高三化學(xué)專題復(fù)習(xí)：專題五：科學(xué)探究與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1、專題五：科學(xué)探究與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)【例題】2010年廣東卷33某科研小組用mno2和濃鹽酸制備cl2時(shí)，利用剛吸收過(guò)少量so2的naoh溶液對(duì)其尾氣進(jìn)行吸收處理。（1）請(qǐng)完成so2與過(guò)量naoh溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：so2+2naoh = _（2）反應(yīng)cl2+na2so3+2 naoh=2nacl+na2so4+h2o中的還原劑為 。（3）吸收尾氣一段時(shí)間后，吸收液（強(qiáng)堿性）中肯定存在cl、oh和so。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究該吸收液中可能存在的其他陰離子（不考慮空氣的co2的影響）。提出合理假設(shè) 假設(shè)1：只存在so32-；假設(shè)2：既不存在so32-也不存在clo；假設(shè)3：_。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)?jiān)诖痤}

2、卡上寫出實(shí)驗(yàn)步驟以及預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論。限選實(shí)驗(yàn)試劑：3moll-1h2so4、1moll-1naoh、0.01moll-1kmno4、淀粉-ki溶液、紫色石蕊試液。實(shí)驗(yàn)步驟預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論步驟1：取少量吸收液于試管中，滴加3 moll-1 h2so4至溶液呈酸性，然后將所得溶液分置于a、b試管中。步驟2：步驟3：【分析】題目的意思是用吸收了少量so2的naoh溶液再與cl2反應(yīng)，這里需要對(duì)溶液的成分有清晰的認(rèn)識(shí)，在與cl2反應(yīng)前，溶液中先發(fā)生的反應(yīng)是so2+2naoh =na2so3+h2o，所以溶液的溶質(zhì)可認(rèn)為是較少的na2so3和大量的naoh。再向其中通入cl2，題目給出了一個(gè)反應(yīng)cl2+n

3、a2so3+2naoh=2nacl+na2so4+h2o（反應(yīng)），但cl2本身也可與naoh發(fā)生反應(yīng)cl2+2naoh=nacl+ naclo+h2o（反應(yīng)），考慮到naclo仍然會(huì)氧化na2so3，所以可以認(rèn)為先發(fā)生反應(yīng)，若na2so3消耗完，剩余的cl2再發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)我們關(guān)注cl2、na2so3、naoh這三種物質(zhì)的量的時(shí)候，就很容易分析出這么幾種可能：cl2很少，只發(fā)生了反應(yīng)且na2so3未消耗完，溶液的溶質(zhì)為naoh、nacl、na2so4、na2so3；cl2適量，只發(fā)生了反應(yīng)且na2so3恰好消耗完，溶液的溶質(zhì)為naoh、nacl、na2so4；cl2較多，發(fā)生了反應(yīng)后還發(fā)生了反應(yīng)

4、，但題目提示溶液仍然保持強(qiáng)堿性即naoh不會(huì)被cl2消耗完，故溶液的溶質(zhì)為naoh、nacl、na2so4、naclo。第（3）小題，提出合理假設(shè)時(shí)要依據(jù)探究目的“該吸收液中可能存在的其他陰離子”，所以假設(shè)的對(duì)象就只是so32和clo。且經(jīng)過(guò)分析不會(huì)出現(xiàn)兩者共存的情況。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)第一步中已將溶液酸化，可認(rèn)為要檢驗(yàn)的對(duì)象是h2so3或hclo。h2so3的檢驗(yàn)可以考慮利用其還原性（溶液中并無(wú)其他還原性離子干擾），可選用kmno4溶液作試劑；hclo的檢驗(yàn)可以考慮利用其氧化性（溶液中并無(wú)其他氧化性離子干擾），可選用淀粉-ki溶液作試劑；hclo的檢驗(yàn)還可以考慮利用其漂白性，題目中提供了紫色石蕊溶液可

5、用。由于兩者的檢驗(yàn)互不干擾，都是簡(jiǎn)單的試管實(shí)驗(yàn)，所以先檢驗(yàn)誰(shuí)都可以。答案：na2so3 h2o na2so3 只存在clo實(shí)驗(yàn)步驟預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論步驟2：向a試管中滴加12滴0.01 moll1 kmno4溶液。若溶液褪色，則假設(shè)1成立；若溶液不褪色，則假設(shè)2或3成立 。步驟3：向b試管中滴加12滴淀粉ki溶液。若溶液變藍(lán)色，則假設(shè)3成立；若溶液不變藍(lán)色，結(jié)合步驟2中的，則假設(shè)2成立?；?qū)嶒?yàn)步驟預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論步驟2：向a試管中滴加12滴0.01 moll1 kmno4溶液。若溶液褪色，則假設(shè)1成立；若溶液不褪色，則假設(shè)2或3成立 。步驟3：向b試管中滴加12滴紫色石蕊溶液。若溶液先變紅后褪色，則

6、假設(shè)3成立；若溶液變紅后不褪色，結(jié)合步驟2中的，則假設(shè)2成立?！就卣埂浚ㄒ唬┰囶}考點(diǎn)的定位20072010年實(shí)驗(yàn)探究題涉及的元素化合物知識(shí)載體有：fe、al、cu、鐵的氧化物與酸溶液的反應(yīng)，fe置換cu的反應(yīng)，al與堿溶液的反應(yīng)，fe3與kscn溶液的反應(yīng)，fe2、so32與硝酸、kmno4溶液的反應(yīng)，so2、cl2與naoh溶液的反應(yīng)，clo氧化i的反應(yīng)，hclo漂白紫色石蕊的反應(yīng)。以上述例題為例，涉及的so32和clo的檢驗(yàn)方法并沒(méi)有在教材中明確提出過(guò)，而且能使kmno4溶液褪色的物質(zhì)不只是so32，能使淀粉ki溶液變藍(lán)或使石蕊溶液褪色的也不只是hclo。從物質(zhì)檢驗(yàn)角度看，其中只有fe3與

7、kscn溶液的反應(yīng)是嚴(yán)格的離子檢驗(yàn)方法，所以這類試題的知識(shí)落點(diǎn)并不是一般意義上說(shuō)的離子檢驗(yàn)，而是常見(jiàn)無(wú)機(jī)物的性質(zhì)在具體情境下的靈活運(yùn)用。但僅僅熟悉了物質(zhì)的性質(zhì)也不一定能答好，該題型還重點(diǎn)考查思維的邏輯性和嚴(yán)密性以及書面表達(dá)能力。解答此類試題時(shí)，首先要對(duì)科學(xué)合理的假設(shè)引起足夠關(guān)注，這關(guān)系到整個(gè)探究的方向是否正確；其次是局部問(wèn)題的解決方案；然后是各個(gè)局部方案的規(guī)劃和整合；最后才是實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫。答案應(yīng)邏輯清晰、層次分明。（二）常見(jiàn)無(wú)機(jī)物性質(zhì)的梳理考綱中列舉出要求掌握的元素有na、al、fe、cu、h、c、n、o、si、s、cl等，則相關(guān)的物質(zhì)或離子如下，請(qǐng)從溶解性、復(fù)分解反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、特殊現(xiàn)

8、象反應(yīng)幾個(gè)角度對(duì)它們的常見(jiàn)性質(zhì)進(jìn)行梳理，并能指出常用哪些試劑來(lái)體現(xiàn)這些性質(zhì)。單質(zhì)：na、al、fe、cu、h2、c、n2、o2、o3、si、s、cl2；氧化物：na2o、al2o3、fe2o3、feo、fe3o4、cuo、co、co2、no、no2、sio2、so2、so3；酸：h2co3、hno3、h2sio3、h2so3、h2so4、hcl、hclo；堿：naoh、al(oh)3、fe(oh)3、fe(oh)2、cu(oh)2、nh3h2o；離子：na、al3、fe3、fe2、cu2、nh4、h、co32、no3、sio32、so32、so42、s2、cl、clo。（三）通過(guò)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)反思答

9、題策略2011年廣州市“一?！?3題答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）naclo和feso4均無(wú)剩余；（3分） 評(píng)分說(shuō)明：意思相同即可得分。但只寫“均無(wú)剩余”而無(wú)指明物質(zhì)，扣2分。答“naclo和feso4可能均無(wú)剩余”得0分。（2）na、fe3 （4分）評(píng)分說(shuō)明：漏寫得2分。多寫h+、so42或cl合扣2分。多寫fe2+或clo，得0分。（3）（9分）實(shí)驗(yàn)步驟預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論步驟2：向a試管中滴加12滴0.01 moll1 kmno4溶液。（1）若溶液紫紅色褪去，則假設(shè)1成立；（2）若溶液呈紫紅色，則假設(shè)2或3成立。步驟3：向b試管中滴加12滴紫色石蕊溶液。（1）若石蕊先變紅后褪色，則假設(shè)2成立；（2

10、）若石蕊變紅后不褪色，結(jié)合步驟2中的（2），則假設(shè)3成立。評(píng)分說(shuō)明：驗(yàn)證第一個(gè)假設(shè)成立占4分，驗(yàn)證第二和第三個(gè)假設(shè)占5分。方案方面的扣分點(diǎn)：假設(shè)1的驗(yàn)證用kscn和h2o2為試劑，用顏色加深的方法來(lái)判斷，得3分。假設(shè)2的驗(yàn)證用淀粉ki溶液為試劑，用溶液變藍(lán)色的方法來(lái)判斷，得0分。步驟方面的扣分點(diǎn)： 試劑用量用“少量”代替“12滴”，不扣分。試劑用量未說(shuō)明或用“足量”“適量”“12ml”等不當(dāng)詞語(yǔ)，扣1分?，F(xiàn)象方面的扣分點(diǎn)： 用“溶液無(wú)色”“溶液顏色無(wú)變化”“否則”“反之則”等不當(dāng)表述，扣1分。結(jié)論方面的扣分點(diǎn)： “假設(shè)？成立”描述成“溶液中含有離子”，扣1分?！凹僭O(shè)？成立”描述成“有剩余”，不

11、扣分。錯(cuò)別字方面的扣分點(diǎn)： “滴加”“褪色”“紫紅色”等關(guān)鍵詞有錯(cuò)別字，扣1分。思考：為什么不能用用淀粉ki溶液檢驗(yàn)clo？應(yīng)如何對(duì)待干擾？為什么不能用“足量”“適量”“12ml”等代替“少量”？試劑的用量如何選擇？在實(shí)際問(wèn)題的解決中，某反應(yīng)是否適合用于物質(zhì)的鑒定是依具體情況而定的，主要思考的問(wèn)題是現(xiàn)象是否明顯、是否有干擾、操作是否簡(jiǎn)便，而不是首先考慮是否為常用方法。利用沉淀反應(yīng)時(shí)應(yīng)防止其他離子也生成沉淀；利用氧化性（還原性）時(shí)防止有其他氧化性（還原性）物質(zhì)干擾；預(yù)處理時(shí)防止新引入物質(zhì)造成干擾，防止破壞待測(cè)物質(zhì)造成干擾。有干擾而又無(wú)法通過(guò)變換方法來(lái)排除，則必須進(jìn)行干擾物質(zhì)的分離。試劑的用量和濃

12、度也會(huì)影響檢驗(yàn)的成敗。試劑的用量和濃度本質(zhì)上決定于操作的目的。若為分離則應(yīng)過(guò)量；若為檢驗(yàn)，考慮到待檢驗(yàn)物質(zhì)的含量可能較少，一般使用少量或幾滴；若需要觀察褪色的，則試劑應(yīng)稀一些確保能反應(yīng)完；若需要觀察產(chǎn)生顏色或沉淀的，試劑應(yīng)濃一些確?，F(xiàn)象明顯；若目的是調(diào)節(jié)ph等，試劑應(yīng)稀一些；若不希望溶液被明顯稀釋，試劑應(yīng)濃一些。（四）變式訓(xùn)練（2008年廣東卷改）某種催化劑為鐵的氧化物。請(qǐng)完成對(duì)該催化劑中鐵元素的價(jià)態(tài)的探究。限選實(shí)驗(yàn)儀器與試劑：燒杯、試管、玻璃棒、藥匙、滴管、酒精燈、試管夾、3 moll-1h2so4、3 h2o2、6 moll-1hno3、0.01 moll-1kmno4、naoh稀溶液、0

13、.1 moll-1kl、20 kscn、蒸餾水。（1）提出合理假設(shè)假設(shè)1： ；假設(shè)2： ；假設(shè)3： 。（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案證明你的假設(shè)，在下表中寫出實(shí)驗(yàn)操作步驟、預(yù)期現(xiàn)象與結(jié)論。實(shí)驗(yàn)操作預(yù)期現(xiàn)象與結(jié)論步驟1：步驟2：步驟3：思路點(diǎn)撥：探究的準(zhǔn)確目的是什么？根據(jù)題意的限定，預(yù)期結(jié)論有哪幾種可能？（注意結(jié)論與目的的直接對(duì)應(yīng)關(guān)系）鐵的氧化物是固體，有沒(méi)有直接的檢驗(yàn)方法？如果要轉(zhuǎn)化為溶液用什么試劑？形態(tài)的轉(zhuǎn)化會(huì)不會(huì)影響檢驗(yàn)的科學(xué)性（或者誤差）？fe3如何檢驗(yàn)？fe2如何檢驗(yàn)？怎樣的檢驗(yàn)順序更合理簡(jiǎn)潔？實(shí)驗(yàn)報(bào)告分為幾個(gè)大的步驟？【練習(xí)】1（1）向feso4溶液中滴加氯水，溶液由淺綠色變成黃色，反應(yīng)的離子方

14、程式為_(kāi)；向ki溶液中滴加氯水，溶液由無(wú)色變成黃色，反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)。 （2）請(qǐng)以feso4溶液、ki溶液、氯水為試劑探究fe2和i的還原性強(qiáng)弱。提出假設(shè)：假設(shè)1：fe2還原性強(qiáng)于i；假設(shè)2：_設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，寫出實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論。其他限選試劑：3 moll1 h2so4、0.01 moll1 kmno4、20% kscn、3%h2o2、淀粉溶液、紫色石蕊溶液。實(shí)驗(yàn)步驟預(yù)期現(xiàn)象與結(jié)論2正三價(jià)鐵元素有一定的氧化性，fecl3溶液吸收一定量so2后溶液顏色變淺。（1）反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)。（2）除h、oh外，溶液中一定含有的離子有_，還可能含有的粒子是_。（填編號(hào)） afe2 bfe3

15、ccl dso42 eh2so3（3）對(duì)還不能確定的粒子存在情況提出合理的假設(shè)：假設(shè)1： ；假設(shè)2： ；假設(shè)3： 。（4）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。寫出實(shí)驗(yàn)步驟以及預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論。限選實(shí)驗(yàn)試劑：3 moll1 h2so4、1 moll1 naoh、0.01 moll1 kmno4、20% kscn、3%h2o2、淀粉ki溶液、紫色石蕊試液、品紅溶液。實(shí)驗(yàn)步驟預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論步驟1：步驟2：3（2009廣東卷改）三草酸合鐵酸鉀晶體k3 fe(c2o4 )33h2o可有于攝影和藍(lán)色印刷，其受熱分解的固體產(chǎn)物可以確定含有k2co3，其它可能成分有fe、feo?，F(xiàn)有少量該固體產(chǎn)物的樣品，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究其成

16、分。限選試劑：濃硫酸、1.0 moll-1hno3、1.0 moll-1鹽酸、1.0 moll-1 naoh、3%h2o2、0.1moll-1ki、0.1 moll-1cuso4、20%kscn、澄清石灰水、氧化銅、蒸餾水。（1）提出合理假設(shè)假設(shè)1：固體產(chǎn)物的成分為k2co3和fe；假設(shè)2： ；假設(shè)3： 。（2）為了防止干擾，需要將k2co3先分離除去，操作過(guò)程是_ _ _。（3）在（2）的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)后續(xù)的實(shí)驗(yàn)方案，寫出實(shí)驗(yàn)操作步驟、預(yù)期現(xiàn)象與結(jié)論實(shí)驗(yàn)步驟預(yù)期現(xiàn)象與結(jié)論4硫代硫酸鈉（na2s2o3）俗稱大蘇打，主要用于照相業(yè)作定影劑。na2s2o3易溶于水，在酸性溶液中會(huì)迅速分解。（1）完成n

17、a2s2o3溶液與稀硫酸混合反應(yīng)的化學(xué)方程式：h2so4+na2s2o3 na2so4+h2o+so2+_（除空缺外已配平）該反應(yīng)可用于探究外界條件對(duì)反應(yīng)速率的影響，完成有關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表（已知各溶液體積均為5ml）：實(shí)驗(yàn)編號(hào)t/kc（na2s2o3）/moll-1c（h2so4）/moll-1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?980.10.1實(shí)驗(yàn)和探究溫度對(duì)該反應(yīng)速率的影響；實(shí)驗(yàn)、和探究反應(yīng)物濃度對(duì)該反應(yīng)速率的影響。3080.20.1 （2）na2s2o3還具有很強(qiáng)的還原性，na2s2o3溶液與足量氯水反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)。（s元素被氧化為so42） （3）現(xiàn)有一瓶na2s2o3固體，可能混有na2so4固體。設(shè)計(jì)實(shí)

18、驗(yàn)驗(yàn)證該假設(shè)，寫出實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論。限選試劑： 1moll1 h2so4、1moll1hno3、1moll1hcl、1moll1naoh、0.1 moll1bacl2、0.01 moll1 kmno4、蒸餾水。實(shí)驗(yàn)步驟預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論步驟1：取少量固體于試管中，加蒸餾水溶解?！敬鸢浮? （1）2fe2cl22fe32cl 2icl2i22cl（2）假設(shè)2： i還原性強(qiáng)于fe2實(shí)驗(yàn)步驟預(yù)期現(xiàn)象與結(jié)論步驟1：取2mlfeso4溶液和2mlki溶液混合于試管中，再滴加幾滴氯水。溶液變成黃色，推測(cè)有fe3或i2生成。步驟2：向試管中繼續(xù)滴加幾滴20% kscn溶液。若溶液變血紅色，則假設(shè)1成立；

19、若溶液不變血紅色，則假設(shè)2成立?；颍簩?shí)驗(yàn)步驟預(yù)期現(xiàn)象與結(jié)論步驟1：取2mlfeso4溶液和2mlki溶液混合于試管中，再滴加幾滴氯水。溶液變成黃色，推測(cè)有fe3或i2生成。步驟2：向試管中繼續(xù)滴加幾滴淀粉溶液。若溶液變藍(lán)色，則假設(shè)2成立；若溶液不變藍(lán)色，則假設(shè)1成立。2（1）2fe3so22h2o2fe24hso42（2）acd； be（3）假設(shè)1：只存在fe3；假設(shè)2：即不存在fe3，也不存在h2so3；假設(shè)3：只存在h2so3。（4）實(shí)驗(yàn)步驟預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論步驟1：取少量溶液于試管a中，滴加12滴20% kscn溶液。（1）若溶液變血紅色，則假設(shè)1成立；（2）若溶液不變血紅色，則假設(shè)2或3成立 。步驟2：另取少量溶液于試管b中，滴加12滴品紅溶液。（1）若溶液紅色褪去，則假設(shè)3成立；（2）若溶液呈紅色，結(jié)合步驟2中的（2），則假設(shè)2成立。3（1）假設(shè)2：固體產(chǎn)物的成分為k2co