第54讲　物质性质与反应原理探究类综合实验

1/1第54讲物质性质与反应原理探究类综合实验1.具有较强的问题意识，能提出化学探究问题，能作出预测和假设。能依据实验目的和假设，设计解决简单问题的实验方案，并能对实验方案进行评价与优化。2.能根据不同类型实验特点，设计并实施实验。能预测物质的某些性质，并进行实验探究与验证，建立解答探究类综合实验题的思维模型。考点一物质性质类实验探究必备知识1.物质性质的实验探究方案（1）根据物质性质设计实验方案（2）根据物质的结构（或官能团）设计性质实验方案2.常见物质性质探究、验证的实验设计热分解产物的性质探究、判断①难溶性碳酸盐△氧化物＋CO2②碳酸的酸式盐△碳酸的正盐＋CO2＋H2O③铵盐△NH3＋相应的酸（或酸性氧化物＋H2O）（NH4NO3除外④硝酸盐△金属（或金属氧化物、亚硝酸盐）＋氮氧化物（NO或NO2）＋O2⑤草酸晶体△CO2＋CO＋H2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，通过观察酸性KMnO4溶液是否褪色来说明；如探究Fe3＋的氧化性强于I2时，可利用FeCl3与淀粉-KI溶液反应，通过观察溶液变蓝色的现象来说明Fe3＋的氧化性强于I2电解质强弱的判断如探究一元酸HA是弱酸的方法是常温下配制NaA溶液，测pH，若pH＞7，则说明HA为弱酸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溶液中，看是否有白色沉淀生成来判断关键能力1.（2025·北京西城区模拟）某小组制备NaNO2，并探究其还原性和氧化性的强弱。资料：ⅰ.K2MnO4溶液（绿色）在酸性环境中不稳定，转化为MnO2和KMnO4。ⅱ.25℃，Ka（HNO2）＝5.6×10－4，Ka（CH3COOH）＝1.75×10－5。（1）制备NaNO2（在通风橱中进行）。①B中盛有水，B中反应的化学方程式是。②E中的Pb（NO3）2受热分解生成PbO，制NO2。③一段时间后，控制B和D中流出气体的流速为1∶1通入C中的溶液，充分反应制备NaNO2溶液。将装置C补充完整并注明所用试剂。（2）探究NaNO2的还原性和氧化性的强弱。①Ⅰ中得到绿色溶液，反应的离子方程式是。②根据资料ⅰ，Ⅱ中应得到紫色溶液，但实验过程中一直没有观察到紫色溶液，可能的原因是。③Ⅲ中棕黑色沉淀消失，反应的离子方程式是。④Ⅳ中得到的浅黄色溶液含有I2，设计实验，证实该条件下是NO2－氧化了KI，，没有明显变化。⑤综合以上实验，可得结论：在对应的实验条件下，NO2－的还原性强于MnO42－、，NO22.某小组探究H2O2的氧化性、还原性的变化规律。资料：Na2O2＋2H2O2NaOH＋H2O2、2H2O22H2O＋O（1）制备H2O2：将Na2O2溶于冰水中，产生少量气泡，得溶液A。向A中加入过量稀硫酸，得溶液B。溶解Na2O2用冰水，目的是。（2）检验H2O2：向溶液A、B中分别滴加适量酸性KMnO4溶液。Ⅰ.B中产生气泡，滴入的溶液紫色褪去。MnO4－发生还原反应：MnO4－＋5e－＋8H＋Mn2H2O2发生氧化反应：。Ⅱ.A中滴入的溶液紫色褪去，有棕褐色固体生成，产生大量气泡。推测固体可能含MnO2，对其产生的原因提出猜想：猜想1.MnO4－有氧化性，能被还原为猜想2.Mn2＋有性，能与H2O2反应产生MnO2猜想3.……（3）探究猜想2的合理性，并分析Ⅰ中没有产生棕褐色固体的原因，设计实验如下：序号实验试剂现象ⅰa生成棕褐色固体，产生大量气泡ⅱb有少量气泡ⅲH2O2溶液有少量气泡ⅲ是ⅱ和ⅰ的对照实验。①X是。②a是，b是。③取ⅰ中棕褐色固体，滴加浓盐酸，加热，产生黄绿色气体。（4）向一定浓度的H2O2溶液中加入少量MnO2，迅速产生大量气泡；随后加入H2SO4，固体溶解，气泡产生明显减弱。结合方程式解释原因。（5）综上，H2O2作氧化剂还是作还原剂，与等因素有关。考点二反应原理与规律类实验探究必备知识1.探究化学反应规律（1）探究过程中往往可以利用对比实验，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）在对未知的反应机理或规律的研究中，如果有多个影响因素（如浓度、温度、压强、催化剂等），通常采用控制变量法，从而得出正确的反应机理或规律与多个影响因素之间的关系。2.反应原理类探究性实验解题流程3.常见反应原理与规律的探究实验设计验证同周期、同主族元素性质的递变规律一般通过设计比较元素金属性、非金属性强弱的实验来完成。如通过比较Mg、Al与同浓度盐酸反应产生H2的快慢来说明Mg、Al的活泼性顺序钢铁发生电化学腐蚀的规律探究可以通过控制钢铁是否与空气接触、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设计实验，找出规律比较酸性强弱的实验探究可以通过相对强的酸能制得相对弱的酸的反应规律设计实验。如：将CO2通入Na2SiO3溶液中产生白色沉淀证明酸性：H2CO3＞H2SiO3比较物质氧化性、还原性强弱的实验探究可以通过氧化还原反应规律（以强制弱）设计实验。如：向FeSO4溶液中滴入KSCN溶液无现象，再滴入H2O2，溶液变红色，则证明氧化性：H2O2＞Fe3＋关键能力1.（2024·北京高考19题）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①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。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。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。2.草酸（H2C2O4）又称为乙二酸，是一种二元中强酸，主要用作还原剂和漂白剂。将用硫酸酸化的0.2mol·L－1KMnO4溶液与0.5mol·L－1草酸溶液混合，发现开始一段时间反应速率较慢，溶液褪色不明显，半分钟后，反应速率加快，溶液快速褪色。（1）已知酸性溶液中KMnO4的还原产物是Mn2＋，H2C2O4的氧化产物是CO2。写出上述反应的化学方程式：。（2）某研究小组欲对产生上述实验现象的影响因素进行探究。①提出合理假设。假设1：草酸反应时先电离出C2O42－，再与MnO4假设2：；假设3：。②结合上述假设，设计实验方案进行探究。请在下表中写出对应的实验方案。限选试剂：浓硫酸、MnSO4溶液、石蕊溶液、NaOH溶液、蒸馏水。实验方案预期现象与结论方案1：若反应速率减慢，则假设1成立方案2：若反应速率加快，则假设2成立方案3：若反应速率加快，则假设3成立（3）草酸晶体的组成可用H2C2O4·xH2O表示。为了测定x的值，首先称取Wg草酸晶体，配制成100.00mL水溶液。取25.00mL所配制的草酸溶液置于锥形瓶内，加入适量稀硫酸后，用浓度为amol·L－1的KMnO4溶液滴定。①滴定过程中高锰酸钾溶液应放在（填“酸式”或“碱式”）滴定管中。②若滴定时消耗VmLKMnO4溶液，则草酸溶液的物质的量浓度是mol·L－1。③x＝（用含a、V、W的代数式表示）。（4）已知20℃时H2C2O4·2H2O的溶解度是9.5g。该温度下用H2C2O4·2H2O（填“能”或“不能”）配制1.0mol·L－1草酸溶液（忽略溶解过程中溶液体积的变化）。1.（2024·湖北高考18题）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。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）。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（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HCO3－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、。（3）实验Ⅰ表明，反应2[Co（H2O）6]2＋＋H2O2＋2H＋⇌2[Co（H2O）6]3＋＋2H2O难以正向进行，利用化学平衡移动原理分析Co3＋、Co2＋分别与CO32－配位后。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、。2.（2024·广东高考17题）含硫物质种类繁多，在一定条件下可相互转化。（1）实验室中，浓硫酸与铜丝反应，所产生的尾气可用（填化学式）溶液吸收。（2）工业上，烟气中的SO2可在通空气条件下用石灰石的浆液吸收，生成石膏。该过程中，（填元素符号）被氧化。（3）工业锅炉需定期除水垢，其中的硫酸钙用纯碱溶液处理时，发生反应：CaSO4（s）＋CO32－（aq）⇌CaCO3（s）＋SO42兴趣小组在实验室探究Na2CO3溶液的浓度对反应（Ⅰ）的反应速率的影响。①用Na2CO3固体配制溶液，以滴定法测定其浓度。ⅰ.该过程中用到的仪器有。ⅱ.滴定数据及处理：Na2CO3溶液V0mL，消耗c1mol·L－1盐酸V1mL（滴定终点时，CO32－转化为HCO3－），则c（Na2CO3）＝mol②实验探究：取①中的Na2CO3溶液，按下表配制总体积相同的系列溶液，分别加入m1g硫酸钙固体，反应t1min后，过滤，取V0mL滤液，用c1mol·L－1盐酸参照①进行滴定。记录的部分数据如表（忽略CO32序号abV（Na2CO3）/mL100.080.0V（H2O）/mL0xV（滤液）/mLV0V0V消耗（盐酸）/mL23则x＝