2027届高考化学一轮复习讲义：10.4 性质或原理探究综合实验

这是一份2027届高考化学一轮复习讲义：10.4 性质或原理探究综合实验，共15页。
1.物质性质的探究实验的类型
(1)根据物质性质设计实验方案
(2)根据物质的结构(或官能团)设计性质实验方案
已知结构(或官能团)――→推测物质具有的性质 ――→要验证的性质――→
实验中的仪器、试剂和反应条件――→实验步骤和操作方法 ――→结论
(3)常见物质的性质探究
2.性质验证实验的注意事项
(1)在离子检验、气体成分检验的过程中,要严格掌握检验的先后顺序,防止各成分检验过程中的相互干扰。
(2)若有水蒸气生成,先检验水蒸气,再检验其他成分,如C和浓H2SO4的反应,产物有SO2、CO2和H2O(g),通过实验可检验三种气体物质的存在,但SO2、CO2都要通过溶液进行检验,对检验H2O(g)有干扰。
(3)对于需要进行转化才能检验的成分,如CO的检验,要注意先检验CO中是否含有CO2,如果有CO2,应先除去CO2再对CO实施转化,最后再检验转化产物CO2,如HOOC—COOHCO2↑+CO↑+H2O↑中CO的检验。
(4)要重视试剂名称的描述,如有些试剂的准确描述为无水硫酸铜、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外还应注意某些仪器的规格。
1.(2024·广东肇庆模拟)硫酸亚铁在印染、医药、化肥等多个行业有广泛应用。某学习小组对硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)的热分解产物进行探究。回答下列问题。
(1)装置A中石棉绒的作用为 ;
装置D中的仪器名称为 。
(2)按气流方向,上述装置合理的连接顺序为a→g、f→ 、 → 、 →h(填装置口小写字母)。
(3)该小组同学按上述顺序连接各装置并进行实验,请为他们补全表格
(4)硫酸亚铁晶体分解的化学方程式为
。
(5)设计实验证明A中得到的红色粉末不含+2价铁元素:
(简述实验操作及现象)。
答案 (1)防止固体粉末堵塞导管 (球形)干燥管
(2)e d c b
(3)①品红溶液 ②溶液由红色褪为无色 ③分解产物中含有SO3 ④NaOH溶液
(4)2FeSO4·7H2OFe2O3+SO2↑+SO3↑+14H2O↑
(5)取实验后反应管中少量固体,溶于稀盐酸后,向溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液,不产生蓝色沉淀(用硫酸溶解,酸性高锰酸钾检验Fe2+也可以)
解析 (2)装置A为绿矾煅烧分解的装置,装置B盛放品红溶液,检验SO2,装置C盛放BaCl2溶液,检验SO3,装置D盛放无水CuSO4粉末,检验分解产物中的水蒸气,装置E盛放氢氧化钠溶液,吸收尾气。这三种生成物应该先检验水蒸气,在检验SO3,最后检验SO2,因为检验SO2和SO3时都有水溶液,会带出水蒸气,SO3极易溶于水且和水反应在,所以连接顺序为a→g→f→e→d→c→b→h。(3)装置B盛放品红溶液,用于检验SO2,品红溶液褪色,说明分解产物中含有SO2;装置C盛放BaCl2溶液,用于检验SO3,产生白色沉淀,说明分解产物中含有SO3;装置D盛放无水CuSO4粉末,检验分解产物中水蒸气,白色固体逐渐变为蓝色,说明分解产物中含有水蒸气;装置E盛放氢氧化钠溶液,进行尾气处理。(4)绿矾煅烧得到红色固体为氧化铁,同时生成二氧化硫、三氧化硫和水,分解的化学方程式为2FeSO4·7H2OFe2O3+SO3↑+SO2↑+14H2O↑。(5)证明A中得到的红色粉末不含+2价铁元素,需要取实验后反应管中少量固体,溶于稀盐酸后,向溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液,无蓝色沉淀生成,证明A中得到的红色粉末不含+2价的铁元素。
2.某研究性学习小组通过下列实验验证AgI沉淀的生成会使I2的氧化能力增强,可将Fe2+氧化。
回答下列问题:
(1)由AgNO3固体配制0.1 ml·L-1的AgNO3溶液50 mL,下列仪器中不需要使用的有 (填名称),配制好的溶液应转移到 (填试剂瓶的名称)中保存。
(2)步骤1的实验现象是 ;
步骤2无明显现象;步骤3最终的实验现象是溶液中生成黄色沉淀, 。
由此可知,步骤3反应的离子方程式为
。
(3)为了确证AgI的生成使I2的氧化能力增强而将Fe2+氧化,学习小组在上述实验基础上进行补充实验:分别取少量的 和步骤3试管中的上层清液于试管a和试管b中,向两支试管中加入过量的 ,观察到的现象为
。
答案 (1)蒸馏烧瓶、分液漏斗 棕色细口瓶
(2)溶液变蓝 溶液蓝色褪去 I2+2Fe2++2Ag+===2AgI↓+2Fe3+ (3)步骤2中的溶液 NaOH溶液 试管a中蓝色褪去、先出现白色沉淀、迅速变成灰绿色最后变成红褐色,试管b中有白色沉淀(转变为褐色沉淀)和红褐色沉淀
解析 (3)由于步骤2的溶液中有亚铁离子而没有铁离子,要确证AgI的生成使I2的氧化能力增强而将Fe2+氧化,只要证明步骤3的溶液中存在氧化产物铁离子即可,由实验知,步骤2溶液中有碘与淀粉混合液和亚铁离子,步骤3中加入了过量的硝酸银溶液,则上层清液中银离子与铁离子共存。
考点二 反应原理或规律的探究
1.反应原理或规律探究的类型
(1)探究过程中往往可以利用对比实验,设置几组平行实验来进行对照和比较,从而研究和揭示某种规律,解释某种现象形成的原因或证明某种反应机理。
(2)在对未知的反应机理或规律的研究中,如果有多个影响因素(如浓度、温度、压强、催化剂等),通常采用控制变量法,从而得出正确的反应机理或规律与多个影响因素之间的关系。
2.常见反应原理与规律的探究实验
(2024·首都师大附中月考)实验小组探究酸对Fe3++3SCN-Fe(SCN)3平衡的影响。将0.005 ml·L-1 FeCl3溶液(接近无色)和0.01 ml·L-1 KSCN溶液等体积混合,得到红色溶液。取两等份红色溶液,进行如下操作并记录现象。
(1)FeCl3水解显酸性的原因是
(用方程式表示)。
(2)甲同学认为加入酸后,会使Fe3++3SCN-Fe(SCN)3体系中 浓度改变,导致该平衡正向移动,溶液颜色加深。
[设计并实施实验]
[查阅资料]
①Fe3+和Cl-、SO42−均能发生络合反应:
Fe3++4Cl-[FeCl4]-(黄色);Fe3++2SO42−[Fe(SO4)2]-(无色)。
②0.005 ml·L-1时,Fe3+显无色。
实验Ⅰ.探究现象a中溶液颜色变化的原因
(3)实验①的目的是 。
(4)根据实验①和实验②的结果,从平衡移动角度解释现象a: 。
实验Ⅱ.探究现象b中溶液呈浅黄色的原因
(5)结合实验③可推测现象b中使溶液呈浅黄色的微粒可能有两种,分别是[FeCl4]-和 。
(6)乙同学进一步补充了实验④,确证了现象b中使溶液呈浅黄色的微粒不是[FeCl4]-,请将实验④的操作及现象补充完整: 、 。
答案 (1)Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+
(2)Fe3+
(3)排除稀释使溶液颜色变化的干扰
(4)在Fe3++3SCN-Fe(SCN)3 平衡体系中加入盐酸,铁离子、氯离子发生络合反应,使得铁离子浓度减小,平衡逆向进行,Fe(SCN)3离子浓度减小,溶液颜色变浅,呈橙色
(5)Fe(SCN)3
(6)加入1 mL蒸馏水,再加入5滴1.5 ml·L-1 H2SO4溶液 得到无色溶液
解析 (1)FeCl3水解显酸性的原因是溶液中的铁离子水解,溶液显酸性,反应的离子方程式:Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+;(2)甲同学认为加入酸后,Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+平衡逆向移动,Fe3+浓度增大,会使Fe3++3SCN-Fe(SCN)3平衡正向移动,溶液颜色加深;(3)滴入KCl溶液时,溶液被稀释,实验①滴入相同体积的水,可以排除稀释使溶液颜色变化的干扰;(4)由实验①②的现象分析,从平衡移动角度解释现象a,Fe3+和Cl-、SO42−均能发生络合反应,在Fe3++3SCN-Fe(SCN)3平衡体系中加入盐酸,铁离子、氯离子发生络合反应,使得铁离子浓度减小,平衡逆向进行,Fe(SCN)3离子浓度减小,溶液颜色变浅,呈橙色;(5)题干信息,硫酸铁溶液中加入KSCN溶液得到红色溶液,在加入稀硫酸,题干中得到[Fe(SO4)2]-为无色,溶液中的离子结合实验③可以推测现象b中使溶液呈浅黄色的微粒可能有两种,为[FeCl4]-或Fe(SCN)3;(6)乙同学进一步补充了实验④,确证了现象b中使溶液呈浅黄色的微粒只能是(5)中的一种,取1 mL 0.005 ml·L-1 FeCl3溶液,加入1 mL蒸馏水,与实验③加入的1 mL KSCN溶液相同的体积,再加入5滴1.5 ml·L-1 H2SO4溶液,分析溶液是否变化,最后得到无色溶液,说明实验③中溶液呈浅黄色的是Fe(SCN)3。
反应原理探究实验的解题流程
1.(2024·贵州卷)根据下列实验操作及现象所推出的结论正确的是( )
答案 D
解析 双液原电池中铜片上有固体析出,说明Cu2+得电子,则铜片作正极,A错误;乙醛与新制银氨溶液反应生成银单质,银氨作氧化剂,则乙醛作还原剂,具有还原性,B错误;溶液由浑浊变澄清,且无气泡产生,说明苯酚与足量Na2CO3反应,生成苯酚钠和碳酸氢钠,则酸性:苯酚>HCO3−,C错误;BaCl2溶液中通入SO2无现象,加入稀硝酸后产生的白色沉淀为BaSO4,说明稀硝酸将+4价S氧化为+6价,即稀HNO3表现氧化性,D正确。
2.(2024·浙江6月选考)为探究化学平衡移动的影响因素,设计方案并进行实验,观察到相关现象。其中方案设计和结论都正确的是( )
答案 C
解析 A.CrO42−(黄色)+2H+Cr2O72−(橙色)+H2O,向1 mL 0.1 ml·L-1 K2CrO4溶液中加入1 mL 1.0 ml·L-1 HBr溶液,Cr2O72−可以将Br-在酸性条件下氧化为Br2,故溶液由黄色变橙色,无法说明平衡正向移动,A错误;B.反应2HIH2+I2为反应前后气体总体积不变的可逆反应,向恒温恒容密闭玻璃容器中充入100 mL HI气体,分解达到平衡后再充入100 mL Ar(无关气体),虽然总压增大,HI、H2、I2的分压不变,浓度不变,故平衡不移动,气体颜色不变。即对于反应前后气体总体积不变的可逆反应,恒温恒容时,充入惰性气体平衡不移动,B错误;C.反应2NO2N2O4为放热反应,升高温度,气体颜色变深,说明平衡逆向移动,即向吸热反应方向移动,C正确;D.催化剂只会改变化学反应速率,不影响平衡移动,D错误。
3.(2023·北京卷)资料显示,I2可以将Cu氧化为Cu2+。某小组同学设计实验探究Cu被I2氧化的产物及铜元素的价态。
已知:I2易溶于KI溶液,发生反应I2+I-I3−(红棕色);I2和I3−氧化性几乎相同。
I.将等体积的KI溶液加入m ml铜粉和n ml I2(n>m)的固体混合物中,振荡。
实验记录如下:
(1)初始阶段,Cu被氧化的反应速率:实验Ⅰ (填“>”“Fe3+>O2>I2。Ⅱ.(4)电池初始工作时,由2Fe3++2I-2Fe2++I2可知,铁离子得电子发生还原反应生成亚铁离子,作正极,则正极的电极反应式为Fe3++e-===Fe2+。(5)①ⅰ.t1时E=φ正极-φ负极=0,若往烧杯A中加入适量Fe,则铁与铁离子反应生成Fe2+,c(Fe2+)增大,结合猜想1,Fe3+的氧化性减弱,正极的电极电势降低,则E