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1、第十章 化学实验综合题型,【考纲要求】 1.了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法。2.掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、反应原理、仪器和收集方法)。3.掌握常见物质检验、分离和提纯的方法。掌握溶液的配制方法。4.根据化学实验的目的和要求,能做到:(1)设计实验方案;(2)正确选用实验装置;(3)掌握控制实验条件的方法;(4)预测或描述实验现象、分析或处理实验数据,得出合理结论;(5)评价或改进实验方案。5.以上各部分知识与技能的综合应用。,第30讲 探究性综合实验题,题型突破,真题体验,题型突破 梳理、讲解、训练 一站式突破,要点讲解,题型一 物质成分、性质探究型实验题,1.物质成
2、分的探究,同一化学反应,可能会由于条件的不同、反应物用量不同等生成不同的产物,或生成几种产物的混合物。通过化学反应原理猜测可能生成哪些物质,对这些物质逐一利用学过的物质检验、鉴别等实验方法进行检验来确定究竟含有哪些成分,这就是物质成分的探究。,2.物质性质的探究,(1)性质实验探究的角度与方法 物质性质实验探究是中学化学实验探究的重要内容。设计实验探究时,要求原理准确、步骤简便、现象明显、结论易得,且不对环境造成污染,中学化学性质实验探究的主要角度有: 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KMnO4溶液是否褪色来说明。 物质氧化性强弱、还
3、原性强弱的判断。如探究Fe3+的氧化性强于I2时,可利用FeCl3与KI淀粉溶液反应,通过溶液是否变蓝色来说明Fe3+的氧化性强于I2。 同周期、同主族元素性质的递变规律一般通过设计元素金属性、非金属性的强弱实验来完成,如通过Mg、Al与同浓度盐酸反应产生H2的快慢来说明Mg的活泼性强于Al。,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的溶液,测pH,若pH7,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,看是否有白色胶状沉淀生成来判断。 钢铁发生电化学腐蚀的规律探究。可以
4、通过控制所含的杂质以及是否与空气接触、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角度设计实验,找出规律。 (2)物质实验探究设计组要注意的问题 有水蒸气生成时,先检验水蒸气再检验其他成分。 对于需要进行转化才能检测的成分要注意排除干扰。如CO的检验,要先检测CO中是否含有CO2,如果有CO2,先除去CO2后才能对CO实施转化,最后再检测转化生成的CO2。,若试题只给出部分药品和装置,则应给出必要的补充;若给出多余的试剂品种,则应进行筛选。 注重答题的规范性,有些题目要求指出试剂的名称。如无水硫酸铜、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、饱和NaHCO3溶液等。,【示例】 (2015
5、全国卷)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中,其K1=5.4 10-2,K2=5.410-5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水,而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O42H2O)无色,熔点为101 ,易溶于水,受热脱水、升华,170 以上 分解。,回答下列问题: (1)甲组同学按照如图所示的装置,通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是_ , 由此可知草酸晶体分解的产物中有 。装置B的主要作用是 。,示例分析: 第(1)问考查CO2的检验方法 CO2能使澄清石灰水变浑浊。最后一空考查草酸的物理性质草酸的熔点为101 ,故草酸蒸气遇冷后会冷凝为非气态物质,故装置B的作用是冷凝。冷凝的目的是
6、防止草酸蒸气对CO2的检验造成干扰。,【标准答案】(1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊 CO2 冷凝(水蒸气、草酸等),防止草酸进入装置C反应生成沉淀,干扰CO2的检验,(2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO,为进行验证,选用甲组实验中的装置A、B和如图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。,乙组同学的实验装置中,依次连接的合理顺序为A、B、 。装置H反应管中盛有的物质是 。,示例分析: 第(2)问考查实验方案的设计 先分析如何排除CO2对CO检验的干扰: 检验CO气体,应先在H装置中进行CO还原CuO的反应,气体进入H装置前需除去CO中的CO2气体,从H装置中导出的气体需用澄清石灰水检
7、验CO2气体的 存在。,【标准答案】(2)F、D、G、H、D、I CuO,(2)能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是_ 。,示例分析: 第(2)考查CO的检验方法 CO还原CuO时,黑色的CuO变成红色的单质Cu,且CO的氧化产物是CO2。 故证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是H中的黑色粉末变成红色,其后的D中澄清石灰水变浑浊。,【标准答案】H中黑色粉末变为红色,其后的D中澄清石灰水变浑浊,(3)设计实验证明: 草酸的酸性比碳酸的强_ 。 草酸为二元酸 。,示例分析: 第(3)问考查一元酸、二元酸的证明方法 向NaHCO3溶液中加入草酸,若有CO2生成,即可证明草酸的酸性强于碳酸,当 1
8、mol草酸与NaOH完全中和时,需要消耗2 mol NaOH溶液,即可证明草酸为二元酸。,【标准答案】(3)向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液,有气泡产生 用NaOH标准溶液滴定草酸溶液,消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍,题型演练,1.(2016全国卷)某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问题: (1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成0.1 molL-1的溶液。在 FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是 。,答案:(1)防止Fe2+被氧化,(2)甲组同学取2 mL FeCl2溶液,加入几滴氯水,再加入 1滴 KSCN溶液,溶液变红,说明Cl2可将Fe2
9、+氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为_ 。,(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨,该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油,再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液,溶液变红,煤油的作用是 。,解析:(3)乙组同学在FeCl2溶液中先加入煤油,再加入氯水和KSCN溶液,这样做是因为煤油可隔绝空气,防止空气中的氧气将Fe2+氧化,干扰实验。,答案:(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响),(4)丙组同学取10 mL 0.1 molL-1 KI溶液,加入6 mL 0.1 molL-1 FeCl3溶液混合。分别取2 mL此溶液于 3支试管中进行如下实验: 第一支试管中加
10、入1 mL CCl4充分振荡、静置,CCl4层显紫色; 第二支试管中加入1滴K3Fe(CN)6溶液,生成蓝色沉淀; 第三支试管中加入1滴KSCN溶液,溶液变红。 实验检验的离子是 (填离子符号);实验和说明:在I-过量的情况下,溶液中仍含有 (填离子符号),由此可以证明该氧化还原反应为 。,解析:(4)丙组同学的三组实验中,加入K3Fe(CN)6是为了检验Fe2+的存在,有蓝色沉淀生成,说明有Fe2+,实验说明有I2存在,实验说明溶液中有Fe3+存在,在I-过量的情况下,溶液中仍含有Fe3+,由此可证明FeCl3溶液与KI溶液发生的氧化还原反应是可逆反应。,答案:(4)Fe2+ Fe3+ 可逆
11、反应,(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液,溶液变成棕黄色,发生反应的离子方程式为 ;一段时间后,溶液中有气泡出现,并放热,随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是 ; 生成沉淀的原因是_ (用平衡移动原理解释)。,2.(2018江西赣州中学模拟)三草酸合铁()酸钾晶体(K3Fe(C2O4)33H2O)可用于摄影和蓝色印刷,其在110 可完全失去结晶水,继续升高温度可发生分解反应。某化学研究小组对 K3Fe(C2O4)33H2O 受热分解生成的气体产物和固体产物进行探究。,(1)烧瓶M中盛有饱和NH4Cl与饱和NaNO2的混合液,常用于实验室制N2,则该反应的化学
12、方程式为_ 。,(2)实验所需的仪器装置如图所示,各装置的连接顺序为:a接 、 接 、 接 、 接 。,解析:(2)验证气体产物,先验证水蒸气、再验证CO2并除去CO2、最后验证CO气体。,答案:(2)b c f g d e h,(3)装置检查气密性后,先通一段时间N2,其目的是_ 。结束实验时先熄灭B、D两装置中的酒精灯再通入N2至常温,其目的是 。,解析:(3)先通一段时间N2,排出装置中的空气,防止空气中的CO2干扰实验结果。结束实验时先熄灭B、D两装置中的酒精灯,再通入N2至常温,目的是防止压强减小,E、F装置中的溶液倒吸。,答案:(3)排出装置中的空气,防止空气中的CO2干扰实验结果
13、 防止E、F装置中的溶液倒吸,(4)E装置中澄清石灰水的作用是 。,解析:(4)检验气体产物中是否含有CO,需先除净CO2,E装置中的澄清石灰水用来检验CO2是否除尽。,答案:(4)检验CO2是否除尽,(5)探究分解后的固体产物 取B中充分反应后所得固体于试管中,加入足量蒸馏水,过滤、洗涤、干燥得到黑色粉末,取4.4 g黑色粉末溶于足量稀硝酸中,收集到标准状况下NO气体1.12 L。通过计算判断,黑色粉末的成分为 (写化学式)。请设计实验方案验证: 。,答案: (5)FeO和Fe 取少量固体于试管中,加入足量的硫酸铜溶液,若出现红色固体,则说明有Fe;取经过滤、洗涤至洗涤液无色后的固体于另一支
14、试管中,加过量盐酸,静置,取上层清液,滴加几滴KSCN溶液无红色出现,再滴加12滴H2O2溶液,若溶液呈红色,则说明有FeO(其他合理答案也可以),(5)9.82 g三草酸合铁()酸钾晶体在以上装置中加热分解,所得固体的质量为5.42 g,同时得到密度为1.647 gL-1(已折合成标准状况下)的含碳气体,写出该分解反应的化学方程式:_ 。,题型二 反应规律、原理探究型实验题,要点讲解,1.规律、原理探究型实验题探究方向,对于学过的反应规律,化学反应原理通过实验进行探究验证。在进行试题分析时,需要结合所学的知识规律,把掌握的化学反应原理落实到各种实验装置、实验现象上,主要的探究类型包括: (1
15、)元素金属性、非金属性的比较。 (2)物质氧化性、还原性的比较。 (3)影响化学反应速率、化学平衡的因素的探究。 (4)金属腐蚀与防护的探究。,2.规律、原理探究型实验题注意事项,(1)对于题中的异常现象要根据自己原有的知识进行大胆的排查、推测。 (2)推测的正确性要靠实验的验证,若题中已给出验证实验,要仔细分析其是否合理,若题中没给出验证实验,自己要设计合理的实验验证。,其他条件不变时,探究温度对化学反应速率的影响,应选择 (填实验编号);探究浓度对化学反应速率的影响,应选择 (填实验编号);若同时选择溶液比较变浑浊的时间,为探究 对化学反应速率的影响。,示例分析:(1)探究温度对反应速率的
16、影响,应控制Na2S2O3、H2SO4的浓度相同,所以应选择或组;探究浓度对化学反应速率的影响,应控制温度相同,所以应选择或或;在中,温度相同,改变的是不同反应物的浓度。,【标准答案】 (1)或 或或 不同反应物的浓度,(2)已知Na2S2O3溶液与Cl2反应时,1 mol Na2S2O3转移8 mol电子。该反应的离子方程式是_ , 甲同学设计如下实验流程探究Na2S2O3的化学性质。,甲同学设计实验流程的目的是证明Na2S2O3溶液具有碱性和 性。 加入BaCl2溶液生成白色沉淀B的离子方程式是_ 。 乙同学认为应将上述流程中所加试剂顺序颠倒,你认为甲、乙两同学的设计更合理的是 (填“甲”
17、或“乙”),理由是 。,题型演练,1.(2018甘肃天水第一中学高三模拟)某小组同学利用如图装置对电解氯化铜实验进行了研究。,(1)甲认为电解过程中阳极产生的 是溶液变绿的原因,写出产生该物质的电极反应式: 。,解析:(1)电解过程中阳极发生氧化反应,溶液中的氯离子放电生成氯气,氯气溶于水,溶液可能呈现绿色。,(2)乙改用下图装置,在相同条件下电解CuCl2溶液,对溶液变色现象继续探究。,乙通过对现象分析证实了甲的观点不是溶液变绿的主要原因。乙否定甲的依据是 。,解析:(2)阳极生成了氯气,但阳极附近溶液仍为蓝色,说明不是生成氯气的缘故。,答案:(2)阳极附近溶液仍为蓝色,(3)乙继续查阅资料
18、: .电解CuCl2溶液时可能产生CuCl2-,CuCl2-掺杂Cu2+后呈黄色。 .稀释含CuCl2-的溶液生成CuCl白色沉淀,据此乙认为:电解过程中,产生CuCl2-掺杂Cu2+后呈黄色,与CuCl2蓝色溶液混合呈绿色。 乙进行如下实验: a.取电解后绿色溶液2 mL,加20 mL水稀释,静置5分钟后溶液中产生白色 沉淀。 b.另取少量氯化铜晶体和铜粉,向其中加2 mL浓盐酸,加热获得含CuCl2-的黄色溶液。 c.冷却后向上述溶液 d.取c中2 mL溶液,加20 mL水稀释,静置5分钟后溶液中产生白色沉淀。,a的目的是 。,解析:(3)根据信息,取电解后绿色溶液2 mL,加20 mL水
19、稀释,静置5分钟后溶液中产生白色沉淀,说明电解后的绿色溶液中存在CuCl2-;,答案:(3)证明在上述实验条件下,电解后的绿色溶液中存在CuCl2-,(3)写出b中生成CuCl2-的离子方程式:_ 。,(3)补充c中必要的操作及现象: 。 乙据此得出结论:电解时阴极附近生成CuCl2-是导致溶液变绿的原因。,解析:(3)c的步骤就是证明电解时阴极附近生成CuCl2-是导致溶液变绿的原因,因此操作及现象为加入CuCl2蓝色溶液,直至溶液颜色与电解后绿色溶液基本相同。,答案:(3)加入CuCl2蓝色溶液,直至溶液颜色与电解后绿色溶液基本相同,2.2018高考信息卷(四) 某校化学兴趣小组探究SO2
20、与FeCl3溶液的反应,所用装置如图所示(夹持装置已略去)。,(1)该小组同学预测SO2与FeCl3溶液反应的现象为溶液由棕黄色变为浅绿色,然后开始实验。 FeCl3溶液显酸性的原因是_ (用化学用语解释)。 若用浓硫酸与Cu反应产生SO2,则该反应的化学方程式为 。,(2)当SO2通入FeCl3溶液至饱和时,该小组同学观察到的现象是溶液由棕黄色变为红棕色,没有观察到丁达尔现象。将混合液放置12小时,溶液才变成浅绿色。 【查阅资料】 Fe(HSO3)2+为红棕色,它可以将还原为Fe2+;生成Fe(HSO3)2+的反应为可逆反应。解释SO2与FeCl3溶液反应生成红棕色Fe(HSO3)2+的原因
21、:_ (用化学用语解释)。 写出溶液中Fe(HSO3)2+与反应的离子方程式: 。,(3)为了探究如何缩短红棕色变为浅绿色的时间,该小组同学进行了步骤和步骤的实验。,用铁氰化钾溶液检验步骤和步骤所得溶液中的Fe2+,其现象为 。,解析:(3)用铁氰化钾溶液检验Fe2+时,生成的Fe3Fe(CN)62为蓝色沉淀。,答案:(3)生成蓝色沉淀,(4)综合上述实验探究过程,可以获得如下实验结论: a.SO2与FeCl3溶液反应生成红棕色中间产物Fe(HSO3)2+; b.红棕色中间产物转变成浅绿色溶液是一个较慢的过程; c._ 。,解析:(4)根据步骤和步骤的实验探究过程,还可以得出的结论是加热、提高
22、FeCl3溶液的酸性会缩短浅绿色出现的时间。,答案:(4)加热、提高FeCl3溶液的酸性会缩短浅绿色出现的时间,真题体验 考题、考向、考法 感悟中升华,1.(2017全国卷,26)绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁,在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题: (1)在试管中加入少量绿矾样品,加水溶解,滴加KSCN溶液,溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气,溶液逐渐变红。由此可知: 、 。,解析:(1)绿矾溶于水,滴加KSCN溶液无明显变化,说明样品中没有Fe3+。再通入空气,溶液逐渐变红,说明空气中的O2能把Fe2+氧化成Fe3+。,答案:,(1)样品
23、中没有Fe() Fe()易被氧气氧化为 Fe(),(2)为测定绿矾中结晶水含量,将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置A)称重,记为m1 g。将样品装入石英玻璃管中,再次将装置A称重,记为m2 g。按下图连接好装置进行实验。,仪器B的名称是 。,解析:(2)B为干燥管。,答案:(2)干燥管,(2) 将下列实验操作步骤正确排序 (填标号);重复上述操作步骤,直至A恒重,记为m3 g。 a.点燃酒精灯,加热 b.熄灭酒精灯 c.关闭K1和K2 d.打开K1和K2,缓缓通入N2 e.称量A f.冷却到室温,解析:(2)防止在加热过程中FeSO4被空气中的O2氧化,所以在加热前及过程中都通入N
24、2,因此步骤顺序为d、a、b、f、c、e。,答案:(2)dabfce,(2) 根据实验记录,计算绿矾化学式中结晶水数目x= (列式表示)。若实验时按a、d次序操作,则使x (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。,(3)为探究硫酸亚铁的分解产物,将(2)中已恒重的装置A接入下图所示的装置中,打开K1和K2,缓缓通入N2,加热。实验后反应管中残留固体为红色粉末。,解析:(3)FeSO4在分解时生成红色粉末即为Fe2O3、Fe的化合价升高,则S元素的化合价降低,有SO2生成,据原子守恒还应有SO3生成,所以检验产物SO3用BaCl2溶液,SO2用品红检验,故依次为c、a,现象为生成白色沉淀、褪色。,C
25、、D中的溶液依次为 (填标号)。C、D中有气泡冒出,并可观察到的现象分别为 。 a.品红 b.NaOH c.BaCl2 d.Ba(NO3)2 e.浓H2SO4,答案:,(3)c、a 产生白色沉淀、褪色,(3)写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式:_ 。,(1)检验产物 取出少量黑色固体,洗涤后,_ (填操作和现象),证明黑色固体中含有Ag。,解析:(1)为证明固体中含Ag,先加硝酸加热,使Ag变为Ag+,再用Cl-与Ag+生成AgCl白色沉淀的方法证明含Ag+,从而间接证明有Ag。,答案:(1)加硝酸加热溶解固体,再滴加稀盐酸,产生白色沉淀,(1)取上层清液,滴加K3Fe(CN)6溶液,产生蓝
26、色沉淀,说明溶液中含有 。,解析:(1)Fe(CN)63-与Fe2+结合生成蓝色沉淀,证明含有Fe2+。,答案:(1)Fe2+,(2)针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有Fe3+,乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+,乙依据的原理是 (用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验: 取出上层清液,滴加KSCN溶液,溶液变红,证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生,且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录 如下:,(资料:Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN),解析:(2)因2Fe3+Fe3Fe2+,所以有Fe剩余时溶液就不含Fe3+。,(2) 下列实验可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。实验可证实假设d成立。 实验:向硝酸酸化的 溶液(pH2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,不同时间取上层清液滴加KSCN溶液。3 min 时溶液呈浅红色,30 min后溶液几乎无色。 实验:装置如图。其中甲溶液是 ,操作及现象是 。,答案:(2)0.05 molL-1 NaNO3 FeSO4溶液 分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液,同时滴加KSCN溶液,后者红色更深,(3)根据实验现象,结合方程式推测实验中Fe3+浓度变化的原因:_ 。,点击进入 课时集训,