重点7 探究型实验综合题- 高考化学专练【热点·重点·难点】

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重点7  探究型实验综合题【命题规律】本专题考点为高考热点。主要考查方式为：（1）原理型实验探究，如反应速率或化学平衡条件等的探究；（2）物质性质探究；（3）物质成分的定性和定量探究。题型有选择题和综合实验题，试题以中等难度及中等偏难为主。考查的核心素养以科学探究与创新意识为主。【备考建议】2021年高考备考应关注真实情境下物质成分的定性和定量探究。【限时检测】（建议用时：40分钟）1．[2020浙江7月选考] 黄色固体X，可能含有漂白粉、、、、之中的几种或全部。将X与足量的水作用，得到深棕色固体混合物Y和无色碱性溶液Z。下列结论合理的是（    ）A．X中含，可能含有B．X中含有漂白粉和C．X中含有，Y中含有D．用酸化溶液Z，若有黄绿色气体放出，说明X中含有【答案】C【解析】固体X为黄色，则含有Fe2(SO4)3，溶于水后，要使溶液Z为无色碱性，则一定含有漂白粉，且漂白粉过量，得到深棕色固体混合物Y，则固体Y是Fe(OH)3和Cu(OH)2的混合物，X中一定含有，和中含有其中一种或两种都含，据此解答。A.若X含有KI，则会与漂白粉反应生成I2，溶液不为无色，A不正确；B.由分析可知，不一定含有FeSO4，B不正确；C.由分析可知， X含有CuCl2，Y含有Fe(OH)3，C正确；D.酸化后，产生黄绿色气体，为氯气，则发生的发生反应的离子反应方程式为：Cl-+ClO-+2H+=Cl2↑+H2O，此时的Cl-有可能来自于漂白粉氧化FeSO4产生的Cl-，也有可能是漂白粉自身含有的，不能推导出含有CuCl2，D不正确；故选C。2．[2020年新课标Ⅲ]氯可形成多种含氧酸盐，广泛应用于杀菌、消毒及化工领域。实验室中利用下图装置(部分装置省略)制备KClO3和NaClO，探究其氧化还原性质。回答下列问题：(1)盛放MnO2粉末的仪器名称是________，a中的试剂为________。(2)b中采用的加热方式是_________，c中化学反应的离子方程式是________________，采用冰水浴冷却的目的是____________。(3)d的作用是________，可选用试剂________(填标号)。A．Na2S    B．NaCl    C．Ca(OH)2 D．H2SO4(4)反应结束后，取出b中试管，经冷却结晶，________，__________，干燥，得到KClO3晶体。(5)取少量KClO3和NaClO溶液分别置于1号和2号试管中，滴加中性KI溶液。1号试管溶液颜色不变。2号试管溶液变为棕色，加入CCl4振荡，静置后CCl4层显____色。可知该条件下KClO3的氧化能力____NaClO(填“大于”或“小于")。【答案】（1）圆底烧瓶    饱和食盐水    （2）水浴加热    Cl2+2OH−=ClO−+Cl−+H2O    避免生成NaClO3    （3）吸收尾气(Cl2)    AC（4）过滤    少量(冷)水洗涤    （5）紫    小于    【解析】【分析】本实验目的是制备KClO3和NaClO，并探究其氧化还原性质；首先利用浓盐酸和MnO2粉末共热制取氯气，生成的氯气中混有HCl气体，可在装置a中盛放饱和食盐水中将HCl气体除去；之后氯气与KOH溶液在水浴加热的条件发生反应制备KClO3，再与NaOH溶液在冰水浴中反应制备NaClO；氯气有毒会污染空气，所以需要d装置吸收未反应的氯气。【详解】(1)根据盛放MnO2粉末的仪器结构可知该仪器为圆底烧瓶；a中盛放饱和食盐水除去氯气中混有的HCl气体；(2)根据装置图可知盛有KOH溶液的试管放在盛有水的大烧杯中加热，该加热方式为水浴加热；c中氯气在NaOH溶液中发生歧化反应生成氯化钠和次氯酸钠，结合元素守恒可得离子方程式为Cl2+2OHˉ=ClOˉ+Clˉ+H2O；根据氯气与KOH溶液的反应可知，加热条件下氯气可以和强碱溶液反应生成氯酸盐，所以冰水浴的目的是避免生成NaClO3；(3)氯气有毒，所以d装置的作用是吸收尾气(Cl2)；A．Na2S可以将氯气还原成氯离子，可以吸收氯气，故A可选；B．氯气在NaCl溶液中溶解度很小，无法吸收氯气，故B不可选；C．氯气可以Ca(OH)2或浊液反应生成氯化钙和次氯酸钙，故C可选；D．氯气与硫酸不反应，且硫酸溶液中存在大量氢离子会降低氯气的溶解度，故D不可选；综上所述可选用试剂AC；(4)b中试管为KClO3和KCl的混合溶液，KClO3的溶解度受温度影响更大，所以将试管b中混合溶液冷却结晶、过滤、少量(冷)水洗涤、干燥，得到KClO3晶体；(5)1号试管溶液颜色不变，2号试管溶液变为棕色，说明1号试管中氯酸钾没有将碘离子氧化，2号试管中次氯酸钠将碘离子氧化成碘单质，即该条件下KClO3的氧化能力小于NaClO；碘单质更易溶于CCl4，所以加入CCl4振荡，静置后CCl4层显紫色。3．[2020年天津卷]为测定CuSO4溶液的浓度，甲、乙两同学设计了两个方案。回答下列问题：Ⅰ.甲方案实验原理：实验步骤：(1)判断沉淀完全的操作为____________。(2)步骤②判断沉淀是否洗净所选用的试剂为_____________。(3)步骤③灼烧时盛装样品的仪器名称为__________。(4)固体质量为wg，则c(CuSO4)=________mol‧L-1。(5)若步骤①从烧杯中转移沉淀时未洗涤烧杯，则测得c(CuSO4)_________(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。Ⅱ.乙方案实验原理：，实验步骤:①按右图安装装置(夹持仪器略去)②……③在仪器A、B、C、D、E…中加入图示的试剂④调整D、E中两液面相平，使D中液面保持在0或略低于0刻度位置，读数并记录。⑤将CuSO4溶液滴入A中搅拌，反应完成后，再滴加稀硫酸至体系不再有气体产生⑥待体系恢复到室温，移动E管，保持D、E中两液面相平，读数并记录⑦处理数据(6)步骤②为___________。(7)步骤⑥需保证体系恢复到室温的原因是________(填序号)。A．反应热受温度影响     B．气体密度受温度影响      C．反应速率受温度影响(8)Zn粉质量为ag，若测得H2体积为bmL，已知实验条件下，则c(CuSO4)______mol‧L-1(列出计算表达式)。(9)若步骤⑥E管液面高于D管，未调液面即读数，则测得c(CuSO4)________(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。(10)是否能用同样的装置和方法测定MgSO4溶液的浓度：_________(填“是”或“否”)。【答案】（1）向上层清液中继续滴加BaCl2溶液，无白色沉淀生成，则沉淀完全    （2）AgNO3溶液    （3）坩埚    （4）    （5）偏低    （6）检查装置气密性    （7）b（8）    （9）偏高    （10）否    【解析】【分析】甲方案是利用溶液中的硫酸铜与氯化钡反应生成硫酸钡沉淀，经灼烧、洗涤、称重后得到的固体是硫酸钡，利用硫酸根守恒，计算出硫酸铜的物质的量，从而计算出浓度；乙方案是利用锌与稀硫酸反应释放出氢气的体积，换算成质量，计算出与稀硫酸反应的锌的物质的量，再利用锌的总的物质的量减去与酸反应的锌的物质的量，得到与硫酸铜反应的锌的物质的量，根据锌和硫酸铜的物质的量关系，计算出硫酸铜的物质的量，根据得到硫酸铜的浓度，据此分析。【详解】Ⅰ．(1)硫酸根离子的检验是滴加氯化钡溶液，若产生白色沉淀，证明溶液中含有硫酸根离子，故判断沉淀完全的操作向上层清液中继续滴加BaCl2溶液，无白色沉淀生成，则沉淀完全；(2)步骤②判断沉淀是否洗净所选用的试剂为AgNO3溶液，硫酸钡沉淀中可能附着有氯化钡，为了证明还有没氯离子，需要加入硝酸银溶液，若产生白色沉淀，证明没有洗净；(3)步骤③灼烧时盛装样品的仪器为坩埚；(4)固体质量为wg，为硫酸钡的质量，硫酸钡的物质的量为n=，根据硫酸根守恒可知，CuSO4~BaSO4，则c(CuSO4)===mol‧L-1；(5)若步骤①从烧杯中转移沉淀时未洗涤烧杯，会使固体的质量偏小，物质的量偏小，根据可知，则测得c(CuSO4)偏低；Ⅱ．(6)加入药品之前需检查装置的气密性；步骤②为检查装置气密性；(7)气体的体积受温度和压强的影响较大，气体的质量不随温度和压强的变化而改变，密度也受温度和压强的影响，步骤⑥需保证体系恢复到室温的原因是气体密度受温度影响；反应热不受温度的影响，只与反应物和生成物自身的能量有关，不随温度压强而改变；反应速率受温度影响，温度越高，反应速率越快，步骤⑥需保证体系恢复到室温与反应速率无关；(8)Zn粉质量为ag，若测得H2体积为bmL，已知实验条件下，氢气的质量=，利用氢气的质量得到氢气的物质的量n=，根据，与酸反应的锌的物质的量为，锌的总物质的量为，与硫酸铜反应的锌的物质的量为，根据，则c(CuSO4)=；(9)若步骤⑥E管液面高于D管，未调液面即读数，得到氢气的体积偏小，与硫酸反应的锌的质量偏小，与硫酸铜反应的锌的质量偏大，则测得c(CuSO4)偏高；(10) 不能用同样的装置和方法测定MgSO4溶液的浓度，硫酸镁不和锌发生置换反应。4．[上海市嘉定区2021届高三一模]将①中溶液滴入②中，预测的现象与实际相符的是(    )选项①中物质②中物质预测中的现象A稀盐酸碳酸钠、氢氧化钠混合溶液立即产生气泡B浓硝酸用砂纸打磨过的铝条产生红棕色气体C氯化铝溶液浓氢氧化钠溶液产生大量白色沉淀D亚硫酸溶液高锰酸钾酸性溶液溶液逐渐褪色【答案】D【详解】A．先发生NaOH与盐酸的反应，则开始时无现象，A错误；B．常温下Al遇浓硝酸发生钝化，不能观察到产生红棕色气体，B错误；C．氢氧化铝溶于氢氧化钠溶液，氯化铝与过量的氢氧化钠溶液生成偏铝酸钠，C错误；D．亚硫酸能被高锰酸钾酸性溶液氧化，则溶液逐渐褪色，D正确；故答案为：D。5．[四川省成都市2021届高三第一次诊断性考试]实验室探究二氧化碳与锌粉反应是否有一氧化碳生成。利用下列装置进行相关实验(已知题设下CO、H2与银氨溶液反应都生成黑色沉淀)。其中方案设计不合理的是(    )A．制CO2 B．除杂、干燥C．CO2与锌粉反应 D．检查CO【答案】B【详解】A．用大理石和稀盐酸制备CO2，可以采用启普发生器制取，图中装置类似启普发生器原理，故A正确；B．除去盐酸发挥出的氯化氢气体用饱和碳酸氢钠溶液，干燥CO2需要浓硫酸，图中缺乏干燥装置，故B错误；C．CO2与锌粉反应需要在加热条件下进行，故C正确；D．检查是否有CO时，先需要用氢氧化钠溶液除去剩余的CO2，再用银氨溶液检验是否有黑色沉淀，故D正确；故选B。6．[四川省乐山市2021届高三12月第一次调研考试]利用压强传感器测定氨气的喷泉实验中的压强变化的装置如图1。下列说法不正确的是A．实验室常用加热NH4Cl与NaOH固体混合物方法制备氨气B．喷泉实验须使用干燥的NH3，实验室常用碱石灰干燥NH3C．a处的胶头滴管中装有少量的水或稀硫酸D．由图2三颈瓶中压强变化曲线可知，C点时打开止水夹b，此时喷泉最剧烈【答案】A【详解】A．实验室常用加热NH4Cl与Ca(OH)2固体混合物方法制备氨气，A错误；B．NH3为碱性气体，实验室常用碱石灰干燥，B正确；C．氨极易溶于水、能和酸反应，可在a处的胶头滴管中装有少量的水或稀硫酸，以便实验开始时引发喷泉实验，C正确；D．由图2可知C点时瓶内压强最小，与空气形成压强差最大，此时打开止水夹b，喷泉最剧烈，D正确。答案选A。7．[上海市虹口区2021届高三一模]某化学兴趣小组对硫代硫酸钠Na2S2O3产生兴趣。该小组通过实验对Na2S2O3的某些性质进行了探究。完成下列填空：(1)甲同学设计并进行了如下实验：序号实验操作实验现象实验①向新制氯水中滴加少量Na2S2O3溶液氯水颜色变浅实验②取少量实验①反应后的溶液，滴加盐酸酸化的BaCl2溶液出现白色沉淀实验②中产生白色沉淀的化学式为___。上述实验说明Na2S2O3具有______性。(2)乙同学取少量实验①反应后的溶液，滴加AgNO3溶液，出现白色沉淀，据此也认为氯水将Na2S2O3氧化。评价他的推理是否正确并说明理由。_____(3)丙同学查阅资料，了解到Na2S2O3的一种制取原理：S + Na2SO3 Na2S2O3.为探究外界条件对Na2SO3转化率的影响，他设计如下对比实验(每次反应时间为60 min)：序号硫粉质量Na2SO3质量水质量反应温度Na2SO3转化率实验③18 g63 g42 g80℃80.7%实验④18 g63 g57 g80℃94.6%实验⑤36 g63 g42 g80℃80.8%(i)实验③、④的目的是探究_________对亚硫酸钠转化率的影响；(ii)实验③、⑤中Na2SO3转化率基本不变的原因是________；(iii)实验⑥想要探究温度升高对亚硫酸钠转化率是否有影响，请设计一组实验数据填入表中:序号硫粉质量Na2SO3质量水质量反应温度Na2SO3转化率实验③18 g63 g42 g80℃80.7%实验④18 g63 g57 g80℃94.6%实验⑤36 g63 g42 g80℃80.8%实验⑥__________……………………………………(4)丁同学将少量Na2S2O3溶液滴至AgNO3溶液中，发现立即生成了白色Ag2S2O3沉淀，但沉淀很快变为棕黄色，最终变为黑色。过滤后，滤液中只含AgNO3、NaNO3与H2SO4.已知Ag、Ag2O、Ag2S均为黑色且难溶于水，推测该实验中黑色沉淀可能是________，理由是_________。【答案】BaSO4    还原    不正确，因为氯水过量，氯水中同样含有Cl-    亚硫酸钠浓度    硫为固体,不影响平衡移动    18 g或36g    63g    42g或57g或其他合理数据    100 ℃    Ag2S    溶液中含，S元素化合价上升，一定有元素化合价下降；如果生成Ag，则电子得失无法守恒，故只能为Ag2S    【详解】(1)向新制氯水中滴加少量Na2S2O3溶液，氯水颜色变浅，则说明氯气发生反应；取反应后的溶液，滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，产生白色沉淀，可知该沉淀为硫酸钡沉淀，硫元素的化合价升高，则Na2S2O3作还原剂，具有还原性；故答案为：BaSO4；还原；(2)乙同学取少量实验①反应后的溶液，滴加AgNO3溶液，出现白色沉淀，据此也认为氯水将Na2S2O3氧化，氯气溶于水能生成盐酸和次氯酸，故溶液中存在氯离子，不能证明是与Na2S2O3发生了氧化还原反应，故该推理不正确；故答案为：不正确，因为氯水过量，氯水中同样含有Cl-；(3)(i)对比实验③、④，可知水的量不同，则两组实验的目的是探究亚硫酸钠浓度对亚硫酸钠转化率的影响；(ii)实验③、⑤的变量是硫粉的质量，硫粉是固体，其量的变化不影响平衡的移动，故Na2SO3转化率基本不变；(iii)实验⑥想要探究温度升高对亚硫酸钠转化率是否有影响，故除温度外，硫粉的质量，亚硫酸钠浓度均不变，故硫粉质量可为：18 g或36g；Na2SO3质量为：63g；水的质量为：42g或57g；温度为100 ℃；故答案为：亚硫酸钠浓度；硫为固体，不影响平衡移动；18 g或36g；63g；42g或57g或其他合理数据；100 ℃；(4)丁同学将少量Na2S2O3溶液滴至AgNO3溶液中，发现立即生成了白色Ag2S2O3沉淀，但沉淀很快变为棕黄色，最终变为黑色，已知过滤后，滤液中只含AgNO3、NaNO3与H2SO4.已知Ag、Ag2O、Ag2S均为黑色且难溶于水；溶液中含，S元素化合价上升，一定有元素化合价下降；如果生成Ag，则电子得失无法守恒，故黑色沉淀只能为Ag2S；故答案为：Ag2S；溶液中含，S元素化合价上升，一定有元素化合价下降；如果生成Ag，则电子得失无法守恒，故黑色沉淀只能为Ag2S。8．[安徽省六安市示范高中2021届高三教学质量检测]二氧化氯常温下是一种黄绿色具有刺激性气味的气体，常用于自来水消毒和果蔬保鲜等方面。氯酸钠还原法是目前使用较为广泛的ClO2制备方法，其原理是用NaClO3与CH3OH在催化剂、60°C时，发生反应得到ClO2，用下图装置(夹持装置略)对其制备、吸收、释放和氧化性进行研究。已知： ClO2易溶于水但不与水反应，气体浓度较大时易分解(爆炸)，实验室用稳定剂吸收ClO2，生成NaClO2，使用时加酸只释放出ClO2一种气体物质CH3OHHCOOHClO2沸点64.7℃100.8℃11℃(1)仪器I的名称为_______ ； 实验中使用仪器II的目的是_______。(2)根据实验原理和目的，上述装置的连接顺序为： ea_______(填接口顺序)。(3)工业上常用过碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2)的水溶液作为ClO2的稳定剂，吸收ClO2的离子方程式为_______，为便于大量运输和储存，工业上也选择硅酸钙、二氧化硅分子烯等作为稳定剂，其原理是_______。(4)装置乙中的主要现象为_______。(5)不能用排空气法来收集得到纯净的ClO2的原因是_______。(6) ClO2和Cl2都为强氧化剂，在相同条件下，等物质的量时ClO2的氧化能力是Cl2的___倍。【答案】三颈烧瓶（蒸馏烧瓶）    使ClO2蒸气中的CH3OH冷凝回流    bfgcdh        硅酸盐、二氧化硅分子烯性质稳定，有吸附能力    溶液变蓝后褪色    ClO2与空气混合，浓度较大时易分解（爆炸）    2.5    【分析】这个实验包括了ClO2气体的制备、收集、性质检验、尾气处理。将NaOH溶液从a口加入甲中的烧瓶，反应物在催化剂条件下加热，生成了ClO2，气体中混有的反应物甲醇通过冷凝管的冷凝回流到烧瓶，而ClO2则进入丁中被稳定剂吸收。加入盐酸后，稳定剂释放出气体ClO2，ClO2具有强氧化性，能够将I-氧化为I2，使溶液变蓝，又因为其溶于水后会产生次氯酸，因而具有漂白性。实验结束后，用NaOH溶液吸收尾气。【详解】(1)仪器I为三颈烧瓶，仪器II为冷凝管，使ClO2中的甲醇蒸汽凝结成液体流回烧瓶；(2)按分析可知，仪器连接顺序为eabfgcdh；(3)由已知，ClO2实验室制备时用稳定剂吸收，生成NaClO2，过碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2)中的H2O2为还原剂生成O2，结合H形成，故离子反应式为：(4) 由分析可知，溶液先变蓝后褪色；(5)由已知可知，ClO2浓度较大时易分解（爆炸），不可以用排空气法；(6)因为做氧化剂会变为Cl-，得电子数是氯气的2.5 倍，故为2.5。