2019大二轮高考总复习化学第一部分专题14高频题型03综合探究实验

高频题型三综合探究实验明确探究型实验的四个常见类型(1)物质成分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成分。虽然探究型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常见物质分离提纯的方法：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。(3)影响因素的探究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，以利于研究过程中，迅速寻找到物质变化的规律。(4)反应原理的探究化学反应原理的探究也是中学化学实验探究的一个重要内容，该类探究实验往往是通过改变影响反应的条件(如浓度、温度、压强、酸碱度等)和反应物的用量，分析反应产物的变化情况，进而确定反应的原理。解答该类试题的关键是从反应物、生成物、反应条件和实验现象四个方面，抓住变化、分析得出反应的规律和原理。1．(2017·全国卷Ⅲ)绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题：(1)在试管中加入少量绿矾样品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气，溶液逐渐变红。由此可知：________、________。(2)为测定绿矾中结晶水含量，将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置A)称重，记为m1g。将样品装入石英玻璃管中，再次将装置A称重，记为m2①仪器B的名称是________。②将下列实验操作步骤正确排序________(填标号)；重复上述操作步骤，直到A恒重，记为m3a．点燃酒精灯，加热b．熄灭酒精灯c．关闭K1和K2d．打开K1和K2，缓缓通入N2e．称量Af．冷却到室温③根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水数目x＝________(列式表示)。若实验时按a、d次序操作，则使x________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。(3)为探究硫酸亚铁的分解产物，将(2)中已恒重的装置A接入下图所示的装置中，打开K1和K2，缓缓通入N2，加热。实验后反应管中残留固体为红色粉末。①C、D中的溶液依次为________(填标号)。C、D中有气泡冒出，并可观察到的现象分别为________________________________________________________________________。a．品红 b．NaOHc．BaCl2 d．Ba(NO3)2e．浓H2SO4②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)绿矾溶液中滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化，说明样品中没有Fe3＋；再向试管中通入空气，溶液变红，说明有Fe3＋生成，即Fe2＋易被氧气氧化为Fe3＋。(2)①由仪器的构造特征可知，B为干燥管。②实验时，为防止空气中的O2将Fe2＋氧化，应先通入N2将装置中的O2排净，然后点燃酒精灯加热。停止加热后，为防止FeSO4吸收空气中的水蒸气，待玻璃管冷却，关闭K1和K2后再称重。故实验操作步骤应为d、a、b、f、c、e。③由题意知，绿矾的质量为(m2－m1)g，加热后FeSO4的质量为(m3－m1)g，结晶水的质量为(m2－m3)g。设绿矾的化学式为FeSO4·xH2O，则FeSO4·xH2Oeq\o(=,\s\up7(△))FeSO4＋xH2O15218x(m3－m1)g(m2－m3)geq\f(152,m3－m1g)＝eq\f(18x,m2－m3g)解得：x＝eq\f(76m2－m3,9m3－m1)若实验中，按a、d次序操作。则会导致绿矾吸收空气中的氧气，从而使加热后的固体质量m3增大，则测出结晶水的值x偏小。(3)残留固体为红色，说明有Fe2O3生成，即分解过程中发生了氧化还原反应，根据Fe元素的化合价变化可知一定有SO2生成，即FeSO4eq\o(→,\s\up7(高温))Fe2O3＋SO2↑，根据电子转移守恒可得2FeSO4eq\o(→,\s\up7(高温))Fe2O3＋SO2↑，最后根据S守恒配平可得化学方程式：2FeSO4eq\o(=,\s\up7(高温))Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑。SO3溶于水生成H2SO4，H2SO4和Ba2＋可生成白色沉淀BaSO4，由于Ba(NO3)2在酸性溶液中具有强氧化性，能氧化SO2，故应该先用BaCl2检验SO3，检验SO2可用品红溶液，故C、D的溶液依次为BaCl2溶液和品红。实验现象是C中溶液产生白色沉淀，D中品红溶液褪色或变浅。答案：(1)样品中没有Fe3＋Fe2＋易被氧气氧化为Fe3＋(2)①干燥管②dabfce③eq\f(76m2－m3,9m3－m1)偏小(3)①c、a生成白色沉淀、褪色②2FeSO4eq\o(=,\s\up7(高温))Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑2．(2017·北京卷)某小组在验证反应“Fe＋2Ag＋=Fe2＋＋2Ag”的实验中检测到Fe3＋，发现和探究过程如下。向硝酸酸化的0.05mol·L－1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉，搅拌后静置，烧杯底部有黑色固体，溶液呈黄色。(1)检验产物①取出少量黑色固体，洗涤后，________(填操作和现象)，证明黑色固体中含有Ag。②取上层清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中含有________。(2)针对“溶液呈黄色”，甲认为溶液中有Fe3＋，乙认为铁粉过量时不可能有Fe3＋，乙依据的原理是________________(用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验：①取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液变红，证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生，且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关，对比实验记录如下：序号取样时间/min现象ⅰ3产生大量白色沉淀；溶液呈红色ⅱ30产生白色沉淀，较3min时量少；溶液红色较3min时加深ⅲ120产生白色沉淀，较30min时量少；溶液红色较30min时变浅(资料：Ag＋与SCN－生成白色沉淀AgSCN)②对Fe3＋产生的原因作出如下假设：假设a：可能是铁粉表面有氧化层，能产生Fe3＋；假设b：空气中存在O2，由于________(用离子方程式表示)，可产生Fe3＋；假设c：酸性溶液中的NOeq\o\al(－,3)具有氧化性，可产生Fe3＋；假设d：根据________现象，判断溶液中存在Ag＋，可产生Fe3＋。③下述实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3＋的主要原因。实验Ⅱ可证实假设d成立。实验Ⅰ：向硝酸酸化的________溶液(pH≈2)中加入过量铁粉，搅拌后静置，不同时间取上层清液滴加KSCN溶液。3min时溶液呈浅红色，30min后溶液几乎无色。实验Ⅱ：装置如下图。其中甲溶液是________，操作及现象是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)根据实验现象，结合方程式推测实验ⅰ～ⅲ中Fe3＋浓度变化的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)①若黑色固体中含有Ag，可先加入硝酸，加热使之溶解，再加入盐酸，能产生白色沉淀AgCl。②K3[Fe(CN)6]溶液是常见的检验Fe2＋的试剂。取上层清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，说明含有Fe2＋。(2)Fe3＋具有较强的氧化性，可与Fe发生氧化还原反应：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋。②Fe2＋与O2可发生氧化还原反应：4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O，生成Fe3＋。加入KSCN溶液后产生白色沉淀，说明溶液中含有Ag＋，Ag＋可将Fe2＋氧化为Fe3＋。③实验Ⅰ证明假设a、b、c不是产生Fe3＋的主要原因，即其他条件相同，进行空白实验，排除Ag＋的影响，故可加入硝酸酸化的0.05mol·L－1NaNO3溶液。实验Ⅱ证实假设d成立，需证明能够发生原电池反应：Ag＋＋Fe2＋=Ag＋Fe3＋，甲溶液应为FeSO4溶液。通过做对照实验，分别取电池工作前和工作一段时间后左侧烧杯中的溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色会更深。(3)ⅰ→ⅱ：产生的白色沉淀较3min时量少，溶液红色较3min时加深，说明c(Fe3＋)增大，其原因是此阶段主要发生了反应2Ag＋＋Fe=2Ag＋Fe2＋、Ag＋＋Fe2＋=Ag＋Fe3＋。ⅱ→ⅲ：产生的白色沉淀较30min时量少，溶液红色较30min时变浅，主要原因是随着反应的进行，溶液中c(Ag＋)减小，Ag＋的氧化性减弱，此时主要发生反应：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，导致溶液中Fe3＋浓度减小。答案：(1)①加硝酸加热溶解固体，再滴加稀盐酸，产生白色沉淀②Fe2＋(2)2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋②4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O加入KSCN溶液后产生白色沉淀③0.05mol·L－1NaNO3FeSO4溶液分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色更深(3)溶液中存在反应：①2Ag＋＋Fe=Fe2＋＋2Ag，②Ag＋＋Fe2＋=Fe3＋＋Ag，③Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋。反应开始时，c(Ag＋)大，以反应①、②为主，c(Fe3＋)增大。约30min后，c(Ag＋)小，以反应③为主，c(Fe3＋)减小从近几年全国各地的高考命题来看，探究型实验的命题角度主要有化学反应原理的探究、物质性质的探究、物质成分的探究和影响因素的探究等四个方面。形式灵活，能够很好地考查学生对元素化合物知识的掌握情况和综合实验探究能力，是高考的热点题型。其实该类题目是借助于实验手段，以元素化合物知识为依据，考查学生分析推理的能力。难度一般较大，复习备考时要引起足够的重视。1．(2017·南阳二模)某化学小组欲通过实验探究：I.苯与液溴发生取代反应；Ⅱ.苯与液溴在催化剂作用下的反应机理。所用装置如图所示。已知：MnO2＋2NaBr＋2H2SO4eq\o(=,\s\up7(△))Br2↑＋MnSO4＋Na2SO4＋2H2O(1)实验室制备溴苯的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________；仪器X的名称为________。(2)制取溴苯的实验操作步骤如下：①连接装置，其接口顺序为(填字母)：d接________，________接________，________接c；②检查装置气密性；③C中加入固体药品，________，再打开D处开关K，点燃C处酒精灯；插入铁丝于混合液中，一段时间后，D中液体沸腾，原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________________；④关闭C中活塞。(3)A中对广口瓶进行热水浴的目的是________________________________________________________________________。(4)若B中有淡黄色沉淀生成，能否确定苯与液溴发生了取代反应？________(答“能”或“否”)。(5)查阅文献，苯与液溴在FeBr3催化下的反应机理共分三步：Ⅰ.Br2＋FeBr3Br＋＋FeBreq\o\al(－,4)①请完成第三步反应：Ⅲ._______________________________________________________________。②该小组将A装置中的浓硫酸替换成稀硫酸时实验失败，试从反应机理推测可能的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)在FeBr3的催化作用下，苯和液溴发生取代反应生成溴苯：仪器X的名称为球形冷凝管。(2)①由题图知，C为制备Br2的装置，生成的Br2进入A中，在A中用热水对广口瓶进行加热，可防止溴蒸气冷凝，使溴蒸气进入D中，溴蒸气在D中与苯发生取代反应，生成的HBr用B进行尾气吸收，故装置接口的连接顺序为d→a→b→e→f→c。③C中先加入固体药品，后滴加浓硫酸。D中苯和液溴反应，没有加热，而液体沸腾，说明该反应为放热反应。(4)Br2易挥发，进入B中也能与AgNO3溶液反应生成淡黄色的AgBr沉淀，因此不能说明苯与液溴发生了取代反应。(5)①根据总反应，FeBr3为催化剂，产物为溴苯和HBr，第一步反应中FeBr3参与反应，因此第三步反应生成FeBr3、溴苯和HBr，化学方程式为：FeBreq\o\al(－,4)＋FeBr3＋＋HBr。②将A装置中的浓硫酸换成稀硫酸，Br2与水反应生成Br－、BrO－，无法得到Br＋，因此实验失败。答案：(1)球形冷凝管(2)①abef③C处滴加浓硫酸该反应是放热反应(3)防止Br2蒸气冷凝(4)否(5)①FeBreq\o\al(－,4)＋FeBr3＋＋HBr②有水情况下，无法生成Br＋2．(2017·华师大第一附中考试)甲醛(HCHO)与葡萄糖相似，具有强还原性，40%甲醛溶液沸点为96℃，易挥发。为探究过量甲醛和新制Cu(OH)2反应的产物，(1)在图A装置中进行实验，向a中加入50mL0.5mol·L－1CuSO4溶液和100mL5mol·L－1NaOH溶液，振荡，再加入50mL40%的甲醛溶液，缓慢加热a，在65℃时回流20min后冷却至室温。反应过程中观察到有棕色固体生成，最后变成红色，并有气体产生①A装置中仪器c的名称是________。②本实验中仪器a应该选用下列哪种规格________(填序号)。A．100mL B．250mLC．500mL D．1000mL(2)查阅资料发现气体产物主要是副反应产生的。为确认气体产物中含H2不含CO，将装置A和如图所示的装置连接后进行实验。依次连接的合理顺序为A→B→________→________→________→________→G，装置B的作用是________________________________________________________________________。(3)已知：eq\o(→,\s\up7(被氧化),\s\do5())eq\o(→,\s\up7(被氧化),\s\do5())。请设计实验验证a中甲醛的碳元素是否被氧化成＋4价：________________________________________________________________________。(4)为研究红色固体产物的组成，进行如下实验(以下每步均充分反应)：已知：Cu2O[Cu(NH3)4]＋(无色)eq\o(→,\s\up7(在空气中),\s\do5())[Cu(NH3)4]2＋(蓝色)。①摇动锥形瓶ⅰ的目的是________________________________________________________________________。②锥形瓶ⅱ中固体完全溶解得深蓝色溶液的离子方程式是________________________________________________________________________。③将容量瓶ⅱ中的溶液稀释50倍后，溶液的颜色与容量瓶ⅰ相近。由此可知固体产物的成分及物质的量之比约为________________________________________________________________________。解析：(1)①A装置中仪器c为滴液漏斗。②仪器a为三颈烧瓶，反应中混合液的总体积大约为50mL＋100mL＋50mL＝200