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)觀察實驗現象，得出結論:觀察實驗現象，做好記錄，根據實驗現象進行推理、計算得出結論。 2. 常見的實驗探究 (1)對未知產物的探究 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?？疾榈念愋?。 ②物質性質的遞變規(guī)律。通過實驗現象分析、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、 有關反應產物的探究 某研究小組經查閱資料得知:2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑，FeSO4FeO+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物成分。請完成實驗設計，填寫檢驗試劑、預期現象與結論。 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 預期現象和結論 裝置C的試管中加入　　　　 產生大量白色沉淀，證明氣體產物中含有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，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，證明氣體產物中含有SO2(或若溶液紫色無明顯變化，證明氣體產物中不含SO2)[或若溴水橙色褪去，證明氣體產物中含有SO2(或若溴水橙色無明顯變化，證明氣體產物中不含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)根據原子守恒定律: 2FeFe2O3 = 解得:x=0.02 mol Fe元素的質量分數=100%=100%=35%。 某興趣小組根據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物并驗證猜測: 實驗序號 實驗操作 預期現象和結論 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，充分加熱至不再產生氣體為止，并使分解產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 預期現象和結論 實驗2 能安靜燃燒、產生淡藍色火焰，氣體成分是氫氣 實驗3 稀鹽酸(合理即可) 產生氣泡，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溶液反應產生大量的H2 解析：　(1)根據題干信息和猜測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，根據物質的量之比等于微粒的個數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。 可能用到的有關數據如下: 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)本實驗中最容易產生的副產物的結構簡式為 　　　　　　。 (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生暴沸現象，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等硝酸鹽熱分解產物和產物的性質，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熱分解固體產物中Fe元素的價態(tài)。該小組甲同學將分解后的固體產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 　　　　　　　　　，說明分解產生的氣體中含NO2 步驟2:將產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)據題目信息，KNO3受熱分解的產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溶液并不產生沉淀，再通入另一種氣體后就產生了白色沉淀。常溫下，若由右側Y形管產生另一種氣體，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讀取量氣管中數據時，若發(fā)現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，量氣管中初讀數為1.00 mL，末讀數為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?、?0.00% [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%。