高考化学一轮复习讲义-微型实验探究（原卷版）

这是一份高考化学一轮复习讲义-微型实验探究（原卷版），共17页。试卷主要包含了微型实验探究方案的设计，高考化学微型实验探究方法归纳，综合探究思维模型等内容，欢迎下载使用。
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微型实验探究题在高考化学中占据重要地位，其命题趋势呈现 “情境真实化、考点综合化、能力层级化” 的特点。命题形式从传统的实验步骤记忆转向综合探究，如结合数字化工具（pH 传感器、电导率仪）分析实验数据，或通过对比实验设计考查变量控制能力。微型实验设计强调减少试剂用量、简化操作流程，如使用井穴板、注射器等微型仪器，符合绿色化学理念。考生需在夯实基础实验的前提下，注重实验设计逻辑、数据量化分析及跨模块知识整合，同时关注区域命题特色，方能在考试中高效应对此类试题。通过系统训练与错题反思，可显著提升实验题的得分率，为高考化学成绩增色。
一、微型实验探究方案的设计
1．微型实验方案的设计原则与要求
（1）设计原则
①条件合适，操作方便；
②原理正确，步骤简单；
③原料丰富，价格低廉；
④产物纯净，污染物少。
（2）基本要求
①科学性：科学性是指实验原理，实验操作程序和方法必须正确。
②安全性：实验设计时应尽量避免使用有毒药品和进行具有一定危险性的实验操作。
③可行性：实验设计应切实可行，所选用的化学药品、仪器、设备和方法等在中学现有的实验条件下能够得到满足。
④简约性：实验设计应尽可能简单易行，应采用简单的实验装置，用较少的实验步骤和实验药品，并能在较短的时间内完成实验。
2.微型实验设计程序
（1）根据实验的目的,阐明实验原理,选择合适的仪器和药品;
（2）根据实验的特点,设计实验装置,画出实验装置图;
（3）根据实验的要求,设计可行的操作步骤和观察重点,分析实验中应注意的事项;
（4）实验结束后应写出完整的实验报告。
3．微型实验设计中的三个顺序
（1）实验操作顺序：装置选择与连接→气密性检查→加固体药品→加液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等。
（2）加热顺序选择：若气体制备实验需加热，应先加热气体发生装置，通入气体排出装置中的空气后，再给实验中需要加热的物质加热。目的：①防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；②保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中的物质反应。熄灭酒精灯的顺序则相反。
（3）仪器的连接顺序
①涉及气体的一般连接顺序：发生装置→除杂装置→干燥装置→性质探究或收集装置→尾气处理装置(注意防倒吸)。
②一般装置的进出气口：a．洗气瓶：长进短出；b.U形管：无前后；c.干燥管：粗入细出；d.加热玻璃管：无前后；e.排液量气：短进长出。
③仪器连接要注意的问题
A.安装仪器时,先下后上，先左后右。
B.仪器拆卸的一般过程：从右到左，自上而下，先拆主体，后拆部件。
C.净化气体时，一般先除去有毒、有刺激性气味的气体，后除去无毒、无气味的气体，最后除去水蒸气。
D.制备易潮解的物质时，制备装置前、后要连干燥装置。
4．二种常见微型实验探究方案设计的基本流程
（1）性质探究性实验方案的设计：主要是从物质的结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此设计出合理的实验方案，去探索它所可能具有的性质。设计的基本流程为：根据物质的组成、结构和类型→提出性质猜想→设计实验逐个验证→记录现象和数据→归纳分析→合理推断得出结论。
（2）性质验证实验方案的设计：主要是求证物质具备的性质，关键是设计出简捷的实验方案，要求操作简单，简便易行，现象明显，且安全可行。设计的基本流程为：根据物质的性质→设计可能实验方案→优化实验方案→实施实验(原理、方法、步骤、仪器、药品、操作要点等)→观察现象记录数据→综合分析得出结论。
4.设计微型实验探究方案时注意的问题
（1）实验方案要可行。要尽量避免使用高压和特殊催化剂等实验室难以达到的条件,实验方案要简单易行。
（2）实验顺序要科学。要对各个实验步骤进行统一的规划和安排,保证实验准确且高效。同时要减少副反应的发生和避免实验步骤间的干扰。
（3）实验现象要直观。如“证明醋酸是弱电解质”的实验,可配制一定浓度的CH3COONa溶液,用pH试纸测溶液的pH,通过测定的结果pH>7从而得出结论,既操作简便又现象明显。
（4）实验结论要可靠。要反复推敲实验步骤和多方论证实验结果,保证实验结论准确可靠。
二、十大经典微型实验探究方案设计范式
1.证明氯气的氧化性强于单质硫的实验设计方案:把氯气通入硫化氢溶液中，若有淡黄色沉淀生成，则证明氯气的氧化性强于单质硫(氧化性规律：氧化剂＞氧化产物)。
2.证明草酸的酸性强于碳酸的实验设计方案:向1 ml·L－1 NaHCO3溶液中加入1 ml·L－1草酸，若产生大量气泡，则证明草酸的酸性强于碳酸。
3.证明碳酸的酸性强于硅酸的实验设计方案:把CO2通入硅酸钠溶液中，若出现白色沉淀，则说明碳酸的酸性强于硅酸(利用强酸制弱酸)。
4.证明H2C2O4是弱酸的实验设计方案:测Na2C2O4溶液的pH，pH＞7说明H2C2O4是弱酸；或将pH＝1的H2C2O4溶液稀释10倍，pH＜2说明H2C2O4是弱酸(利用电离平衡或水解平衡)。
5.证明SO2中含有CO2 的实验设计方案:先把混合气体通入足量的酸性高锰酸钾溶液中，再通入品红溶液不褪色，最后通入澄清石灰水中，若澄清石灰水变浑浊，说明含有CO2。
6.证明CO2中含有CO的实验设计方案:先除尽CO2，再把气体通入加热的CuO中，若黑色固体变为红色，生成的气体能使澄清石灰水变浑浊，则证明原混合气体中含有CO(说明CO具有还原性)。
7.证明SOeq \\al(2－,4)中含有SOeq \\al(2－,3)的实验设计方案:向混合液中加入足量的BaCl2溶液，将沉淀溶于足量的盐酸中，若沉淀部分溶解且有刺激性气味的气体生成，则证明原混合液中含有SOeq \\al(2－,3)。
8.证明含有Fe3＋的溶液中含有Fe2＋的实验设计方案:加入酸性高锰酸钾溶液，若高锰酸钾溶液褪色，则证明原混合液中含有Fe2＋。
9. 证明多元弱酸的酸式盐电离程度与水解程度的相对大小(以NaHSO3、NaHCO3为例)的实验设计方案:①常温下，测量NaHSO3溶液的pH，若pH＜7，则说明HSOeq \\al(－,3)的电离程度大于水解程度②常温下，测量NaHCO3溶液的pH，若pH＞7，则说明HCOeq \\al(－,3)的水解程度大于电离程度。
10.Ksp大小的比较(以AgCl、AgBr为例)的实验设计方案:①向AgNO3稀溶液中滴加NaCl溶液至不再有白色沉淀生成，再向其中滴加相同浓度KBr溶液产生淡黄色沉淀。
②向浓度均为0.1 ml·L－1的NaCl、NaBr混合溶液中，滴加0.1 ml·L－1 AgNO3溶液，先产生淡黄色沉淀(Ksp小的先产生沉淀)。
三、高考化学微型实验探究方法归纳
微型实验探究是高考化学对“实验设计与探究能力”的核心考查载体，其本质是通过简化装置、减少用量、聚焦核心原理实现科学探究，解题需掌握一套系统的探究方法。以下从实验设计、分析推理、优化评价三个维度归纳核心方法：
(一)实验设计的核心方法
实验设计是微型实验探究的起点，需围绕“目的明确、变量可控、操作可行”三大原则展开，核心方法包括：
1.变量控制法（探究因果关系的核心方法）
（1）定义：通过控制其他条件不变，仅改变某一“自变量”，观测“因变量”的变化，从而探究两者因果关系的方法。
（2）核心要点：
①明确“三变量”：
a.自变量（人为改变的条件，如浓度、温度、催化剂种类）；
b.因变量（需测量的结果，如反应速率、pH变化、沉淀量）；
c.无关变量（需保持一致的条件，如试剂用量、反应时间、环境温度）。
②设计“单一变量”对比实验：确保每组实验仅一个变量不同，排除其他因素干扰。
2.转化法（复杂问题简化的关键方法）
（1）定义：将难以直接观测的实验目标（如反应机理、微粒变化）转化为可通过微型装置直接观测的现象（如颜色变化、气压变化、沉淀生成）的方法。
（2）核心要点：
①利用物质特征性质转化：如将“溶液中OH⁻浓度变化”转化为“酚酞变色”，将“气体生成速率”转化为“注射器活塞移动速率”。
②利用微型装置放大微观变化：如用井穴板同时进行多组离子反应，通过颜色深浅差异直观比较反应程度。
3.模拟法（工业/复杂实验的微型化方法）
（1）定义：用微型装置模拟实际工业流程或复杂实验，通过简化体系探究核心原理的方法，体现“从生活到化学”的探究思路。
（2）核心要点：
①提炼核心反应：忽略次要步骤，聚焦关键转化（如工业制硫酸微型实验仅模拟“SO₂→SO₃”的催化氧化）。
②替换大型仪器：用简易装置替代复杂设备（如用注射器替代分液漏斗控制反应物滴加，用点滴板替代反应釜）。
(二)现象分析与结论推理的核心方法
实验现象是探究的“证据”，结论需基于现象与原理的逻辑推导，核心方法包括：
1.证据链分析法（结论严谨性的保障方法）
（1）定义：通过多维度现象（或数据）形成“操作→现象1→现象2→原理→结论”的完整证据链，避免单一现象导致的片面结论。
（2）核心要点：
①排除干扰证据：如检验SO42-时，需先加盐酸（排除Ag+、CO32-干扰），再加BaCl2（观察沉淀），形成两步证据。
②关联宏观与微观：将宏观现象（如溶液变红）与微观机理（如H+与指示剂结合）对应，确保因果关系成立。
2.对比实验法（排除干扰因素的核心方法）
（1）定义：通过设置“空白对照”“条件对照”或“相互对照”，排除无关因素对实验结果的影响，明确实验变量的真实作用。
（2）核心要点：
①空白对照：不加入自变量的实验（如探究催化剂作用时，设置“无催化剂”的空白组）。
②条件对照：改变非自变量的条件（如探究温度对反应的影响时，两组实验除温度外其他条件完全相同）。
3.数字化分析法（定量探究的现代方法）
（1）定义：结合pH传感器、电导率仪、温度传感器等数字化工具，将定性现象转化为定量数据（如曲线变化），通过数据分析探究反应规律的方法。
（2）核心要点：
①解读数据曲线：如酸碱中和滴定中，pH突跃曲线对应终点；离子反应中，电导率下降曲线对应离子浓度降低。
②关联数据与原理：如H2O2分解的温度-时间曲线斜率越大，反应速率越快，对应催化剂活性越高。
(三)装置优化与评价的核心方法
微型实验的装置设计需兼顾“简约性、安全性、环保性”，核心评价与优化方法包括：
1.装置功能分析法（仪器选择的关键方法）
（1）定义：分析微型仪器的结构与功能，判断其是否匹配实验需求（如反应类型、试剂性质、气体特征）的方法。
（2）核心要点：
①一器多用识别：如注射器可作反应容器（封闭体系）、量气装置（测气体体积）、滴液仪器（控制速率）；球形干燥管可作干燥器、防倒吸装置、气体吸收器。
②装置匹配性判断：如固液常温反应选“点滴板+胶头滴管”，需加热的反应选“微型试管+酒精灯”。
2.绿色化评价法（环保与安全的核心标准）
（1）定义：从“减量化、无害化、资源化”角度评价微型实验是否符合绿色化学理念的方法。
（2）核心要点：
①减量化：试剂用量是否最少（如滴加1-2滴溶液而非过量）；
②无害化：尾气是否处理（如Cl2用微型NaOH棉团吸收）；
③安全性：是否防倒吸、防爆炸（如可燃性气体微型实验需验纯）。
（3）高考实例：2022年全国卷对比“传统制Cl2装置”与“微型制Cl2装置”，微型装置用塑料针管替代分液漏斗，试剂用量减少90%，尾气用少量NaOH溶液吸收，更符合绿色化要求。
3.误差控制法（实验准确性的保障方法）
（1）定义：分析微型实验中可能导致误差的因素（如试剂残留、装置漏气），并通过优化操作或设计排除误差的方法。
（2）核心要点：
①减少残留误差：微型仪器内壁吸附少（如用内壁光滑的玻璃尖嘴），或通过“润洗”减少试剂残留；
②控制环境误差：如温度敏感实验需在恒温条件下进行，避免室温波动影响结果。
四、综合探究思维模型（解题流程归纳）
1.明确探究目的：从题干提取核心问题（如“验证某反应机理”“探究最佳反应条件”）；
2.设计实验方案：用“变量控制法”确定实验组别，用“转化法”设计观测方法；
3.分析实验现象：通过“证据链分析法”或“数字化分析法”整理数据/现象；
4.推导结论：结合“对比实验法”排除干扰，确保结论与原理一致；
5.评价优化装置：用“功能分析法”和“绿色化评价法”判断装置合理性，提出改进建议。
6.解题核心口诀：
目的先明确，原理是根基；
装置看匹配，操作查细节；
现象抓特征，结论排干扰；
微型重环保，创新不离宗。
1．（2024·新课标卷·高考真题）实验室中利用下图装置验证铁与水蒸气反应。下列说法错误的是
A．反应为
B．酒精灯移至湿棉花下方实验效果更好
C．用木柴点燃肥皂泡检验生成的氢气
D．使用硬质玻璃试管盛装还原铁粉
2．（2023·北京·高考真题）蔗糖与浓硫酸发生作用的过程如图所示。

下列关于该过程的分析不正确的是
A．过程①白色固体变黑，主要体现了浓硫酸的脱水性
B．过程②固体体积膨胀，与产生的大量气体有关
C．过程中产生能使品红溶液褪色的气体，体现了浓硫酸的酸性
D．过程中蔗糖分子发生了化学键的断裂
3．（2024·湖南·高考真题）某学生按图示方法进行实验，观察到以下实验现象：
①铜丝表面缓慢放出气泡，锥形瓶内气体呈红棕色；②铜丝表面气泡释放速度逐渐加快，气体颜色逐渐变深；③一段时间后气体颜色逐渐变浅，至几乎无色；④锥形瓶中液面下降，长颈漏斗中液面上升，最终铜丝与液面脱离接触，反应停止。
下列说法正确的是
A．开始阶段铜丝表面气泡释放速度缓慢，原因是铜丝在稀HNO3中表面钝化
B．锥形瓶内出现了红棕色气体，表明铜和稀HNO3反应生成了NO2
C．红棕色逐渐变浅的主要原因是
D．铜丝与液面脱离接触，反应停止，原因是硝酸消耗完全
4．（2024·广东·高考真题）按下图装置进行实验。搅拌一段时间后，滴加浓盐酸。不同反应阶段的预期现象及其相应推理均合理的是
A．烧瓶壁会变冷，说明存在的反应
B．试纸会变蓝，说明有生成，产氨过程熵增
C．滴加浓盐酸后，有白烟产生，说明有升华
D．实验过程中，气球会一直变大，说明体系压强增大
5．（2025·云南·高考真题）某化学兴趣小组设计如下实验装置，通过测定反应前后质量的变化，验证固体在酒精灯加热条件下，受热分解的气态产物。
实验步骤：先缓慢通入Ar气，排尽装置内空气；关闭Ⅰ左侧阀门，点燃酒精灯；一段时间后，Ⅱ中灼热的铜网变黑，熄灭酒精灯甲；再次缓慢通入Ar气……
下列说法错误的是
A．实验步骤中，点燃酒精灯的顺序为甲、乙、丙
B．整个过程中，若Ⅲ中灼热的铜网未变黑，则说明生成的在Ⅱ中反应完全
C．实验结束后，若Ⅰ中减少的质量等于Ⅱ中增加的质量，则分解的气态产物只有
D．应远离热源、可燃物，并与还原性物质分开存放
6．（2025·河南·高考真题）某同学设计以下实验，探究简单配合物的形成和转化。
下列说法错误的是
A．②中沉淀与④中沉淀不是同一种物质
B．③中现象说明配体与的结合能力：
C．④中深蓝色物质在乙醇中的溶解度比在水中小
D．若向⑤中加入稀硫酸，同样可以得到黄绿色溶液
7．（2023·广东·高考真题）按图装置进行实验。将稀硫酸全部加入Ⅰ中的试管，关闭活塞。下列说法正确的是

A．Ⅰ中试管内的反应，体现的氧化性
B．Ⅱ中品红溶液褪色，体现的还原性
C．在Ⅰ和Ⅲ的试管中，都出现了浑浊现象
D．撤掉水浴，重做实验，Ⅳ中红色更快褪去
8．（2023·广东·高考真题）利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如图所示实验。闭合，一段时间后

A．U型管两侧均有气泡冒出，分别是和
B．a处布条褪色，说明具有漂白性
C．b处出现蓝色，说明还原性：
D．断开，立刻闭合，电流表发生偏转
9．（2023·湖北·高考真题）利用如图所示的装置(夹持及加热装置略)制备高纯白磷的流程如下：

下列操作错误的是
A．红磷使用前洗涤以除去表面杂质
B．将红磷转入装置，抽真空后加热外管以去除水和氧气
C．从a口通入冷凝水，升温使红磷转化
D．冷凝管外壁出现白磷，冷却后在氮气氛围下收集
10．（2025·北京·高考真题）为研究三价铁配合物性质进行如下实验(忽略溶液体积变化)。
已知：为黄色、为红色、为无色。
下列说法不正确的是
A．①中浓盐酸促进平衡正向移动
B．由①到②，生成并消耗
C．②、③对比，说明：②>③
D．由①→④推断，若向①深黄色溶液中加入、淀粉溶液，溶液也无明显变化
1．（2025·甘肃庆阳·模拟预测）某小组对浓硫酸与木炭粉的反应产物进行检验，实验如图所示：
对于实验现象描述不正确的是
A．装置A中的固体由白色变为蓝色
B．装置B中的红色溶液褪色
C．装置D中的红色溶液褪色
D．装置E中的澄清石灰水出现白色浑浊
2．（2025·海南·模拟预测）某小组探究的性质，装置如图所示，向烧瓶中滴加浓盐酸，下列推理错误的是
A．装置I中可能会发生熵减反应并产生“白烟”
B．装置II可以防止溶液倒吸进烧瓶中
C．装置III中最终一定会得到蓝色沉淀
D．氮化镁的水解方程式为
3．（2025·北京大兴·三模）常温下完成下列实验。其中实验Ⅰ中浑浊不消失，实验Ⅱ和Ⅲ中浊液变澄清。下列说法中不正确的是
A．实验Ⅰ中加入8滴水后溶液的pH不变
B．实验Ⅱ中加入浓氨水后，
C．实验Ⅲ中加入溶液后，溶液抑制了的水解
D．以上实验说明溶液中既存在电离平衡又存在水解平衡
4．（2025·山东威海·二模）84消毒液是一种常见的含氯消毒剂。为探究其性质，进行如下两个实验。依据实验现象(不考虑)，推断下列说法错误是
A．实验①中存在连续两步氧化还原反应
B．实验②中“出现少许蓝色”是因为：
C．实验②中振荡蓝色立即消失，可能是84消毒液与淀粉之间发生了氧化还原反应
D．上述两个实验说明试剂的滴加顺序不同会影响反应的进程
5．（2025·北京朝阳·二模）浓硝酸与铜作用的过程如下图所示。
现象：i．a中产生红棕色气体，溶液呈绿色，试管壁发热；b中充满红棕色气体
ii．烧杯液面上方无明显变化
下列关于该过程的分析不正确的是
A．a中产生红棕色气体，主要体现了浓硝酸的氧化性
B．b中气体的颜色比a中的浅，与正向移动有关
C．溶液吸收的反应为
D．a中溶解6.4g铜时，转移电子的数目为
6．（2025·北京西城·二模）探究铜与浓硫酸的反应，并验证气体产物的性质，实验装置如图所示。
下列说法正确的是
A．反应中浓硫酸只体现了氧化性
B．溶液a和溶液b可依次选用品红溶液和酸性高锰酸钾溶液
C．溶液c可选用浓NaOH溶液或浓溶液
D．随着反应进行，硫酸的浓度逐渐降低，可能生成氢气
7．（2025·北京昌平·二模）学习小组为探究C(Ⅱ)、C(Ⅲ)能否催化的分解及相关性质，室温下进行实验。下列说法不正确的是
资料：
①可催化的分解。
②
A．实验i表明不能催化的分解。
B．实验ⅲ中，可能是与发生氧化还原反应
C．实验ⅱ、ⅲ中的气体成分相同
D．以上实验证明，配体的种类影响C(Ⅱ)的还原性
8．（2025·广东深圳·模拟预测）已知：甲酸可以分解制取；某学习小组设计实验制取并验证其性质的装置如图所示(部分夹持装置略)，下列说法不正确的是
A．浓硫酸的作用为催化剂、脱水剂
B．碱石灰可吸收水蒸气和甲酸蒸气以及可能产生的和
C．该装置可验证具有还原性
D．可用NaOH溶液吸收尾气，防止污染空气
9．（2025·北京西城·三模）探究同浓度的与溶液和不同盐溶液间的反应，①中产生白色沉淀和无色气体，②中只产生白色沉淀。(已知：碳酸铝在水溶液中不能稳定存在)
下列说法不正确的是
A．实验前两溶液中离子种类完全相同
B．①中沉淀可能是氢氧化铝和碱式碳酸铝中的一种或二者的混合物
C．室温饱和和饱和溶液的pH前者大于后者，是由于溶解度前者大于后者
D．②中溶液滴入后，溶液和溶液均降低
10．（2025·北京房山·三模）某小组为探究与KI之间的反应，进行了如下实验。
已知：（无色）（无色）；CuI为白色沉淀，可吸附；在溶液中不存在；呈无色，呈黄色。
下列结论或推断不合理的是
A．与KI能发生反应：
B．CuI与反应的速率慢于与反应的速率
C．黄绿色悬浊液变为黄色溶液时，有、生成
D． Cu(Ⅱ)与生成配合物反应的限度大于二者发生氧化还原反应的限度
11．（2025·北京海淀·三模）某小组同学通过下列实验验证了浓硫酸与木炭粉反应的产物。下列说法正确的是
A．无水硫酸铜的作用是检验并除水B．将品红换成紫色石蕊也能验证产物中含有
C．装置c中溶液紫红色变浅D．可用溶液检验装置c中的氧化产物
12．（2025·辽宁·模拟预测）学习小组为探究与的反应，室温下进行了实验Ⅰ～Ⅲ。
已知：为粉红色、为蓝色、为红色、为墨绿色。下列相关说法错误的是
A．实验Ⅰ表明，室温下难以将氧化
B．实验Ⅱ表明稳定性弱于
C．实验Ⅲ中产生的气体仅为氧气
D．实验Ⅲ表明，能催化的分解
13．（2025·广东·模拟预测）磺酰氯(SO2Cl2)是极易水解的无色发烟液体，沸点为69.1℃。实验室可通过反应SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(l) ΔH