2019-2020年高考化學一輪復習 課時38 化學實驗探究考點過關.docx

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2019-2020年高考化學一輪復習 課時38 化學實驗探究考點過關 化學實驗方案設計的基本程序 【基礎梳理】 1. 探究性實驗方案設計的基本程序 (1)提出問題:在學習新知識實踐新方法過程中發(fā)現(xiàn)新問題，對比、思考后提出問題。 (2)提出猜想:對問題的解決提出幾種可能的情況。 (3)設計驗證方案:提出猜想后，結合實驗室的條件，設計出科學、合理、安全的實驗方案，對可能的情況進行探究，試劑的選擇和試劑用量的控制很重要。 (4)觀察實驗現(xiàn)象，得出結論:觀察實驗現(xiàn)象，做好記錄，根據(jù)實驗現(xiàn)象進行推理、計算得出結論。 2. 常見的實驗探究 (1)對未知產(chǎn)物的探究 通過化學反應原理猜測可能生成哪些物質，對這些物質如何逐一進行檢驗，并確定含量的有關計算。雖然探究性實驗主要考查學生的探究能力，但所設置的問題中又必須包含對實驗基礎知識的考查。如: ①常見物質分離的提純方法:結晶法、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、尾氣的處理等方法。 ③實驗的操作:氣密性檢查、測量氣體體積、防倒吸、防污染等。 ④常見物質(或離子)的檢驗。 (2)物質性質的探究 ①在探究過程中往往可以利用對比實驗，即設置幾組平行實驗來進行對照和比較，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機理。 ②無機物、有機物性質的探究，必須在牢牢掌握元素化合物知識的基礎上，大膽猜想，細心論證。脫離元素化合物知識，獨立看待實驗問題是不科學的，只有靈活運用已有的元素化合物知識，才能變探究型實驗為驗證型實驗，使復雜問題簡單化。 (3)規(guī)律探究與變量控制 ①在對未知的反應機理或規(guī)律的研究中，如果有多個影響因素(如濃度、溫度、壓強、催化劑、顆粒物規(guī)格等)，通常采用控制變量法。人為控制其他因素完全相同，只有要探究的因素不同，通過研究每個因素變化時的反應機理或規(guī)律，從而得出正確的反應機理或規(guī)律與多個影響因素之間的關系。這是高考中經(jīng)?？疾榈念愋?。 ②物質性質的遞變規(guī)律。通過實驗現(xiàn)象分析、比較得出結論。 微課1　堿與空氣中二氧化碳反應變質問題的探究 1. 堿若在空氣中暴露，就會與空氣中二氧化碳反應而變質。反應后的成分，應視在空氣中暴露的時間而定。有種情況:一是全反應完，生成鹽和水;第二種情況是部分反應，成分為堿、鹽和水。 2. 若堿是氫氧化鈉或氫氧化鉀，生成的鹽是可溶性的碳酸鹽;若堿是氫氧化鋇，生成的鹽難溶于水。 3. 歸納: 試劑 溶解性 與空氣中二氧化 碳反應的產(chǎn)物 探究與檢驗 NaOH 易溶 Na2CO3(可溶)和H2O 在混合液中滴加足量的氯化鈣試劑，生成白色的碳酸鈣沉淀，再測溶液的pH，若pH=7說明原試劑中NaOH全部已變質，若pH>7說明原試劑中NaOH部分變質 Ba(OH)28H2O 溶解性一般 BaCO3(難溶)和H2O 過濾后，沉淀物與稀鹽酸反應，生成的氣體通入澄清的石灰水中，澄清石灰水變渾濁。再測溶液的pH，pH明顯大于9.6，說明該試劑中含有Ba(OH)2 [室溫時BaCO3飽和溶液的pH=9.6] 【典型例題】 一、 有關反應產(chǎn)物的探究 某研究小組經(jīng)查閱資料得知:2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑，F(xiàn)eSO4FeO+SO3↑;SO3的熔點是16.8 ℃，沸點是44.8 ℃。 Ⅰ. 該小組探究在酒精噴燈加熱條件下FeSO4分解的氣體產(chǎn)物，實驗裝置如下圖所示。 (1)裝置B的試管中不裝任何試劑，其作用是 　　　　　　　　;試管浸泡在50 ℃的水浴中，目的是　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)裝置C和裝置D的作用是探究本實驗氣體產(chǎn)物成分。請完成實驗設計，填寫檢驗試劑、預期現(xiàn)象與結論。 限選試劑:3 molL-1H2SO4溶液、6 molL-1NaOH溶液、0.5 molL-1BaCl2溶液、0.5 molL-1Ba(NO3)2溶液、0.01 molL-1酸性KMnO4溶液、0.01 molL-1溴水。 檢驗試劑 預期現(xiàn)象和結論 裝置C的試管中加入　　　　 產(chǎn)生大量白色沉淀，證明氣體產(chǎn)物中含有SO3 裝置D的試管中加入　　　　 Ⅱ. FeSO4固體往往含有Fe2(SO4)3雜質，該研究小組采用稱重法確定固體中鐵元素的質量分數(shù)，操作流程如下: (1)操作Ⅱ中必須用到的儀器是　　　　(填字母)。 A. 25 mL酸式滴定管　　　B. 50 mL量筒 C. 25 mL量筒 D. 25 mL堿式滴定管 (2)“系列操作”的名稱依次為　　　　、　　　　、　　　　。 (3)若最終測得紅棕色固體質量為1.6 g，則樣品中鐵元素的質量分數(shù)為　　　　。 [答案]?、? (1)防止溶液倒吸入裝置A的試管中　防止SO3液化或凝固 (2) 檢驗試劑 預期現(xiàn)象和結論 0.5 molL-1BaCl2溶液 0.01 molL-1酸性KMnO4溶液(或0.01 molL-1溴水) 若溶液紫色褪去，證明氣體產(chǎn)物中含有SO2(或若溶液紫色無明顯變化，證明氣體產(chǎn)物中不含SO2)[或若溴水橙色褪去，證明氣體產(chǎn)物中含有SO2(或若溴水橙色無明顯變化，證明氣體產(chǎn)物中不含SO2)] Ⅱ. (1)A　(2)過濾　洗滌　灼燒　(3)35%(或0.35) [解析]:?、? (1)裝置B的作用是防止倒吸;SO3的熔點是16.8 ℃，沸點是44.8 ℃，浸泡在50 ℃的水浴中的目的是防止SO3液化或凝固。(2)裝置C加入0.5 molL-1BaCl2溶液，不選Ba(NO3)2，因為SO2不能與BaCl2反應，而能與Ba(NO3)2溶液發(fā)生氧化還原反應，生成白色沉淀BaSO4。裝置D檢驗SO2，可用0.01 molL-1酸性KMnO4溶液或0.01 molL-1溴水，若有SO2現(xiàn)象都是溶液顏色褪去。 Ⅱ. (1)操作Ⅱ的溶液體積是25.00 mL，必須用滴定管，且是酸式滴定管。 (2)過濾得到Fe(OH)3沉淀，洗滌，灼燒，才能得到Fe2O3。 (3)根據(jù)原子守恒定律: 2FeFe2O3 = 解得:x=0.02 mol Fe元素的質量分數(shù)=100%=100%=35%。 某興趣小組根據(jù)鎂與沸水的反應推測鎂也能與飽和碳酸氫鈉溶液反應。資料顯示:鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應產(chǎn)生大量氣體和白色不溶物。該興趣小組設計了如下實驗方案并驗證產(chǎn)物、探究反應原理。 實驗1:用砂紙擦去鎂條表面氧化膜，將其放入盛有適量滴有酚酞的飽和碳酸氫鈉溶液的試管中，迅速反應，產(chǎn)生大量氣泡和白色不溶物，溶液由淺紅變紅。 (1)提出假設 該同學對反應中產(chǎn)生的白色不溶物作出如下猜測: 猜測1:可能為　　　　。 猜測2:可能為MgCO3。 猜測3:可能是堿式碳酸鎂[xMgCO3yMg(OH)2]。 (2)設計定性實驗確定產(chǎn)物并驗證猜測: 實驗序號 實驗操作 預期現(xiàn)象和結論 實驗2 將實驗1中收集到的氣體點燃 　　　　　　　　　 實驗3 取實驗1中的白色不溶物，洗滌，加入足量　　　 　　　　　　　　　　　， 白色不溶物可能含有MgCO3 實驗4 取實驗1中的澄清液，向其中加入少量CaCl2稀溶液 產(chǎn)生白色沉淀，溶液中存在　　　　離子 (3)設計定量實驗確定實驗1的產(chǎn)物:稱取實驗1中所得干燥、純凈的白色不溶物31.0 g，充分加熱至不再產(chǎn)生氣體為止，并使分解產(chǎn)生的氣體依次通入盛有足量濃硫酸的裝置A和盛有足量堿石灰的裝置B中。實驗前后裝置A增重1.8 g，裝置B增重13.2 g，試確定白色不溶物的化學式:　　　　。 (4)請結合化學用語和化學平衡移動原理解釋Mg和NaHCO3溶液反應產(chǎn)生大量氣泡的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 [答案]　(1)Mg(OH)2 (2) 實驗序號 實驗操作 預期現(xiàn)象和結論 實驗2 能安靜燃燒、產(chǎn)生淡藍色火焰，氣體成分是氫氣 實驗3 稀鹽酸(合理即可) 產(chǎn)生氣泡，沉淀全部溶解 實驗4 C (3)3MgCO3Mg(OH)2[或Mg4(OH)2(CO3)3] (4)NaHCO3溶液中存在如下平衡:HCH++C、H2OOH-+H+，Mg和H+反應生成H2和Mg2+，Mg2+和OH-、C生成難溶物Mg(OH)23MgCO3，則H+、OH-、C的濃度均降低，促使上述兩平衡均向右移動，故Mg與飽和NaHCO3溶液反應產(chǎn)生大量的H2 解析：　(1)根據(jù)題干信息和猜測2、3，可以推出猜測1:可能為Mg(OH)2。(2)生成的氣體若能在空氣中安靜的燃燒、產(chǎn)生淡藍色火焰，說明氣體成分是氫氣;檢驗碳酸鎂，要利用其溶于稀鹽酸或稀硫酸并且有氣體生成的性質;鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應，往反應后的澄清溶液中加入少量CaCl2稀溶液，產(chǎn)生白色沉淀，說明溶液中存在C。(3)裝置A增重1.8 g，是生成水的質量，裝置B增重13.2 g，是生成的二氧化碳的質量，根據(jù)物質的量之比等于微粒的個數(shù)之比可以計算出化學式是3MgCO3Mg(OH)2[或Mg4(OH)2(CO3)3]。(4)NaHCO3溶液中存在如下平衡:HCH++C、H2OOH-+H+，Mg和H+反應生成H2和Mg2+，Mg2+和OH-、C生成難溶物Mg(OH)23MgCO3，則H+、OH-、C的濃度均降低，促使上述兩平衡均向右移動，故Mg與飽和NaHCO3溶液反應產(chǎn)生大量的H2。 二、 有關物質制備的實驗 (xx海曙區(qū)校級期中)醇脫水是合成烯烴的常用方法，實驗室合成環(huán)己烯的反應和實驗裝置如下圖。 可能用到的有關數(shù)據(jù)如下: 相對分子質量 密度/gcm-3 沸點/℃ 溶解性 環(huán)己醇 100 0.961 8 161 微溶于水 環(huán)己烯 82 0.810 2 83 難溶于水 　　合成反應: 在a中加入20 g環(huán)己醇和2小片碎瓷片，冷卻攪動下慢慢加入1 mL濃硫酸。b中通入冷卻水中，開始慢慢加熱a，控制餾出物的溫度不超過90 ℃。 分離提純: 反應粗產(chǎn)物倒入分液漏斗中分別用少量5%碳酸鈉溶液和水洗滌，分離后加入無水氯化鈣顆粒，靜置一段時間后棄去氯化鈣。最終通過蒸餾得到純凈環(huán)己烯10 g。 回答下列問題: (1)裝置b的名稱是　　　　　　。 (2)加入碎瓷片的作用是　　　　　　;如果加熱一段時間后發(fā)現(xiàn)忘記加碎瓷片，應該采取的正確操作是　　　　(填字母)。 A. 立即補加　　　　　　　B. 冷卻后補加 C. 不需補加　　　　　　　D. 重新配料 (3)本實驗中最容易產(chǎn)生的副產(chǎn)物的結構簡式為 　　　　　　。 (4)分液漏斗在使用前需清洗干凈并　　　　;在本實驗分離過程中，產(chǎn)物從分液漏斗的　　　　(填“上口倒出”或“下口放出”)。 (5)分離提純過程中加入無水氯化鈣的目的是　　　　。 (6)本實驗所得到的環(huán)己烯產(chǎn)率是　　　　(填字母)。 A. 41%　　 B. 50%　　 C. 61%　　 D. 70% [答案]　(1)冷凝管　(2)防止暴沸　B (3) (4)檢漏　上口倒出　(5)吸收水　(6)C [解析]:　(1)依據(jù)裝置圖分析可知裝置b是蒸餾裝置中的冷凝器裝置是冷凝管。 (2)碎瓷片的存在可以防止在加熱過程中產(chǎn)生暴沸現(xiàn)象，補加碎瓷片時需要待已加熱的試液冷卻后再加入。 (3)加熱過程中，環(huán)己醇除可發(fā)生消去反應生成環(huán)己烯外，還可以發(fā)生取代反應，分子間發(fā)生脫水反應生成二環(huán)己醚，副產(chǎn)物的結構簡式為。 (4)由于分液漏斗有活塞開關，故使用前需要檢查是否漏液;分液過程中，由于環(huán)己烯的密度比水的密度小，故應該從分液漏斗的上口倒出。 (5)分離提純過程中加入無水氯化鈣的目的是利用無水氯化鈣吸收產(chǎn)物中少量的水。 (6)環(huán)己醇為0.2 mol，理論上可以得到0.2 mol環(huán)己烯，其質量為16.4 g，所以產(chǎn)率=100%=61%，C正確。 三、 有關氧化還原反應的探究 為探究Fe(NO3)2等硝酸鹽熱分解產(chǎn)物和產(chǎn)物的性質，某化學小組開展如下探究: [查閱資料]　2KNO32KNO2↑+O2↑ Fe(NO3)2FexOy+NO2↑+O2↑ 實驗一:探究Fe(NO3)2熱分解固體產(chǎn)物中Fe元素的價態(tài)。該小組甲同學將分解后的固體產(chǎn)物溶于足量的稀硫酸得到相應兩份溶液，進行以下探究實驗。 (1)[提出猜想] 猜想1:Fe元素只顯+2價。 猜想2:Fe元素　　　　　。 猜想3:Fe元素既有+2價，又有+3價。 [實驗操作]①向一份溶液中滴入KSCN溶液;②向另一份溶液中滴入酸性KMnO4稀溶液。 (2)[實驗現(xiàn)象]若猜想2成立，實驗①:　 ; 實驗②:　 。 (3)[實驗結論]若猜想2成立，則Fe(NO3)2分解的化學方程式是　 。 實驗二: (4)探究Fe(NO3)2熱分解氣體產(chǎn)物的性質。該小組乙同學進行了如下實驗，請完成空缺部分內容。限選試劑和用品:濃硫酸、4 molL-1NaOH溶液、0.1 molL-1BaCl2溶液、帶火星的木條、0.1 molL-1酸性KMnO4溶液、蒸餾水。 實驗步驟 預期現(xiàn)象和結論 步驟1:取少量Fe(NO3)2固體于試管中，加熱分解 　　　　　　　　　，說明分解產(chǎn)生的氣體中含NO2 步驟2:將產(chǎn)生的氣體依次通過盛有足量　　　　　、濃硫酸的洗氣瓶，　　　　　在最后一個出口檢驗 　　　　　　　　　，說明分解產(chǎn)生的氣體中含O2 實驗三: (5)KNO3中混有Fe(NO3)2，為確定其中鐵元素的含量，該小組丙同學進行如下實驗: ①取混合物樣品10 g，充分加熱分解。 ②將固體產(chǎn)物溶解、過濾，取沉淀進行洗滌、干燥，稱得其質量為3.2 g。 則混合物中鐵元素的含量為　　　　　。 [答案]　(1)只顯+3價　(2)溶液出現(xiàn)血紅色　溶液紫紅色不褪去 (3)4Fe(NO3)22Fe2O3+8NO2↑+O2↑ (4) 實驗步驟 預期現(xiàn)象和結論 有紅棕色氣體生成 4 molL-1NaOH溶液用帶火星的木條 帶火星的木條復燃 (5)22.4% [解析]:　(2)若猜想2成立，實驗①:顯血紅色，實驗②:紫紅色不褪去。 (3)主要考查化學方程式的配平:4Fe(NO3)22Fe2O3+8NO2↑+O2↑。 (4)步驟1:主要是檢驗生成的NO2，NO2為紅棕色氣體;步驟2:主要檢驗O2，利用其助燃的特性，注意NO2的存在會對反應結果產(chǎn)生影響，因此先將NO2通過堿性溶液除去，干燥后，再用帶火星的木條進行O2的檢驗。 (5)據(jù)題目信息，KNO3受熱分解的產(chǎn)物全部變成氣體脫離體系，另一部分完全溶于水;Fe(NO3)2受熱分解的固體產(chǎn)物為Fe2O3，即m(Fe2O3)=3.2 g，則混合物中鐵元素的質量為3.2 g=2.24 g，其含量為100%=22.4%。 利用Y形管與其他儀器組合可以進行許多實驗(固定裝置略)。分析并回答下列問題: 圖1　　　　　　　　　圖2　　　　　　　　　圖3 (1)實驗目的:驗證SO2的氧化性。將膠頭滴管中濃硫酸分別滴入Y形管的兩個支管中，所產(chǎn)生的兩種氣體相遇發(fā)生反應:SO2+2H2S3S↓+2H2O，則在支管交叉處實驗現(xiàn)象為　　　　　　　　　　　　　　，硫化亞鐵處加水的目的是　　　　　　　　　　　。 (2)實驗目的:探究SO2與BaCl2反應生成沉淀的條件。SO2通入BaCl2溶液并不產(chǎn)生沉淀，再通入另一種氣體后就產(chǎn)生了白色沉淀。常溫下，若由右側Y形管產(chǎn)生另一種氣體，則在其左右支管應放置的藥品是　　　　和　　　　，導氣管A的作用是　 。 (3)實驗目的:鐵銅合金中鐵含量的測定。 ①讀取量氣管中數(shù)據(jù)時，若發(fā)現(xiàn)水準管中的液面高于量氣管中液面，應采取的措施是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②若稱得鐵銅合金的質量為0.080 g，量氣管中初讀數(shù)為1.00 mL，末讀數(shù)為45.80 mL(已折算為標準狀況)，則合金中鐵的百分含量為　　　　(精確到0.01%)。 [答案]　(1)管壁內有淡黃色固體生成　稀釋濃硫酸，防止硫化氫被氧化 (2)濃氨水　生石灰(或堿石灰、固體NaOH)　保持集氣瓶內外氣壓平衡，以便左右兩邊產(chǎn)生的氣體順利導入 (3)①放低(或移動)水準管位置，使水準管、量氣管內液面相平　②70.00% [解析]:　本題驗證SO2的氧化性，利用SO2+2H2S3S↓+2H2O，生成淡黃色沉淀，在硫化亞鐵處加水是為了稀釋濃硫酸，防止硫化氫被氧化。為使SO2與BaCl2反應生成沉淀，需生成亞硫酸鹽，才能生成亞硫酸鋇。使用量氣管量氣時，需要使左右兩邊液面相平。計算w(Fe)=100%=70.00%。