第十章第1讲探究型实验题.docx
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第十章第1讲探究型实验题
第1讲 探究型实验题
热点一 未知产物及物质性质的探究
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。
正确解答此类试题的关键：
（1）猜测要全面；
（2）熟记常见物质的检验方法。
【典例1】
审题指导
某研究性学习小组用下列装置（铁架台等支撑仪器略）探究氧化铁与乙醇的反应，并检验反应产物。
联想：
乙醇的催化氧化。
（1）用2%的CuSO4溶液和10%的NaOH溶液配制
Cu（OH）2悬浊液的注意事项是____________________
_____________________________________________。
新制Cu（OH）2悬浊液与醛基的反应需要碱性条件。
（2）为快速得到乙醇气体，可采取的方法是________________________________________________________________________。
若实验时小试管中的溶液已经开始发生倒吸，你采取的措施是________（填写编号）。
a.取下小试管 b．移去酒精灯
c.将导管从乳胶管中取下d．以上都可以
①升高温度可加速乙醇的挥发。
②若液体倒吸入加热的反应管，可能会造成反应管炸裂，取下小试管已无济于事，因“溶液已经开始发生倒吸”。
（3）如图实验，观察到红色的Fe2O3全部变为黑色固体M，充分反应后停止加热。
取下小试管，加热，有砖红色沉淀生成。
为了检验M的组成，进行下列实验。
①M能被磁铁吸引；加入足量稀硫酸，振荡，固体全部溶解，未观察到有气体生成；
②经检验溶液中有铁离子和亚铁离子，检验铁离子的方法是____________________________；证明溶液含有亚铁离子的方法是____________________________
_____________________________________________。
能得出的结论是________（填写编号）。
a.M中一定有＋3价和＋2价铁，不能确定是否有0价铁
b.M中一定有＋3价和0价铁，无＋2价铁
c.M中一定有＋3价铁，0价和＋2价铁至少有一种
d.M中一定有＋3价、＋2价和0价铁
破题关键
分析黑色固体（M）可能的成分，铁的氧化物Fe3O4、FeO和铁粉均为黑色，Fe3O4中既有＋3价铁又有＋2价铁，且具有磁性，Fe3＋能溶解单质铁。
易错警示已知溶液中有Fe3＋，检验Fe2＋不能用KSCN溶液。
（4）若M的成分可表达为FexOy，用CO还原法定量测定其化学组成。
称取mgM样品进行定量测定，实验装置和步骤如下：
①组装仪器；②点燃酒精灯；③加入试剂；④打开分液漏斗活塞；⑤检查气密性；⑥停止加热；⑦关闭分液漏斗活塞；⑧……
正确的操作顺序是________（填写字母编号）。
a.①⑤④③②⑥⑦⑧ b．①⑤③④②⑥⑦⑧
c.①③⑤④②⑦⑥⑧d．①③⑤②④⑥⑦⑧
若M完全被还原后碱石灰增重ng，则
为________（用m、n表示）。
破题关键Ⅰ.检查气密性属于实验的准备阶段，应在加药品前进行。
Ⅱ.类比氢气还原氧化铜。
Ⅲ.碱石灰增加的质量即为反应产生的CO2的质量，得关系式M中n（O）＝n（CO2）。
答案
（1）在过量NaOH溶液中滴加数滴CuSO4溶液（或NaOH过量）
（2）在烧杯中加入热水（或对烧杯加热） c
（3）取少量溶液于试管中，加入KSCN溶液，变成血红色，则有Fe3＋ 取少量溶液滴入适量酸性高锰酸钾溶液中，高锰酸钾溶液褪色，则有Fe2＋ a （4）b
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。
【典例2】 （2013·四川理综，9）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、K3[Fe（CN）6]溶液、氯水。
（1）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KSCN溶液，振荡
______
存在Fe3＋
取少量除尽Ag＋后的溶液于试管中，加入________，振荡
______
存在Fe2＋
【实验结论】Fe的氧化产物为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。
当反应结束后，试管中残留固体为黑色。
（2）装置B的作用是________。
（3）经小组讨论并验证该无色气体为O2，其验证方法是________________________________________________________________。
（4）【查阅资料】Ag2O和粉末状的Ag均为黑色；Ag2O可溶于氨水。
【提出设想】试管中残留的黑色固体可能是：
ⅰ.Ag；ⅱ.Ag2O；ⅲ.Ag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放入试管中，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，该小组得出AgNO3固体热分解的产物有________。
解析 Ⅰ.
（1）Fe3＋遇KSCN溶液，溶液变血红色。
由于氯水与Fe2＋反应，现象不明显，应直接用K3[Fe（CN）6]溶液检验，如有蓝色沉淀出现，则证明Fe2＋存在，否则不存在。
Ⅱ.
（2）装置B为安全瓶，可以防止倒吸。
（3）检验氧气的常用方法是利用其助燃性，使带有火星的木条复燃。
（4）a实验中，加入氨水黑色固体不溶解，证明原物质不含Ag2O，同时也证明原物质为Ag；b实验中，只能证明原黑色固体含有Ag，因Ag2O也可以溶解在足量稀硝酸中，所以不能证明是否含有Ag2O。
由上述实验的综合分析可知，AgNO3固体热分解时的产物分别为Ag、NO2和O2，化学方程式为2AgNO3
2Ag＋2NO2↑＋O2↑
答案
（1）溶液呈血红色 K3[Fe（CN）6]溶液 产生蓝色沉淀
（2）防倒吸 （3）用带火星的木条伸入集气瓶内，木条复燃，证明无色气体为O2 （4）b Ag、NO2、O2
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，其他合理答案也可）
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防止空气中的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。
1．物质检验的三原则
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
（1）生成气体，如NH
（加碱）、CO
（加酸）的检验。
（2）生成沉淀，如Cl－、SO
、Fe2＋的检验。
（3）显特殊颜色，如Fe3＋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
（1）观察颜色
（2）试纸检验：
如Cl2能使湿润KI淀粉试纸变蓝，NH3能使湿润红色石蕊试纸变蓝。
（3）溶液检验：
如澄清石灰水、品红溶液检验CO2、SO2。
（4）点燃法：
如O2、H2、CH4的检验。
题组二 物质性质的探究
2．（2013·北京理综，28）某学生对SO2与漂粉精的反应进行实验探究：
操 作
现 象
取4g漂粉精固体，加入100mL水
部分固体溶解，溶液略有颜色
过滤，测漂粉精溶液的pH
pH试纸先变蓝（约为12），后褪色
ⅰ.液面上方出现白雾；
ⅱ.稍后，出现浑浊，溶液变为黄绿色；
ⅲ.稍后，产生大量白色沉淀，黄绿色褪去
（1）Cl2和Ca（OH）2制取漂粉精的化学方程式是___________________________________。
（2）pH试纸颜色的变化说明漂粉精溶液具有的性质是________。
（3）向水中持续通入SO2，未观察到白雾。
推测现象ⅰ的白雾由HCl小液滴形成，进行如下实验：
a．用湿润的碘化钾淀粉试纸检验白雾，无变化；
b．用酸化的AgNO3溶液检验白雾，产生白色沉淀。
①实验a的目的是________。
②由实验a、b不能判断白雾中含有HCl，理由是______________________
__________________________________________________________。
（4）现象ⅱ中溶液变为黄绿色的可能原因：
随溶液酸性的增强，漂粉精的有效成分和Cl－发生反应。
通过进一步实验确认了这种可能性，其实验方案是________。
（5）将A瓶中混合物过滤、洗涤，得到沉淀X。
①向沉淀X中加入稀HCl，无明显变化。
取上层清液，加入BaCl2溶液，产生白色沉淀。
则沉淀X中含有的物质是________。
②用离子方程式解释现象ⅲ中黄绿色褪去的原因：
___________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）2Cl2＋2Ca（OH）2===CaCl2＋Ca（ClO）2＋2H2O
（2）碱性、漂白性
（3）①检验白雾中是否含有Cl2，排除Cl2干扰
②白雾中混有SO2，SO2可与酸化的AgNO3反应产生白色沉淀
（4）向漂粉精溶液中逐滴加入稀硫酸，观察溶液是否变为黄绿色
（5）①CaSO4
②SO2＋Cl2＋2H2O===SO
＋2Cl－＋4H＋
解析
（1）联系氯的化合物基础知识和生产漂粉精的原理，其化学方程式：
2Cl2＋2Ca（OH）2===CaCl2＋Ca（ClO）2＋2H2O。
（2）pH试纸先变蓝，说明漂粉精溶液呈碱性，后褪色是由于ClO－的强氧化性所致。
（3）检验白雾中有无HCl的关键是检验出Cl－的存在，故实验a、b即围绕Cl－的检验展开。
实验a的目的是通过湿润碘化钾淀粉试纸是否变蓝判断有无Cl2的干扰。
实验b试图通过AgCl的生成来检验Cl－的存在，但应考虑到过量SO2和AgNO3溶液反应生成白色沉淀。
（4）题干具有明显的提示性，出现黄绿色的原因是随着酸性的增强而产生Cl2。
故应设计使用无还原性的稀硫酸来确认其可能性。
（5）①A瓶中所得沉淀的成分可能是CaSO3、CaSO4或二者的混合物，加入稀HCl，无明显变化，排除CaSO3，故X为CaSO4，因CaSO4微溶于水，在取上层清液加入BaCl2溶液时，产生BaSO4沉淀，进一步证明X为CaSO4。
②溶液呈黄绿色是因Cl2溶于水而产生的现象，随着SO2的持续通入，两者发生反应生成无色物质盐酸和硫酸，化学方程式为SO2＋Cl2＋2H2O===2HCl＋H2SO4
离子方程式为SO2＋Cl2＋2H2O===4H＋＋SO
＋2Cl－。
3．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）____________________________________。
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
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。
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】 影响化学反应速率的因素很多，某课外兴趣小组用实验的方法探究影响化学反
应速率的因素。
实验一：
利用Cu、Fe、Mg和不同浓度的硫酸（0.5mol·L－1、2mol·L－1、18.4mol·L－1），设计实验方案，研究影响反应速率的因素。
（1）甲同学的实验报告如表所示：
实验步骤
实验现象
实验结论
①取三份等体积的2mol·L－1硫酸于试管中
②分别投入大小、形状相同的Cu、Fe、Mg
反应产生气泡的速率大小：
Mg>Fe>Cu
反应物的性质越活泼，反应速率越大
该同学的实验目的是__________________，要想得出正确的实验结论，还需要控制的实验条件是____________________________________________________。
（2）乙同学为了能精确地研究浓度对反应速率的影响，在相同温度下利用如图所示装置进行定量实验。
完成该实验应选用的实验药品是__________，应该测定的实验数据是________________________________________________________________________。
实验二：
已知2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋8H2O＋10CO2↑，在开始一段时间内反应速率较小，溶液褪色不明显，但反应一段时间后，溶液突然褪色，反应速率明显增大。
（3）针对上述实验现象，某同学认为该反应放热，导致溶液的温度升高，从而使反应速率增大。
从影响化学反应速率的因素看，你认为还可能是________的影响。
（4）若要用实验证明你的猜想，除酸性高锰酸钾溶液、草酸溶液外，还可以在反应开始时加入________（填序号）。
A．硫酸钾 B．硫酸锰
C．氯化锰D．水
解析
（1）甲同学研究的是几种不同金属与同浓度的硫酸反应的速率大小，因此可确定研究的是反应物本身的性质对反应速率的影响。
研究时必须保证外界条件相同，现有条件是浓度相同、压强相同、没有使用催化剂，故只要再控制温度相同即可。
（2）乙同学可以选择两种不同浓度的酸与金属反应。
Cu与硫酸不反应，Mg与硫酸反应太快，故选择Fe。
而常温下Fe遇18.4mol·L－1的硫酸时会发生钝化，故只能选择0.5mol·L－1和2mol·L－1的硫酸。
该反应产生的是氢气，反应速率又与时间有关，故需要测定的数据是产生相同体积氢气所需的时间或相同时间内产生氢气的体积。
（3）随着反应进行，反应物的浓度越来越小，反应在敞口容器中进行，故可排除压强的影响，因此可猜想是由于催化剂的影响，此催化剂只能来源于生成物，故为Mn2＋。
（4）C中Cl－易与KMnO4发生氧化还原反应，故只能选B。
答案
（1）比较反应物本身的性质对反应速率的影响 温度相同
（2）Fe、0.5mol·L－1和2mol·L－1的硫酸 产生相同体积氢气所需的时间（或相同时间内产生氢气的体积）
（3）Mn2＋的催化作用（或催化剂）
（4）B
【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.用砂纸打磨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、新制的饱和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究也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。
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．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______
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