三高考高考化学试题分项版解析 专题24 化学探究实验设计与评价（含解析）.doc

专题24 化学探究实验设计与评价1【2016年高考北京卷】（16分）以na2so3溶液和不同金属的硫酸盐溶液作为实验对象，探究盐的性质和盐溶液间反应的多样性。实验试剂现象滴管试管2ml0.2moll1na2so3溶液饱和ag2so4溶液.产生白色沉淀0.2moll1cuso4.溶液变绿，继续滴加产生棕黄色沉淀0.1moll1al2（so4）3溶液.开始无明显变化，继续滴加产生白色沉淀（1）经检验，现象中的白色沉淀是ag2so3。用离子方程式解释现象：_。（2）经检验，现象的棕黄色沉淀中不含so42，含有cu+、cu2+和so32。已知：cu+cu +cu2+，cu2+cui（白色）+i2。用稀硫酸证实沉淀中含有cu+的实验现象是_。通过下列实验证实，沉淀中含有cu2+和so32。 a.白色沉淀a是baso4，试剂1是_。b.证实沉淀中含有cu+和so32的理由是_。（3）已知：al2（so3）3在水溶液中不存在。经检验，现象的白色沉淀中无so42，该白色沉淀既能溶于强酸，又能溶于强碱，还可使酸性kmno4溶液褪色。推测沉淀中含有亚硫酸根和_。对于沉淀中亚硫酸根的存在形式提出两种假设：i.被al（oh）3所吸附；ii.存在于铝的碱式盐中。对假设ii设计了对比实验，证实了假设ii成立。a.将对比实验方案补充完整。 步骤二：_（按上图形式呈现）。（4）根据实验，亚硫酸盐的性质有_。盐溶液间反应的多样性与_有关。【答案】（1）2ag+so32ag2so4。（2）加入稀硫酸后，有红色固体生成；a. hcl和bacl2溶液。b.在i-的作用下，cu2+转化为白色沉淀cui，so32-转化为so42-。 （3）al3+、oh-。a、，b、v1明显大于v2。（4）还原性、水解溶液显碱性；两种盐溶液中阴阳离子的性质和反应条件。【解析】分析实验流程知实验原理为2cu2+4i=2cui+i2、i2+so32-+h2o=so42+2i+2h，so42-+ba2+= baso4，则a.白色沉淀a是baso4，试剂1是盐酸酸化的bacl2溶液。b.证实沉淀中含有cu+和so32的理由是棕黄色沉淀与ki溶液反应生成白色沉淀（cui），证明含有cu，白色沉淀a为硫酸钡，证明含有so32。（3）根据题意可知实验的白色沉淀中无so42，该白色沉淀既能溶于强酸，又能溶于强碱，还可使酸性kmno4溶液褪色，则推测沉淀中含有亚硫酸根和氢氧化铝。a、铝的酸式盐与氢氧化钠反应消耗的氢氧化钠的含量大于氢氧化铝，所以反应应该设计一个定量对比试验，根据白色固体消耗氢氧化钠的量不同来证实假设成立，即实验方案设计步骤二为：，且v1明显大于v2，可说明沉淀中亚硫酸根存在于碱式盐中。（4）根据实验白色沉淀能使酸性高锰酸钾溶液褪色，说明亚硫酸盐具有还原性，另外亚硫酸根水解呈碱性。根据实验现象考点盐溶液间反应的多样性与盐的性质和溶液的酸碱性有关。【考点定位】本题主要是考查化学实验方案的分析、评价和设计等【名师点晴】控制变量思想方法，探究实验异常现象成为近几年实验探究命题的热点，突出对实验能力的考查。该题为实验探究题，装置图、流程图很简单，但探究过程较复杂，准确全面获取信息、通过控制变量思想进行逻辑分析是解题的关键，凭感觉做题，不容易准确获取题中信息。该类试题的解题策略为：（1）确定变量：解答这类题目时首先要认真审题，理清影响实验探究结果的因素有哪些。（2）定多变: 在探究时，应该先确定其他的因素不变，只变化一种因素，看这种因素与探究的问题存在怎样的关系；这样确定一种以后，再确定另一种，通过分析每种因素与所探究问题之间的关系，得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。（3）数据有效；解答时注意选择数据(或设置实验)要有效，且变量统一，否则无法做出正确判断。2【2016年高考四川卷】（13分）cucl广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解cucl22h2o制备cucl，并进行相关探究。【资料查阅】 【实验探究】该小组用下图所示装置进行实验（夹持仪器略）。 请回答下列问题：（1）仪器x的名称是_。（2）实验操作的先后顺序是a_c（填操作的编号）a检查装置的气密性后加入药品 b熄灭酒精灯，冷却c在“气体入口”处干燥hcl d点燃酒精灯，加热e停止通入hcl，然后通入n2（3）在实验过程中，观察到b中物质由白色变为蓝色，c中试纸的颜色变化是_。（4）装置d中发生的氧化还原反应的离子方程式是_。（5）反应结束后，取出cucl产品进行实验，发现其中含有少量的cucl2或cuo杂质，根据资料信息分析：若杂质是cucl2，则产生的原因是_。若杂质是cuo，则产生的原因是_。【答案】（1）干燥管（2）c d b（3）先变红，后褪色（4）cl2+2oh-=cl-+clo-+h2o（5）加热时间不足或温度偏低通入hcl的量不足【解析】 （3）b中有白色变为蓝色，说明有水生成，产物中还有cl2，所以c中石蕊试纸先逐渐变为红色，后褪色，答案为：先变红，后褪色。（4）d中是cl2和naoh反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，反应的离子方程式为：cl2+2oh-=cl-+clo-+h2o，答案为：cl2+2oh-=cl-+clo-+h2o。（5）根据题给信息知若杂质是cucl2，说明cucl2没有反应完全，原因为加热时间不足或温度偏低，答案为：加热时间不足或温度偏低；若杂质是氧化铜，说明cucl2水解生成cu2(oh)2cl2，进一步分解生成cuo，原因是通入hcl的量不足，答案为：通入hcl的量不足。【考点定位】考查化学实验探究，化学实验方案的分析、评价，元素及化合物知识。【名师点睛】本题以热分解cucl22h2o制备cucl为载体考查化学实验探究、化学实验方案的分析、评价，元素及化合物知识。解答本题首先要根据题给资料明确实验的原理，理清题给装置图中每一个装置的作用和相关反应，结合cucl22h2o、cucl易水解，cucl易被氧化的性质知实验过程中要注意防止空气的干扰，确定装置的连接顺序；（5）小题要根据杂质的成分结合题给资料分析杂质产生的原因。3【2015福建理综化学】（15分）某化学兴趣小组制取氯酸钾和氯水并进行有关探究实验。实验一 制取氯酸钾和氯水利用右图所示的实验装置进行实验。 （1）制取实验结束后，取出b中试管冷却结晶、过滤、洗涤。该实验操作过程需要的玻璃仪器有_。（2）若对调b和c装置的位置，_(填“能”或 “不能”)提高b中氯酸钾的产率。实验二 氯酸钾与碘化钾反应的探究（3）在不同条件下kclo3可将ki氧化为i2或kio3 。该小组设计了系列实验研究反应条件对反应产物的影响，其中系列a实验的记录表如下(实验在室温下进行)： 系列a实验的实验目的是_。设计1号试管实验的作用是_。若2号试管实验现象为“黄色溶液”，取少量该溶液加入淀粉溶液显蓝色；假设氧化产物唯一，还原产物为kcl，则此反应的离子方程式为_。实验三 测定饱和氯水中氯元素的总量（4）该小组设计的实验方案为：使用右图装置，加热15.0ml饱和氯水试样，测定产生气体的体积。此方案不可行的主要原因是_。(不考虑实验装置及操作失误导致不可行的原因)（5）根据下列资料，为该小组设计一个可行的实验方案(不必描述操作过程的细节)：_资料：i.次氯酸会破坏酸碱指示剂； ii.次氯酸或氯水可被so2、h2o2、fecl2等物质还原成cl-。【答案】（15分）（1）烧杯、漏斗、玻璃棒、胶头滴管(不填“胶头滴管”也可)；（2）能；（3）研究反应体系中硫酸浓度对反应产物的影响；硫酸浓度为0的对照实验；clo3-+6i-+6h+=cl-+3i2+3h2o（4）因存在cl2的重新溶解、hclo分解等，此方案无法测算试样含氯总量(或其他合理答案)。（5）量取一定量的试样，加入足量的h2o2溶液，加热除去过量的h2o2，冷却，再加入足量的硝酸银溶液，称量沉淀质量(或其他合理答案)。实验研究的目的就是研究反应体系中硫酸浓度对反应产物的影响；设计1号试管实验的作用是硫酸溶液没有加入，即硫酸的浓度是0，可以进行对照实验，比较硫酸不同浓度的影响。若2号试管实验现象为“黄色溶液”，取少量该溶液加入淀粉溶液显蓝色，证明产生了i2；假设氧化产物唯一，还原产物为kcl，根据氧化还原反应中电子守恒、电荷守恒及原子守恒，可得该反应的离子方程式为clo3-+6i-+6h+=cl-+3i2+3h2o。（4）该小组设计的实验方案为：使用右图装置，加热15.0ml饱和氯水试样，测定产生气体的体积。此方案不可行，主要原因是在溶液中存在cl2的重新溶解及hclo分解产生hcl和氧气等。（5）由于次氯酸会破坏酸碱指示剂，因此实验设计时不用酸碱指示剂，可以利用氯水的强氧化性，向该溶液中加入足量的足量的h2o2溶液，发生氧化还原反应产生cl-，h2o2被氧化变为o2，然后加热除去过量的h2o2，冷却，再加入足量的硝酸银溶液，发生沉淀反应形成agcl沉淀，称量沉淀质量可根据物质的元素组成确定其中含有的氯元素的质量。【考点定位】考查化学仪器的的使用、实验方案的设计与评价、离子方程式的书写的知识。【名师点睛】化学是一门实验性的学科，物质的制备、混合物的分离提纯、物质的含量的测定及实验时仪器的选择使用，实验方法的设计与评价的问题，都是化学实验必不可少的。因此掌握一些基本化学基础和仪器的使用方法、实验技巧是非常必要的。混合物分离方法有过滤、蒸馏、分液、蒸发、萃取、结晶等。将溶质从溶液中分离出来，可以根据溶质在溶剂中的溶解性的不同进行。对于溶解度受温度的影响变化较大的物质，采用冷却热饱和溶液的方法即结晶的方法分离；对于溶解度受温度的影响变化较小的物质，采用蒸发溶剂的方法得到。然后使用过滤器，利用漏斗、玻璃棒、烧杯进行分离。对于实验装置的评价，可以根据对反应的影响分析，如果对调，可以除去杂质，使更多的反应物变为生成物，就可以提高反应物的转化率和产物的产率，因此了解反应原理和物质的成分是评价的依据。要根据电荷守恒、电子守恒及原子守恒进行有电子转移的离子方程式的书写，会对实验数据进行观察、分析、比较，找到他们的相同点和区别，从而得到设计各个实验及比较的目的。在进行物质含有元素的含量测定时，从物质含有的成分、可能发生的反应及对元素含量测定可能会造成哪些影响判断分析，这样才可以得到正确的结论和评价。本题较为全面的考查了考生的实验基本技能和实验知识的掌握。4【2015安徽理综化学】（14分）某研究小组将纯净的so2气体通入0.1moll-1的ba（no3）2溶液中，得到了baso4沉淀，为探究上述溶液中何种微粒能氧化通入的so2，该小组突出了如下假设:假设一：溶液中的no3-假设二：溶液中溶解的o2（1） 验证假设一该小组涉及实验验证了假设一，请在下表空白处填写相关实验现象实验步骤实验现象结论实验1：在盛有不含o2的25ml0.1mol/lbacl2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的so2气体假设一成立实验2：在盛有不含o2的25ml0.1mol/lba（no3）2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的so2气体（2）为深入研究该反应，该小组还测得上述两个实验中溶液的ph随通入so2体积的变化曲线入下图 实验1中溶液ph变小的原因是_;v1时，实验2中溶液ph小于实验1的原因是（用离子方程式表示）_。（3）验证假设二请设计实验验证假设二，写出实验步骤，预期现象和结论。实验步骤、预期现象和结论（不要求写具体操作过程）（4）若假设二成立，请预测：在相同条件下，分别通入足量的o2和kno3，氧化相同的h2so3溶液（溶液体积变化忽略不计），充分反映后两溶液的ph前者_(填大于或小于)后者，理由是_【答案】（1）无明显现象、有白色沉淀生成（2）so2溶于水后生成h2so3 ;3so2+2no3-+2h2o=3so42-+4h+2no;（3）实验步骤实验现象结论实验1：作为参考实验假设二成立实验3：将纯净的so2气体通入未经脱o2处理的25ml0.1mol/l的bacl2溶液中有白色沉淀生成（4）小于，反应的离子方程式表明，足量的o2和no3-分别氧化相同的h2so3，生成的h+的物质的量前者多余后者【解析】（1）根据强酸制弱酸的原理，亚硫酸是弱酸不能制备盐酸，故实验1无现象，so2溶于水后生成h2so3，亚硫酸显酸性，电离出，和no3-结合生成硝酸，具有强氧化性，将so32-氧化成so42-，故生成白色的baso4沉淀；（2）so2溶于水后生成h2so3，亚硫酸显酸性，故ph值减小；3so2+2no3-+2h2o=3so42-+4h+2no;【考点定位】本题属于实验设计和评价题，考查学生对实验的设计探究能力，多属于开放性试题，可能出现多种正确答案，属于综合性较强的较难题型，【名师点睛】解决本题首先应具备的知识基础是掌握基本的化学实验原理及方法，比如物质的分离与提纯的原理和方法，物质的检验的原理和方法，数据的处理的方法和误差分析等方法。解决本题型的关键在于审题仔细，找出要探究的具体问题，像题目中的“研究、验证、探究”等字眼后面的一般就是我们需要把握的探究问题。在设计实验时还有遵循以下原则，比如科学性原则、单一变量原则和对照原则等原则，比如此题在设计实验时用实验1作为对照实验，有利于更好的得出结论。实验探究一般步骤为，提出假设，设计实验，根据实验现象得出结论。5【2014年高考安徽卷第28题】(14分) 某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。（1）请完成以下实验设计表(表中不要留空格)：编号实验目的碳粉/g铁粉/g醋酸/%为以下实验作参照0.52.090.0醋酸浓度的影响0.536.00.22.090.0（2）编号实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了 腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了 (“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式是 。 （3）该小组对图2中0t1时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二：假设一：发生析氢腐蚀产生了气体；假设二： ；（4）为验证假设一，某同学设计了检验收集的气体中是否含有h2的方案。请你再设计一个实验方案验证假设一，写出实验步骤和结论。实验步骤和结论(不要求写具体操作过程)：【答案】（1） 2.0碳粉质量的影响（2）吸氧腐蚀 还原反应 2h2o+o2+4e=4oh （或4h+o2+4e-=2h2o）（3）反应放热，温度升高（4） （本题属于开放性试题，合理答案均给分）【考点定位】本题主要是考查实验设计与探究，侧重是探究影响铁的电化学腐蚀。【名师点晴】该题综合性强，考查了学生对化学实验基本操作的掌握，对常见仪器或试剂的主要用途和使用方法的掌握情况。考查了应用所学知识进行必要的分析、类推或计算一些具体的化学问题的能力。高考化学试题中对考生设计简单实验能力的考查赋予较多的关注，它要求学生能够通过题给实验情境中适当迁移，准确把化学实验基础知识和基本操作技能运用到某些类似的实验中去，解决一些原理和操作较简单的问题。6【2014年高考广东卷第33题】（17分）h2o2是一种绿色氧化还原试剂，在化学研究中应用广泛。（1）某小组拟在同浓度fe3+的催化下，探究h2o2浓度对h2o2分解反应速率的影响。限选试剂与仪器：30% h2o2、0.1moll-1fe2(so4)3、蒸馏水、锥形瓶、双孔塞、水槽、胶管、玻璃导管、量筒、秒表、恒温水浴槽、注射器写出本实验h2o2分解反应方程式并标明电子转移的方向和数目：_设计实验方案：在不同h2o2浓度下，测定_（要求所测得的数据能直接体现反应速率大小）。设计实验装置，完成图20的装置示意图。 参照下表格式，拟定实验表格，完整体现实验方案（列出所选试剂体积、需记录的待测物理量和所拟定的数据；数据用字母表示）。 物理量实验序号v0.1moll-1fe2(so4)3/ml1a2a（2）利用图21（a）和21（b）中的信息，按图21（c）装置（连能的a、b瓶中已充有no2气体）进行实验。可观察到b瓶中气体颜色比a瓶中的_（填“深”或“浅”），其原因是_。 【答案】（1）生成相同体积的氧气所需的时间测定反应时间h2o2的体积(ml)0.1moll-1fe2(so4)3的体积（ml）加入蒸馏水的体积（ml）生成o2的体积(ml)反应时间（min）实验1bacd实验2cabd（2）深；因为过氧化氢分解是放热反应，2no2(g)n2o4(g)也是放热反应，所以b瓶温度高于a瓶，温度升高，平衡逆向移动，二氧化氮浓度增大，颜色加深。 反应速率是单位时间内物质浓度的改变量，所以测定不同浓度的过氧化氢对分解速率的影响，需测定相同时间内，产生氧气的体积的多少，或生成相同体积的氧气所需时间的多少；利用排水量气法，收集一定体积的o2，需要水槽、量筒、导气管，量筒内盛满水倒扣在水槽中，装置如图h2o2的体积(ml)0.1moll-1fe2(so4)3的体积（ml）加入蒸馏水的体积（ml）生成o2的体积(ml)反应时间（min）实验1bacd实验2cabd（2）由图a可知过氧化氢的分解反应是放热反应，由图b可知二氧化氮转化为四氧化二氮的反应也是放热反应，所以装置c中，右侧烧杯b瓶温度高于左侧烧杯a瓶，而温度升高，使平衡2no2(g)n2o4(g)逆向进行，二氧化氮浓度增大，b瓶的颜色比a瓶的颜色深。【考点定位】本题主要是考查氧化还原反应电子转移、外界条件对反应速率影响实验设计与探究。【名师点晴】本题以探究浓度对反应速率的影响，考查学生对简单实验的分析、设计能力，对常见仪器的用途的考查，准确把化学实验基础知识和基本操作技能运用到某些类似的定量实验中去，对氧化还原反应的分析，单线桥或双线桥表示电子转移，对图像的分析判断，化学平衡移动原理的应用，它充分体现了“源于教材又不拘泥于教材”的命题指导思想，在一定程度上考查了学生的创新思维能力。7【2013年高考安徽卷第28题】（14分）某酸性工业废水中含有k2cr2o7。光照下，草酸（h2c2o4）能将其中的cr2o转化为cr3+。某课题组研究发现，少量铁明矾al2fe(so4)424h2o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25c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，作对比实验，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草酸溶液体积ml蒸馏水体积ml46010305601030560 测得实验和溶液中的cr2o浓度随时间变化关系如图所示。（2）上述反应后草酸被氧化为 （填化学式）。（3）实验和的结果表明 ；实验中0t1时间段反应速率v（cr3+）= moll-1min-1 (用代数式表示)。（4）该课题组队铁明矾al2fe(so4)424h2o中起催化作用的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：假设一：fe2+起催化作用；假设二： ；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、al2fe(so4)424h2o、al2(so4)3等，溶液中cr2o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 【答案】（1） 20 20 （2）co2（3）ph越大，反应的速率越慢 （4）al3+起催化作用； so起催化作用（5）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代替实验中的铁明矾，控制其他反应条件与相同，进行对比实验反应进行相同时间后，若溶液中c(cr2o)大于实验中的c(cr2o)，则假设一成立；若量溶液的c(cr2o)相同，则假设一不成立。（其他答案合理即可）【解析】（5）要证明fe2+起催化作用，需做对比实验，再做没有fe2+存在时的实验，所以要选k2so4al2（so4）324h2o；用等物质的量k2so4al2（so4）324h2o代替实验中的铁明矾，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（cr2o72-）大于实验中c（cr2o72-），则假设一成立；若两溶液中的c（cr2o72-）相同，则假设一不成立，所以答案为实验方案（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代替实验中的铁明矾，控制其他反应条件与相同，进行对比实验反应进行相同时间后，若溶液中c(cr2o)大于实验中的c(cr2o)，则假设一成立；若量溶液的c(cr2o)相同，则假设一不成立。 【考点定位】考查化学实验探究基本能力和化学反应基本原理。【名师点睛】本题属于开放性试题，具体思路如下，（1）中ph不同，是探究ph对速率的影响；则是探究不同浓度时草酸对速率的影响；（2）草酸中碳元素化合价为+3价，被氧化为+4价；（3）实验表明溶液ph越大，反应的速率越慢，根据公式求算；（4）根据铁明矾的组成分析；（5）做对比实验，由上述分析可知考查了从图像中获取数据并分析的能力，突出了对学生再学习能力、信息整合能力、分析推理应用和解决问题能力、实验探究能力的考查，同时也