2020届高考化学大题精做3 探究性实验设计

探究性实验设计大题精做三精选大题例1：某红色固体粉末样品可能含有Fe2O3和Cu2O中的一种或两种，某校化学自主探究实验小组拟对其组成进行探究。查阅资料：Cu2O在酸性溶液中会发生反应：Cu2O+2H+=Cu+Cu2+H2O探究一：用如图所示装置进行实验，回答下列问题：（1）仪器组装完成后，夹好止水夹，_，则说明装置A的气密性良好。（2）装置A是氢气的发生装置，可以选用的药品是_（填选项）A稀硫酸和锌片B稀硝酸和铁片 C氢氧化钠溶液和铝片D浓硫酸和镁片（3）从下列实验步骤中，选择正确的操作顺序：_（填序号）打开止水夹熄灭C处的酒精喷灯C处冷却至室温后，关闭止水夹点燃C处的酒精喷灯收集氢气并验纯通入气体一段时间，排尽装置内的空气探究二：（4）甲同学取少量样品于试管中，加入适量的稀硫酸，若无红色物质生成，则说明样品中不含Cu2O；乙同学认为观点不正确，其原因是_；丙同学另取少量样品于试管中，加入适量的浓硝酸，产生红棕色的气体。证明样品中一定含有_，其反应的离子方程式为_；丁同学预设计实验证明另一种物质是否存在，其方案为_。（5）取一定量样品于烧杯中，加入足量的稀硫酸，若反应后经过滤得到固体3.2g，滤液中Fe2+有1.0mol，则样品中n（Cu2O）=_mol。【答案】（1）向装置A中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液柱，若液柱高度保持不变（2）AC （3）生成的铜与铁离子反应（4）Cu2O Cu2O+6H+2NO=2Cu2+2NO2+3H2O 取丙同学反应后的溶液加KSCN溶液，若溶液变红色，则存在；若不变红，则不存在（5）0.55【解析】（1）仪器组装完成后，夹好止水夹，向装置A中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液柱，若液柱高度保持不变，则说明装置A的气密性良好。（2）装置A为固液不加热型，稀硫酸和锌片反应能生成氢气，稀硝酸和铁片反应生成一氧化氮，浓硫酸和镁片反应生成二氧化硫，氢氧化钠溶液和铝片反应生成氢气，故AC项正确。（3）在实验前应先将装置内空气排尽并验纯，实验结束后应先熄灭酒精灯，保持气体继续通入一段时间后关闭止水夹，所以正确的操作顺序是。答案：；（4）根据Cu2O+2H+=Cu+Cu2+H2O；Fe2O3+6H+=2Fe3+3H2O；Cu+2Fe3+= Cu2+2Fe2+反应关系知甲同学认为观点不正确。产生红棕色气体，即反应生成了NO2，所以样品中含有还原性物质，即含有Cu2O；反应的化学方程式为。要证明样品中是否含有Fe2O3，则需检验溶液中是否含有，（滴加）溶液，若溶液变血红色，则样品中含有Fe2O3，反之，样品中不含Fe2O3。答案：生成的铜与铁离子反应，Cu2O，Cu2O+6H+2NO=2Cu2+2NO2+3H2O；取丙同学反应后的溶液加KSCN溶液，若溶液变红色，则存在；若不变红，则不存在。（5）溶液中依次发生反应的离子方程式为、，反应后，过滤得到，滤液中有，则参与反应的，所以反应中生成的物质的量为，所以样品中。模拟精做1某小组设计实验探究重铬酸铵(NH4)2Cr2O7的部分性质：资料显示：(NH4)2Cr2O7呈橙红色，Cr2O3呈绿色，Cr3+呈绿色。Mg3N2遇水蒸气剧烈反应生成NH3。(1)探究重铬酸铵分解产物是否有NH3(装置如图1所示)。B中倒置的干燥管作用是_。实验中，没有观察到B中颜色发生变化，实验结论是_。(2)探究(NH4)2Cr2O7N2+Cr2O3+4H2O的真实性(如下装置可以重复使用)：气流从左至右，装置连接顺序D、_。点燃E处酒精灯之前，先通入一段时间CO2，其目的是_能证明有水生成的实验现象是_。能说明D中分解反应已发生的实验依据是_。设计实验证明重铬酸铵分解生成了N2：取反应后E中残留固体于试管，滴加蒸馏水，_。(3)探究(NH4)2Cr2O7的氧化性(按如图2装置进行实验)。为了探究(NH4)2Cr2O7与Na2S反应的氧化产物是否是SO，设计如下方案。连接K，观察到左烧杯中溶液由橙色逐渐变成绿色，电流计指针有明显偏转。实验完毕后，向右烧杯滴加BaCl2溶液，产生白色沉淀。图2中负极的电极反应式为_(不考虑后续反应)。2硫酸亚铁在工农业生产中具有广泛的应用。该物质不稳定，受热易分解产生氧化物，具有较强的还原性。. 某学习小组利用如下装置探究FeSO4受热分解的产物。(1)甲组同学利用“A接B接C”的装置来验证产物中含有SO2气体。连接好装置后，接下来的操作是_。仪器a的名称是_；其作用是_。(2)乙组同学查阅资料得：硫酸亚铁分解的气体产物中除SO2外还有SO3；SO3的熔点为16.8，沸点是46.8，溶于水放出大量的热，易形成酸雾。为此设计了“A接D接C”的装置验证产物中含有SO3。装置D中的现象是_，BaCl2溶液不能用Ba(NO3)2溶液代替的原因是_。装置A中固体变为红棕色，结合两组同学的实验，写出硫酸亚铁分解的化学方程式_。取硫酸亚铁样品18.20g，加热分解至恒重时测得固体质量为11.00g(假设杂质不反应)，该硫酸亚铁样品的纯度为_%(保留小数点后两位，下同)，样品中铁元素的质量分数为_%。.用硫酸亚铁碱性试纸可检验食品中是否含有CN，方案如下：已知：蓝色染料普鲁士蓝的合成方法如下：(3)若试纸变蓝则证明食品中含有CN，基于普鲁士蓝的合成原理，请解释检测时试纸变蓝的原因_。3某实验小组用下图装置制备家用消毒液，并探究其性质。反应停止后，取洗气瓶中无色溶液5mL分别进行了如下实验：操作现象a测溶液pH，并向其中滴加2滴酚酞pH=13，溶液变红，5min后褪色b向其中逐滴加入盐酸溶液逐渐变成黄绿色（1）写出利用上述装置制备消毒液涉及反应的化学方程式_、_。（2）查阅资料：酚酞的变色范围为8.210，且酚酞在强碱性溶液中红色会褪去为探究操作a中溶液褪色的原因，又补充了如下实验：操作现象取_NaOH溶液，向其中滴加2滴酚酞溶液变红，30min后褪色获得结论：此实验小组制备的消毒液具有_性。（3）该小组由操作b获得结论：随着溶液酸性的增强，此消毒液的稳定性下降。操作b中溶液变成黄绿色的原因：_(用离子方程式表示)。有同学认为由操作b获得上述结论并不严谨，需要进一步确认此结论的实验方案是_。（4）有效氯的含量是检测含氯消毒剂消毒效果的重要指标。具体用“单位质量的含氯消毒液在酸性条件下所能释放出氯气的质量”进行表征，一般家用消毒液有效氯含量在5%以上。小组同学进行如下实验测定有效氯：取此消毒液5g，加入20mL 0.5molL1 KI溶液，10mL 2molL1的硫酸溶液；加几滴淀粉溶液后，用0.1 molL1 Na2S2O3溶液滴定生成的I2，达滴定终点时消耗Na2S2O3 20 mL。(已知：2S2O+I2=S4O+2I)。达到滴定终点时的实验现象是_。此消毒液有效氯含量为_%(保留一位有效数字)。获得结论：此实验制得的消毒液_（填“符合”或“不符合”）家用要求。4某小组同学对FeCl3与KI的反应进行探究。（初步探究）室温下进行下表所列实验。序号操作现象实验取5mL 0.1molL1 KI溶液，滴加0.1molL1FeCl3溶液56滴(混合溶液pH=5)溶液变为棕黄色实验取2mL实验反应后的溶液，滴加2滴0.1molL1 KSCN溶液溶液呈红色（1）证明实验中有I2生成，加入的试剂为_。（2）写出实验反应的离子方程式：_。（3）结合上述实验现象可以证明Fe3+与I发生可逆反应，原因是_。（深入探究）20 min后继续观察实验现象：实验溶液棕黄色变深；实验溶液红色变浅。（4）已知在酸性较强的条件下，I可被空气氧化为I2，故甲同学提出假设：该反应条件下空气将I氧化为I2，使实验中溶液棕黄色变深。甲同学设计实验：_，20 min内溶液不变蓝，证明该假设不成立，导致溶液不变蓝的因素可能是_(写出两条)。（5）乙同学查阅资料可知：FeCl3与KI的反应体系中还存在I+I2I，I呈棕褐色。依据资料从平衡移动原理解释实验中20min后溶液红色变浅的原因：_。（6）丙同学针对20min后的实验现象继续提出假设：FeCl3与KI的反应、I与I2的反应达到平衡需要一段时间，有可能20min之前并未达到平衡。为验证该假设，丙同学用4支试管进行实验，得到了颜色由浅到深的四个红色溶液体系，具体实验方案为_。5某学习小组利用下列装置探究氯气与氨气的反应。其中A、B分别为氯气和氨气的发生装置，C为纯净干燥的氯气与氨气反应的装置。（1）若Cl2从左向右流动，NH3从右向左流动，则上述实验装置中，依次连接的合理顺序为：A_B；为使NH3与Cl2更充分混合，Cl2应从C装置的_进入（填“x”或“y”）。（2）简述装置A中使用分液漏斗向圆底烧瓶中滴加浓盐酸的操作是_。（3）装置A中发生反应的离子方程式为_。（4）装置B中圆底烧瓶内的试剂为_（填名称）。（5）装置D的作用是_。（6）反应开始后，装置C内出现浓厚的白烟并在容器内壁凝结，另一生成物是空气中的主要成分之一，该反应的化学方程式为_。答案与解析模拟精做1.【答案】（1）防倒吸 (NH4)2Cr2O7分解不产生NH3（2）F、C、E、C 排尽装置内空气，避免空气中N2、O2与Mg反应 F中白色粉末变蓝色 D装置橙红色粉末变成绿色粉末用镊子夹一块湿润的红色石蕊试纸置于试管口上方，若试纸变蓝色（3）S2+8OH8e=SO+4H2O 【解析】(1)根据实验目的：产物是否有NH3，装置图中通过NH3溶于水，生成NH3H2O，NH3H2O为碱，能使酚酞变红，但NH3极易溶于水，能引起倒吸，因此干燥管的作用是防止倒吸；实验中，没有观察到B中颜色发生变化，说明没有NH3的产生；答案：防倒吸；(NH4)2Cr2O7分解不产生NH3；(2)实验目的是探究(NH4)2Cr2O7N2+Cr2O3+4H2O的真实性，根据所给装置图，以及Mg3N2能与水反应，因此N2与Mg反应时需要干燥N2，空气中含有水蒸气，还要防止空气中水蒸气进入E中，连接顺序是DFCEC；答案：F、C、E、C；利用镁与N2反应生成氮化镁证明有氨气的存在，空气中有氮气和氧气，能与金属Mg反应，因此点燃E处酒精灯中之前，先通一段时间CO2的目的：排尽装置内空气，避免空气中N2、O2与Mg反应；验证水的存在，通常用无水硫酸铜，白色变为蓝色，说明有水生成；答案：排尽装置内空气，避免空气中N2、O2与Mg反应；F中白色粉末变蓝色；根据信息，(NH4)2Cr2O7呈橙红色，Cr2O3呈绿色，如果D装置橙红色粉末变成绿色粉末或者F装置无色变为蓝色，可以说明D中分解反应已发生；答案：D装置橙红色粉末变成绿色粉末；Mg3N2能与水反应生成Mg(OH)2和NH3，然后用湿润的红色石蕊试纸检验氨气，如果试纸变蓝，说明氨气生成，可以证明重铬酸铵分解生成了N2，操作是：取反应后E中残留固体于试管，滴加蒸馏水，用镊子夹一块湿润的红色石蕊试纸置于试管口上方，若试纸变蓝色，证明重铬酸铵分解生成了N2；答案：用镊子夹一块湿润的红色石蕊试纸置于试管口上方，若试纸变蓝色；(3)左烧杯中溶液由橙色变为绿色，+6价Cr转化成+3价Cr，说明发生了氧化还原反应，实验完毕后，向右烧杯滴加BaCl2溶液，产生白色沉淀，该白色沉淀为BaSO4，S的化合价升高，即右端电极为负极，负极反应式为S2+8OH8e=SO+4H2O；答案：S2+8OH8e=SO+4H2O。2.【答案】（1）检验装置的气密性长颈漏斗平衡装置中的压强(或“防堵塞”亦可) （2）产生白色沉淀，在液面上有酸雾形成 SO2通入BaCl2溶液中无现象，SO2通入Ba(NO3)2溶液中会产生白色的BaSO4沉淀，干扰SO3的检验 2FeSO4Fe2O3+SO3+SO2 83.52 30.77（3）Fe2+和CN反应生成Fe(CN)64，同时Fe2+被空气中的O2氧化生成Fe3+，Fe3+与Fe(CN)64反应生成蓝色沉淀Fe4Fe(CN)43【解析】(1)有气体参与或生成的实验，连接好装置后，接下来的操作是检验装置的气密性；仪器a的名称是长颈漏斗；其作用是平衡装置中的压强；(2)装置D中的现象是产生白色沉淀，在液面上有酸雾形成，SO2通入BaCl2溶液中无现象，SO2通入Ba(NO3)2溶液中会产生白色的BaSO4沉淀，干扰SO3的检验，故BaCl2溶液不能用Ba(NO3)2溶液代替；装置A中固体变为红棕色则生成氧化铁，故硫酸亚铁分解的化学方程式2FeSO4Fe2O3+SO3+SO2；利用差量法计算：m(FeSO4)=，硫酸亚铁样品的纯度为；样品中铁元素的质量分数为；(3)Fe2+和CN反应生成Fe(CN)64，同时Fe2+被空气中的O2氧化生成Fe3+，Fe3+与Fe(CN)64反应生成蓝色沉淀Fe4Fe(CN)43，检测时试纸变蓝。3.【答案】（1）4HCl+MnO2Cl2+MnCl2+2H2O Cl2+2NaOH=NaClO+NaCl+H2O （2）5mL pH=13 （3）漂白性 2H+ClO+Cl=Cl2+H2O （4）取洗气瓶中溶液5mL，向其中逐滴加入硫酸，观察溶液是否逐渐变为黄绿色溶液蓝色褪去 1.42 % 不符合【解析】（1）该装置中发生的反应有两个，一个是制取氯气，反应的方程式为4HCl+MnO2Cl2 +MnCl2+2H2O，另一个是氯气与氢氧化钠发生反应制取消毒液，发生反应的方程式为Cl2+2NaOH=NaClO+NaCl + H2O；（2）根据资料可知，酚酞在强碱性溶液中红色会褪去，则为了验证溶液褪色的原因，需要补充碱性溶液使酚酞褪色的对比实验，在这一过程中要注意物质的体积与浓度原溶液相同，所以应取5mL，PH=13的NaOH溶液；通过对比实验的现象，溶液在30min后褪色，与原实验对比5min后褪色证明溶液褪色原因为消毒液的漂白性；（3）溶液变成黄绿色的原因为ClO与Cl在酸性条件下发生氧化还原反应生成了氯气，反应的方程式为2H+ClO+Cl=Cl2+H2O；操作b中加入的酸为盐酸，盐酸中含有参与反应的Cl，所以不严谨，所以补充的实验为将盐酸换成硫酸即可，故答案为取洗气瓶中溶液5mL，向其中逐滴加入硫酸，观察溶液是否逐渐变为黄绿色；（4）用Na2S2O3溶液滴定生成的I2，而这反应的方程式为2S2O+I2=S4O+2I，则滴定终点的现象为溶液蓝色褪去；n（Na2S2O3）=201030.1=2103mol，2S2O+I2=S4O+2I，则n（I2）=1/2n（Na2S2O3）=103mol，消毒液在酸性条件下与KI反应的离子方程式为4H+2ClO+2I=Cl2+I2+2H2O，则n（Cl2）=n（I2）=103mol，则有效氯含量为71103/5=1.42%5%，则该消毒液不符合家用要求。4.【答案】（1）淀粉溶液（2）2Fe3+2I2Fe2+I2（3）实验通过检验KI过量(或Fe3+不足量)的情况下仍有Fe3+剩余，说明正反应不能进行到底（4）向试管中加入5mL 0.1molL1 KI溶液和2滴淀粉溶液，加酸调至pH=5 c(I)低、c(H+)低（5）由于I+I2I，使c(I2)减小，2Fe3+2I2Fe2+I2正向移动，c(Fe3+)减小，Fe3+3SCNFe(SCN)3逆向移动，红色变浅（6）向1支试管中加入2mL 0.1molL1 KI溶液，再滴加0.1molL1 FeCl3溶液23滴，滴加2滴0.1 molL1 KSCN溶液，之后每间隔5min，另取1支试管重复上述实验，观察4支试管中溶液颜色的变化【解析】(1)取5mL0.1molL1KI溶液，滴加0.1molL1FeCl3溶液56滴(混合溶液pH=5)，溶液变为棕黄色，证明实验中有I2生成，检验碘单质可以选用淀粉溶液，溶液变蓝色说明生成了碘单质，故答案为淀粉溶液；(2)实验中Fe3+与I发生氧化还原反应生成碘单质和亚铁离子，反应的离子方程式为：2Fe3+2I2Fe2+I2，故答案为2Fe3+2II2+2Fe2+；(3)实验取2mL实验反应后的溶液，滴加2滴0.1molL1KSCN溶液，溶液变红色，说明KI过量的前提下仍含铁离子，说明反应不能进行彻底，证明反应为可逆反应，故答案为实验中KI过量的前提下反应后仍含铁离子，说明反应不能进行彻底，证明反应为可逆反应；(4)已知在酸性较强的条件下，I可被空气氧化为I2，故甲同学提出假设：该反应条件下空气将I氧化为I2，使实验中溶液棕黄色变深。甲同学可以设计如下实验：向试管中加入5mL0.1molKI溶液和2滴淀粉溶液，加酸调至pH=5，20min内溶液不变蓝，证明该假设不成立；导致溶液不变蓝的因素可能是I浓度低、H+浓度低，故答案为向试管中加入5mL0.1molKI溶液和2滴淀粉溶液，加酸调至pH=5；c(I)低、c(H+)低；(5)实验中20min后溶液红色变浅的原因：由于存在化学平衡I+I2I，碘离子过量，则碘单质浓度减小为主要因素，使得2Fe3+2I2Fe2+I2平衡正向进行，铁离子浓度减小，导致Fe3+3SCNFe(SCN)3平衡逆向进行，溶液红色变浅，故答案为由于存在化学平衡I+I2I，使c(I2)减小，2Fe3+2I2Fe2+I2平衡正向进行，c(Fe3+)减小，Fe3+3SCNFe(SCN)3平衡逆向进行，溶液红色变浅；(6)丙同学针对20min后的实验现象继续提出假设：FeCl3与KI的反应、I与I2的反应达到平衡需要一段时间，有可能20min之前并未达到平衡。为验证该假设，丙同学用4支试管进行实验，得到了颜色由浅到深的四个红色溶液体系，具体实验方案为：向1支试管中加入2mL0.1mol/LKI溶液，再滴入0