2019大二輪高考總復(fù)習(xí)化學(xué)第一部分專題14高頻題型03綜合探究實(shí)驗(yàn)

高頻題型三綜合探究實(shí)驗(yàn)明確探究型實(shí)驗(yàn)的四個(gè)常見(jiàn)類型(1)物質(zhì)成分的探究通過(guò)化學(xué)反應(yīng)原理猜測(cè)可能生成哪些物質(zhì)，對(duì)這些物質(zhì)逐一進(jìn)行檢驗(yàn)來(lái)確定究竟含有哪些成分。雖然探究型實(shí)驗(yàn)主要考查學(xué)生的探究能力，但在問(wèn)題中常常包含了對(duì)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)的考查：如：①常見(jiàn)物質(zhì)分離提純的方法：結(jié)晶法、蒸餾法，過(guò)濾法、升華法、萃取法、滲析法等。②常見(jiàn)氣體的制備、凈化、干燥、收集等方法。③熟悉重點(diǎn)的操作：氣密性檢查、測(cè)量氣體體積、防倒吸、防污染等。(2)物質(zhì)性質(zhì)的探究①在探究過(guò)程中往往可以利用對(duì)比實(shí)驗(yàn)，即設(shè)置幾組平行實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行對(duì)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(yīng)機(jī)理。②無(wú)機(jī)物、有機(jī)物性質(zhì)的探究，必須在牢牢掌握元素化合物知識(shí)的基礎(chǔ)上，大膽猜想，細(xì)心論證。脫離元素化合物知識(shí)，獨(dú)立看待實(shí)驗(yàn)問(wèn)題是不科學(xué)的，只有靈活運(yùn)用已有的元素化合物知識(shí)，才能變探究型實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化。(3)影響因素的探究物質(zhì)變化往往受到多個(gè)因素的影響，在研究化學(xué)反應(yīng)與外界因素之間的關(guān)系時(shí)，對(duì)影響物質(zhì)變化規(guī)律的因素或條件加以人為控制，使其他幾個(gè)因素不變，集中研究其中一個(gè)因素的變化所產(chǎn)生的影響，以利于研究過(guò)程中，迅速尋找到物質(zhì)變化的規(guī)律。(4)反應(yīng)原理的探究化學(xué)反應(yīng)原理的探究也是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的一個(gè)重要內(nèi)容，該類探究實(shí)驗(yàn)往往是通過(guò)改變影響反應(yīng)的條件(如濃度、溫度、壓強(qiáng)、酸堿度等)和反應(yīng)物的用量，分析反應(yīng)產(chǎn)物的變化情況，進(jìn)而確定反應(yīng)的原理。解答該類試題的關(guān)鍵是從反應(yīng)物、生成物、反應(yīng)條件和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象四個(gè)方面，抓住變化、分析得出反應(yīng)的規(guī)律和原理。1．(2017·全國(guó)卷Ⅲ)綠礬是含有一定量結(jié)晶水的硫酸亞鐵，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要的用途。某化學(xué)興趣小組對(duì)綠礬的一些性質(zhì)進(jìn)行探究?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)在試管中加入少量綠礬樣品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液顏色無(wú)明顯變化。再向試管中通入空氣，溶液逐漸變紅。由此可知：________、________。(2)為測(cè)定綠礬中結(jié)晶水含量，將石英玻璃管(帶兩端開(kāi)關(guān)K1和K2)(設(shè)為裝置A)稱重，記為m1g。將樣品裝入石英玻璃管中，再次將裝置A稱重，記為m2①儀器B的名稱是________。②將下列實(shí)驗(yàn)操作步驟正確排序________(填標(biāo)號(hào))；重復(fù)上述操作步驟，直到A恒重，記為m3a．點(diǎn)燃酒精燈，加熱b．熄滅酒精燈c．關(guān)閉K1和K2d．打開(kāi)K1和K2，緩緩?fù)ㄈ隢2e．稱量Af．冷卻到室溫③根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄，計(jì)算綠礬化學(xué)式中結(jié)晶水?dāng)?shù)目x＝________(列式表示)。若實(shí)驗(yàn)時(shí)按a、d次序操作，則使x________(填“偏大”“偏小”或“無(wú)影響”)。(3)為探究硫酸亞鐵的分解產(chǎn)物，將(2)中已恒重的裝置A接入下圖所示的裝置中，打開(kāi)K1和K2，緩緩?fù)ㄈ隢2，加熱。實(shí)驗(yàn)后反應(yīng)管中殘留固體為紅色粉末。①C、D中的溶液依次為_(kāi)_______(填標(biāo)號(hào))。C、D中有氣泡冒出，并可觀察到的現(xiàn)象分別為_(kāi)_______________________________________________________________________。a．品紅 b．NaOHc．BaCl2 d．Ba(NO3)2e．濃H2SO4②寫(xiě)出硫酸亞鐵高溫分解反應(yīng)的化學(xué)方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)綠礬溶液中滴加KSCN溶液，溶液顏色無(wú)明顯變化，說(shuō)明樣品中沒(méi)有Fe3＋；再向試管中通入空氣，溶液變紅，說(shuō)明有Fe3＋生成，即Fe2＋易被氧氣氧化為Fe3＋。(2)①由儀器的構(gòu)造特征可知，B為干燥管。②實(shí)驗(yàn)時(shí)，為防止空氣中的O2將Fe2＋氧化，應(yīng)先通入N2將裝置中的O2排凈，然后點(diǎn)燃酒精燈加熱。停止加熱后，為防止FeSO4吸收空氣中的水蒸氣，待玻璃管冷卻，關(guān)閉K1和K2后再稱重。故實(shí)驗(yàn)操作步驟應(yīng)為d、a、b、f、c、e。③由題意知，綠礬的質(zhì)量為(m2－m1)g，加熱后FeSO4的質(zhì)量為(m3－m1)g，結(jié)晶水的質(zhì)量為(m2－m3)g。設(shè)綠礬的化學(xué)式為FeSO4·xH2O，則FeSO4·xH2Oeq\o(=,\s\up7(△))FeSO4＋xH2O15218x(m3－m1)g(m2－m3)geq\f(152,m3－m1g)＝eq\f(18x,m2－m3g)解得：x＝eq\f(76m2－m3,9m3－m1)若實(shí)驗(yàn)中，按a、d次序操作。則會(huì)導(dǎo)致綠礬吸收空氣中的氧氣，從而使加熱后的固體質(zhì)量m3增大，則測(cè)出結(jié)晶水的值x偏小。(3)殘留固體為紅色，說(shuō)明有Fe2O3生成，即分解過(guò)程中發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，根據(jù)Fe元素的化合價(jià)變化可知一定有SO2生成，即FeSO4eq\o(→,\s\up7(高溫))Fe2O3＋SO2↑，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可得2FeSO4eq\o(→,\s\up7(高溫))Fe2O3＋SO2↑，最后根據(jù)S守恒配平可得化學(xué)方程式：2FeSO4eq\o(=,\s\up7(高溫))Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑。SO3溶于水生成H2SO4，H2SO4和Ba2＋可生成白色沉淀BaSO4，由于Ba(NO3)2在酸性溶液中具有強(qiáng)氧化性，能氧化SO2，故應(yīng)該先用BaCl2檢驗(yàn)SO3，檢驗(yàn)SO2可用品紅溶液，故C、D的溶液依次為BaCl2溶液和品紅。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是C中溶液產(chǎn)生白色沉淀，D中品紅溶液褪色或變淺。答案：(1)樣品中沒(méi)有Fe3＋Fe2＋易被氧氣氧化為Fe3＋(2)①干燥管②dabfce③eq\f(76m2－m3,9m3－m1)偏小(3)①c、a生成白色沉淀、褪色②2FeSO4eq\o(=,\s\up7(高溫))Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑2．(2017·北京卷)某小組在驗(yàn)證反應(yīng)“Fe＋2Ag＋=Fe2＋＋2Ag”的實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)到Fe3＋，發(fā)現(xiàn)和探究過(guò)程如下。向硝酸酸化的0.05mol·L－1硝酸銀溶液(pH≈2)中加入過(guò)量鐵粉，攪拌后靜置，燒杯底部有黑色固體，溶液呈黃色。(1)檢驗(yàn)產(chǎn)物①取出少量黑色固體，洗滌后，________(填操作和現(xiàn)象)，證明黑色固體中含有Ag。②取上層清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，說(shuō)明溶液中含有________。(2)針對(duì)“溶液呈黃色”，甲認(rèn)為溶液中有Fe3＋，乙認(rèn)為鐵粉過(guò)量時(shí)不可能有Fe3＋，乙依據(jù)的原理是________________(用離子方程式表示)。針對(duì)兩種觀點(diǎn)繼續(xù)實(shí)驗(yàn)：①取上層清液，滴加KSCN溶液，溶液變紅，證實(shí)了甲的猜測(cè)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)有白色沉淀產(chǎn)生，且溶液顏色深淺、沉淀量多少與取樣時(shí)間有關(guān)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)記錄如下：序號(hào)取樣時(shí)間/min現(xiàn)象ⅰ3產(chǎn)生大量白色沉淀；溶液呈紅色ⅱ30產(chǎn)生白色沉淀，較3min時(shí)量少；溶液紅色較3min時(shí)加深ⅲ120產(chǎn)生白色沉淀，較30min時(shí)量少；溶液紅色較30min時(shí)變淺(資料：Ag＋與SCN－生成白色沉淀AgSCN)②對(duì)Fe3＋產(chǎn)生的原因作出如下假設(shè)：假設(shè)a：可能是鐵粉表面有氧化層，能產(chǎn)生Fe3＋；假設(shè)b：空氣中存在O2，由于________(用離子方程式表示)，可產(chǎn)生Fe3＋；假設(shè)c：酸性溶液中的NOeq\o\al(－,3)具有氧化性，可產(chǎn)生Fe3＋；假設(shè)d：根據(jù)________現(xiàn)象，判斷溶液中存在Ag＋，可產(chǎn)生Fe3＋。③下述實(shí)驗(yàn)Ⅰ可證實(shí)假設(shè)a、b、c不是產(chǎn)生Fe3＋的主要原因。實(shí)驗(yàn)Ⅱ可證實(shí)假設(shè)d成立。實(shí)驗(yàn)Ⅰ：向硝酸酸化的________溶液(pH≈2)中加入過(guò)量鐵粉，攪拌后靜置，不同時(shí)間取上層清液滴加KSCN溶液。3min時(shí)溶液呈淺紅色，30min后溶液幾乎無(wú)色。實(shí)驗(yàn)Ⅱ：裝置如下圖。其中甲溶液是________，操作及現(xiàn)象是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，結(jié)合方程式推測(cè)實(shí)驗(yàn)ⅰ～ⅲ中Fe3＋濃度變化的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)①若黑色固體中含有Ag，可先加入硝酸，加熱使之溶解，再加入鹽酸，能產(chǎn)生白色沉淀AgCl。②K3[Fe(CN)6]溶液是常見(jiàn)的檢驗(yàn)Fe2＋的試劑。取上層清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，說(shuō)明含有Fe2＋。(2)Fe3＋具有較強(qiáng)的氧化性，可與Fe發(fā)生氧化還原反應(yīng)：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋。②Fe2＋與O2可發(fā)生氧化還原反應(yīng)：4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O，生成Fe3＋。加入KSCN溶液后產(chǎn)生白色沉淀，說(shuō)明溶液中含有Ag＋，Ag＋可將Fe2＋氧化為Fe3＋。③實(shí)驗(yàn)Ⅰ證明假設(shè)a、b、c不是產(chǎn)生Fe3＋的主要原因，即其他條件相同，進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)，排除Ag＋的影響，故可加入硝酸酸化的0.05mol·L－1NaNO3溶液。實(shí)驗(yàn)Ⅱ證實(shí)假設(shè)d成立，需證明能夠發(fā)生原電池反應(yīng)：Ag＋＋Fe2＋=Ag＋Fe3＋，甲溶液應(yīng)為FeSO4溶液。通過(guò)做對(duì)照實(shí)驗(yàn)，分別取電池工作前和工作一段時(shí)間后左側(cè)燒杯中的溶液，同時(shí)滴加KSCN溶液，后者紅色會(huì)更深。(3)ⅰ→ⅱ：產(chǎn)生的白色沉淀較3min時(shí)量少，溶液紅色較3min時(shí)加深，說(shuō)明c(Fe3＋)增大，其原因是此階段主要發(fā)生了反應(yīng)2Ag＋＋Fe=2Ag＋Fe2＋、Ag＋＋Fe2＋=Ag＋Fe3＋。ⅱ→ⅲ：產(chǎn)生的白色沉淀較30min時(shí)量少，溶液紅色較30min時(shí)變淺，主要原因是隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液中c(Ag＋)減小，Ag＋的氧化性減弱，此時(shí)主要發(fā)生反應(yīng)：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，導(dǎo)致溶液中Fe3＋濃度減小。答案：(1)①加硝酸加熱溶解固體，再滴加稀鹽酸，產(chǎn)生白色沉淀②Fe2＋(2)2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋②4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O加入KSCN溶液后產(chǎn)生白色沉淀③0.05mol·L－1NaNO3FeSO4溶液分別取電池工作前與工作一段時(shí)間后左側(cè)燒杯中溶液，同時(shí)滴加KSCN溶液，后者紅色更深(3)溶液中存在反應(yīng)：①2Ag＋＋Fe=Fe2＋＋2Ag，②Ag＋＋Fe2＋=Fe3＋＋Ag，③Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋。反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，c(Ag＋)大，以反應(yīng)①、②為主，c(Fe3＋)增大。約30min后，c(Ag＋)小，以反應(yīng)③為主，c(Fe3＋)減小從近幾年全國(guó)各地的高考命題來(lái)看，探究型實(shí)驗(yàn)的命題角度主要有化學(xué)反應(yīng)原理的探究、物質(zhì)性質(zhì)的探究、物質(zhì)成分的探究和影響因素的探究等四個(gè)方面。形式靈活，能夠很好地考查學(xué)生對(duì)元素化合物知識(shí)的掌握情況和綜合實(shí)驗(yàn)探究能力，是高考的熱點(diǎn)題型。其實(shí)該類題目是借助于實(shí)驗(yàn)手段，以元素化合物知識(shí)為依據(jù)，考查學(xué)生分析推理的能力。難度一般較大，復(fù)習(xí)備考時(shí)要引起足夠的重視。1．(2017·南陽(yáng)二模)某化學(xué)小組欲通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究：I.苯與液溴發(fā)生取代反應(yīng)；Ⅱ.苯與液溴在催化劑作用下的反應(yīng)機(jī)理。所用裝置如圖所示。已知：MnO2＋2NaBr＋2H2SO4eq\o(=,\s\up7(△))Br2↑＋MnSO4＋Na2SO4＋2H2O(1)實(shí)驗(yàn)室制備溴苯的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________________________________________________________________________________；儀器X的名稱為_(kāi)_______。(2)制取溴苯的實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：①連接裝置，其接口順序?yàn)?填字母)：d接________，________接________，________接c；②檢查裝置氣密性；③C中加入固體藥品，________，再打開(kāi)D處開(kāi)關(guān)K，點(diǎn)燃C處酒精燈；插入鐵絲于混合液中，一段時(shí)間后，D中液體沸騰，原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________________；④關(guān)閉C中活塞。(3)A中對(duì)廣口瓶進(jìn)行熱水浴的目的是________________________________________________________________________。(4)若B中有淡黃色沉淀生成，能否確定苯與液溴發(fā)生了取代反應(yīng)？________(答“能”或“否”)。(5)查閱文獻(xiàn)，苯與液溴在FeBr3催化下的反應(yīng)機(jī)理共分三步：Ⅰ.Br2＋FeBr3Br＋＋FeBreq\o\al(－,4)①請(qǐng)完成第三步反應(yīng)：Ⅲ._______________________________________________________________。②該小組將A裝置中的濃硫酸替換成稀硫酸時(shí)實(shí)驗(yàn)失敗，試從反應(yīng)機(jī)理推測(cè)可能的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)在FeBr3的催化作用下，苯和液溴發(fā)生取代反應(yīng)生成溴苯：儀器X的名稱為球形冷凝管。(2)①由題圖知，C為制備Br2的裝置，生成的Br2進(jìn)入A中，在A中用熱水對(duì)廣口瓶進(jìn)行加熱，可防止溴蒸氣冷凝，使溴蒸氣進(jìn)入D中，溴蒸氣在D中與苯發(fā)生取代反應(yīng)，生成的HBr用B進(jìn)行尾氣吸收，故裝置接口的連接順序?yàn)閐→a→b→e→f→c。③C中先加入固體藥品，后滴加濃硫酸。D中苯和液溴反應(yīng)，沒(méi)有加熱，而液體沸騰，說(shuō)明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。(4)Br2易揮發(fā)，進(jìn)入B中也能與AgNO3溶液反應(yīng)生成淡黃色的AgBr沉淀，因此不能說(shuō)明苯與液溴發(fā)生了取代反應(yīng)。(5)①根據(jù)總反應(yīng)，F(xiàn)eBr3為催化劑，產(chǎn)物為溴苯和HBr，第一步反應(yīng)中FeBr3參與反應(yīng)，因此第三步反應(yīng)生成FeBr3、溴苯和HBr，化學(xué)方程式為：FeBreq\o\al(－,4)＋FeBr3＋＋HBr。②將A裝置中的濃硫酸換成稀硫酸，Br2與水反應(yīng)生成Br－、BrO－，無(wú)法得到Br＋，因此實(shí)驗(yàn)失敗。答案：(1)球形冷凝管(2)①abef③C處滴加濃硫酸該反應(yīng)是放熱反應(yīng)(3)防止Br2蒸氣冷凝(4)否(5)①FeBreq\o\al(－,4)＋FeBr3＋＋HBr②有水情況下，無(wú)法生成Br＋2．(2017·華師大第一附中考試)甲醛(HCHO)與葡萄糖相似，具有強(qiáng)還原性，40%甲醛溶液沸點(diǎn)為96℃，易揮發(fā)。為探究過(guò)量甲醛和新制Cu(OH)2反應(yīng)的產(chǎn)物，(1)在圖A裝置中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，向a中加入50mL0.5mol·L－1CuSO4溶液和100mL5mol·L－1NaOH溶液，振蕩，再加入50mL40%的甲醛溶液，緩慢加熱a，在65℃時(shí)回流20min后冷卻至室溫。反應(yīng)過(guò)程中觀察到有棕色固體生成，最后變成紅色，并有氣體產(chǎn)生①A裝置中儀器c的名稱是________。②本實(shí)驗(yàn)中儀器a應(yīng)該選用下列哪種規(guī)格________(填序號(hào))。A．100mL B．250mLC．500mL D．1000mL(2)查閱資料發(fā)現(xiàn)氣體產(chǎn)物主要是副反應(yīng)產(chǎn)生的。為確認(rèn)氣體產(chǎn)物中含H2不含CO，將裝置A和如圖所示的裝置連接后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。依次連接的合理順序?yàn)锳→B→________→________→________→________→G，裝置B的作用是________________________________________________________________________。(3)已知：eq\o(→,\s\up7(被氧化),\s\do5())eq\o(→,\s\up7(被氧化),\s\do5())。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證a中甲醛的碳元素是否被氧化成＋4價(jià)：________________________________________________________________________。(4)為研究紅色固體產(chǎn)物的組成，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)(以下每步均充分反應(yīng))：已知：Cu2O[Cu(NH3)4]＋(無(wú)色)eq\o(→,\s\up7(在空氣中),\s\do5())[Cu(NH3)4]2＋(藍(lán)色)。①搖動(dòng)錐形瓶ⅰ的目的是________________________________________________________________________。②錐形瓶ⅱ中固體完全溶解得深藍(lán)色溶液的離子方程式是________________________________________________________________________。③將容量瓶ⅱ中的溶液稀釋50倍后，溶液的顏色與容量瓶ⅰ相近。由此可知固體產(chǎn)物的成分及物質(zhì)的量之比約為_(kāi)_______________________________________________________________________。解析：(1)①A裝置中儀器c為滴液漏斗。②儀器a為三頸燒瓶，反應(yīng)中混合液的總體積大約為50mL＋100mL＋50mL＝200