高考化学一轮复习专题11_5探究性化学实验讲含解析

高考化学一轮复习专题11_5探究性化学实验讲含解析

专题 11.5 探究性化学实验 1、掌握化学探究性实验方案设计的原则和方法 2、掌握探究型实验题的题型的解题思路与技巧。 一、探究性实验设计的原则 （1）科学性的原则。所设计的实验应该符合科学道理，不能凭空捏造。 （2）对照性的原则。要设计一个对照性的实验，要想这个实验更能够说明问题，一定 要有正反两个 方面的实验。 （3）等量性的原则。所设计的实验中的平行反应，试剂的取用应该是等量的。 （4）单因子的变量原则。对某个实验的影响，会有很多的因素，实验正是要人为控制条件 ，使众多变量 中，只能有一个因素是变量，其余几个是一样的。 二、探究性实验的设计 1、对未知产物的探究 通过化学反应原理猜测可能生成哪些物质，对这些物质逐一进行检验来确定究竟含有哪些 物质。虽然探究性实验主要考查学生的探究能力，但在问题中常常包含了对实验基础知识 的考查。如： （1）常见物质分离的提纯方法：结晶法、蒸馏法、过滤法、升华法、萃取法、渗析法等。 （2）常见气体的制备、净化、干燥、收集等方法。 （3）熟悉重点的操作：气密性检查、测量气体体积、防倒吸、防污染等。 正确解答此类试题的关键：①猜测要全面；②熟记常见物质的检验方法。 2、物质性质的探究 （1）在探究过程中往往可以利用对比实验，即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）无机物、有机物性质的探究，必须在牢牢掌握元素化合物知识的基础上，大胆猜想， 细心论证。脱离元素化合物知识，独立看待实验问题是不科学的，只有灵活运用已有 的元素化合物知识，才能变探究型实验为验证型实验，使复杂问题简单化。 【典型例题 1】【江苏省清江 2016 届第三次月考】某化学活动小组设计如下图所示（部分夹持 装置已略去）实验装置，以探究潮湿的 Cl2 与 Na2CO3 反应得到的固体物质。 （ 1 ） 写 出 装 置 A 中 发 生 反 应 的 化 学 方 程 式： 。 （2）写出试剂 Y 的名称： 。 （3）已知：通入一定量的氯气后，测得 D 中只有一种常温下为黄红色的气体，其为含氯 氧化物。可以确定的是 C 中含氯元素的盐只有一种，且含有 NaHCO3，现对 C 成分进行 猜想和探究。 ①提出合理假设。 假设 1：存在两种成分：NaHCO3 和 ； 假设 2：存在三种成分：NaHCO3 和 、 。 ②设计方案，进行实验。请写出实验步骤以及预期现象和结论（可不填满）。 限选实验试剂和仪器：蒸馏水、稀 HNO3、BaCl2 溶液、澄清石灰水、AgNO3 溶液、试管、小 烧杯。 实验步骤 预期现象和结论 步骤 1：取 C 中少量固体样品于试管中， 滴加足量蒸馏水至固体溶解，然后将 所得溶液分别置于 A、B 试管中。 步骤 2：______________ 步骤 3：向 B 试管中滴加过量的稀 HNO3 溶 液，再滴加 AgNO3 溶液。 若溶液变浑浊，结合步骤 2 中①，则假设 1 成立，结合步骤 2 中②，则假设 2 成立。 （4）已知 C 中有 0．1mol Cl2 参加反应。若假设 l 成立，可推知 C 中反应的化学方程式 为： 。 【答案】（12 分）（1）4HCl（浓）+MnO2 MnCl2+Cl2↑+2H2O（2 分） （2）饱和食盐水（或饱和氯化钠溶液）（2 分） （3） 假设一：NaCl（2 分） 假设二：NaCl、 Na2CO3、（2 分） 实验步骤 预期现象和结论 步骤 2：向 A 试管中滴加 BaCl2 溶液， （2 分） 若先无明显现象，证明固体中不含碳酸 钠。（1 分） 若溶液变浑浊，证明固体中含碳酸钠。（1 分） （4）2Cl2+2Na2CO3+H2O=2NaHCO3+2NaCl＋Cl2O↑ 考点：考查了探究性化学实验的实验设计 【点评】探究性化学实验题在近几年的高考中频频出现，这类题具有综合性强，开放性强等特 点，能很好地考查学生分析问题、解决问题和创新思维的能力，这种题的区分度高，高考 中具有很好的选拔功能。解探究性实验题的基本程序可用下列流程图表示： 提出 问题 →提出猜想→设计验证方案→观察实验发现特殊现象，提出新猜想现象→ 得出 结论 。 【迁移训练 1】【百强校·2016 届临川二中、九江一中下学期联考】 镁是最轻的结构金属材料 之一，又具有比强度和比刚度高、阻尼性和切削性好、易于回收等优点。国内外将镁合金 应用于汽车行业，以减重、节能、降低污染，改善环境。但金属镁性质活泼，能与空气中 的 O2、N2、CO2 等反应，也能与沸水反应。其中，Mg 与 N2 反应的产物 Mg3N2 与水反应：Mg3N2 ＋6H2O＝3Mg(OH)2＋2NH3↑。请回答下列问题： （1）甲组学生研究 Mg 能在 CO2 气体中燃烧，并研究其产物。将镁条在空气中加热点燃后 迅速插入盛放 CO2 气体的集气瓶中，观察到的现象是_________________________；化学反 应方程式是________________ （2）乙组学生根据上述甲组实验，认为 Mg 能在 NO2 中燃烧，可能产物为 MgO、N2 和 Mg3N2。 通过如下实验装置来验证反应产物(夹持装置省略，部分仪器可重复使用)。 已知：NO2 气体能被 NaOH 吸收。NH3·H2O 的电离常数与 CH3COOH 电离常数相等，均为 1.75×10-5。 ①乙组同学的装置中，依次连接的顺序为 A__________(填字母序号)；装置 B 中的作 用是_________ ②确定产物中有 N2 生成的实验现象为____________________________________ （3）设计实验证明： ①产物中存在 Mg3N2: ②MgO 和 Mg(OH)2 溶于铵盐溶液是与 NH4 +直接反应，不是与 NH4 +水解出来的 H+反应： 【答案】（1）剧烈燃烧，发出耀眼白光，反应后在集气瓶内部附着白色粉末和黑色颗粒； 2Mg+CO2 2MgO+C （2）①BCBED；在 C 的两侧防止水蒸气进入 C 中与产物 Mg3N2 反 应 ②D 中试剂瓶中的水被气体压入烧杯中 （3）①取 C 中少量反应产物，加入到水中产生 刺激性气味的气体，该气体可使湿润的红色石蕊试纸变蓝 ②将①中加水后的溶液加热， 赶走 NH3 后，再加入过量的 CH3COONH4 溶液，固体溶解，说明 MgO 和 Mg(OH)2 溶于铵盐溶 液是与 NH4 +直接反应，不是与 NH4 +水解出来的 H+反应 考点：考查了物质性质的探究实验的相关知识。 【典型例题 2】【江西省上高二中 2016 届第三次月考】过氧化钠(Na2O2)是常见物质，常见的过 氧化物还包括过氧化钙(CaO2)。已知:过氧化钠与 CO2 反应有气体生成，而将 SO2 通入过氧化 钠粉末中也有气体生成。有人提出 CO2、SO2 与过氧化钠的反应原理相同，但也有人提出 SO2 具有较强的还原性，CO2 无强还原性，反应原理不相同。据此设计如下实验操作进行判断。 实验一:向一定量的过氧化钠固体中通入足量的 SO2，取反应后的固体进行实验探究，以证 明过氧化物与 SO2 反应的特点。 （1）提出假设: 假设 1:反应后固体中只有 Na2SO3，证明 SO2 未被氧化； 假设 2:反应后固体中只有 Na2SO4，证明 SO2 完全被氧化； 假设 3: ，证明 。 实验探究: 实验二:通过测量气体的体积判断发生的化学反应，实验装置如下: （2）试剂 A 可以选用________，试剂 B 的作用是________。 （3）实验测得装置 C 中过氧化钠质量增加了 m1g，装置 D 质量增加了 m2g，装置 E 中收集到 的气体为 VL(已换算成标准状况下)，用上述有关测量数据判断，SO2 未被氧化、完全 被氧化的 V-m1 关系式。未被氧化:_______，完全被氧化:__________。 （4）若 SO2 完全被氧化，写出反应的化学方程式: __________________________。 【答案】（1）Na2SO3 和 Na2SO4 的混合物(2 分) SO2 被部分氧化(2 分) （2）浓 H2SO4 (2 分) 吸收未反应的 SO2 (2 分) （3）V=7m1/30 (2 分) V=0 (2 分) （4）SO2+Na2O2＝Na2SO4(2 分) 【考点定位】本题主要是考查二氧化硫性质以及 SO2 和过氧化钠反应的实验探究 【点评】这类实验常用的探究点如下，我们可以根据其进行假设猜想。 （1）与反应物性质有关的探究点；（2）与生成物性质有关的探究点；（3）与实验装置有 关的探究点；（4）与实际问题有关的探究点；（5）与绿色实验有关的探究点。 【迁移训练 2】【广东仲元 2016 届 11 月月考】某研究性学习小组将一定浓度的 Na2CO3 溶液滴入 CuSO4 溶液中得到蓝色沉淀。 甲同学认为沉淀可能是 CuCO3；乙同学认为沉淀可能是 Cu(OH)2； 丙同学认为沉淀可能是 CuCO3 和 Cu(OH)2 的混合物。（查阅资料知：CuCO3 和 Cu(OH)2 均不带 结晶水） Ⅰ、（1）按照甲同学的观点，发生反应的离子反应方程式为______________________； （2）在探究沉淀成分前，须将沉淀从溶液中过滤、洗涤、低温干燥，检验沉淀是否洗涤 干净的方法是 。 Ⅱ、请用下图所示装置，选择必要的试剂，定性探究生成物的成分。 （1）各装置连接顺序为_________→_________→___________。 （2）能证明生成物中有 CuCO3 的实验现象是_____________________________________。 Ⅲ、若 CuCO3 和 Cu(OH)2 两者都有，可利用下列装置通过实验测定其组成。 （1）装置 C 中碱石灰的作用是_________________________________________。 （2）若沉淀样品的质量为 m 克，装置 B 质量增加了 n 克，则沉淀中 CuCO3 的质量分数为 _______。 【答案】Ⅰ、（1）CO3 2-+Cu2+=CuCO3↓ （2）取最后一次洗涤液，滴加 BaCl2 溶液，无沉淀生成，说明已洗净。 Ⅱ、（1）A→C→B （2）装置 B 中澄清石灰水变浑浊 Ⅲ、（1）吸收空气中的水蒸气和 CO2 （2） 1－（49n/9m） 考点：本题主要是化学实验设计与探究 考点一：规律探究与变量控制 控制变量法：物质变化往往受到多个因素的影响，在研究化学反应与外界因素之间的关系时， 对影响物质变化规律的因素或条件加以人为控制，使其他几个因素不变，集中研究其中一 个因素的变化所产生的影响，以利于在研究过程中，迅速寻找到物质变化的规律。常涉及 的题型有：（1）外因(浓度、温度、压强等)对化学反应速率、化学平衡的影响；（2）物质 性质的递变规律。 1、变量探究实验题的解题策略 解答变量探究类试题关键是在其他条件相同的前提下，只改变一个条件对研究对象的影响 规律。注意：选择数据要有效，且变量统一，否则无法作出正确判断。 分析思路为： 2、规律探究实验题的解题策略 物质性质递变规律的探索也是化学实验探索的一个重要内容。研究同周期、同主族元素性 质的递变规律，物质的氧化还原反应(如置换反应)规律，物质的酸(碱)性强弱规律，电解 质溶液的导电规律等，都是开展有关规律探究的重要素材，也是高考命题的经典情境。 解决有关规律探究问题的实验设计，其常用方法示例如下： （1）同周期、同主族元素性质的递变规律，一般通过设计判断元素金属性、非金属性的强 弱实验来完成，如通过让金属单质与相同浓度的非氧化性酸反应产生 H2 的速率快慢 来判断金属单质的还原性强弱，推断元素金属性强弱，从而找出相应的性质递变规律。 （2）物质的酸(碱)性强弱的判断。 （3）钢铁发生电化学腐蚀的规律探究。可以通过控制所含的杂质是否与空气接触、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。 【典型例题 3】【百强校·2016 届正定上学期第五次月考】（12 分）某红色固体粉末样品可能含 有 Fe2O3 和 Cu2O 中的一种或两种，某校化学自主探究实验小组拟对其组成进行探究，查阅 资料：Cu2O 在酸性溶液中会发生反应：Cu2O+2H+＝Cu+Cu2++H2O。 实验探究一：学生甲利用如图所示装置进行实验，称量反应前后装置 C 中样品的质量，以 确定样品的组成．回答下列问题： （1）仪器组装完成后，夹好止水夹，__________________，则说明装置 A 的气密性良好。 （2）从下列实验步骤中，选择正确的操作顺序：_____________________（填序号）。 ①打开止水夹 ②熄灭 C 处的酒精喷灯 ③C 处冷却至室温后，关闭止水夹 ④点燃 C 处的酒精喷灯 ⑤收集氢气并验纯 实验探究二： （3）学生乙取少量样品于烧杯中，加入过量稀硫酸，并作出如下假设和判断，结论正确的 是________。 A．若固体全部溶解，说明样品中一定含有 Fe2O3，一定不含有 Cu2O B．若固体部分溶解，说明样品中一定含有 Cu2O，一定不含有 Fe2O3 C．若固体全部溶解，再滴加 KSCN 溶液，溶液不变红色，说明样品一定含有 Fe2O3 和 Cu2O 另取少量样品于试管中，加入适量的浓硝酸，产生红棕色气体证明样品中一定含有 ________，写出产生上述气体的化学方程式_______________________。 实验探究三： （4）学生丙取一定量样品于烧杯中，加入足量的稀硫酸，反应后经过滤得到固体 3.2g， 测得滤液中 Fe2+有 1.0 mol，则样品中 n(Cu2O)＝_______________mol。 【答案】（1）向装置 A 中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液注，过一段时间若液柱高度保持 不变（2 分） （2）①⑤④②③（2 分） （3）C（2 分） Cu2O （2 分） Cu2O+6HNO3（浓）＝2Cu(NO3)2+2NO2↑+3H2O；（2 分） （4）0.55 （2 分） 考点：考查了氧化还原反应、探究物质的组成实验设计的相关知识。 【点评】探究型实验包括发现问题、提出问题、猜想与假设、设计实验、实施实验、观察现象、 对现象进行记录和分析、收集数据、解释与得出结论、反思与评价和表达与交流等要素， 试题可以涉及其中的一个或几个要素进行设问。 【迁移训练 3】【百强校·2016 届静海一中期末】Ⅰ．下图所示的实验，能达到实验目的的 是 。 A B C D 验证化学能 转化为电能 验证温度对化学平衡 的影响 验证铁 发生析氢腐蚀 验证 AgCl 溶解度大于 Ag2S Ⅱ．某同学为了验证 Fe3+是否能氧化 H2SO3 生成了 SO4 2–，他用 50mL0.1mol/LFeCl3 溶液吸 收制取 SO2 气体的尾气，再进行以下实验： （1）向 FeCl3 溶液中通入一定量的 SO2，反应的离子方程式： ； （2）检验吸收液中 SO4 2–的方法： ； （3）吸收液中除了含有 H+、Cl–、SO4 2–以外，对其它成份（Fe3+、Fe2+、H2SO3）的可能组 合进行探究： ①提出假设。 假设 1：溶液中存在 Fe3+、Fe2+； 假设 2：溶液中存在 ； 假设 3：溶液中存在 Fe2+ 而不存在 H2SO3 （二者恰好完全反应）。 ②设计方案、进行实验，验证假设。请在表中写出实验步骤以及预期现象和结论（可以 不填满）。限选．．实验试剂和仪器：试管、滴管、0.1moL L-1KMnO4、0.1moL L-1KSCN 溶液、 品红溶液。 实验步骤 预期现象和结论 步骤 1：用试管取样品溶液 2～3mL， 再用滴管取 （2）若出现红色，则假设 1 成立； （2）若未出现红色，则假设 2 或假设 3 成立。 步骤 2： 【答案】Ⅰ．B Ⅱ．（1）SO2 +2H2O+2Fe3+＝2Fe2++SO4 2- +4H+ （2）取少量样品溶液于试管中，先滴入足量的稀盐酸，再滴入氯化钡溶液，有白色沉淀生成 （3） ①假设 2：Fe2+、H2SO3 ②. 实验步骤 预期现象和结论 步聚 1：向试管中滴入 1～2 滴 0.1mol/LKSCN 溶液（1 分） 步骤 2：另取 2～3mL 样品溶液于试管中滴入 1～2mL 品红稀溶液（1 分） 1.若品红溶液红色褪色，假设 2 成立（1 分）； 2.若品红溶液不褪色，结合步骤 1 中的 （2）则假设 3 成立（1 分） 考点：考查化学实验方案设计、探究与评价