2025年下学期高二化学小组合作探究试题（二）

2025年下学期高二化学小组合作探究试题（二）一、实验探究题：基于氧化还原反应的物质制备与性质验证背景：高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种新型绿色消毒剂，具有强氧化性，在水处理中可同时实现杀菌、脱色、除污等功能。某化学兴趣小组拟通过次***酸钠氧化法制备K₂FeO₄，并探究其性质。任务1：实验方案设计（小组分工：查阅资料组+方案设计组）（1）资料收集：结合《化学反应原理》中“氧化还原反应”“沉淀溶解平衡”等知识，分析以下制备原理：碱性条件下，ClO⁻可将Fe³⁺氧化为FeO₄²⁻：3ClO⁻+2Fe³⁺+10OH⁻=2FeO₄²⁻+3Cl⁻+5H₂OK₂FeO₄在水中的溶解度：0℃时为1.9×10⁻³g/100mL，且随温度升高而增大；在浓KOH溶液中溶解度显著降低。（2）实验方案设计：实验仪器：烧杯、分液漏斗、布氏漏斗、抽滤瓶、电子天平、恒温水浴锅、pH计。实验药品：Fe(NO₃)₃·9H₂O固体、NaClO溶液（有效氯含量≥5%）、6mol/LKOH溶液、0.1mol/LH₂SO₄溶液、蒸馏水。核心步骤（用流程图表示）：graphTDA[溶解Fe(NO₃)₃·9H₂O]-->B[滴加NaClO溶液，控制pH=10-11]B-->C[搅拌反应30min，温度控制在25℃]C-->D[加入饱和KOH溶液，静置结晶]D-->E[抽滤，用冰水洗涤沉淀]E-->F[干燥，得到K₂FeO₄粗产品]任务2：实验操作与数据记录（小组分工：实验操作组+数据记录组）（1）关键操作：滴加NaClO溶液时，需用NaOH溶液调节pH至10-11，若pH<10，会生成红褐色沉淀，其成分是______（填化学式）；若pH>12，ClO⁻会发生歧化反应生成Cl⁻和ClO₃⁻，写出该反应的离子方程式：______。抽滤后用冰水洗涤沉淀的目的是______。（2）数据记录：|实验序号|Fe(NO₃)₃·9H₂O用量（g）|NaClO溶液体积（mL）|反应温度（℃）|产品质量（g）|产率（%）||----------|-------------------------|----------------------|----------------|----------------|-----------||1|5.0|20|25|1.2|？||2|5.0|25|25|1.5|？||3|5.0|20|35|0.9|？|任务3：数据分析与误差讨论（小组分工：数据分析组+误差分析组）（1）产率计算：根据反应方程式，计算实验1的理论产量（K₂FeO₄摩尔质量为198g/mol），并填入表中（保留1位小数）。（2）条件优化：对比实验1-3，得出提高产率的最佳条件是______。（3）误差分析：实验3产率偏低的原因可能是______（填字母）。A.温度过高导致K₂FeO₄分解B.抽滤时未用冰水洗涤C.NaClO溶液浓度不足任务4：性质探究（小组分工：性质探究组+现象记录组）取少量K₂FeO₄粗产品，进行以下实验：|实验操作|现象|结论||----------|------|------||向酸性K₂FeO₄溶液中滴加MnSO₄溶液|溶液紫色褪去，生成红褐色沉淀|K₂FeO₄具有______性，还原产物为______||向K₂FeO₄溶液中通入SO₂气体|溶液由紫红色变为浅绿色|离子方程式：______|二、综合探究题：基于化学平衡原理的工业流程分析背景：工业上用菱锰矿（主要成分为MnCO₃，含FeCO₃、MgCO₃等杂质）制备MnSO₄·H₂O的工艺如下：graphLR菱锰矿粉碎-->酸浸[加入H₂SO₄酸浸]-->过滤1[滤渣1：SiO₂等]过滤1-->氧化[加入MnO₂氧化]-->调pH[加入CaCO₃调pH=5-6]-->过滤2[滤渣2：Fe(OH)₃等]过滤2-->除Mg²⁺[加入MnF₂]-->过滤3[滤渣3：MgF₂]-->蒸发结晶[MnSO₄·H₂O]任务1：反应原理分析（小组分工：原理分析组）（1）酸浸反应：写出MnCO₃与H₂SO₄反应的离子方程式：。若酸浸时H₂SO₄过量，会导致后续除杂步骤中（填“Fe³⁺”或“Mg²⁺”）更难除去。（2）氧化除铁：MnO₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺的离子方程式为______。已知Ksp[Fe(OH)₃]=4×10⁻³⁸，当溶液pH=6时，c(Fe³⁺)=______mol/L（保留1位有效数字）。任务2：工艺条件优化（小组分工：条件优化组）（1）正交实验设计：为探究酸浸温度、H₂SO₄浓度对Mn²⁺浸出率的影响，设计如下实验：|实验序号|温度（℃）|H₂SO₄浓度（mol/L）|浸出率（%）||----------|-----------|---------------------|-------------||1|60|1.0|75||2|80|1.0|92||3|60|1.5|88||4|80|1.5|98|根据数据，最佳酸浸条件为______。解释温度升高导致浸出率提高的原因：______。（2）除镁工艺：已知Ksp(MgF₂)=7.4×10⁻¹¹，当溶液中c(Mg²⁺)=0.01mol/L时，加入MnF₂固体至c(F⁻)=______mol/L，可使Mg²⁺沉淀完全（离子浓度≤10⁻⁵mol/L视为沉淀完全）。任务3：绿色化学评价（小组分工：环保评估组）（1）废水处理：工艺中产生的酸性废水（pH=2）需处理后排放，若采用Ca(OH)₂中和，当pH调至7时，溶液中c(Ca²⁺)=mol/L（已知Ksp[Ca(OH)₂]=5.5×10⁻⁶）。（2）资源循环：滤渣2的主要成分为Fe(OH)₃，可用于制备铁红（Fe₂O₃），写出其煅烧分解的化学方程式：。三、开放探究题：基于有机化学的生活情境分析背景：某小组同学在厨房中发现，用食醋（主要成分为CH₃COOH）浸泡水垢（含CaCO₃和Mg(OH)₂）时，产生大量气泡，且浸泡时间越长，水垢溶解越彻底。为探究其原理，设计如下实验：任务1：反应速率影响因素探究（小组分工：变量控制组）（1）提出假设：影响食醋溶解水垢速率的因素可能有______（至少写出2种）。（2）实验设计：选择其中一个因素设计对比实验，写出实验方案（包括操作、现象、结论）。任务2：有机化学反应机理分析（小组分工：机理推导组）（1）酸性比较：已知CH₃COOH的Ka=1.8×10⁻⁵，H₂CO₃的Ka1=4.3×10⁻⁷，解释食醋能溶解CaCO₃的原因：。（2）产物检验：设计实验验证水垢溶解后溶液中含有CH₃COO⁻：（简述操作及现象）。任务3：拓展应用讨论（小组分工：应用拓展组）（1）生活建议：若用白醋（CH₃COOH浓度约5%）浸泡水壶水垢，简述提高溶解效率的操作方法：。（2）工业迁移：工业上用CH₃COOH代替HCl清洗金属表面的铁锈（Fe₂O₃），其优点是。四、合作探究总结与反思小组贡献：每位成员需说明自己在任务中的具体分工（如查阅资料、操作仪器、计算产率等），并评价组内协作过程中的优势与不足。问题改进：结合实验结果，提出1-2条优化K₂FeO₄