2019届高考化学专题24化学探究实验设计与评价.pdf
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1、2019高考帮 专题 24 化学探究实验设计与评价 2017 年高考题 1.【2017 年高考北京卷28 题】 某小组在验证反应“ Fe+2Ag + Fe 2+2Ag” 的实验中检测到 Fe 3+,发现和探究过程如下。 向硝酸酸化的0.05 mol L -1 硝酸银溶液 (pH2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑 色固体,溶液呈黄色。 (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。 取上层清液,滴加K3Fe(CN) 6溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有。 (2)针对 “ 溶液呈黄色 ” ,甲认为溶液中有Fe 3+,乙认为铁粉过量时不可能有 Fe
2、3+,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: 序号 取样时间 /min 现 象 3 产生大量白色沉淀;溶液呈红色 30 产生白色沉淀,较3 min 时量少;溶液红色较3 min 时加深 120 产生白色沉淀,较30 min 时量少;溶液红色较30 min 时变浅 (资料 :Ag +与 SCN-生成白色沉淀 AgSCN) 对 Fe3+产生的原因作出如下假设: 假设 a:可能是铁粉表面有氧化层,能产生Fe 3+; 假设 b:
3、空气中存在O2,由于(用离子方程式表示),可 产生 Fe3+; 假设 c:酸性溶液中的具有氧化性,可产生Fe 3+; 假设 d:根据现象,判断溶液中存在Ag +, 可产生 Fe3+。 下述实验可证实假设a、b、 c 不是产生Fe 3+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。 (3) 根 据 实 验 现 象 , 结 合 方 程 式 推 测 实 验 中Fe 3+ 浓 度 变 化 的 原 因
4、:。 【答案】 (1)加硝酸加热溶解固体,再滴加稀盐酸,产生白色沉淀 Fe2+ 2019高考帮 (2)2Fe 3+Fe 3Fe 2+ 4Fe 2+O 2+4H + 4Fe 3+2H 2O加入KSCN溶液后产生白色沉淀 0.05 mol L -1 NaNO 3 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)溶液中存在反应:2Ag +Fe Fe 2+2Ag , Ag+Fe2+ Fe 3+Ag, Fe+2Fe3+ 3Fe 2+。 反应开始时, c(Ag +)大,以反应、为主, c(Fe 3+)增大。约 30 min 后, c(Ag +)小
5、,以反应 为主, c(Fe3+)减小 【解析】本题考查综合实验探究。 (1)黑色固体溶于热的硝酸溶液后,向其中加入稀盐酸,产生白色沉淀,可证明黑色固体 中含有 Ag。可利用K3Fe(CN) 6检验 Fe 2+的存在。 (2)过量的铁粉会与 Fe3+反应。 空气中 的 O2会与 Fe2+发生氧化还原反应,产生Fe3+;加入 KSCN 溶液后产生白色沉淀,说明溶液 中存在 Ag +,Ag+可与 Fe2+反应产生 Fe 3+。实验可证实假设 a、b、 c 不是产生Fe 3+的主 要原因,只要将原实验反应体系中的替换,其他微粒的种类及浓度保持不变,做对比 实验即可,所以可选用0.05 mol L -1
6、 NaNO 3溶液 (pH2) ;实验利用原电池装置证明反应 Ag + + Fe2+ Ag + Fe 3+能发生,所以甲溶液是 FeSO4溶液。操作和现象: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。 2. 【2016 年高考江苏卷19 题】 某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量Ag( 金 属层中其他金属含量过低,对实验的影响可忽略)。 已知 :NaClO 溶液在受热或酸性条件下易分解,如: 3NaClO 2NaCl+NaClO3 AgCl 可溶于氨水 :AgCl+2NH 3 H2O+Cl -+2H 2O 常温时N2H4 H2O(水合肼
7、)在碱性条件下能还原 : 4+N2H4 H2O 4Ag +N2 +4+4NH3 +H2O (1) “氧化 ” 阶段需在80 条件下进行,适宜的加热方式为。 (2)NaClO溶 液 与Ag反 应 的 产 物 为AgCl 、 NaOH和O2, 该 反 应 的 化 学 方 程 式 为。HNO3也能氧化Ag,从反应产物的角度分析,以 HNO3代替 NaClO 的缺点是。 (3)为提高 Ag 的回收率,需对“ 过滤 ” 的滤渣进行洗涤,并。 (4)若省略 “ 过滤 ” ,直接向冷却后的反应容器中滴加10% 氨水,则需要增加氨水的用量, 除因过量NaClO与NH3 H2O 反应外 (该条件下 NaClO3
8、 与NH3 H2O 不反应 ),还因 为。 (5)请设计从 “ 过滤 ” 后的滤液中获取单质Ag 的实验方案 :(实验中须使用的 试剂有 :2 mol L -1 水合肼溶液, 1 mol L-1 H2SO4)。 【答案】 (1)水浴加热 2019高考帮 (2)4Ag+4NaClO+2H2O4AgCl+4NaOH+O2 会释放出氮氧化物(或 NO、NO2 ),造成环 境污染 (3)将洗涤后的滤液合并入过滤的滤液中 (4)未过滤掉的溶液会稀释加入的氨水,且其中含有一定浓度的Cl -,不利于 AgCl 与氨水反 应 (5)向滤液中滴加2 mol L -1 水合肼溶液,搅拌使其充分反应,同时用1 mo
9、l L -1 H 2SO4溶液吸 收反应中放出的NH3,待溶液中无气泡产生,停止滴加,静置,过滤、洗涤,干燥 【解析】本题考查银的回收实验。(1)加热温度在低于100 时,可采用水浴加热的方式。 (2)在溶液中, NaClO 氧化 Ag 生成 AgCl 、NaOH 和 O2,根据得失电子守恒及原子守恒配平 反应的化学方程式。HNO3氧化 Ag 时会产生氮氧化物,污染环境。 (3)为提高 Ag 的回收率, 需要将洗涤后的滤液也一起合并到过滤的滤液中。(4)未过滤掉的溶液会稀释加入的氨水, 增加氨水的用量; 由已知信息知冷却后的溶液中因NaClO 的分解,会含有一定浓度的Cl -, 不利于 AgC
10、l 和氨水反应的正向进行。(5)由已知信息知,水合肼可以和银氨溶液发生反应 生成 Ag 和 NH3。生成的NH3用 1 mol L -1 H 2SO4溶液吸收,当溶液中不再产生气泡时,说 明反应已进行完全,静置,过滤出生成的Ag,洗涤、干燥,得Ag 。 20162013年高考题 1 【 2016 年高考北京卷】 (16 分) 以 Na2SO3溶液和不同金属的硫酸盐溶液作为实验对象,探究盐的性质和盐溶液间反应的多 样性。 实验 试剂 现象 滴管试管 0.2 molL -1 Na2SO3溶液 饱和 Ag2SO4溶液 .产生白色沉淀 0.2 mol L -1CuSO 4 溶 液 .溶液变绿,继续滴加
11、产生棕黄色沉淀 0.1 molL -1Al 2(SO4)3 溶液 .开始无明显变化,继续滴加产生白色 沉淀 (1) 经 检 验 , 现 象 中 的 白 色 沉 淀 是Ag2SO3。 用 离 子 方 程 式 解 释 现 象 :。 (2)经检验,现象的棕黄色沉淀中不含,含有 Cu +、Cu2+和 。 已知 :Cu+ Cu+Cu 2+,Cu2+ CuI (白色 )+I2。 用稀 H2SO4证实沉淀中含有Cu+的实验现象是。 通过下列实验证实,沉淀中含有Cu2+和。 2019高考帮 a.白色沉淀 A 是 BaSO4,试剂 1 是 。 b.证实沉淀中含有Cu 2+和 的理由是。 (3)已知 :Al2(S
12、O3)3在水溶液中不存在。经检验,现象的白色沉淀中无 ,该白色沉淀 既能溶于强酸,又能溶于强碱,还可使酸性KMnO 4溶液褪色。 推测沉淀中含有亚硫酸根和。 对于沉淀中亚硫酸根的存在形式提出两种假设:i.被 Al(OH) 3所吸附; ii. 存在于铝的碱式盐 中。对假设ii 设计了对比试验,证实了假设ii 成立。 a.将对比实验方案补充完整。 步骤一 : 步骤二 :(按如图形式呈现)。 b.假设 ii 成立的实验证据是。 (4)根据实验,亚硫酸盐的性质有。盐溶液间反应的多样性与有关。 【答案】 (1)2Ag + Ag2SO3 (2)析出红色固体 a.HCl 和 BaCl2溶液b.在 I-的作用
13、下, Cu2+转化为白色沉淀CuI,转化为 (3)Al 3+、OH- a. b.V1明显大于 V2 (4)亚硫酸盐的溶解性、氧化还原性、在水溶液中的酸碱性两种盐溶液中阴、阳离子的性 质和反应条件 【解析】 本题考查了亚硫酸钠溶液和不同的金属盐溶液的相关反应,以及反应后生成产物的 判断和检验等,意在考查考生接受、吸收、整合信息的能力。充分利用已知信息,理清现象 与结论之间的关联;找到探究点,对已有的实验方案进行微调整;结合实验目的,得出实验 结论。(1)饱和溶液中的Ag +与 Na 2SO3反应会生成更难溶的 Ag2SO3。(2)根据现象和已 知信息知, 取少量洗涤干净的棕黄色沉淀,滴加稀硫酸,
14、 若有红色固体析出,则证明有Cu+。 a.根据沉淀A 是 BaSO4,知加入的试剂1 含 Ba 2+,可以选用盐酸酸化的 BaCl2溶液。 b.由 白色沉淀A 为 BaSO4可知原沉淀中的被氧化为,则加入KI 时反应生成了I2, 说明原沉淀中有Cu2+,即加入KI 时 Cu2+与 I-反应生成白色沉淀CuI 和 I2,I2又与反 2019高考帮 应生成与 I-,所以加入淀粉无明显现象。(3)根据题意知,现象的白色沉淀中无 ,该白色沉淀既能溶于强酸,又能溶于强碱,还可使酸性KMnO 4溶液褪色,推测沉 淀中含有亚硫酸根、Al 3+和 OH-。与 Al(OH) 3相比,铝的碱式盐中每个铝离子所对应
15、的氢 氧根离子不足3 个,因此可设计定量实验,记录数据V1,设计对比实验,记录数据V2,对 比 V1与 V2即可得出结论。(4)I2被还原,酸性KMnO 4溶液褪色,均显示了亚硫酸盐的还原 性,亚硫酸盐与Al 3+发生双水解反应生成氢氧化铝, 证明了亚硫酸盐在水溶液中水解而体现 了酸碱性,根据实验流程及现象可知,盐溶液间反应的多样性和盐的性质及反应条件有关。 2【 2016 年高考四川卷】(13 分) CuCl 广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小 组拟热分解CuCl2 2H2O 制备 CuCl,并进行相关探究。 【资料查阅】 【实验探究】该小组用如图所示装置进行实验(夹持仪器略 )。
16、请回答下列问题: (1)仪器 X 的名称是。 (2)实验操作的先后顺序是a e(填操作的编号)。 a.检查装置的气密性后加入药品 b.熄灭酒精灯,冷却 c.在“ 气体入口 ” 处通入干燥HCl d.点燃酒精灯,加热 e.停止通入 HCl ,然后通入N2 (3) 在 实 验 过 程 中 , 观 察 到B中 物 质 由 白 色 变 为 蓝 色 , C中 试 纸 的 颜 色 变 化 是。 (4)装置 D 中发生的氧化还原反应的离子方程式是。 【探究反思】 (5)反应结束后, 取出 CuCl 产品进行实验, 发现其中含有少量的CuCl2或 CuO 杂质, 根据资 料信息分析 : 若杂质是CuCl2,则
17、产生的原因是。 若杂质是CuO,则产生的原因是。 【答案】 (1)干燥管 (2)cdb (3)先变红,后褪色 (4)Cl2+2OH - ClO -+Cl-+H 2O (5)加热时间不足或温度偏低 2019高考帮 通入 HCl 的量不足 【解析】 本题考查化学实验设计与评价,意在考查考生的实验探究能力和对实验方案的评价 能力。(1)仪器 X 的名称为干燥管。(2)实验操作中应先通氯化氢气体,再点燃酒精灯,反 应结束后, 先熄灭酒精灯, 再停止通入氯化氢气体,故实验操作的先后顺序为:a cdbe 。 (3)实验过程中,由于通入氯化氢气体,多余的氯化氢气体能使湿润的蓝色石蕊试纸变红; 又由于反应过程
18、中产生氯气,氯气与水反应生成的HClO能漂白试纸而使试纸褪色。(4)装 置 D 中发生的氧化还原反应为氯气与氢氧化钠溶液的反应,离子方程式为Cl2+2OH - Cl - +ClO -+H 2O。(5)由于加热时间不足或温度偏低,CuCl2 2H2O 失去结晶水后生成CuCl2, CuCl2没有完全分解;通入的氯化氢气体不足,反应过程中 CuCl2水解生成Cu2(OH)2Cl2, Cu2(OH)2Cl2分解而生成 CuO。 3 【 2015 福建理综化学】 (15 分)某化学兴趣小组制取氯酸钾和氯水并进行有关探究实验。 实验一制取氯酸钾和氯水 利用右图所示的实验装置进行实验。 (1)制取实验结束
19、后,取出B 中试管冷却结晶、过滤、洗涤。该实验操作过程需要的玻璃 仪器有 _。 (2)若对调B 和 C 装置的位置, _(填“ 能” 或 “ 不能 ”)提高 B 中氯酸钾的产率。 实验二氯酸钾与碘化钾反应的探究 (3)在不同条件下KClO 3可将 KI 氧化为 I2或 KIO3 。该小组设计了系列实验研究反应条件 对反应产物的影响,其中系列a实验的记录表如下(实验在室温下进行): 系列 a实验的实验目的是_。 设计 1 号试管实验的作用是_。 若 2 号试管实验现象为“ 黄色溶液 ” ,取少量该溶液加入淀粉溶液显蓝色;假设氧 化产物唯一,还原产物为KCl ,则此反应的离子方程式为_。 实验三测
20、定饱和氯水中氯元素的总量 (4)该小组设计的实验方案为:使用右图装置,加 热 15.0ml 饱和氯水试样, 测定产生气体的体积。此方 2019高考帮 案不可行的主要原因是_。(不考虑实验装置及操作失误导致不可行的原因) (5)根据下列资料,为该小组设计一个可行的实验方案(不必描述操 作过程的细节 ):_ 资料: i.次氯酸会破坏酸碱指示剂; ii.次氯酸或氯水可被SO2、H2O2、FeCl2等物质还原成 Cl-。 【答案】( 15 分)( 1)烧杯、漏斗、玻璃棒、胶头滴管(不填 “ 胶头滴管 ” 也可 );( 2)能; (3)研究反应体系中硫酸浓度对反应产物的影响; 硫酸浓度为0 的对照实验;
21、 ClO 3 -+6I-+6H+=Cl-+3I 2+3H2O (4)因存在Cl2的重新溶解、 HClO 分解等,此方案无法测算试样含氯总量(或其他合理答 案)。 (5)量取一定量的试样,加入足量的H2O2溶液,加热除去过量的H2O2,冷却,再加入足 量的硝酸银溶液,称量沉淀质量(或其他合理答案)。 【解析】本题主要考查化学实验装置的分析、化学实验方案的评价等,意在考查考生对化学 实验装置、化学实验方案的综合分析能力。(1)冷却结晶、过滤、洗涤等操作中用到的玻璃 仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒、胶头滴管等。(2)若对调 B 和 C 装置的位置 ,则可以除去Cl2中 的 HCl, 因此能提高B 中氯酸钾
22、的产率。 (3)由表格数据可知,各试管中只有硫酸的浓度不同, 因此实验目的是研究反应体系中硫酸浓度对反应产物的影响。1 号试管没有加入硫酸,为对 照实验。根据淀粉溶液显蓝色知氧化产物为I2,该反应的离子方程式为 ClO3 -+6I-+6H+ Cl -+3I 2+3H2O。(4)题中装置用于测定氯气的体积,但氯气会重新溶解且氯气与水反应 生成的 HClO 分解会产生O2,测得氯气的体积不准确 ,因此实验方案不可行。(5)量取一定量饱 和氯水样品 ,加入足量的H2O2溶液 ,将饱和氯水中的Cl2和 HClO 全部还原为Cl - ,加热除去过 量的 H2O2,冷却 ,加入足量 AgNO3溶液 ,通过
23、测定所得沉淀的质量计算氯元素的总量。 【考点定位】考查化学仪器的的使用、实验方案的设计与评价、离子方程式的书写的知识。 【名师点睛】 化学是一门实验性的学科,物质的制备、混合物的分离提纯、物质的含量的测 定及实验时仪器的选择使用,实验方法的设计与评价的问题,都是化学实验必不可少的。因 此掌握一些基本化学基础和仪器的使用方法、实验技巧是非常必要的。混合物分离方法有过 滤、蒸馏、分液、蒸发、萃取、结晶等。将溶质从溶液中分离出来,可以根据溶质在溶剂中 的溶解性的不同进行。对于溶解度受温度的影响变化较大的物质,采用冷却热饱和溶液的方 法即结晶的方法分离; 对于溶解度受温度的影响变化较小的物质,采用蒸发
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- 2019 高考 化学 专题 24 探究 实验设计 评价
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