2026《金版教程》高考复习方案化学创新版-第2讲 实验方案的设计与探究实验

0第十一章

化学综合实验第2讲

实验方案的设计与探究实验1.能设计、评价和改进实验方案，能正确分析或处理实验数据，得出合理结论，预测或描述实验现象。2.能发现和提出有探究价值的问题；能从问题和假设出发，依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验、调查等方法进行实验探究。3.建立解答实验方案设计及探究类综合实验题的一般方法和思维模型。考点一01课时作业04目录CONTENTS考点二02真题演练03考点一物质性质的探究设计一、性质验证型实验设计性质验证实验方案可分为多种情况：一是已知物质的性质，设计实验验证物质的某些性质；二是已知某类物质的结构(或含有的官能团)，设计性质实验来验证这类物质的结构；三是根据性质设计定量实验；四是根据物质性质验证化学原理(理论)或根据化学原理来验证物质的某些性质。设计性质验证实验方案的常用程序有如下两种：二、性质探究型实验1．物质性质探究的考查角度(1)物质氧化性、还原性的判断。如探究SO2具有还原性的方法是将气体通入酸性KMnO4溶液中，通过酸性KMnO4溶液是否褪色来说明。(2)物质氧化性强弱、还原性强弱的判断。如探究Fe3＋的氧化性强于I2时，可利用FeCl3与KI­淀粉溶液反应，通过溶液是否变蓝色来说明。(3)同周期、同主族元素性质的递变规律一般通过设计元素金属性、非金属性的强弱实验来完成。(4)电解质强弱的判断。(5)物质酸性强弱的判断。如探究碳酸和硅酸的酸性强弱，可利用相对强的酸制备相对弱的酸的反应原理，将CO2气体通入Na2SiO3溶液，看是否有白色胶状沉淀生成来判断。(6)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以及是否与空气接触、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。2．探究物质性质的基本方法和程序3．设计性质探究实验方案时的注意事项实验方案要可行要尽量避免使用高压和特殊催化剂等实验室难以达到的条件，实验方案要简单易行实验顺序要科学要对各个实验步骤进行统一的规划和安排，保证实验准确高效，同时要减少副反应的发生和避免实验步骤间的相互干扰实验现象要直观如“证明CH3COOH是弱电解质”的实验，可配制一定浓度的CH3COONa溶液，用pH试纸测溶液的pH，通过测定的结果(常温下，pH>7)得出结论，操作简便且现象明显实验结论要可靠要反复推敲实验步骤，多方验证实验结果，做到实验结论准确可靠1．(2024·湖北卷)学习小组为探究Co2＋、Co3＋能否催化H2O2的分解及相关性质，室温下进行了实验Ⅰ～Ⅳ。实验Ⅰ实验Ⅱ实验Ⅲ无明显变化溶液变为红色，伴有气泡产生溶液变为墨绿色，并持续产生能使带火星木条复燃的气体已知：[Co(H2O)6]2＋为粉红色、[Co(H2O)6]3＋为蓝色、[Co(CO3)2]2－为红色、[Co(CO3)3]3－为墨绿色。回答下列问题：(1)配制1.00mol·L－1的CoSO4溶液，需要用到下列仪器中的________(填标号)。bc(2)实验Ⅰ表明[Co(H2O)6]2＋________(填“能”或“不能”)催化H2O2的分解。实验Ⅱ中HCO大大过量的原因是__________________________________________________________________________________________________________。实验Ⅲ初步表明[Co(CO3)3]3－能催化H2O2的分解，写出H2O2在实验Ⅲ中所发生反应的离子方程式_______________________________________________________________________________________。不能实验Ⅳ：

(4)实验Ⅳ中，A到B溶液变为蓝色，并产生气体；B到C溶液变为粉红色，并产生气体。从A到C所产生的气体的分子式分别为________、________。CO2O2解析：(2)实验ⅠCoSO4溶液中Co2＋以[Co(H2O)6]2＋的形式存在，滴加H2O2溶液，无明显现象，说明[Co(H2O)6]2＋不能催化H2O2的分解。(4)实验Ⅳ中，A到B溶液变为蓝色，并产生气体，说明发生了[Co(CO3)3]3－＋6H＋＋3H2O===[Co(H2O)6]3＋＋3CO2↑；B到C溶液变为粉红色，并产生气体，说明发生了4[Co(H2O)6]3＋＋2H2O===4[Co(H2O)6]2＋＋O2↑＋4H＋。2．(2025·河北保定高三摸底统考)某化学实验小组做了镁条与水和NH4Cl反应的实验探究如下：编号实验操作实验现象a将打磨光亮的镁条放入冷水中缓慢产生气泡，一段时间后镁条表面被白色物质覆盖而变暗，不再产生气泡b将a实验后的镁条放入2mL1mol·L－1的NH4Cl溶液(pH＝5)中镁条表面迅速变光亮，并开始产生大量气体；一段时间后产生气体的速率逐渐减慢，镁条表面变白，但持续有气泡产生c将a实验后的镁条放入2mL1mol·L－1的NaCl溶液中无明显现象d将a实验后的镁条放入2mL1mol·L－1的NH4Cl溶液(用氨水调至pH＝7)中实验现象与b基本相同(已知上述所有气体均为H2)回答下列问题：(1)实验a中不再产生气泡的原因是_________________________________________________________________________________。(2)实验b中镁条迅速变光亮后产生大量气体的离子反应方程式为______________________________________________。(3)实验c的目的是______________________________________。实验d的目的是____________________________。(4)b、c、d探究的结论是：①__________________________________。②____________________________。Mg＋2H2O===Mg(OH)2↓＋H2↑产生致密的Mg(OH)2覆盖在Mg的表面阻止反应继续进行证明Mg(OH)2的溶解与Cl－无关证明Mg(OH)2的溶解与H＋无关(5)实验b中溶液pH和H2体积随时间的变化如左图所示，反应过程中δ%(NH)、δ%(NH3·H2O)和pH随时间变化如右图。①从图像看前5minpH迅速升高的主要原因是(结合离子方程式说明)__________________________________________________________________________________________________________________。②20min后的一段时间内，pH基本不变，但仍能持续产生H2，可能的原因是______________________________________________________________________。思维建模实验方案设计的基本步骤考点二反应产物、反应机理的探究与规范答题1．确定产物问题的思路分析由性质确定反应产物是解此类题目的根本思路，而题目中所涉及的物质，一般分为两类。第一类常见的熟悉物质要注意物质的特殊性质，比如颜色、状态、气味、溶解性等物理性质，或能与哪些物质反应生成特殊的沉淀、气体等化学性质第二类能类比迁移的陌生物质虽然平时接触不多，但其某种组成成分、结构成分(如离子、原子团、官能团等)必然学过，则可以考虑与其结构相似的物质的性质，进而推断其具体组成2．文字表述题的各种答题规范(1)实验操作的原因、目的及作用的答题要素答题要素明确实验目的：做什么明确操作目的：为什么这样做明确结论：这样做会有什么结果？理由是什么得分点及关键词操作：怎么“做”，为什么这样“做”作用：须有明确的结论、判断、理由(2)实验现象的准确、全面描述答题要素现象描述要全面：看到的、听到的、触摸到的、闻到的现象描述要准确：如A试管中……B处有……按“现象＋结论”格式描述，忌现象结论不分、由理论推现象、指出具体生成物的名称得分点及关键词溶液中：颜色由……变成……，液面上升或下降(形成液面差)，溶液变浑浊，生成(产生)……沉淀，溶液发生倒吸，产生大量气泡(或有气体从溶液中逸出)，有液体溢出等固体：表面产生大量气泡，逐渐溶解，体积逐渐变小，颜色由……变成……等气体：生成……色(味)气体，气体由……色变成……色，先变……后……(加深、变浅、褪色)等(3)试剂作用的答题模板答题要素试剂的作用是什么？要达到的目的是什么得分点及关键词作用类：“除去”“防止”“抑制”“使……”等，回答要准确作用—目的类：“作用”是“……”，“目的”是“……”，回答要准确全面1．(2024·北京卷)某小组同学向pH＝1的0.5mol·L－1的FeCl3溶液中分别加入过量的Cu粉、Zn粉和Mg粉，探究溶液中氧化剂的微粒及其还原产物。(1)理论分析依据金属活动性顺序，Cu、Zn、Mg中可将Fe3＋还原为Fe的金属是________。(2)实验验证实验金属操作、现象及产物Ⅰ过量Cu一段时间后，溶液逐渐变为蓝绿色，固体中未检测到Fe单质Ⅱ过量Zn一段时间后有气泡产生，反应缓慢，pH逐渐增大，产生了大量红褐色沉淀后，无气泡冒出，此时溶液pH为3～4，取出固体，固体中未检测到Fe单质Ⅲ过量Mg有大量气泡产生，反应剧烈，pH逐渐增大，产生了大量红褐色沉淀后，持续产生大量气泡，当溶液pH为3～4时，取出固体，固体中检测到Fe单质Mg、Zn①分别取实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中的少量溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，证明都有Fe2＋生成，依据的现象是________________。②实验Ⅱ、Ⅲ都有红褐色沉淀生成，用平衡移动原理解释原因_________________________________________________________________________________________________________________________。产生蓝色沉淀③对实验Ⅱ未检测到Fe单质进行分析及探究。ⅰ.a.甲认为实验Ⅱ中，当Fe3＋、H＋浓度较大时，即使Zn与Fe2＋反应置换出少量Fe，Fe也会被Fe3＋、H＋消耗。写出Fe与Fe3＋、H＋反应的离子方程式________________________________________。b．乙认为在pH为3～4的溶液中即便生成Fe也会被H＋消耗。设计实验_________________________________________________________________________________________(填实验操作和现象)。证实了此条件下可忽略H＋对Fe的消耗。c．丙认为产生的红褐色沉淀包裹在Zn粉上，阻碍了Zn与Fe2＋的反应。实验证实了Zn粉被包裹。2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑向pH为3～4的稀盐酸中加铁粉，一段时间后取出少量溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，不产生蓝色沉淀ⅱ.查阅资料：0.5mol·L－1Fe3＋开始沉淀的pH约为1.2，完全沉淀的pH约为3。结合a、b和c，重新做实验Ⅱ，当溶液pH为3～4时，不取出固体，向固—液混合物中持续加入盐酸，控制pH<1.2，_______________________________________________________(填实验操作和现象)，待pH为3～4时，取出固体，固体中检测到Fe单质。(3)对比实验Ⅱ和Ⅲ，解释实验Ⅲ的固体中检测到Fe单质的原因________________________________________________________。加入几滴KSCN溶液，待溶液红色消失后，停止加入盐酸加入镁粉后产生大量气泡，使镁粉不容易被Fe(OH)3沉淀包裹氧化【实验操作及现象分析】实验一：探究CuSO4与Na2S2O3溶液的反应。实验操作实验序号V1/mLV2/mL逐滴加入Na2S2O3溶液时的实验现象a1.50.5溶液逐渐变为绿色，静置无变化b1.01.0溶液先变为绿色，后逐渐变成浅绿色，静置无变化c02.0溶液先变为绿色，后逐渐变浅至无色，静置无变化

(1)根据实验a的现象可推测溶液中生成的含Cu微粒是____________(填化学符号)。(2)甲同学认为实验一能证明假设2成立，他的理由是_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。实验二：探究CuCl2与Na2S2O3溶液的反应。[Cu(S2O3)2]2－实验b中，溶液先变为绿色，后逐渐变成浅绿色，说明先发生配合反应，之后又发生氧化还原反应(或实验a到实验c，最终溶液颜色逐渐变浅，说明发生了氧化还原反应)向其中滴加氨水，放置在空气中，过一段时间若溶液变为蓝色，则说明含Cu(Ⅰ)【获得结论】综合以上实验，同学们认为Cu(Ⅱ)盐与Na2S2O3在溶液中的反应与多种因素有关，得到实验结论：①随n(S2O)∶n(Cu2＋)的增大，______________________________________________________________；②_________________________________________________________________。二者发生配合反应的趋势减弱，发生氧化还原反应的趋势增强真题演练步骤现象ⅰ.将①实验中的反应混合物进行固液分离/ⅱ.取少量分离出的沉淀置于试管中，滴加_________________________，沉淀完全溶解ⅲ.继续向ⅱ的试管中滴加______________无白色沉淀生成(2)分析讨论甲同学根据t2min后pH不改变，认为反应(Ⅰ)已达到平衡；乙同学认为证据不足，并提出如下假设：假设1硫酸钙固体已完全消耗；假设2硫酸钙固体有剩余，但被碳酸钙沉淀包裹。(3)验证假设，乙同学设计如下方案，进行实验。过量稀盐酸有气体产生BaCl2溶液(4)实验小结假设1成立，假设2不成立。①实验中反应(Ⅰ)平衡未建立。(5)优化方案、建立平衡写出优化的实验方案，并给出反应(Ⅰ)平衡已建立的判断依据：_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。将至少1.36g硫酸钙加入100.0mL0.100mol·L－1Na2CO3溶液中，在25℃和搅拌条件下，利用pH计测得体系的pH，当pH不变时，加入Na2SO4固体，若pH值变大，说明反应(Ⅰ)平衡已建立c(KI)实验现象实验Ⅰ0.01mol·L－1极少量I2溶解，溶液为淡红色；充分反应后，红色的铜粉转化为白色沉淀，溶液仍为淡红色实验Ⅱ0.1mol·L－1部分I2溶解，溶液为红棕色；充分反应后，红色的铜粉转化为白色沉淀，溶液仍为红棕色实验Ⅲ4mol·L－1I2完全溶解，溶液为深红棕色；充分反应后，红色的铜粉完全溶解，溶液为深红棕色①初始阶段，Cu被氧化的反应速率：实验Ⅰ______(填“>”“<”或“＝”)实验Ⅱ。②实验Ⅲ所得溶液中，被氧化的铜元素的可能存在形式有[Cu(H2O)4]2＋(蓝色)或[CuI2]－(无色)，进行以下实验探究：步骤a.取实验Ⅲ的深红棕色溶液，加入CCl4，多次萃取、分液。步骤b.取分液后的无色水溶液，滴入浓氨水。溶液颜色变浅蓝色，并逐渐变深。ⅰ.步骤a的目的是___________________________。<

ⅱ.查阅资料，2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2，[Cu(NH3)2]＋(无色)容易被空气氧化。用离子方程式解释步骤b的溶液中发生的变化：_____________________________________________________________________________________________________。③结合实验Ⅲ，推测实验Ⅰ和Ⅱ中的白色沉淀可能是CuI，实验Ⅰ中铜被氧化的化学方程式是______________________________________。分别取实验Ⅰ和Ⅱ充分反应后的固体，洗涤后得到白色沉淀，加入浓KI溶液，________________________________(填实验现象)，观察到少量红色的铜。分析铜未完全反应的原因是____________________________________________________。[CuI2]－＋2NH3·H2O===[Cu(NH3)2]＋＋2H2O＋2I－，4[Cu(NH3)2]＋＋O2＋8NH3·H2O===4[Cu(NH3)4]2＋＋4OH－＋6H2O2Cu＋I2===2CuI或2Cu＋KI3===2CuI＋KI白色沉淀逐渐溶解，溶液变为无色(2)上述实验结果，I2仅将Cu氧化为＋1价。在隔绝空气的条件下进行电化学实验，证实了I2能将Cu氧化为Cu2＋。装置如图所示，a、b分别是__________________________________。(3)运用氧化还原反应规律，分析在上述实验中Cu被I2氧化的产物中价态不同的原因：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。铜、含nmolI2的4mol·L－1的KI溶液铜与碘反应的体系在原电池装置中，I2将Cu氧化为Cu2＋；而在实验Ⅰ、实验Ⅱ和实验Ⅲ中Cu以Cu＋形式存在，这是由于在实验Ⅰ、实验Ⅱ、实验Ⅲ中Cu＋可以进一步与I－结合生成CuI沉淀或[CuI2]－，Cu＋浓度减小使得Cu2＋氧化性增强，发生反应2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2和2Cu2＋＋6I－===2[CuI2]－＋I2

课时作业[建议用时：40分钟]1．(2025·海淀区高三第一学期期末)某小组同学探究镁与银氨溶液反应的产物及影响其反应速率的因素。Ⅰ.探究镁与银氨溶液反应的产物【实验1】向5mL2mol·L－1AgNO3溶液中逐滴加入5mL6mol·L－1氨水，最终得到无色透明溶液。【实验2】(1)实验1中，反应的离子方程式是____________________________________。(2)由实验2－2可证明2－1中有Ag生成，则2－2中加入过量稀硝酸后可观察到的现象是__________________________________________________________。(3)由实验2－3可证明2－1中有Ag2O生成，则试剂甲、乙分别为________、________(填字母)。a．稀硝酸 b．稀盐酸c．NaCl溶液 d．NaNO3溶液(4)经检验，实验2－1中产生的气体有H2和NH3。①检验产生气体中有NH3的操作及现象：将湿润的红色石蕊试纸置于试管口处，观察到______________________。②生成H2、NH3、Ag的反应可表示为Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑、______________________________________________________________。灰白色固体完全溶解，有无色气体生成，遇空气后变为红棕色ba红色石蕊试纸变蓝实验序号3－13－23－3配制银氨溶液所用试剂H2O体积/mL6.004.002.00AgNO3溶液体积/mL1.002.504.00氨水体积/mL1.001.50a配好的银氨溶液的组成[Ag(NH3)2]＋浓度/(mol·L－1)0.250.6251.00氨水浓度/(mol·L－1)1.001.001.00时间/s60030060Ⅱ.探究影响镁与银氨溶液反应生成H2速率的因素【实验3】用2mol·L－1AgNO3溶液、12mol·L－1氨水按照如表所示用量配制好银氨溶液后，放入等量打磨过的镁条，记录收集112mLH2所用的时间。(5)实验3－3中，a＝________。(6)根据上述实验分析，银氨溶液中[Ag(NH3)2]＋浓度越大，产生H2的速率越快的主要原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。Ⅲ.实验结论与反思(7)综合上述实验，可知Mg与银氨溶液反应后的产物有Ag、NH3、H2、Mg(OH)2、Ag2O等；该小组同学推测氨水浓度也是影响Mg与银氨溶液反应生成Ag的速率的因素。他们的推测________(填“合理”或“不合理”)，理由是_______________________________________________________________________________________________________。2.00[Ag(NH3)2]＋浓度增大，Mg与[Ag(NH3)2]＋反应生成Ag的反应速率增大，单位时间内生成Ag的量增多，形成更多的Mg­Ag微小原电池，产生氢气速率加快合理解析：(2)实验2－1中有Ag生成，则2－2中银与稀硝酸发生氧化还原反应而溶解，同时生成NO气体，NO与氧气反应生成红棕色的NO2。(3)实验2－1中还有Ag2O生成，加入试剂甲后没有明显现象，则试剂甲不是稀硝酸，过滤洗涤后加入过量试剂乙，固体部分溶解，则试剂乙为稀硝酸，又Ag、Ag2O均能完全溶于HNO3，则加入试剂甲后必生成了不溶于HNO3的固体，结合实验过程及所给试剂知，试剂甲为稀盐酸，Ag2O与稀盐酸反应生成AgCl和水，没有明显现象，过滤洗涤后加入过量稀硝酸，AgCl不溶于稀硝酸，Ag与稀硝酸反应溶解，最终试管中剩余少量白色沉淀。2．某学生研究小组欲分析CuSO4溶液与Na2CO3溶液混合产生的蓝绿色沉淀成分，开展下列实验探究。【提出假设】假设1：沉淀为Cu(OH)2假设2：沉淀为__________假设3：沉淀为碱式碳酸铜，化学式可表示为[nCuCO3·mCu(OH)2]【查阅资料】无论是哪一种沉淀受热均易分解(假设均不含结晶水)。【物质成分探究】步骤1：将所得悬浊液过滤，用蒸馏水洗涤，再用无水乙醇洗涤。步骤2：甲同学取一定量固体，用气密性良好的如下装置(夹持仪器未画出)进行实验：(1)假设2中的沉淀为________。(2)无水乙醇洗涤的目的是________________________________________。(3)若反应后A中蓝绿色固体变黑，C中无明显现象，证明假设________成立。CuCO3利用乙醇的易挥发，带走洗涤的水1(4)乙同学认为只要将B装置的试剂改用________________(填试剂名称)后，便可验证上述所有假设。(5)乙同学更换B试剂后验证假设3成立的实验现象是______________________________________________________________________。(6)在假设3成立的前提下，某同学考虑用Ba(OH)2代替Ca(OH)2，测定蓝绿色固体的化学式，实验结束后装置B的质量增加2.7g，C中产生沉淀的质量为19.7g。则该蓝绿色固体的化学式为_________________________________________________。无水硫酸铜A中蓝绿色固体变黑色，B中无水CuSO4固体变蓝，C中有白色沉淀产生2CuCO3·3Cu(OH)2或3Cu(OH)2·2CuCO3或Cu5(OH)6(CO3)23．(2025·广东省高三质量检测)某学习小组按下图流程，在实验室模拟处理含苯酚的工业废水，并进行相关实验探究。回答下列问题：(1)操作Ⅰ的名称是_____________。操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共同用到的玻璃仪器除烧杯外还有____________(填名称)，流程中可循环使用的物质是________。(2)“水层2”中主要溶质为___________(填化学式)，其在生活中主要用途是________________________________________(填一个即可)。萃取、分液分液漏斗苯NaHCO3治疗胃酸过多、焙制蛋糕等(合理答案均可)【进行实验】常温下，用盐酸调节pH配制得到pH分别为a和b的0.1mol·L－1FeCl3溶液(a>b)，用硫酸调节pH配制得到pH分别为a和b的0.05mol·L－1Fe2(SO4)3溶液。取5mL苯酚溶液于试管中，按实验1～4分别再加入0.1mL含Fe3＋的试剂，显色10min后用紫外－可见分光光度计测定该溶液的吸光度(本实验条件下，pH改变对Fe3＋水解程度的影响可忽略)。序号含Fe3＋的试剂吸光度0.1mol·L－1

FeCl3溶液0.05mol·L－1

Fe2(SO4)3溶液1pH＝a/A12pH＝b/A23/pH＝aA34/pH＝bA4序号含Fe3＋的试剂再加入的试剂吸光度_____mol·L－1FeCl3溶液_____mol·L－1Fe2(SO4)3溶液5/pH＝aNaCl固体A56pH＝a/_____________A6【结果讨论】实验结果为A1>A2>A3>A4。①小组同学认为根据结果“A2>A3”不足以证明猜想3成立的理由是___________________________________________。②为进一步验证猜想，小组同学设计了实验5和6，补充下表中相关内容。(限选试剂：NaCl溶液、Na2SO4溶液、NaCl固体、Na2SO4固体