处理。
（1）反应的平衡常数是用各反应物和生成物的浓度来表示的，固体和纯液体的浓度是一定值，不出现在表达式中，故K＝
（或
）。
（2）在溶液中Na2CO3能完全电离生成CO
，而NaHCO3是弱酸的酸式盐，溶液中的HCO
微弱电离生成CO
，故两者同浓度时，Na2CO3溶液中CO
浓度大，PbSO4转化率较大。
（3）根据原题的描述可知，PbSO4在转化时能生成PbCO3，也能生成碱式碳酸铅，故所得产物有三种可能情况：
一是全部为碳酸铅，二是全部为碱式碳酸铅，三是两者都有。
（4）①因为PbCO3分解生成PbO和CO2，碱式碳酸铅分解生成PbO、CO2和H2O，故只要分析产物中是否有H2O生成就可以判断假设一是否成立。
②同意，若全部为PbCO3时，26.7mg完全分解后最终固体质量应为22.3mg（或：
不同意，实验最终得到固体的质量与全部为PbCO3时分解所得固体质量相差不大，可能是实验过程中产生的误差引起的）。
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
②同意，若全部为PbCO3时，26.7mg完全分解后最终固体质量应为22.3mg（或：
不同意，实验最终得到固体的质量与全部为PbCO3时分解所得固体质量相差不大，可能是实验过程中产生的误差引起的）
（本题属于开放性试题，合理答案均可）
【典例2】 某同学用如图1所示的装置来探究CO2、SO2与澄清石灰水的反应，结果通入CO2可以看到先浑浊后澄清的现象，但通入SO2看不到浑浊现象。
经思考后该同学改用如图2所示的装置，将气体收集在注射器中，缓慢地将气体通入澄清石灰水中，都能看到石灰水先变浑浊再澄清的现象，且通入SO2时产生的现象明显且快。
（1）对比分析两组实验，你认为用图1所示的装置实验时，通入SO2不能出现浑浊的原因可能是___________________________________________________________。
（2）用图2所示的装置实验时，以相同速率通入CO2和SO2，SO2产生浑浊、澄清的现象比CO2快的原因是_________________________________________________。
（3）用图1所示的装置进行SO2与澄清石灰水反应的实验若存在缺陷，其改进方法是（若你认为该装置没有缺陷，此空可以不填）________________________________。
解析 对比图1实验和图2实验：
气体进入澄清石灰水的速率——前者快，后者慢；现象——前者是只有通入CO2时石灰水才出现先变浑浊后澄清的现象，后者是通入SO2时石灰水先变浑浊后澄清的速率快。
由图2实验现象可知，CO2、SO2与石灰水反应的现象相同，仅有速率差异。
根据图2实验从而想到图1实验现象不同的原因仍为反应速率问题，即SO2溶解和与澄清石灰水反应较快，沉淀存在时间极短而不易观察。
答案
（1）SO2在水中溶解度大且气体发生装置产生SO2的速率快，SO2直接与Ca（OH）2反应生成了可溶于水的酸式盐[Ca（HSO3）2]而观察不到沉淀
（2）SO2溶于水生成的亚硫酸的酸性比碳酸的强，CaSO3转化为Ca（HSO3）2的速率也快 （3）用导管将尾气通入NaOH溶液中
题组一 未知产物的探究
1．实验室中需要22.4L（标准状况）SO2气体。
化学小组同学依据化学方程式Zn＋2H2SO4（浓）
ZnSO4＋SO2↑＋2H2O计算后，取65.0g锌粒与98%的浓H2SO4（ρ＝1.84g·cm－3）110mL充分反应，锌全部溶解，对于制得的气体，有同学认为可能混有杂质。
（1）化学小组所制得的气体中混有的主要杂质气体可能是________（填分子式）。
产生这种结果的主要原因是________（用化学方程式和必要的文字加以说明）。
（2）为证实相关分析，化学小组的同学设计了实验，组装了如下装置，对所制取的气体进行探究。
①装置B中加入的试剂________，作用是________。
②装置D加入的试剂________________，装置F加入的试剂________________。
③可证实一定量的锌粒和一定量的浓硫酸反应后生成的气体中混有某杂质气体的实验现象是________。
④U形管G的作用为________。
答案
（1）H2 随着反应的进行，硫酸浓度降低，致使锌与稀硫酸反应生成H2，Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
（2）①NaOH溶液（或酸性KMnO4溶液，其他合理答案也给分） 除去混合气体中的SO2
②浓硫酸 无水硫酸铜
③装置E玻璃管中黑色CuO粉末变红色，干燥管F中无水硫酸铜变蓝色
④防止空气中H2O进入干燥管F而影响杂质气体的检验
解析
（1）从物质的量关系来看，发生反应Zn＋2H2SO4（浓）===ZnSO4＋SO2↑＋2H2O，H2SO4略过量，但是实际上随着反应的进行，硫酸的浓度降低；当硫酸的浓度降到一定程度，反应变为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。
（2）该实验的目的是为了通过加热还原CuO验证H2的存在，通过F装置进一步确认有H2O生成；具体的实验装置及作用是A—产生待研究的气体，B—除去气体中的SO2（可以利用SO2的性质选取NaOH溶液或酸性高锰酸钾溶液），C—验证SO2已除尽，D—干燥气体，E—若有H2，则加热E玻璃管，CuO固体由黑色变为红色，F—利用无水硫酸铜吸水变蓝进一步确定气体中H2的存在，G—防止空气中的水蒸气进入F装置而干扰实验。
2．工业上制取漂白粉的化学反应方程式为2Cl2＋2Ca（OH）2===CaCl2＋Ca（ClO）2＋2H2O。
实验室中有一瓶密封不严的漂白粉，其中肯定存在CaCl2，请设计实验，探究该固体中可能存在的其他物质。
（1）提出合理假设。
假设1：
该漂白粉未变质，含有CaCl2，并含__________；
假设2：
该漂白粉全部变质，含有CaCl2，并含____________；
假设3：
该漂白粉部分变质，含有CaCl2，又含有Ca（ClO）2、CaCO3。
（2）设计实验方案，进行实验。
请在下表中写出实验步骤、预期现象和结论。
限选用的仪器和药品：
试管、滴管、带导管的单孔塞、蒸馏水、自来水、1mol·L－1盐酸、品红溶液、新制澄清石灰水。
（提示：
不必检验Ca2＋和Cl－，表格可以不填满。
）
实验步骤
预期现象和结论
①
取少量上述漂白粉于试管中，________
②
③
答案
（1）Ca（ClO）2 CaCO3
（2）
实验步骤
预期现象和结论
①
加入适量1mol·L－1盐酸溶解后，将产生的气体导入澄清石灰水中
（1）若澄清石灰水未见浑浊，则固体中不含CaCO3，假设1成立；
（2）若澄清石灰水变浑浊，则固体中含有CaCO3，假设2或3成立
②
向步骤①反应后的试管中滴入1～2滴品红溶液，振荡（或另外取样操作）
（1）若品红溶液褪色，则固体中存在Ca（ClO）2，假设3成立；
（2）若品红溶液不褪色，则固体中不存在Ca（ClO）2，假设2成立
解析
（1）漂白粉中存在的物质是CaCl2、Ca（ClO）2，变质后Ca（ClO）2会转化成CaCO3。
如果漂白粉未变质，该固体中含有CaCl2和Ca（ClO）2；如果全部变质，该固体中含有CaCl2和CaCO3；如果部分变质，该固体中含有CaCl2、Ca（ClO）2和CaCO3。
（3）根据题意，设计实验过程如下：
实验步骤
预期现象和结论
①
加入适量1mol·L－1盐酸溶解后，将产生的气体导入澄清石灰水中
（1）若澄清石灰水未见浑浊，则固体中不含CaCO3，假设1成立；
（2）若澄清石灰水变浑浊，则固体中含有CaCO3，假设2或3成立
②
向步骤①反应后的试管中滴入1～2滴品红溶液，振荡（或另外取样操作）
（1）若品红溶液褪色，则固体中存在Ca（ClO）2，假设3成立；
（2）若品红溶液不褪色，则固体中不存在Ca（ClO）2，假设2成立
题组二 物质性质的探究
3．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1g·cm－3）配制浓度为3%的H2O2溶液（密度近似为1g·cm－3）100mL。
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298K，设计如下对比实验：
实验
酸或碱
现象
A
1滴0.2mol·L－1NaOH溶液
不变色
B
1滴水
缓慢变浅棕褐色
C
1滴0.1mol·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）。
答案
（1）用量筒量取10.0mL30%的H2O2溶液放入烧杯中，再加入90mL水，搅拌均匀
（2）A （3）酸性越强，MnO2氧化性越强 MnO2＋2I－＋4H＋===Mn2＋＋I2＋2H2O （4）AD
解析
（1）需30%的H2O2溶液100mL×3%÷30%＝10mL，质量为10g，需水90g，即90mL。
（2）B项MnO2固体不可能将FeCl3氧化，加入KSCN溶液也无实际意义；C项无论Na2SO3是否被氧化，都能生成白色沉淀；D项MnO2不能将稀盐酸氧化。
（3）根据信息，棕褐色应该是I2溶液的颜色，因而MnO2将I－氧化为单质，本身被还原为Mn2＋，据此可写出相应的离子方程式。
（4）C为容量瓶，不能加热；B为烧杯，无法将制得的氯气导入集气瓶。
热点二 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。
【典例1】 控制变量法是化学实验的一种常用方法，下表是某学习小组研究等物质的量浓度的稀硫酸和锌反应的实验数据（计算结果精确到小数点后一位）。
分析以下数据，回答下列问题：
实验
序号
稀硫酸的
体积/mL
锌的质
量/g
锌的
形状
温度
/℃
完全溶于酸的时间/s
生成硫酸锌
的质量/g
1
50.0
2.0
薄片
15
200
m1
2
50.0
2.0
薄片
25
100
m2
3
50.0
2.0
颗粒
25
70
m3
4
50.0
2.0
颗粒
35
35
m4
5
50.0
2.0
粉末
25
t1
5.0
6
50.0
4.0
粉末
25
t2
m5
7
50.0
6.0
粉末
25
t3
14.9
8
50.0
8.0
粉末
25
t4
19.3
9
50.0
10.0
粉末
25
t5
m6
10
50.0
12.0
粉末
25
t6
19.3
（1）实验1和实验2表明________对化学反应速率有影响，对同一规律进行研究的实验还有一组是________（填实验序号）。
（2）下列说法正确的是________。
A．t1＜70B．m1＜m2
C．m6＝19.3D．t1＞t4
（3）本实验还可以研究________对化学反应速率的影响。
（4）稀硫酸的物质的量浓度是________mol·L－1，实验6生成硫酸锌的质量m5＝______________。
解析
（1）实验1与实验2的条件只有温度不同，故可表明温度对化学反应速率有影响，同样可知实验3与实验4的反应条件也是温度不同。
（2）其他条件相同时，锌采用粉末状比采用颗粒状的反应速率快，故对比实验3、5的数据可知t1＜70；因实验1、2采用锌的质量相同且全部溶解在稀硫酸中，故生成的硫酸锌等量，即m1＝m2；由实验8、10的数据可知，在加入8.0gZn时，稀硫酸已经耗尽，故m6＝19.3；实验5中加入锌的质量小于实验8的，随着反应的进行，硫酸浓度变小，反应速率变慢，故t1＜t4。
（3）本实验还可以研究硫酸的浓度、催化剂（或压强）等对反应速率的影响。
（4）由稀硫酸耗尽时产生硫酸锌的质量可求出50.0mL稀硫酸中含有n（H2SO4）≈0.12mol，故c（H2SO4）＝2.4mol·L－1；实验6中稀硫酸未耗尽，故可由4.0gZn（全部转化为ZnSO4）求出m5＝4×161/65≈9.9。
答案
（1）温度 实验3和实验4
（2）AC （3）硫酸的浓度和催化剂（或压强） （4）2.4 9.9
【典例2】 某化学兴趣小组的同学学习了同周期元素性质递变规律后，设计了一套实验方案进行实验探究，并记录了有关实验现象如下表。
实验操作
实验现象
1.用砂纸擦后的镁带与沸水反应，再向反应后溶液中滴加酚酞
（A）浮于水面，熔成一个小球，在水面上无定向移动，随之消失，溶液变红色
（B）产生气体，可在空气中燃烧，溶液变成浅红色
（C）反应不十分强烈，产生的气体可以在空气中燃烧
（D）剧烈反应，产生可燃性气体
（E）生成白色胶状沉淀，进而沉淀消失
（F）生成淡黄色沉淀
2.向新制的H2S饱和溶液中滴加新制的氯水
3.钠与滴有酚酞试液的冷水反应
4.镁带与2mol·L－1的盐酸反应
5.铝条与2mol·L－1的盐酸反应
6.向AlCl3溶液滴加NaOH溶液至过量
请你帮助该同学整理并完成实验报告
（1）实验目的：
_________________________________________________________。
（2）实验用品：
仪器：
①________、②________、③________、④试管夹、⑤镊子、⑥小刀、⑦玻璃片、⑧砂纸、⑨胶头滴管等。
药品：
钠、镁带、铝条、2mol·L－1的盐酸、新制的氯水、饱和的H2S溶液、AlCl3溶液、NaOH溶液等。
（3）请你写出上述的实验操作与对应的现象
1________、2________、3________、4________、5________、6________。
（用A F表示）
写出实验操作2、6的离子反应方程式
实验2_______________________________________________________________。
实验6_______________________________________________________________。
（4）实验结论：
_______________________________________________________。
解析 本题通过实验探究同周期元素性质的递变规律。
在元素周期表中，从左至右，元素的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强，金属单质与H2O（或酸）反应，置换H2越来越难，最高价氧化物对应水化物碱性减弱酸性增强；非金属单质与H2化合越来越易，右边的非金属单质可从化合物中置换出左边的非金属单质，如Cl2＋H2S===2HCl＋S↓。
答案
（1）探究同周期元素性质的递变规律
（2）试管 烧杯 酒精灯
（3）B F A D C E Cl2＋H2S===2HCl＋S↓
Al3＋＋4OH－===AlO
＋2H2O
（4）金属性：
Na＞Mg＞Al 非金属性：
Cl＞S
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。
思路总结
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。
1．为探究NaHCO3、Na2CO3和盐酸（以下盐酸浓度均为1mol·L－1）反应过程中的热效应，进行实验并测得如下数据：
序号
35mL
试剂
固体
混合前
温度/℃
混合后
温度/℃
①
水
2.5gNaHCO3
20.0
18.5
②
水
3.2gNa2CO3
20.0
24.3
③
盐酸
2.5gNaHCO3
20.0
16.2
④
盐酸
3.2gNa2CO3
20.0
25.1
由此得出的结论正确的是（ ）
A．Na2CO3溶液与盐酸的反应是吸热反应
B．NaHCO3溶液与盐酸的反应是放热反应
C．20.0℃时，含3.2gNa2CO3的饱和溶液和35mL盐酸混合后的温度将低于25.1℃
D．20.0℃时，含2.5gNaHCO3的饱和溶液和35mL盐酸混合后的温度将低于16.2℃
答案 C
解析 实验②④说明Na2CO3溶液与盐酸的反应是放热反应，A错误；实验①③说明NaHCO3溶液与盐酸的反应是吸热反应，B错误；由实验②可知，碳酸钠固体溶于水会放热，而C项缺少了这个放热的过程，因而放出的热量少于实验④，则温度低于25.1℃，该项正确；同理，由实验①③判断，D项错误。
2．（2010·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
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