第54讲　物质性质与反应原理探究类综合实验

第54讲物质性质与反应原理探究类综合实验复习目标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。

CONTENTS考点一物质性质类实验探究考点二反应原理与规律类实验探究真题演练课时跟踪检测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

⁠。

O2

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。答案：

（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

⁠

⁠。

中，先加入与Ⅳ等浓度等体积的KI溶液，再加入硫酸至溶液的pH为y，在

相同时间内观察MnO2和Mn2＋

I2

2.

某小组探究H2O2的氧化性、还原性的变化规律。

（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

⁠

⁠。降低温度、减缓

过氧化氢分解解析：Na2O2与H2O反应放热，且H2O2受热易分解，故溶解Na2O2用冰水，可降低温度、减缓过氧化氢分解。（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。

H2O2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2.Mn2＋有

性，能与H2O2反应产生MnO2猜想3.……还原

（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ⅰ

a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。MnSO4（合理即可）

H2O2、NaOH

H2O2、H2SO4

（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

⁠

⁠。

2H2O，前者MnO2作催化剂，后者MnO2作氧化剂（5）综上，H2O2作氧化剂还是作还原剂，与

⁠

等因素有关。其他反应物的氧化性、还

原性以及溶液的酸碱性

解析：综合（2）（3）中探究可知，H2O2作氧化剂还是作还原剂，与其他

反应物的氧化性、还原性以及溶液的酸碱性等因素有关。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0.5

mol·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

⁠

⁠。解析：在金属活动性顺序中，Mg、Zn排在Fe之前，Cu排在Fe之后，因此Mg、Zn可将Fe3＋还原为Fe。Mg、

Zn

（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

⁠

⁠

⁠。产生蓝色沉淀Fe3＋的水

促进Fe3＋水解平衡正向移动，使其转化为Fe（OH）3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。

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：0.5

mol·L－1

Fe3＋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。加入几滴KSCN溶液，待溶液红

色消失后，停止加入盐酸

因此可控制反应条件，在未生成Fe（OH）3沉淀时将Fe3＋还原，即可排除两个干扰因素，具体操作为重新做实验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，加入几滴KSCN溶液，待溶液红色消失后，停止加入盐酸，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

⁠

⁠。解析：对比实验Ⅱ和Ⅲ，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，实验Ⅲ的固体中检测到Fe单质。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0.2

mol·L－1

KMnO4溶液与0.5

mol·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：

⁠

⁠。

10CO2↑＋2MnSO4＋K2SO4＋8H2O（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2：

⁠⁠；假设3：

⁠。Mn2＋对反应有催化作用，Mn2＋浓度逐渐增大，反应速率加快

该反应是放热反应，温度逐渐升高，反应速率加快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成立向反应液中加入少量的浓硫酸

向反应液中加入MnSO4溶液反应开始时加热反应液

解析：产生的实验现象主要是半分钟后反应速率加快，影响反应速率的因素主要有温度、催化剂、浓度、压强等，可结合影响因素进行假设。（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W

g草酸晶体，配制成100.00

mL水溶液。取25.00

mL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a

mol·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。

酸式

（4）已知20

℃时H2C2O4·2H2O的溶解度是9.5

g。该温度下用H2C2O4·2H2O

（填“能”或“不能”）配制1.0

mol·L－1草酸溶

液（忽略溶解过程中溶液体积的变化）。不能

解析：若要配制1.0

mol·L－1草酸溶液，则在100

g水（体积约100

mL）中大约需要溶解12.6

g

H2C2O4·2H2O。而H2C2O4·2H2O在20

℃时的溶解度仅为9.5

g，所以不能用H2C2O4·2H2O配制1.0

mol·L－1草酸溶液。真题演练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1.00

mol·L－1的CoSO4溶液，需要用到下列仪器中的

⁠（填标号）。bc

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解析：配制1.00

mol·L－1的CoSO4溶液需用到容量瓶，定容时用到

胶头滴管，无需用到圆底烧瓶和试管，b、c正确。

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

吸收转化过程中产生的H＋，促使反应正向进行

－＋6H2O＋4CO2↑

2H2O2

2H2O＋O2↑

正向移动实验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

、

⁠。CO2

O2

解析：实验Ⅳ中，A到B溶液变为蓝色，并产生气体，则[Co（CO3）3]3－转化为[Co（H2O）6]3＋，Co元素的化合价不变，发生非氧化还原反应，则产生的气体为CO2；B到C溶液变为粉红色，并产生气体，则[Co（H2O）6]3＋转化为[Co（H2O）6]2＋，Co元素化合价降低，发生氧化还原反应，氧元素化合价升高，则产生的气体为O2。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。NaOH

解析：实验室中，浓硫酸与铜丝反应，产生的尾气为SO2，可用NaOH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。S

（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：

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

⁠。BD

序号abV（Na2CO3）/mL100.080.0V（H2O）/mL0xV（滤液）/mLV0V0V消耗（盐酸）/mL则x＝

，测得的平均反应速率之比va∶vb＝

⁠。20.0

6∶5

（4）兴趣小组继续探究反应（Ⅰ）平衡的建立，进行实验。①初步实验将1.00

g硫酸钙（M＝136

g·mol－1）加入到100.0

mL

0.100

mol·L－1

Na2CO3溶液中，在25

℃和搅拌条件下，利用pH计测得体系的pH随时间t的变化曲线如图。②分析讨论甲同学根据t2

min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。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

⁠

⁠无白色沉淀生成足量稀盐酸

有气泡产生

少量氯化钡

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1.36

g（或大于此量的）硫酸钙加入100

mL

0.100

mol·L－1

Na2CO3溶液中，在25

℃和搅拌条件下，利用pH计测量混合液的

pH，待混合液pH不变时，加入Na2SO4固体，pH增大，说明反应（Ⅰ）平衡

已建立

课时跟踪检测1.

某小组对Cu2O的性质进行研究。已知：CuCl是不溶于水的白色固体，[CuCl2]－无色，[CuCl4]2－黄色。（1）预测Cu2O的性质①从氧化还原角度分析：

⁠

⁠。②从物质分类角度分析：Cu2O属于金属氧化物，可能和酸反应。……解析：①Cu2O中铜元素是＋1价，从氧化还原角度分析预测Cu2O既有氧化性又有还原性。Cu2O中铜元素是＋1价，既有氧化性又有还

原性123（2）探究Cu2O和酸的反应实验加入的试剂现象12

mol·L－1HNO3固体缓慢溶解，一段时间后有无色气泡产生，溶液逐渐变蓝，液面上方出现红棕色气体21

mol·L－1H2SO4溶液逐渐变蓝，试管底部有红色固体32

mol·L－1HCl固体先逐渐变成灰白色，继续加酸，固体全部溶解，得到无色溶液，较长时间保持无色46

mol·L－1HCl固体迅速溶解，得到黄色溶液123①用化学方程式解释实验1液面上方出现红棕色气体的原因

⁠

⁠。②写出实验2中反应的离子方程式

⁠。③用平衡移动原理解释实验3中灰白色固体溶解的原因

⁠

⁠

⁠。

2NO＋

（aq）＋Cl－（aq），Cu＋和Cl－生成[CuCl2]－，c（Cu＋）降低，CuCl的

溶解平衡正向移动

123假设1：c（H＋）较低，

⁠。

补充实验证实假设1和假设2均成立。序号实验加入试剂现象Ⅰ

a溶液变黄Ⅱb溶液变黄a是

。b是

⁠。O2氧化性较弱

较浓硫酸

NaCl固体

123

123（3）检验Cu2O实验室久置的Cu2O呈暗黑色，设计实验证实Cu2O未完全变质

⁠

⁠

⁠

（填实验操作和现象）。解析：实验室久置的Cu2O变质为CuO，设计实验证实Cu2O未完全变质，方案为取少量暗黑色固体于试管中，加入过量的稀硫酸，充分反应后，溶液中有红色固体剩余；或取少量暗黑色固体于试管中，加入过量的稀硝酸，有气泡产生，液面上方出现红棕色。取少量暗黑

色固体于试管中，加入过量的稀硫酸，充分反应后，溶液中有红色固体剩

余；或取少量暗黑色固体于试管中，加入过量的稀硝酸，有气泡产生，液

面上方出现红棕色1232.

小组同学探究Mg、Al在强碱性溶液中形成原电池的正、负极及其影响

因素。

【理论预测】猜想1：Mg作负极，因为Mg的失电子能力更强。猜想2：Al作负极，因为Al能与强碱性溶液发生氧化还原反应，产生H2。123实验1

现象0～5

s：电压传感器初始示数为0.3

V，后迅速归零；铝片表面

有气泡产生（经检验为H2）5

s后：电压传感器示数逐渐变为－0.2

V并保持稳定；铝片表

面有气泡产生（经检验为H2），镁片表面无明显变化【实验验证】123（1）由电压传感器示数可知，0～5

s时Mg作负极。根据现象推测5

s后正

负极发生了反转，证据是

⁠。解析：0～5

s时Mg作负极，此时电压传感器示数为0.3

V，后迅速归零，5

s后电压传感器示数逐渐变为－0.2

V并保持稳定，说明5

s后正负极发生了反转。（2）5

s后Al作负极，但猜想2中的解释不合理，理由是

⁠

⁠。解析：若猜想2的解释成立，则该装置中铝为负极、镁为正极，正极水得到电子发生还原反应生成氢气，5

s后应在镁片表面观察到气泡，但实验中并未观察到，故猜想2中的解释不合理。5

s后，电压示数变为－0.2

V

若猜想2的解释

成立，5

s后应在镁片表面观察到气泡，但实验中并未观察到123（3）小组同学推测，0～5

s电压示数迅速减小与电极被覆盖有关。①0～5

s时，镁片表面发生反应的电极反应式为

⁠

⁠。②为证明推测，甲、乙同学分别设计了实验2和3。

Mg（OH）2

123已知：EDTA四钠盐浓溶液的pH约为12，EDTA易与Mg2＋形成配合物

EDTA-Mg。ⅰ.实验2中观察到电压示数从0.3

V降至0.1

V后保持稳定，可能的原因

是

⁠

⁠。ⅱ.补全实验3的方案：试剂a为

⁠。

盖层（或延缓/阻碍覆盖层的形成）Na2SO4溶液

123

123（4）综合实验1、2，可以得出的结论是

⁠

⁠

⁠。解析：实验1、2中变量为电解质溶液的不同，生成物质的溶解性不同；综合实验1、2，可以得出的结论是：形成原电池的正、负极首先取决于金属Mg、Al的失电子能力，同时也会受到反应过程中Mg、Al电极表面覆盖程度的影响。形成原电池的正、负极首先取

决于金属Mg、Al的失电子能力，同时也会受到反应过程中Mg、Al电极表

面覆盖程度的影响123

Ⅰ.实验验证实验：将0.010

0

mol·L－1

Ag2SO4溶液与0.010

0

mol·L－1

FeSO4溶液

（pH＝1）等体积混合，充分反应，产生灰黑色沉淀，溶液呈黄色。（1）取实验中沉淀，加入浓硝酸，证实沉淀为Ag，现象是

⁠