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2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 專題11.5 探究性化學(xué)實(shí)驗(yàn)講案（含解析） 復(fù)習(xí)目標(biāo)： 1、 掌握探究型實(shí)驗(yàn)題的題型，解題思路與方法。 基礎(chǔ)知識回顧： 1、對未知產(chǎn)物的探究 通過化學(xué)反應(yīng)原理猜測可能生成哪些物質(zhì)，對這些物質(zhì)逐一進(jìn)行檢驗(yàn)來確定究竟含有哪些物質(zhì)。雖然探究性實(shí)驗(yàn)主要考查學(xué)生的探究能力，但在問題中常常包含了對實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識的考查。如： （1）常見物質(zhì)分離的提純方法：結(jié)晶法、蒸餾法、過濾法、升華法、萃取法、滲析法等。 （2）常見氣體的制備、凈化、干燥、收集等方法。 （3）熟悉重點(diǎn)的操作：氣密性檢查、測量氣體體積、防倒吸、防污染等。 2．物質(zhì)性質(zhì)的探究 （1）在探究過程中往往可以利用對比實(shí)驗(yàn)，即設(shè)置幾組平行實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行對照和比較，從而研究和揭示某種規(guī)律，解釋某種現(xiàn)象形成的原因或證明某種反應(yīng)機(jī)理。 （2）無機(jī)物、有機(jī)物性質(zhì)的探究，必須在牢牢掌握元素化合物知識的基礎(chǔ)上，大膽猜想，細(xì)心論證。脫離元素化合物知識，獨(dú)立看待實(shí)驗(yàn)問題是不科學(xué)的，只有靈活運(yùn)用已有的元素化合物知識，才能變探究型實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，使復(fù)雜問題簡單化。 【典型例題1】【xx·安徽理綜，28】工業(yè)上從廢鉛蓄電池的鉛膏回收鉛的過程中，可用碳酸鹽溶液與處理后的鉛膏(主要成分為PbSO4)發(fā)生反應(yīng)：PbSO4(s)＋CO(aq)PbCO3(s)＋SO(aq)。某課題組用PbSO4為原料模擬該過程，探究上述反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件及固體產(chǎn)物的成分。 （1）上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式：K＝____________________________________。 （2）室溫時，向兩份相同的PbSO4樣品中分別加入同體積、同濃度的Na2CO3和NaHCO3溶液均可實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)化，在________溶液中PbSO4轉(zhuǎn)化率較大，理由是___________________________。 （3）查閱文獻(xiàn)：上述反應(yīng)還可能生成堿式碳酸鉛[2PbCO3·Pb(OH)2]，它和PbCO3受熱都易分解生成PbO。該課題組對固體產(chǎn)物(不考慮PbSO4)的成分提出如下假設(shè)，請你完成假設(shè)二和假設(shè)三： 假設(shè)一：全部為PbCO3； 假設(shè)二：_____________________________________________________________； 假設(shè)三：_____________________________________________________________。 （4）為驗(yàn)證假設(shè)一是否成立，課題組進(jìn)行如下研究。 ①定性研究：請你完成下表中內(nèi)容。 實(shí)驗(yàn)步驟(不要求寫出具體操作過程) 預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論 取一定量樣品充分干燥，…… ②定量研究：取26.7 mg的干燥樣品，加熱，測得固體質(zhì)量隨溫度的變化關(guān)系如下圖： 某同學(xué)由圖中信息得出結(jié)論：假設(shè)一不成立。你是否同意該同學(xué)的結(jié)論，并簡述理由： __________________________________________________________________。 【答案】（1）(或) （2）Na2CO3　Na2CO3溶液中的c(CO)大 （3）全部為2PbCO3·Pb(OH)2 PbCO3和2PbCO3·Pb(OH)2 （4）① 實(shí)驗(yàn)步驟 (不要求寫具體操作過程) 預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論 充分加熱樣品，將產(chǎn)生的氣體通入盛有無水硫酸銅的干燥管 若無水硫酸銅不變藍(lán)，則假設(shè)一成立；若無水硫酸銅變藍(lán)，則假設(shè)一不成立 【典型例題2】【廣東省“十二?！眡x學(xué)年度高三第2次聯(lián)考】.（17分）某研究小組對“Br2和I2能否將Fe2+氧化為Fe3+”這一課題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和探究。請你完成相關(guān)問題的回答。 (1)提出合理的假設(shè) 假設(shè)1： Br2和I2都可以將Fe2+氧化為Fe3+； 假設(shè)2： Br2和I2都不能將Fe2+氧化為Fe3+； 假設(shè)3： （2）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 在大試管中加適量鐵粉，加入10 mL 稀硫酸，振蕩試管，充分反應(yīng)后，鐵粉有剩余，將所得的FeSO4溶液稀釋到200mL，備用。 實(shí)驗(yàn)Ⅰ：向試管1中加入2 mL淺綠色的 FeSO4溶液，再滴加少量紅棕色的溴水，振蕩試管，溶液為黃色； 實(shí)驗(yàn)Ⅱ：向試管2中加入2 mL淺綠色的 FeSO4溶液，再滴加少量棕黃色的碘水，振蕩試管，溶液為黃色。 （3）對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析與討論 ①甲同學(xué)認(rèn)為實(shí)驗(yàn)Ⅰ的現(xiàn)象說明溴水能將Fe2+氧化，離子方程式為 。 ②乙同學(xué)認(rèn)為應(yīng)該補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，才能得出甲的結(jié)論。乙的實(shí)驗(yàn)操作以及預(yù)期現(xiàn)象是 。 ③該小組同學(xué)對實(shí)驗(yàn)Ⅱ中溶液呈黃色的原因展開了討論： 可能1：碘水與 FeSO4溶液不反應(yīng)，黃色是碘水稀釋后的顏色。 可能2： 。 丙同學(xué)和丁同學(xué)分別設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)方案以確定可能的原因。 丙方案：向試管2所得溶液中繼續(xù)加入0.5mLCCl4，充分振蕩，靜置一段時間后。取出上層溶液，滴加幾滴KSCN 溶液； 丁方案：向試管2所得溶液中繼續(xù)加入加入0.5mL乙酸乙酯，充分振蕩，靜置一段時間后。取出下層溶液，滴加幾滴KSCN 溶液； 你認(rèn)為 方案為最佳方案，理由是 。 （4）拓展延伸 為準(zhǔn)確測定此實(shí)驗(yàn)所用的FeSO4溶液的濃度，某同學(xué)補(bǔ)充了以下實(shí)驗(yàn)： 滴定：量取20.00mL稀釋后得到的溶液于錐形瓶中，將0.0200mol/LKMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液裝入50mL 中，滴定至終點(diǎn)，記錄數(shù)據(jù)。重復(fù)滴定2次。平均消耗KMnO4溶液V mL。 ②計(jì)算：此實(shí)驗(yàn)中所用的FeSO4溶液的物質(zhì)的量濃度= mol/L（要求只列出算式，不需運(yùn)算）。 （已知反應(yīng)式：Fe2+ + MnO4－ +H+ — Fe3+ + Mn2+ + H2O，未配平) 【典型例題3】【廣東省潮州市xx屆高三第二次模擬考試】（16分）為了探究AgNO3的氧化性和熱穩(wěn)定性，某化學(xué)興趣小組設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)。 Ⅰ. AgNO3的氧化性 將光亮的鐵絲伸入AgNO3溶液中，一段時間后將鐵絲取出。為檢驗(yàn)溶液中Fe的氧化產(chǎn)物，將溶液中的Ag+除盡后，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。可選用試劑：KSCN溶液、NaOH溶液、氯水、KMnO4溶液。 ⑴請完成下表： 操作 現(xiàn)象 結(jié)論 取少量除盡Ag+后的溶液于試管中，加入 ，振蕩 存在Fe3+ 取少量除盡Ag+后的溶液于試管中，加入1~2滴KMnO4溶液，振蕩 存在Fe2+ 【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】Fe的氧化產(chǎn)物為存在Fe2+和Fe3+ Ⅱ. AgNO3的熱穩(wěn)定性 用下圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置A加熱AgNO3固體，產(chǎn)生紅棕色氣體，在裝置D中收集到無色氣體。當(dāng)反應(yīng)結(jié)束以后，試管中殘留固體為黑色。 Ⅱ.⑵裝置B的作用是 。 ⑶經(jīng)小組討論并驗(yàn)證該無色氣體為O2，其驗(yàn)證方法是 。 ⑷【查閱資料】Ag2O和粉末的Ag均為黑色；Ag2O可溶于氨水。 【提出假設(shè)】試管中殘留的黑色固體可能是：①Ag；②Ag2O；③Ag和Ag2O。 【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】該小組為驗(yàn)證上述設(shè)想，分別取少量黑色固體，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)編號 操作 現(xiàn)象 a 加入足量氨水，振蕩 黑色固體不溶解 b 加入足量稀硝酸，振蕩 黑色固體溶解，并有氣體產(chǎn)生 【實(shí)驗(yàn)評價】根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，不能確定固體產(chǎn)物成分的實(shí)驗(yàn)是 （填實(shí)驗(yàn)編號）。 【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出AgNO3固體受熱分解的方程式為 。 【實(shí)驗(yàn)拓展】取2.0g AgNO3樣品充分受熱分解，共收集到標(biāo)況下氣體的體積為336mL，則樣品中AgNO3的百分含量為 。 【典型例題4】MnO2是中學(xué)化學(xué)中常見的一種試劑，可作氧化劑和催化劑。某興趣小組通過實(shí)驗(yàn)對MnO2 的性質(zhì)進(jìn)行了一系列的研究。 （1）欲探究MnO2的催化效果，需要用30%的H2O2溶液(密度近似為1 g·cm－3)配制濃度為3%的H2O2溶液(密度近似為1 g·cm－3)100 mL。簡述其配制方法：______________________________。 （2）該小組設(shè)計(jì)了如下4個方案以驗(yàn)證MnO2的氧化性，可行的是__________。 A．把MnO2固體加入到FeSO4溶液中，再加入KSCN溶液，觀察溶液是否變血紅 B．把MnO2固體加入到FeCl3溶液中，再加入KSCN溶液，觀察溶液是否變血紅 C．把MnO2固體加入到Na2SO3溶液中，再加入BaCl2溶液，觀察是否有白色沉淀生成 D．把MnO2固體加入到稀鹽酸中，觀察是否有黃綠色氣體生成 （3）該小組為研究在不同酸堿性的溶液中MnO2的氧化能力，他們控制KI溶液的濃度和MnO2固體的質(zhì)量相同，恒定實(shí)驗(yàn)溫度在298 K，設(shè)計(jì)如下對比實(shí)驗(yàn)： 實(shí)驗(yàn) 酸或堿 現(xiàn)象 A 1滴0.2 mol·L－1 NaOH溶液 不變色 B 1滴水 緩慢變淺棕褐色 C 1滴0.1 mol·L－1硫酸 迅速變棕褐色 從上述對比實(shí)驗(yàn)中，可以得出的結(jié)論是_____________________________________。 寫出在酸性條件下，MnO2氧化I－的離子方程式________________________________。 （4）利用二氧化錳的氧化性，讓其與濃鹽酸反應(yīng)制取氯氣，下列儀器可作為該反應(yīng)的反應(yīng)容器的是__________(填序號)。 　 考點(diǎn)詳析： 考點(diǎn)一：規(guī)律探究與變量控制 控制變量法：物質(zhì)變化往往受到多個因素的影響，在研究化學(xué)反應(yīng)與外界因素之間的關(guān)系時，對影響物質(zhì)變化規(guī)律的因素或條件加以人為控制，使其他幾個因素不變，集中研究其中一個因素的變化所產(chǎn)生的影響，以利于在研究過程中，迅速尋找到物質(zhì)變化的規(guī)律。常涉及的題型有：（1）外因(濃度、溫度、壓強(qiáng)等)對化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的影響；（2）物質(zhì)性質(zhì)的遞變規(guī)律。 1、變量探究實(shí)驗(yàn)題的解題策略 解答變量探究類試題關(guān)鍵是在其他條件相同的前提下，只改變一個條件對研究對象的影響規(guī)律。注意：選擇數(shù)據(jù)要有效，且變量統(tǒng)一，否則無法作出正確判斷。 2、規(guī)律探究實(shí)驗(yàn)題的解題策略 物質(zhì)性質(zhì)遞變規(guī)律的探索也是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)探索的一個重要內(nèi)容。研究同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，物質(zhì)的氧化還原反應(yīng)(如置換反應(yīng))規(guī)律，物質(zhì)的酸(堿)性強(qiáng)弱規(guī)律，電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電規(guī)律等，都是開展有關(guān)規(guī)律探究的重要素材，也是高考命題的經(jīng)典情境。 解決有關(guān)規(guī)律探究問題的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其常用方法示例如下： （1）同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，一般通過設(shè)計(jì)判斷元素金屬性、非金屬性的強(qiáng)弱實(shí)驗(yàn)來完成，如通過讓金屬單質(zhì)與相同濃度的非氧化性酸反應(yīng)產(chǎn)生H2的速率快慢來判斷金屬單質(zhì)的還原性強(qiáng)弱，推斷元素金屬性強(qiáng)弱，從而找出相應(yīng)的性質(zhì)遞變規(guī)律。 （2）物質(zhì)的酸(堿)性強(qiáng)弱的判斷。 （3）鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕的規(guī)律探究。可以通過控制所含的雜質(zhì)是否與空氣接觸、所接觸的電解質(zhì)溶液的酸堿度、鋼鐵在腐蝕過程中體系內(nèi)的氣壓變化等角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，找出規(guī)律。 【典型例題5】【廣東省順德區(qū)xx屆高三教學(xué)質(zhì)量檢測】（16分）某校高三同學(xué)高考前重做以下兩個課本實(shí) 驗(yàn)，請你回答實(shí)驗(yàn)過程中的相關(guān)問題： 反應(yīng) Cl2 ClO2 （1）鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)：取磁性氧化鐵粉按課本中的實(shí)驗(yàn)裝置（如圖）進(jìn) 行鋁熱反應(yīng)，將反應(yīng)后所得“鐵塊”溶于鹽酸，向反應(yīng)后的溶液 中滴加KSCN溶液，發(fā)現(xiàn)溶液變血紅色。 ①出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，除了因“鐵塊”中可能混有沒反應(yīng)完的 磁性氧化鐵外，還有一種可能原因是　 。 ② 若要證明反應(yīng)所得“鐵塊”中含有金屬鋁，可用 （填化學(xué)式）溶液，所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為　 。 （2）化學(xué)反應(yīng)速率影響因素的探究實(shí)驗(yàn)： KI在經(jīng)酸化的溶液中被空氣氧化的反應(yīng)式為：4H+ + 4I-+ O2 = 2I2 + 2H2O。該反應(yīng)的速率受溫度、酸度、溶劑、試劑濃度等影響，可用淀粉與碘的顯色反應(yīng)來觀測該反應(yīng)的速率。已知，淀粉與碘的顯色反應(yīng)在溫度升高時靈敏度會降低，高于75℃則不能顯色；淀粉濃度越高顯色越靈敏、顏色也越深。 實(shí)驗(yàn)小組擬用0.8 mol·L-1 KI溶液、0.1 mol·L-1H2SO4溶液、淀粉溶液等來探究溫度、酸度對上述反應(yīng)速率的影響，他們做了A—C三組實(shí)驗(yàn)，部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表： 編號 溫度/℃ H2SO4體積/mL KI溶液體積/mL H2O體積/mL 淀粉溶液 / mL 出現(xiàn)藍(lán)色時間 /s A 39 10 5 5 1 5 B TB 10 5 5 1 沒出現(xiàn)藍(lán)色 C 5 10 5 5 1 39 D t ①為確保A組實(shí)驗(yàn)在39℃下進(jìn)行，應(yīng)采用的控溫操作方法是 。 ②A—C三組實(shí)驗(yàn)時，都加入了5mL水，其目的是 。 ③B組實(shí)驗(yàn)中“沒出現(xiàn)藍(lán)色”，原因是 。 ④請你為小組設(shè)計(jì)D組實(shí)驗(yàn)方案（在表格空白處填入你設(shè)計(jì)的5個數(shù)據(jù)），以幫助小組完成探究目標(biāo)。 ⑤按你設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，請你預(yù)測一個t值，并寫出與你預(yù)測相對應(yīng)的探究實(shí)驗(yàn)結(jié) 論 。 【典型例題6】【xx·課標(biāo)全國卷，28】某同學(xué)在用稀硫酸與鋅制取氫氣的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)加入少量硫酸銅溶 液可加快氫氣的生成速率。請回答下列問題： （1）上述實(shí)驗(yàn)中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式有__________________________________； （2）硫酸銅溶液可以加快氫氣生成速率的原因是___________________________； （3）實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4種溶液，可與上述實(shí)驗(yàn)中CuSO4溶液起相似作用的是________； （4）要加快上述實(shí)驗(yàn)中氣體產(chǎn)生的速率，還可采取的措施有___________________(答兩種)； （5）為了進(jìn)一步研究硫酸銅的量對氫氣生成速率的影響，該同學(xué)設(shè)計(jì)了如下一系列的實(shí)驗(yàn)。將表中所給的混合溶液分別加入到6個盛有過量Zn粒的反應(yīng)瓶中，收集產(chǎn)生的氣體，記錄獲得相同體積的氣體所需時間。 實(shí)驗(yàn) 混合溶液 A B C D E F 4 mol·L－1 H2SO4/mL 30 V1 V2 V3 V4 V5 飽和CuSO4溶液/mL 0 0.5 2.5 5 V6 20 H2O/mL V7 V8 V9 V10 10 0 ①請完成此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中：V1＝__________，V6＝__________，V9＝________。 ②反應(yīng)一段時間后，實(shí)驗(yàn)A中的金屬呈________色，實(shí)驗(yàn)E中的金屬呈________色； ③該同學(xué)最后得出的結(jié)論為當(dāng)加入少量CuSO4溶液時，生成氫氣的速率會大大提高，但當(dāng)加入的CuSO4溶液超過一定量時，生成氫氣的速率反而會下降。請分析氫氣生成速率下降的主要原因。