专题讲座（6）化学实验设计与探究（练）- 2024年高考化学大一轮复习【讲义+练习+专题】

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专题讲座（六）化学实验设计与探究
1．某小组同学探究与溶液的反应，实验如下。
资料：i．(黄色)
ii．呈绿色(酸性条件下不稳定)、低浓度呈无色、MnS为肉色沉淀。
iii．
实验Ⅰ：

(1)用离子方程式表示溶液显碱性的原因： 。
(2)将固体a过滤、洗涤，放置在空气中，固体变为棕黑色。
①甲同学认为固体a中除了MnS外，还有，依据的现象是 。
②乙同学认为根据上述现象不能得出固体a中含有，应补充对比实验： (填实验方案)。实验证实固体a中含有。
(3)固体b的主要成分是S。分析产生S的可能原因： 。
经检验，固体c的主要成分是。
①分析产生的可能原因：酸性条件下，将氧化。
②继续滴加酸性溶液，溶液变为紫红色，仍有棕黑色固体。
实验Ⅱ：改用未经酸化的溶液重复实验Ⅰ，产生棕黑色固体时溶液呈绿色。
(4)分析实验Ⅰ未见绿色的原因：取少量实验Ⅱ的绿色溶液，滴加硫酸，溶液变为紫红色，产生棕黑色固体。该反应的离子方程式是 。
实验Ⅲ：向未经酸化的溶液中滴加少量，产生棕黑色沉淀并检测到。
(5)综合上述实验，与溶液反应的产物与 等因素有关(答出两点即可)。
2．氯化铁常用于污水处理、印染工业、电子工业等领域。氯化铁遇水极易发生水解。某化学兴趣小组设计实验制备氯化铁并探究其性质。回答下列问题：
Ⅰ．氯化铁的制备：
(1)如图为湿法制备的装置，仪器A的名称为 ，烧杯中发生反应的化学方程式为 。

(2)如图为干法制备的装置。反应前后都要鼓入氮气，目的是 。

Ⅱ．氯化铁的性质探究：
(3)查阅资料：氯化铁在水溶液中分多步水解，生成净水性能更好的聚合氯化铁。已知聚合氯化铁极易溶于水，写出氯化铁水解反应的总离子方程式 。
(4)为了探究外界条件对氯化铁水解平衡的影响，该兴趣小组设计实验方案(忽略溶液体积的变化)，获得如下数据：
①实验1和实验2的探究目的是 。实验2和实验3说明的水解是 (填“吸热”或“放热”)反应
②查阅资料，加入强电解质后，由于溶液中离子总浓度增大，离子间的相互牵制作用增强，水解离子的活性会改变。该兴趣小组同学求助老师利用计算机手持技术得到实验4和实验5的结果分别如图1和图2所示。

ⅰ．根据实验现象，提出假设：a．氯离子对铁离子的水解活性有促进作用：b． 。
ⅱ．设计其他简单实验证明假设a： (写出实验操作、现象和结论)。
(5)已知常温下，，计算反应的水解常数为 。
3．某实验小组学生为探究氧化性：，设计下列实验方案。
【查阅资料】电极电势如下表：(已知：电极电势越高，氧化性越强)
回答下列问题：
(1)利用和氯水，设计实验证明氧化性：，实验如图所示，实验过程中，能证明氧化性：的现象是 ，有关反应的离子方程式为 。

(2)利用的溶液和的溶液，不用任何试剂证明氧化性：，溶液和碘水颜色相近，设计的实验装置如图，实验过程中，电流计指针偏转，说明反应发生。
①通过外电路中电流方向： (用和表示)，可证明氧化性：。
②也可通过甲池中颜色变化证明，甲池中颜色变化为 。
(3)有同学认为还可以通过电解反应来证明氧化性：，为此设计了如下实验：利用惰性电极电解的溶液，探究外界条件对电极反应产物的影响，实验数据如下表所示：
①实验1中，阳极反应式是 ，阴极反应式为 。
②实验1、3调节溶液的宜选用 (填“硝酸”或“硫酸”)。
③由实验1、2的现象可得出的结论为 ；由实验1、3可得出的结论为 。
4．硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O]俗称莫尔盐，是一种常见的补血剂，石室中学2023届的同学们分小组制取了莫尔盐晶体并对其热分解产物进行了探究。
I.莫尔盐晶体的制备
(1)用如图1的装置制备FeSO4。

①废铁屑需要先进行碱煮，目的是 。
②加入的废铁屑需过量，除废铁屑不纯外，主要原因是 。
③用离子方程式解释C中所盛试剂的作用： 。
(2)反应结束后趁热过滤，向滤液中加入H2SO4调节pH在1~2，迅速加入一定质量的(NH4)2SO4固体，在70~80℃条件下溶解后，趁热倒入50mL乙醇中，析出莫尔盐晶体。乙醇的作用为 。
II.莫尔盐晶体热分解产物探究
查阅文献得知：莫尔盐隔绝空气加热至500℃时可完全分解，产物复杂。
[提出猜想]
(3)莫尔盐晶体受热分解，同学们认为分解产物可能有以下几种情况：
A．FeO、NH3、SO3、H2O
B．FeO、NH3、SO2、H2O
C．Fe2O3、NH3、SO3、H2O
D．FeO、N2、SO2、H2O
E.Fe2O3、NH3、SO3、SO2、H2O
F.Fe2O3、NH3、SO3、SO2、N2、H2O
经认真分析，通过推理即可确定猜想 (填序号)不成立。
[实验探究]
(4)甲组同学设计如图2的实验装置，观察到A中固体逐渐变为红棕色，B中白色固体变蓝，D中酚酞溶液变红色，由此可知莫尔盐分解的产物中有H2O、 (填化学式)。进一步实验证实A中充分反应后的固体残留物中不含FeO，操作方法及实验现象：取少量A中固体残留物于试管中， 。

(5)乙组选用甲组实验中的装置A和图3所示的装置进行实验，验证了莫尔盐分解的产物中还有SO2、SO3和N2。

①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序(用装置的字母表示)为A、E、 。(各装置中试剂均足量)
②实验中，准确称量莫尔盐7.8400g，加热充分反应后，测得装置A中固体残留物的质量为1.6000g，装置F中生成白色沉淀的质量为5.8250g。写出该条件下莫尔盐受热分解的化学方程式： 。(已M[(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O]=392g•ml-1，分解产物被充分吸收，不考虑其损失)
5．过硫酸钾()可用作破胶剂、聚合促进剂、氧化剂、分析试剂等，时分解。实验小组对过硫酸钾进行相关探究。回答下列问题：
(1)可用于检验酸性溶液中的，在催化剂的作用下可发生氧化还原反应，生成高锰酸钾、硫酸钾和硫酸。
①完成化学方程式： 。
②当生成高锰酸钾时，共有 电子发生转移。
(2)小组同学预测过硫酸钾的分解产物有、、和，并用下图所示装置验证分解产物中含有和(部分夹持及加热仪器已省略)。

①装置D、E中盛放的试剂依次为 、 (填字母)。装置D、E中均有气泡冒出，还观察到的现象分别为 、 。
a．品红溶液 b．NaOH溶液 c．溶液 d．溶液 e．浓
②实验时，通入He排尽装置中的空气后，应先加热装置 (填“A”或“B”)，其中装置A适合的加热方式为 。
③装置B中石棉绒的作用为 。
6．南宁二中“启天化学社”设计如下实验方案制备SO2 (装置图如下)，并利用高中所学化学知识探究含硫化合物的相关性质。请回答下列问题：

(1)打开分液漏斗a的旋塞，浓硫酸不能顺利流下，原因可能是 ；加热前，圆底烧瓶中无需加入沸石，其原因是 。
(2)实验室通常使用亚硫酸钠固体与70%硫酸溶液反应制备SO2，此方法与用浓硫酸与铜反应制备SO2相比，优点是：① ，② 。
(3)装置B的作用是 ，装置D的作用(请用化学方程式表示) 。
(4)探究实验：向NaHSO3溶液中加入NaClO溶液时，反应有二种可能的情况：
I.NaHSO4与NaClO恰好完全反应，此时反应的离子方程式为 ；
II.NaHSO3过量；
III.NaClO过量。
甲同学分别取上述混合溶液于试管中，通过下列实验确定该反应属于哪种情况，请完成下表：
(已知： H2SO3；Ka1=1.54×10-2，Ka2=1.02×10-7；H2CO3：Ka1=4.3×10-7，Ka2=5.61×10-11；HClO：Ka=3×10-8)
7．实验小组制备高铁酸钾( K2FeO4 )并进行相关探究。
资料：高铁酸钾为紫色固体，极易溶于水，微溶于KOH溶液，难溶于乙醇；在0~5° C、强碱性溶液中比较稳定，在酸性、中性溶液中易分解放出O2；198 °C以上易分解。

请回答下列问题：
(1)制备K2FeO4(夹持装置略)
①实验过程中B装置的作用是 。
②A装置中发生反应时，氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。
③C装置中得到紫色固体和溶液。C装置中Cl2发生的反应有3Cl2 +2Fe(OH)3 +10KOH= 2K2FeO4 + 6KCl+8H2O、 。
④将装置C中粗产品溶于冷的KOH溶液，过滤，用无水乙醇洗涤，干燥即得粗产品。选择无水乙醇进行洗涤的优点是 (写一条)。
(2)为探究K2FeO4的性质，即证明K2FeO4是否能氧化Cl-而产生Cl2，该实验小组进行了如下实验：
①实验i中产生的“黄绿色气体”中，除含有Cl2，还可能含有 ( 填化学式)。
②实验iii证明a中含有Fe3+，写出相应的操作以及现象： 。
③能证明K2FeO4氧化了Cl-的实验是 (填“ i”“ii” “iii”或“iv”)。
④资料表明，酸性溶液中的氧化性> ，验证实验如下：将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，振荡后溶液呈浅紫色，该现象能否证明氧化性> ?若能，请说明理由；若不能，进一步设计实验方案。理由或方案： 。
8．过硫酸钾()可用作破胶剂、聚合促进剂、氧化剂、分析试剂等，100℃时分解。实验小组对过硫酸钾进行相关探究。回答下列问题：
(1)可用于检验酸性溶液中的，在催化剂的作用下可发生氧化还原反应，生成高锰酸钾、硫酸钾和硫酸。
①完成化学方程式： 。
②当生成1ml高锰酸钾时，共有 ml电子发生转移。
(2)小组同学预测过硫酸钾的分解产物有、、和，并用下图所示装置验证分解产物中含有和(部分夹持及加热仪器已省略)。

①装置D、E中盛放的试剂依次为 、 (填字母)。装置D、E中均有气泡冒出，还观察到的现象分别为 、 。
a．品红溶液 b．NaOH溶液 c．溶液 d．溶液 e．浓
②实验时，通入He排尽装置中的空气后，应先加热装置 (填“A”或“B”)，其中装置A适合的加热方式为 。
③装置B中石棉绒的作用为 。
(3)工业上利用能将低价氮氧化为，来测定废水中氮元素的含量。取100mL含的废水，用的标准溶液滴定(杂质不参加反应)，达到滴定终点时消耗标准溶液的体积为VmL，则废水中氮元素的含量为 (用含c、V的代数式表示)。
9．Cu与浓反应是中学阶段一个重要反应，某兴趣小组对实验中的一些现象及产物进行实验探究。

回答下列问题：
(1)Cu与浓反应的离子方程式为 。
(2)关于该实验下列说法错误的是 。
A．该反应需要加热才能进行 B．可通过抽动铜丝控制反应的开始和停止
C．反应后迅速生成大量红棕色气体 D．烧杯中仅发生中和反应
(3)小组同学发现Cu与浓反应所得混合溶液为绿色，Cu与稀反应所得混合溶液为蓝色，针对绿色产生的原因展开探究。
【提出猜想】
猜想a：浓度大
猜想b：溶解在溶液中
猜想c：由于与水反应能够生成，与能够发生可逆反应(绿色)
【实验探究】
实验i：配制饱和溶液，溶液呈蓝色。
实验ii：取适量Cu与浓反应后的溶液，置于图2所示装置中，鼓入空气后，溶液上方可观察到 ，5min后，溶液完全变为蓝色。
实验iii：取适量Cu与浓反应后的溶液，置于图2所示装置中，鼓入氮气后，溶液上方现象与实验ii相同，但5min后，溶液仍为绿色。

【实验结论】
对比实验ii与实验iii，可推测溶液为绿色的原因主要是 。
(4)小组同学还针对产物的热稳定性进行探究。在如图3所示的实验装置A中，用酒精喷灯对固体加强热，产生红棕色气体，在装置C中收集到无色气体，经验证为。当反应结束以后，试管中残留固体为红色。

①从实验安全角度考虑，需要在A、B间加入 装置。
②图4为样品高温过程的热重曲线(样品质量分数w%随温度变化的曲线)。加热到200℃的化学方程式为 ，继续高温至1000℃生成 (填化学式)固体。

10．是饮用水、工业用水、城市污水及游泳池循环水处理的高效廉价絮凝剂，也是中学实验室中常见的试剂。某实验小组用以下装置制备固体，并探究溶液与Cu的反应。
已知：晶体易升华，溶液易水解。
Ⅰ.的制备

(1)装置C中碱石灰的作用是 。
(2)从D、E、F中选择合适的装置制备纯净的，正确的接口顺序为 (可选试剂：饱和食盐水、NaOH溶液、浓硫酸、碱石灰，仪器可重复使用)。
(3)写出装置D中制备的化学方程式： 。
Ⅱ.探究溶液与Cu的反应
向4mL溶液中滴加几滴KSCN溶液，溶液变红；再加入过量Cu粉，溶液红色褪去，不久有白色沉淀产生。
查阅资料可知：CuCl和CuSCN均为难溶于水的白色固体。针对白色沉淀同学们有以下猜想：
猜想1：与过量的Cu粉反应生成，再结合生成白色沉淀CuCl。
猜想2：与发生氧化还原反应生成，再结合生成白色沉淀CuSCN。
针对上述猜想，实验小组同学设计了以下实验：
(4)实验结果说明猜想 (填“1”或“2”)不合理。
(5)根据实验现象进一步查阅资料发现：
i.与可发生如下两种反应：
反应A：(淡荧色)
反应B：(黄色)。
ii.与共存时溶液显绿色。
①由实验2中的现象推测，反应速率：A (填“>”或“”或“