2027高考化学 以反应原理、物质性质探究为主的综合实验

以反应原理、物质性质探究为主的综合实验

［复习目标］I.能运用化学反应原理分析影响化学变化的因素，学会运用变量控制的方法研究化学反应。2.

能根据文献和实际需要提出综合性的探究课题，根据假设提出多种探究方案，评价和优化方案，能用数据、

图表、符号等处理实验信息。

类型一物质性质的探究

物质性质探究类实验的类型

（1）根据物质性质设计实验方案

■提升关键能力

（2025・湖北，18）某小组在探究Ca的还原产物组成及其形态过程中，观察到的实验现象与理论预测有

差异c根据实验描述，回答下列问题：

⑴向2mL10%NaOH溶液加入5滴5%CuSOj溶液，振荡后加入2mL10%葡萄糖溶液,加热。

①反应产生的砖红色沉淀为（写化学式），德萄糖表现出（填“氧化”或“还

原”）性。

②操作时，没有加入葡萄糖溶液就加热，有黑色沉淀生成。用化学反应方程式说明该沉淀产生的原

因：O

⑵向20mL0.5molL/CuSO4溶液中加入Zn粉使蓝色完全褪去，再加入盐酸并加热至溶液中无气泡产

生为止。过滤得固体，洗涤并真空干燥。

①加入盐酸的目的是o

②同学甲一次性加入1.18gZn粉，得到0.78g红棕色固体，其组成是（填标号）。

a.Cub.Cu包裹Zn

c.CuOd.Cu和Cu2O

③同学乙搅拌下分批加入LI8gZn粉，得到黑色粉末X。分析结果表明，X中不含Zn和Cu（I）。关于

X的组成提出了三种可能性：ICuO；IICuO^Cu；IIICu,开展了下面2个探究实验：

实验1无色溶液+

足量稀H$0“2）足量NH,-H,0黑色粉末

实验2

蓝色溶液

足状稀HN。,

X粉末

由实验结果可知，x的组成是（填“I”“n”或“in”）。从物质形态角度分析，x为

黑色的原因是_________________

△

答案（1）①CU2。还原②Cu（OH）2-CuO+HzO（2）①除去过量的锌粉②b③IN金属固体呈粉末

状时，光线进入后被多次反射吸收，所以呈黑色

解析（2）②先加入Zn粉、后加入盐酸，得到固体为红棕色，则一定有Cu（Cu2。和HC1发生歧化反应生成

Cu）,20mL0.5moll/CuSCh中以Cu2+）=0.5molL“X0.02L=0.01mol,Cu的最大物质的量为0.01mol,质

量为。.64g,生成CsO的最大质量为0.72g,实际固体质量为0.78g:若只有Cu,则固体质量应小于等于

0.64g,a不符题意；若是Cu包裹Zn,则0.64〈固体质量＜L18g,b符合题意；若是CuO,则不可能为红棕

色，c不符题意；若是Cu和Cu2。，固体质量应介于0.64g〜0.72g之间，d不符题意。③实验1得到的溶液

呈无电，说明一定无CuO,那么X的组成只能是Cu,选III。从物质形态角度分析，X为黑包的原因是金

属固体Cu呈粉末状时，光线进入后被多次反射吸收，所以呈黑色。

类型二原理探究

化学反应原理探究实验的类型

⑴对未知产物的探究

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，并测定其含量。

（2）对某•原理或规律及影响因素的探究

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、颗粒物规

格等），通常采用控制变量法。人为控制其他因素完全相同，只有探究的因素不同，通过研究每个因素

变化时的反应机理或规律，才能得出正确的反应机理或规律与多个影响因素之间的关系。

■提升关键能力

（2025•北京，19）化学反应平衡常数对认识化学反应的方向和限度具有指导意义。实验小组研究测定

u2+

MnO2+2Br+4H^Mn+Br2+2H2O"平衡常数的方法，对照理论数据判断方法的可行性。

（1）理论分析

①新2易挥发，需控制生成C（B「2）较小。

②根据25℃时代6.3义1。4分析.，控制合适pH,可使生成°旧「2）较小；用浓度较大的KBr溶液与过量

2+

MnO：反应，反应前后。（B「）几乎不变；c（Mn）=c（Br2）,仅需测定平衡时溶液pH和c（Br。。

③Bo与水反应的程度很小，可忽略对测定干扰；低浓度HBr挥发性很小，可忽略。

（2）卖给探究

序号实验内容及现象

25℃,将0.200molL“KBr溶液(pH>l)与过量MnCh混合，密闭并搅拌，充分

I

反应后，溶液变为黄色，容器液面上方有淡黄色气体

25℃,将0.20。1110卜1?1<8「溶液814=2)与过量乂1102混合，密闭并搅拌，反应

II

时间与I相同，溶液变为淡黄色，容器液面上方未观察到黄色气体

测定I、II反应后溶液的pH；取一定量反应后溶液，加入过量KI固体，用

111

Na2s2。3标准溶液滴定，测定C(B「2)

已知：L+2Na2s2O3=2NaI+Na2SQ6；Na2s2O3和Na2s式)6溶液颜色均为无色。

①HI中，滴定时选用淀粉作指示剂，滴定终点时的现象是<,

用离子方程式表示KI的作用：。

②1中，与反应前的溶液相比，反应后溶液的pH(填“增大”“减小”或“不变”平衡后,

按霁湍品计算所得值小于25℃的长值，是因为Br2挥发导致计算时所用的浓度小于其在

溶液中实际浓度。

③H中，按:黑二寿;计算所得值也小于25C的K值,可能原因是。

(3)实验改进

分析实验【、H中测定结果均偏小的原因，改变实验条件，再次实验。

控制反应温度为40℃,其他条件与H相同，经实验准确测得该条件下的平衡常数。

①判断该实验测得的平衡常数是否准确，应与值比较。

②综合调控pH和温度的目的是o

答案(2)①滴入最后半滴Na2s2O3标准溶液，溶液蓝色褪去，且半分钟内不恢复Br2+2I=2Br+I2②增

大Mn2+③实验II的c(H)浓度低于实验I,反应相同时间，实验II未达到平衡状态，导致溶液中

c(Mn，、c(Bn)偏低，计算的K值偏小(3)①40℃时的理论K②使反应更快的达到平衡状态，使Br2处

于溶解平衡且挥发最少的状态，从而准确测定K值

解析(2)②该反应消耗H+生成水，pH增大；因为Brz挥发导致实测c(Br2)偏小，根据题目信息可知，

2+

c(Mn)=c(Br2),则计算时所用M产的浓度小于其在溶液中的实际浓度。③实验H液面上方未观察到黄色气

体，说明不是由于Br2挥发导致实测C(Br2)偏小，题目已知信息③也说明了B"与水反应的程度很小，可忽

略对测定的干扰；低浓度HBr挥发性很小，可忽略，对比实脸I和实验II可知，实脸H的pH更大，且反

应后溶液为淡黄包，则可能的原因是实验H的c(H+)浓度低于实脸I,反应相同时间，实脸II未达到平衡状

态，导致溶液中c(Mif+)、c(Brz)偏低，计算的K值偏小。(3)①平衡常数准确性脸证应与40°C时的理论K

值比较，因为K值只与温度有关c②实脸I和实脸II反应时间相同，实验I由于c(H+)过大，反应速率过

快，Bn挥发导致计算的K值小，实脸II由于。(H+)过小，反应速率过慢，未达平衡状态，导致计算的K值

小，故综合调控pH和温度的目的是使反应更快的达到平衡状态，使B股处于溶解平衡且挥发最少的状态,

从而准确测定K值。

课时精练

［分值：50分］

1.(18分)为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。

铁电极石墨电投

盐桥

0.10mol•L_|

010mol-L-'FC2(SO,)3

FeSO,0.05mcl-L_1FeSO,

回答下列问题：

1

⑴由FCSO4-7H2O固体配制OJOrnolL-FcSO4溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、(从下列

图中选择，写出名称)。

(2)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电

迁移率(人)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择作为电解质。

阳离子阴离子irxiO^Cm<s-'-V1)

Li+4.07HCO34.61

Na+5.19NO]7.40

Ca2+6.59cr7.91

K+7.62SO?-8.27

(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入电极溶液中。

(4)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中dFe?*)增加了0.02molL-'o石墨电极上未见Fe析出。可知，

石墨电极溶液中c(Fe2+)=。

⑸根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为,铁电极的电极反应式

为o因此，验证了Fe?+氧化性小于,还原性小于o

(6)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSCh溶液中加入几滴FeXSOS溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电

极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是o

答案(1)烧杯、量筒、托盘天平(2)KC1

(3)石墨(4)0.09moLL"

⑸F/+e--Fe2+Fe-2e=Fe2+F*Fe⑹取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不

出现红色，说明活化反应完成

解析(2)盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，两烧杯溶液中含有Fe2+、Fe3+和S0t，Ca2+

2

与S。厂生成微溶于水的CaSO4,Fe\Fe；均与HCO］反应，酸性条件下NO］与Fe"发生反应，故盘桥中

不能含有Ca?+、HCO］和NO］。K+和。一的电迁移率(右)相差较小，故盐桥中应选择KC1作为电解质。(4)假

设两个烧杯中溶液体积均为VL,铁电极反应式为Fe-2e=Fe2+,一段时间后，铁电极溶液中c(Fe2+)增加

了0.02molL」，则电路中通过的电子为().02molLiXVLX2=0.()4Vmol。石墨电极上未见Fe析出，则石墨

电极反应式为Fe3++e=Fe2\据得失电子守恒可知，石墨电极生成的Fe?+为0.04Vmol,故石墨电极溶液

中c(Fe2+)=°°5m°ILx：L+0.04Um。！)09molL"。⑹铁电极表面发生活化反应：Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4,活

化反应完成后，溶液中不含Fe'卡。

2.(16分)(2024.湖北，18)学习小组为探究C(?+、Co"能否催化H2O2的分解及相关性质，室温下进行了实验

I〜M

实验I实验II实验III

1mL：«W.

6mL1mol-L'1实验I所褥道液

HA

、CoSO,

16ml.4m<»l•I.'I

6mL1mol-L'116ml.4molT；'[_J

-rCsHCQ,-gfijCsHCO,

CoSO4

溶液变为红色，伴有溶液变为墨绿色，并持续产生能使带火星

无明显变化

气泡产生木条复燃的气体

已知：口0(&0)6］2+为粉红色、［CO(H2O)6P+为蓝色、［CO(C()3)2］2一为红色、［CO(CO3)3］3一为墨绿色。

回答下列问题：

(I)配制l.OOmolU的CoSO4溶液，需要用到下列仪器中的(填标号)。

abcd

(2)实验【表明［CO(H2O)6］2+(填“能”或“不能”)催化H2O2的分解。实验II中HCO鼠大大过

量的原因是O

实验IH初步表明［CO(CO3)3p—能催化H2O2的分解，写出比。2在实验III中所发生反应的离子方程

式、。

⑶实验I表明，反应2［Co(H2O)6户+H2O2+2H+=2［Co(H2O)6f++2H2。难以正向进行，利用化学平衡移动

原理，分析CotC°2+分别与CO/配位后，正向反应能够进行的原因o

(4)实脸IV中，A到B溶液变为篮色，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、。

_稀.酸酸化出梢长时间放龙出

支新制Imohl/U@

实验N:ACs；』Co(COJJBC

答案(l)bc(2)不能吸收产生的H+,维持pH,促进反应正向进行

[Co《Cg)3了

2+3

2CO+IOHCOJ+H2O2=2[CO(CO3)3]'+6H2O+4CO2t2H2O2-----------2H2O+O2t(3)实验HI的现象表

明，Co3\Co?*分别与CO歹配位时，[(：0(电0)6产更易与CO歹反应生成[Co(C03)3p-(该反应为快反应)，

导致[CO(H2O)6]2+几乎不能转化为[CO(C03)2]2-，这样使得[Co(H20)6p+的浓度减小的幅度远远大于

[(：0(电0)6]2+减小的幅度，根据化学平衡移动原理，减小生成物浓度能使化学平衡向正反应方向移动，因

此，上述反应能够正向进行(4)CO202

解析实脸I中无明显变化，证明[Co(H20)6]2+不能催化H2O2的分解；实验II中溶液变为红色，证明

2+

[CO(H2O)6]易转化为[CO(CO3)2】2一；实脸川中溶液变为墨绿色，说明[Co(H2O)6p+更易与COr反应生成

3

[CO(CO3)3]",并且初步证明[CO(H2O)6】2+在HCO]的作用下易被出。2氧化为[Co(CO3)3】3一；实验IV中溶液

先变篮后变粉红，并且前后均有气体生成，证明在酸性条件下，[CO(CO3)3p—易转化为[Co(H2O)6p+,

S0(电0)6]3+氧化性强，可以把H20氧化为02。(2)COSO4溶液中存在大量的[CO(H2())6]2+,向其中加入30%

的H2O2后无明显变化，因此实脸I表明[CO(H2O)612+不能催化H2O2的分解。(4)实脸IV中，A到B溶液变

为蓝包，并产生气体，说明发生了[Co(CO3)3]3-+6H++3H2O=[Co(H2())6]3++3CO2f;B到C溶液变为粉

3+2++

红色，并产生气体，说明发生了4[CO(H20)6]+2H20=4[CO(H20)6]+02t+4H,因此从A到C所产生

的气体的分子式分别为CCh和。2。

3.(16分)(2025•河北保定模拟)Fe2s3为黑色固体，常温下在空气中易转变为黄绿色固体。某实验小组设计实

验拟制备Fe2s3并探究其性质。

实验(一)制备Fe2s3

经查阅资料，小组同学设计了如下5种实验方案：

方案1：20mL0.1mol-L'1FeCb溶液和30mL0.1mol-L_1Na2s溶液反应。

1

方案2：Fe(OH)3和0.1mol-L-(NH4)2S溶液反应。

方案3：常温下,H2s和Fe(OH)3反应。

方案4：加热条件下，H2s和Fe(0H)3反应。

方案5：常温下，向0.1moll/FeCb溶液中通入HzS。

实验结果：方案1、4、5不能生成Fe2s3，方案1和4的产物有FeS和S,方案5的产物有S,方案2和3能

制备难溶的黑色Fe2s3。

(I)方案I中，存在水解反应、氧化还原反应、复分解反应之间的竞争，结果优先发生氧化还原反应，发生

的氧化还原反应的离子方程式为。

(2)比较方案3和5可知，方案3能制备Fe2s3的原因可能是。

(3)设计如图1所示装置实施方案3。

①A装置中盛装FeS的仪器名称是,D装置中现象是

②稀硫酸不能用盐酸替代，其原因是

实验(二)探究Fe2s3的性质

实验I：常温下，Fe2s3与。2反应，实验装置如图2。

稀硫酸+双敦水

碱石灰

KMnQi溶液JL