2020年高考考试化学提分攻略20 探究型综合实验

题型20  探究型综合实验

1、解题方案

1．化学实验探究的基本环节

（1）发现问题：就是在学习和实验的过程中所遇见的值得探究的问题和异常现象等。

（2）提出猜想：就是依据已有些常识对所发现的问题的解决提出的几种可能的状况。

（3）设计验证策略：就是依据猜想，结合实验条件设计科学、合理、安全的实验策略，对各种猜想进行验证。

（4）具体推行实验：就是依据实验策略选择仪器、组装仪器、按步骤进行操作实验的过程。

（5）察看现象剖析数据，得出结论：就是认真全方位察看实验中出现的现象并准时记录所得数据，然后进行推理剖析和数据剖析，通过对比总结得出结论。

2．探究实验设计的四个需要

2、题型分类

（一）物质性质的探究

1．题型特征

主如果从物质的结构特征或从所属种类的典型代表物去推断物质可能具备的一系列性质，然后据此设计出适当的实验策略，去探究它所可能具备的性质。

2．基本思路和办法

依据物质的组成→提出各物质性质的假设→依据这类性质找到可能存在的反应→确定检验的试剂和仪器→确定实验的顺序→叙述实验的操作和预期的现象，得出结论。

3．容易见到物质的热分解反应规律

（1）难溶性碳酸盐△氧化物＋CO2；

（2）碳酸的酸式盐△碳酸的正盐＋CO2＋H2O；

（3）铵盐△NH3＋相应的酸；

（4）硝酸盐△金属＋氮氧化物＋O2；

（5）草酸晶体△CO2＋CO＋H2O。

4．氧化性、还原性与所含元素化合价的关系

（1）元素处于最高价时，只具备氧化性，如Fe3＋、H＋；

（2）元素处于最底价时，只具备还原性，如Cl－；

（3）元素处于中间价时，既具备氧化性又具备还原性，如Cl2。

（二）反应原理探究型

1．变量探究实验题的解题方案

解答变量探究类考试试题的重点是在其他条件相同的首要条件下，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，不然没办法作出正确判断。

思路总结

2．规律探究实验题的解题方案

物质性质递变规律的探究也是中学习化学实验探究的一个要紧内容。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规律，物质的酸性强弱规律，电解质溶液的导电规律等，都是拓展有关规律探究的要紧素材，也是高考考试命题的经典情境。

解决有关规律探究问题的实验设计，其常用办法示比如下：

（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，判断元素金属性强弱，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不是与空气接触、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充气压力变化等角度设计实验，找出规律。

【典例1】【2019·北京理综，28】化学小组实验探究SO2与AgNO3溶液的反应。

（1）实验1、用如下装置制备SO2，将足量SO2通入AgNO3溶液中，飞速反应，得到无色溶液A和白色沉淀B。

①浓H2SO4与Cu反应的化学方程式是________。

②试剂a是________。

（2）对体系中有关物质性质剖析得出：沉淀B可能为Ag2SO3、Ag2SO4或二者混合物。

实验2、验证B的成分

①写出Ag2SO3溶于氨水的离子方程式：______________________。

②加入盐酸后沉淀D大多数溶解，剩余少量沉淀F。判断D中主如果BaSO3，进而判断B中含有Ag2SO3。向滤液E中加入一种试剂，可进一步证实B中含有Ag2SO3。所用试剂及现象是________。

（3）依据沉淀F的存在，推断SO4的产生有两个渠道：

渠道1：实验一中，SO2在AgNO3溶液中被氧化生成Ag2SO4，随沉淀B进入D。

渠道2：实验二中，SO3被氧化为SO4进入D。

实验3、探究SO4的产生渠道

①向溶液A中滴入过量盐酸，产生白色沉淀，证明溶液中含有________；取上层清液继续滴加BaCl2溶液，未出现白色沉淀，可判断B中不含Ag2SO4。做出判断的原因：_________________________。

②实验三的结论：________。

（4）实验一中SO2与AgNO3溶液反应的离子方程式是_____________。

（5）依据物质性质剖析，SO2与AgNO3溶液应该可以发生氧化还原反应。将实验一所得混合物放置一段时间，有Ag和SO4生成。

（6）依据上述实验所得结论：___________________________。

【答案】（1）①Cu＋2H2SO4△CuSO4＋SO2↑＋2H2O②饱和NaHSO3溶液

（2）①Ag2SO3＋4NH3·H2O===2Ag2＋SO3＋4H2O②H2O2溶液，产生白色沉淀

（3）①Ag＋Ag2SO4溶解度大于BaSO4，没BaSO4沉淀时，一定没Ag2SO4②渠道1不产生SO4，渠道2产生SO4

（4）2Ag＋＋SO2＋H2O===Ag2SO3↓＋2H＋

（6）实验条件下：SO2与AgNO3溶液生成Ag2SO3的速率大于生成Ag和SO4的速率；碱性溶液中SO3更易被氧化为SO4

【分析】

（1）①Cu与浓H2SO4在加热条件下发生反应生成CuSO4、SO2、H2O，反应的化学方程式为Cu＋2H2SO4△CuSO4＋SO2↑＋2H2O。②试剂a为饱和NaHSO3溶液，用于吸收SO2中其他杂质气体，预防对后续实验产生干扰。

（2）①难溶于水的Ag2SO3与NH3·H2O反应生成可溶性的[Ag2]2 SO3、H2O，反应的离子方程式为Ag2SO3＋4NH3·H2O===2[Ag2]＋＋SO3＋4H2O。②加入盐酸后沉淀D大多数溶解，溶解的物质为BaSO3，没溶解的物质为：BaSO4，BaSO3与盐酸反应生成BaCl2、SO2，只须证明滤液E中含有Ba2＋和溶解的SO2即可证明B中含有Ag2SO3，所以使用的试剂为H2O2溶液。

（3）①向溶液A中滴入过量盐酸，只有Ag＋能与Cl－反应生成白色沉淀AgCl，所以溶液A中含有Ag＋；取上层清液继续加入BaCl2溶液，没白色沉淀出现，说明A中没SO4，由于Ag2SO4微溶于水，若B中含有Ag2SO4，溶液A中则含有少许SO4，加入BaCl2溶液能生成更难溶的BaSO4沉淀。②SO3具备还原性，在实验二中，SO3被空气中的O2氧化为SO4。

（4）SO2与AgNO3溶液反应的离子方程式为2Ag＋＋SO2＋H2O===Ag2SO3↓＋2H＋。（6）由题给信息可知，实验条件下，SO2与AgNO3溶液生成Ag2SO3的速率大于生成Ag和SO4的速率；碱性溶液中SO3更易被氧化为SO4。

2．【2017新课标3卷】绿矾是含有适量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具备要紧的作用。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，溶液颜色没有明显变化。再向试管中通入空气，溶液渐渐变红。由此可知：______________、_______________。

（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，第三将装置A称重，记为 m2 g。按下图连接好装置进行实验。

①仪器B的名字是____________________。

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

③依据实验记录，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。

①C、D中的溶液依次为______（填标号）。C、D中有气泡冒出，并可察看到的现象分别为______。

a．品红 b．NaOH c．BaCl2 d．Ba2 e．浓H2SO4

②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式_____________________。

【答案】（1）样品中没Fe3+ Fe2+易被氧气氧化为Fe3+

（2）①干燥管   ② dabfce   ③ 偏小

（3）①c、a 生成白色沉淀、褪色  ②2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑

【分析】（1）样品溶于水滴加KSCN溶液，溶液颜色没有明显变化，说明样品中无Fe3+；再向试管中通入空气，溶液渐渐变红，这说明有铁离子产生，即硫酸亚铁易被空气氧化为硫酸铁，铁离子遇KSCN溶液显红色。

（2）①依据仪器架构可知B是干燥管。

②因为装置中含有空气，空气能氧化硫酸亚铁，所以加热前需要排尽装置中空气，借助氮气排出空气，为了使生成的水蒸气完全排除，应该先熄灭酒精灯，再冷却，然后关闭K1和K2，最后称量，即正确的排序是dabfce。

③样品的水平是（m2－m1）g，加热后剩余固体是硫酸亚铁，水平为（m3－m1）g，生成水的水平为（m2－m3）g，

FeSO4·xH2OFeSO4              +    xH2O

                 152                18x

              （m3－m1）g        （m2－m3）g

则：，解得：；

若实验时按a、d次序操作，在加热过程中部分硫酸亚铁被空气氧化为硫酸铁，致使m3增加，使测得生成的水偏小，生成的硫酸亚铁偏大，因此x偏小。

（3）①最后得到红色粉末，说明有氧化铁生成，即分解过程发生了氧化还原反应，依据化合价变化可知肯定有SO2生成，这说明硫酸亚铁分解生成氧化铁、SO2和三氧化硫。三氧化硫溶于水生成硫酸，硫酸和钡离子结合生成白色沉淀硫酸钡，因为硝酸钡在酸性溶液中有氧化性，能氧化SO2，所以应该用氯化钡，检验SO2用品红溶液，所以C、D的溶液依次为氯化钡溶液和品红溶液，实验现象是C中溶液变浑浊，产生白色沉淀，D中品红溶液褪色。

②依据以上剖析可知硫酸亚铁高温分解生成氧化铁、SO2和SO3，依据电子守恒和原子守恒得此反应的方程式为2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑。

1．某同学在实验室进行铁盐与亚铁盐相互转化实验。

实验Ⅰ：将Fe3＋转化为Fe2＋

（1）Fe3＋与Cu粉发生反应的离子方程式为____________________________________________。

（2）探究白色沉淀产生是什么原因，请填写实验策略：

查阅资料：

已知：①SCN－的化学性质与I－相似；②2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2。

Cu2＋与SCN－反应的离子方程式为__________________________________________________

_______________________________________________________________________________。

实验Ⅱ：将Fe2＋转化为Fe3＋

探究上述现象出现是什么原因：

查阅资料：Fe2＋＋NOFe2＋

（3）用离子方程式讲解NO产生是什么原因_______________________________________________。

（4）从化学反应速率与限度的角度对体系中存在的反应进行剖析：

反应Ⅰ：Fe2＋与HNO3反应；

反应Ⅱ：Fe2＋与NO反应

①依据实验现象，可推知反应Ⅰ的速率比反应Ⅱ的____。

②反应Ⅰ是一个不可逆反应，设计实验策略加以证明：_________________________________。

③请用化学平衡移动原理讲解溶液由棕色变为黄色是什么原因：____________________________。

【答案】（1）2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

（2）0.14 mL 0.2 mol·L－1 FeSO4溶液，向其中滴加3滴0.1 mol·L－1 KSCN溶液2Cu2＋＋4SCN－===2CuSCN↓＋2

（3）3Fe2＋＋4H＋＋NO3===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O

（4）①慢②取少量反应Ⅰ的溶液于试管中，向其中加入几滴K3[Fe6]溶液，溶液没有明显变化，说明反应Ⅰ是一个不可逆反应③Fe2＋被硝酸氧化为Fe3＋，溶液中Fe2＋浓度减少，致使平衡Fe2＋＋NOFe2＋逆向移动，最后Fe2＋完全转化为Fe3＋，溶液由棕色变为黄色

【分析】（1）Fe3＋与Cu反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。

（2）由反应2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，可知得到的溶液中Fe2＋浓度为0.2 mol·L－1，Cu2＋为0.1 mol·L－1，分别取相同浓度的硫酸铜溶液、硫酸亚铁溶液，滴入KSCN溶液进行对照实验；由题目信息可知，Cu2＋与SCN－反应生成CuSCN沉淀，同时生成2，反应的离子方程式为2Cu2＋＋4SCN－===2CuSCN↓＋2。

（3）Fe2＋具备还原性，酸性条件下NO3具备强氧化性，二者反应生成Fe3＋、NO与水，反应的离子方程式为3Fe2＋＋4H＋＋NO3===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。

（4）①溶液先变为棕色，放置一段时间后，棕色消失，溶液变为黄色，反应速率快的反应现象最早表现，反应Ⅰ的速率比反应Ⅱ的慢。

2．草酸是一种二元弱酸，部分性质如下：

能溶于水，易溶于乙醇；在100 ℃开始升华；H2C2O4＋Ca2===CaC2O4↓＋2H2O。现用H2C2O4进行如下实验：

探究草酸的不稳定性

通过如图实验装置验证草酸受热分解产物中的CO2和CO，A、B、C中所加入的试剂分别是：A．乙醇、B．________溶液、C．NaOH溶液。

（1）B中盛装的试剂是________________。

（2）A中加入乙醇的目的是________________________。

探究草酸的酸性

将0.01 mol草酸晶体加入到100 mL 0.2 mol·L－1的NaOH溶液中充分反应，测得反应后溶液呈碱性，其缘由是____________________________

。

用酸性KMnO4溶液与H2C2O4溶液反应来探究影响化学反应速率的原因

实验前先用酸性KMnO4标准溶液滴定未知浓度的草酸，反应原理：

MnO4＋H2 C2O4＋________===Mn2＋＋CO2↑＋H2O

（1）配平上述离子方程式。

（2）滴定时KMnO4溶液应盛装于________滴定管中。

【答案】（1）Ca2或Ba2

（2）除去H2C2O4，防止其对CO2的检验导致干扰

C2O4＋H2OHC2O4＋OH－

（1）256H＋2108

（2）酸式

【分析】

草酸受热分解生成CO2、CO、H2O，所得混合气体中还有草酸蒸气，故A中盛装乙醇，目的是除去H2C2O4，防止其对CO2的检验导致干扰。B有哪些用途是检验CO2，应盛装Ca2溶液或Ba2溶液。

0.01 mol草酸晶体与100 mL 0.2 mol·L－1的NaOH溶液恰好完全反应，得到Na2C2O4溶液，因为C2O4水解，溶液呈碱性，离子方程式为：C2O4＋H2OHC2O4＋OH－。

（1）由MnO4→Mn2＋得5e－，H2C2O4→2CO2失2e－，依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒，配平离子方程式为：2MnO4＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。

（2）KMnO4溶液具备强氧化性，能氧化碱式滴定管中的橡胶管，因此KMnO4溶液应盛装在酸式滴定管中。

3．工业上制HNO3的最后一步反应是NO2被水吸收。某兴趣小组在实验室中探究NO2尽量多地被水吸收。回答下列问题：

（1）制备NO2 

①原理：铜和浓硝酸反应制备NO2的离子方程式为_______________________________。

②装置设计：用D装置采集NO2，选择图1中装置，仪器连接顺序为________。

（2）用水吸收NO2

按图2装置进行实验，球形干燥管Y的体积约为60 mL。

（3）优化操作：借助图2装置，提出一条比（2）中操作更方便且安全性高，又能让水充满干燥管的策略________________________。

【答案】（1）①Cu＋2NO3＋4H＋===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O②bdegf

（2）①液面渐渐上升，气体体积渐渐减小，气体颜色由红棕色渐渐变成无色②气体由无色变成红棕色，后又变成无色，气体体积减小，液面上升但未充满③2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO④待液面不再上升，打开K1，从注射器充入5 mL O2，关闭K1

（3）打开K3，再打开K1，从注射器中注入15 mL O2，关闭K1

【分析】

（1）①铜和浓硝酸反应生成Cu2、NO2和水，离子方程式为：Cu＋2NO3＋4H＋===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O。②铜和浓硝酸反应制NO2不需要加热，使用B装置制NO2。NO2的密度比空气大，用向上排空气法采集，因此NO2从d口进e口出。NO2有毒，要进行尾气吸收，气体从E装置的长导管进短导管出，故仪器连接顺序为bdegf。

（2）①打开K3，NO2与水发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，因此Y中液面渐渐上升，气体体积渐渐减小，气体颜色由红棕色渐渐变成无色。②～③从注射器充入氧气后，生成的NO与O2发生反应：2NO＋O2===2NO2，气体颜色又变为红棕色，生成的NO2与水反应，气体体积减小，剩余气体为无色的NO，液面上升但未充满。④依据4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，要使Y中60 mL NO2完全被吸收，管中充满水，所需O2的体积为15 mL，因此还需充入5  mL氧气。

（3）要使NO2完全被吸收，Y中充满水，可以先打开K3，再打开K1，从注射器中注入15 mL氧气，之后关闭K1。

4．某化学小组同学用下列装置和试剂进行实验，探究O2与KI溶液发生反应的条件。

供选试剂：30%H2O2溶液、0.1 mol/L H2SO4溶液、MnO2固体、KMnO4固体

（1）小组同学设计甲、乙、丙三组实验，记录如下

（2）丙实验中O2与KI溶液反应的离子方程式是___________________。

（3）对比乙、丙实验可知，O2与KI溶液发生反应的适合条件是______________________________________

为进一步探究该条件对反应速率的影响，可采取的实验手段是_______________________________。

（4）由甲、乙、丙三实验推断，甲实验可能是I中的白雾使溶液变蓝。学生将I中产生的气体直接通入下列________溶液，证明了白雾中含有H2O2。

A．酸性 KMnO4 B．FeCl2

C．Na2S D．品红

（5）资料显示：KI溶液在空气中久置过程中会被缓慢氧化：4KI＋O2＋2H2O===2I2＋4KOH。该小组同学取20 mL久置的KI溶液，向其中加入几滴淀粉溶液，结果没察看到溶液颜色变蓝，他们猜想可能是发生了反应，3I2＋6OH－===5I－＋IO3＋3H2O导致的。请设计实验证明他们的猜想是不是正确：__________________________________________。

【答案】（1） MnO2固体分液漏斗

（2） O2＋4I－＋4H＋===2I2＋2H2O

（3）酸性环境用不同浓度的稀硫酸作对比实验

（4）AD

（5）向上述未变蓝的溶液中滴入0.1 mol/L H2SO4溶液，察看现象，若溶液变蓝，则猜想正确，不然错误

【分析】

（1）甲实验：依据装置Ⅰ无需加热制取氧气可知借助的是双氧水的分解，过氧化氢在二氧化锰催化用途下分解生成氧气，向Ⅰ的锥形瓶中加入MnO2固体，向Ⅰ的分液漏斗中加入30% H2O2溶液，连接Ⅰ、Ⅲ，打开活塞，Ⅰ中产生无色气体并随着很多白雾；Ⅲ中有气泡冒出，溶液飞速变蓝说明生成碘单质；

（2）碘离子具备还原性，在酸性条件下可以被氧气氧化成碘单质，据此写出反应的离子方程式为：O2＋4I－＋4H＋===2I2＋2H2O；

（3）向Ⅱ中加入KMnO4固体，连接Ⅱ、Ⅲ，点燃酒精灯，Ⅲ中有气泡冒出，溶液不变蓝，向Ⅱ中加入KMnO4固体，Ⅲ中加入适当0.1 mol/L H2SO4溶液，连接Ⅱ、Ⅲ，点燃酒精灯，Ⅲ中有气泡冒出，溶液变蓝，对比乙、丙实验可知，O2与KI溶液发生反应的适合条件是：酸性环境；为进一步探究该条件对反应速率的影响，可采取的实验手段是：用不同浓度的稀硫酸作对比实验；

（4）A．KMnO4，高锰酸钾溶液可以将双氧水氧化，致使高锰酸钾溶液褪色，而氧气不与高锰酸钾溶液反应，假如高锰酸钾溶液褪色可证明混合气体中含有双氧水，故A正确；B．FeCl2，氧气和H2O2都可以氧化亚铁离子，没办法证明混合气体中含有双氧水，故B错误；C．Na2S，H2O2和氧气都可以氧化硫化钠，没办法用硫化钠检验混合气体中是不是含有双氧水，故C错误；D．品红，品红遇过氧化氢会被氧化，红色褪去，证明混合气体中含有双氧水，故D正确；

（5）KI溶液在空气中久置过程中会被缓慢氧化：4KI＋O2＋2H2O===2I2＋4KOH。该小组同学取20 mL久置的KI溶液，向其中加入几滴淀粉溶液，结果没察看到溶液颜色变蓝，他们猜想可能是发生了反应离子方程式为：3I2＋6OH－===5I－＋IO3＋3H2O，设计实验证明他们的猜想是不是正确，策略为：在上述未变蓝的溶液中滴入0.1 mol/L H2SO4溶液察看现象，若溶液变蓝则猜想正确，不然错误。