新高考化学一轮复习精品学案 第11章 第71讲　以性质为主的探究类综合实验（含解析）

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类型一 物质性质的探究
1．物质性质探究类实验的类型
(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)设计实验方案
2．探究实验中常见操作及原因
1．某小组用如图所示装置进行实验(夹持仪器和A中加热装置已略)，以验证Fe3＋、Cl2、SO2氧化性的强弱。根据题目要求回答下列问题：
(1)检查装置气密性后，关闭K1、K3、K4，打开K2，旋开旋塞a，加热A，则B中发生反应的离子方程式为____________________________________________________。
(2)B中溶液变黄时，停止加热A，关闭K2。打开旋塞b，使约2 mL的溶液流入试管D中，关闭旋塞b，检验B中生成离子的方法是___________________________________________。
(3)若要继续证明Fe3＋和SO2氧化性的强弱，需要进行的操作是________________________________________________________________________。
(4)甲、乙、丙三位同学分别完成了上述实验，结论如表所示，他们的检测结果一定能够证明氧化性强弱顺序：Cl2>Fe3＋>SO2的是________(填“甲”“乙”或“丙”)。
(5)验证结束后，将D换成盛有NaOH溶液的烧杯，打开K1、K2、K3和K4，关闭旋塞a、c，打开旋塞b，从两端鼓入N2，这样做的目的是_______________________________________。
答案 (1)Cl2＋2Fe2＋===2Fe3＋＋2Cl－ (2)向试管D中滴加KSCN溶液，试管D中溶液变红色 (3)打开K3，打开旋塞c，向C中加入70%硫酸，一段时间后关闭K3。更换试管D，打开旋塞b，使少量溶液流入D中，检验D溶液中的SOeq \\al(2－,4)和Fe2＋ (4)甲、丙 (5)除去A和C中分别产生的氯气和二氧化硫，防止污染大气
解析 A中二氧化锰和浓盐酸在加热条件下反应制取氯气，C中亚硫酸钠与70%硫酸反应生成二氧化硫，通过控制止水夹可以实现实验探究：将氯气通入B中可以验证Fe3＋、Cl2的氧化性；将氯气通入C中可以验证Cl2、SO2的氧化性，将二氧化硫通入B中可以验证Fe3＋、SO2的氧化性。
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。
类型二 反应产物、反应机理的探究
1．解答产物确定题的思路分析
由性质确定反应产物是解此类题目的根本思路，而题目中所涉及的物质，一般分为两类。
2.寻求反应机理类探究性实验解题流程
3．文字表述题的各种答题规范
(1)沉淀洗涤是否完全的检验答题模板
取少许最后一次洗涤液，滴入少量……溶液(试剂)，若……(现象)，表示已经洗涤完全。
解答此类题目要注意四个得分点：取样＋试剂＋现象＋结论。
(2)实验操作的原因、目的、作用的答题要点
(3)实验现象的准确、全面描述
(4)试剂的作用的答题模板
1．某实验小组利用如图装置(部分固定装置略)进行氮气与钙的反应，并探究其产物的性质及化学式。请回答下列问题。
(1)仪器B的名称是______________，B中固体物质为________。
(2)反应过程中导管末端必须插入试管C的水中，目的是________(填字母)。
A．吸收反应剩余的氮气
B．控制通入气体的流速
C．防止空气中的氧气倒流进入反应装置，干扰反应
(3)将下列操作步骤补充完整：
①打开活塞K并通入N2；
②点燃酒精灯，进行反应；
③反应结束后，_____________________________________________________。
(4)该小组同学认为根据相应的质量关系可以求出生成物的化学式，数据记录如下：
①通过计算得到化学式CaxN2，其中x＝________。
②小组同学查阅资料得知产物为Ca3N2，能与水强烈反应，请写出Ca3N2与水反应的化学方程式：_______________________________________________________________________，设计实验检验Ca3N2与水反应的产物(写出必要的操作及现象)：_______________________
_____________________________________________________________________________。
答案 (1)干燥管 碱石灰(或无水氯化钙，其他合理答案均可) (2)BC (3)先熄灭酒精灯，待A冷却至室温后，再停止通入氮气 (4)①2.8
②Ca3N2＋6H2O===3Ca(OH)2＋2NH3↑ 取少量氮化钙于一洁净试管中，加入适量水，将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，若变蓝，则证明有氨气生成，反应一段时间后，再向试管中滴加碳酸钠溶液，若有白色沉淀出现则证明有氢氧化钙生成(或其他合理答案均可)
解析 (4)①参加反应的钙的质量为15.08 g－14.80 g＝0.28 g，参加反应的N2的质量为15.15 g－15.08 g＝0.07 g，则
xCa ＋ N2eq \(=====,\s\up7(△))CaxN2
40x g 28 g
0．28 g 0.07 g
解得x＝2.8。
②Ca3N2与水反应属于非氧化还原反应，生成Ca(OH)2和NH3；用湿润的红色石蕊试纸检验NH3，用Na2CO3溶液检验Ca(OH)2。
2．(2022·海口高三模拟)实验室以浓硫酸、铜与NaOH溶液为原料制取少量NaHSO3并探究其性质，已知CuCl为白色难溶于水的化合物。
Ⅰ.制备NaHSO3(装置如图所示)。
(1)仪器a的名称是________。
(2)装置丙的作用是____________。
Ⅱ.探究：NaHSO3与Cu2＋的反应，设计实验：向2 mL 1 ml·L－1 NaHSO3溶液中加入2 mL 1 ml·L－1 CuSO4溶液，得到绿色溶液，3 min内无明显变化。将所得混合液分为两等份。
①第一份加入适量Na2SO4固体，瞬间无明显变化，30 s时也无明显变化。
②另一份加入适量NaCl固体，瞬间无明显变化，30 s时有无色气体和白色沉淀生成，上层溶液颜色变浅。
(3)推测实验②产生的无色气体为SO2，用新制的氯水检验该无色气体，可观察到淡黄绿色消失，滴加BaCl2溶液有白色沉淀生成。写出SO2与氯气反应的离子方程式：________________________________________________________________________。
(4)对实验Ⅱ产生SO2的原因进行分析，提出两种假设：
假设1：Cu2＋水解使溶液中c(H＋)增大。
假设2：Cl－存在时，Cu2＋与HSOeq \\al(－,3)反应生成CuCl白色沉淀，溶液中c(H＋)增大。
①假设1不合理，实验证据是_________________________________________________。
②实验证实假设2合理，实验Ⅱ中发生反应的离子方程式有____________________________
和H＋＋HSOeq \\al(－,3)===SO2↑＋H2O。
答案 (1)分液漏斗
(2)防倒吸、尾气处理
(3)SO2＋Cl2＋2H2O===4H＋＋2Cl－＋SOeq \\al(2－,4)
(4)实验①无气体放出 2Cu2＋＋HSOeq \\al(－,3)＋2Cl－＋H2O===2CuCl↓＋SOeq \\al(2－,4)＋3H＋
解析 甲中浓硫酸和铜在加热条件下反应生成二氧化硫，乙中过量二氧化硫和氢氧化钠反应生成亚硫酸氢钠，二氧化硫有毒，用丙中的高锰酸钾氧化二氧化硫，防止污染。(4)②Cl－存在时，Cu2＋与HSOeq \\al(－,3)反应生成CuCl白色沉淀，氢离子浓度增大，亚硫酸氢根离子在酸性条件下放出二氧化硫气体，反应的离子方程式为2Cu2＋＋HSOeq \\al(－,3)＋2Cl－＋H2O===2CuCl↓＋SOeq \\al(2－,4)＋3H＋、H＋＋HSOeq \\al(－,3)===SO2↑＋H2O。
3．某小组为探究Mg与NH4Cl溶液的反应机理，常温下进行以下实验。实验中所取镁粉质量均为0.5 g，分别加入选取的实验试剂中，资料：①CH3COONH4溶液呈中性。②Cl－对该反应几乎无影响。
(1)经检验实验2中刺激性气味气体为NH3，检验方法是_______________________________。
用排水法收集一小试管产生的气体，经检验小试管中气体为H2。
(2)已知灰白色沉淀中含有Mg2＋、OH－。为研究固体成分，进行实验：将生成的灰白色固体洗涤数次，至洗涤液中滴加AgNO3溶液后无明显浑浊。将洗涤后的固体溶于稀HNO3，再滴加AgNO3溶液，出现白色沉淀。推测沉淀中含有________，灰白色固体可能是________(填化学式)。
(3)甲同学认为实验2比实验1反应剧烈的原因是NH4Cl溶液中c(H＋)大，与Mg反应快。用化学用语解释NH4Cl溶液显酸性的原因是_______________________________________。
(4)乙同学通过实验3证明甲同学的说法不合理。
①X是________________________________________________________________________。
②由实验3获取的证据为_________________________________________________。
(5)为进一步探究实验2反应剧烈的原因，进行实验4。
依据上述实验，可以得出Mg能与NHeq \\al(＋,4)反应生成H2。乙同学认为该方案不严谨，需要补充的实验方案是__________________________________________________。
(6)由以上实验可以得出的结论是____________________________________________。
答案 (1)将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，试纸变蓝 (2)Cl－ Mg(OH)Cl (3)NHeq \\al(＋,4)＋H2ONH3·H2O＋H＋ (4)①5 mL 1.0 ml·L－1 CH3COONH4溶液 ②两试管反应剧烈程度相当 (5)取5 mL 无水乙醇，加入0.5 g 镁粉无明显变化
(6)NH4Cl水解产生的H＋对反应影响小，NHeq \\al(＋,4)对反应影响大
解析 (2)将洗涤后的固体溶于稀HNO3，再滴加AgNO3溶液，出现白色沉淀，说明灰白色沉淀含有Cl－，结合已知灰白色沉淀中含有Mg2＋、OH－和化合物中各元素化合价代数和为0，可推测灰白色固体可能是Mg(OH)Cl。(4)①由上述(3)分析可知，NH4Cl溶液因水解呈酸性，故为了进行对照实验，必须找到一种含有相同阳离子即NHeq \\al(＋,4)且溶液显中性的试剂，由题干信息可知，X是5 mL 1.0 ml·L－1 CH3COONH4溶液。②乙同学通过实验3来证明甲同学的说法是不合理的，故由实验3获取的证据为两试管反应剧烈程度相当。 (5)依据上述实验，可以得出Mg能与NHeq \\al(＋,4)反应生成H2，乙同学认为该方案不严谨，故需要补充对照实验，在无NHeq \\al(＋,4)的情况下是否也能与Mg反应放出H2，故实验方案为取5 mL无水乙醇，加入0.5 g 镁粉无明显变化。
1．(2020·全国卷Ⅰ，27)为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
回答下列问题：
(1)由FeSO4·7H2O固体配制0.10 ml·L－1 FeSO4溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、______________________________________________________(从下列图中选择，写出名称)。
(2)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择________作为电解质。
(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入________电极溶液中。
(4)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2＋)增加了0.02 ml·L－1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2＋)＝________。
(5)根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为__________________，铁电极的电极反应式为________________。因此，验证了Fe2＋氧化性小于________，还原性小于________。
(6)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是________________________。
答案 (1)烧杯、量筒、托盘天平 (2)KCl
(3)石墨 (4)0.09 ml·L－1
(5)Fe3＋＋e－===Fe2＋ Fe－2e－===Fe2＋ Fe3＋ Fe (6)取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现红色，说明活化反应完成
解析 (2)盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生反应，两烧杯溶液中含有Fe2＋、Fe3＋和SOeq \\al(2－,4)，Ca2＋与SOeq \\al(2－,4)生成微溶于水的CaSO4，Fe2＋、Fe3＋均与HCOeq \\al(－,3)反应，酸性条件下NOeq \\al(－,3)与Fe2＋发生反应，故盐桥中不能含有Ca2＋、HCOeq \\al(－,3)和NOeq \\al(－,3)。K＋和Cl－的电迁移率(u∞)相差较小，故盐桥中应选择KCl作为电解质。(4)假设两个烧杯中溶液体积均为V L，铁电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，一段时间后，铁电极溶液中c(Fe2＋)增加了0.02 ml·L－1，则电路中通过的电子为0.02 ml·L－1×V L×2＝0.04V ml。石墨电极上未见Fe析出，则石墨电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，据得失电子守恒可知，石墨电极生成的Fe2＋为0.04V ml，故石墨电极溶液中c(Fe2＋)＝eq \f(0.05 ml·L－1×V L＋0.04V ml,V L)＝0.09 ml·L－1。(6)铁电极表面发生活化反应：Fe＋Fe2(SO4)3===3FeSO4，活化反应完成后，溶液中不含Fe3＋。
2．(2022·广东，17)食醋是烹饪美食的调味品，有效成分主要为醋酸(用HAc表示)。HAc的应用与其电离平衡密切相关。25 ℃时，HAc的Ka＝1.75×10－5≈10－4.76。
(1)配制250 mL 0.1 ml·L－1的HAc溶液，需5 ml·L－1 HAc溶液的体积为__________ mL。
(2)下列关于250 mL容量瓶的操作，正确的是_____________________________________。
(3)某小组研究25 ℃下HAc电离平衡的影响因素。
提出假设 稀释HAc溶液或改变Ac－浓度，HAc电离平衡会发生移动。
设计方案并完成实验 用浓度均为0.1 ml·L－1的HAc和NaAc溶液，按下表配制总体积相同的系列溶液，测定pH，记录数据。
①根据表中信息，补充数据：a＝_______________，b＝____________。
②由实验Ⅰ和Ⅱ可知，稀释HAc溶液，电离平衡______(填“正”或“逆”)向移动；结合表中数据，给出判断理由：______________________________________________。
③由实验Ⅱ～Ⅷ可知，增大Ac－浓度，HAc电离平衡逆向移动。
实验结论 假设成立。
(4)小组分析上表数据发现：随着eq \f(nNaAc,nHAc)的增加，c(H＋)的值逐渐接近HAc的Ka。
查阅资料获悉：一定条件下，按eq \f(nNaAc,nHAc)＝1配制的溶液中，c(H＋)的值等于HAc的Ka。
对比数据发现，实验Ⅷ中pH＝4.65与资料数据Ka＝10－4.76存在一定差异；推测可能由物质浓度准确程度不够引起，故先准确测定HAc溶液的浓度再验证。
①移取20.00 mL HAc溶液，加入2滴酚酞溶液，用0.100 0 ml·L－1NaOH溶液滴定至终点，消耗体积为22.08 mL，则该HAc溶液的浓度为________ ml·L－1。画出上述过程的滴定曲线示意图并标注滴定终点。
②用上述HAc溶液和0.100 0 ml·L－1NaOH溶液，配制等物质的量的HAc与NaAc混合溶液，测定pH，结果与资料数据相符。
(5)小组进一步提出：如果只有浓度均约为0.1 ml·L－1的HAc和NaOH溶液，如何准确测定HAc的Ka？小组同学设计方案并进行实验。请完成下表中Ⅱ的内容。
实验总结 得到的结果与资料数据相符，方案可行。
(6)根据Ka可以判断弱酸的酸性强弱。写出一种无机弱酸及其用途：______________。
答案 (1)5.0 (2)C (3)①3.00 33.00
②正 实验Ⅱ相较于实验Ⅰ，醋酸溶液稀释了10倍，而实验Ⅱ的pH增大值小于1
(4)①0.110 4
(5)向滴定后的混合液中加入20 mL HAc溶液
(6)HClO：漂白剂和消毒液(或H2SO3：还原剂、防腐剂或H3PO4：食品添加剂、制药、生产肥料)
解析 (1)溶液稀释过程中，溶质的物质的量不变，因此250×10－3 L×0.1 ml·L－1＝V× 5 ml·L－1，解得V＝5×10－3 L＝5.0 mL。(2)振荡时应用瓶塞塞住容量瓶口，不可用手指压住容量瓶口，故A错误；定容时，视线、溶液凹液面和刻度线应“三线相切”，不能仰视或俯视，且胶头滴管不能插入到容量瓶中，故B错误；向容量瓶中转移液体，需用玻璃棒引流，玻璃棒下端位于刻度线以下，同时玻璃棒不能接触容量瓶瓶口，故C正确；定容完成后，盖上瓶塞，左手食指抵住瓶塞，右手扶住容量瓶底部，将容量瓶反复上下颠倒，摇匀，故D错误。(3)①实验Ⅶ的溶液中n(NaAc)∶n(HAc)＝3∶4，V(HAc)＝4.00 mL，因此V(NaAc)＝ 3.00 mL，即a＝3.00，由实验Ⅰ可知，溶液总体积为40.00 mL，因此V(H2O)＝40.00 mL－ 4.00 mL－3.00 mL＝33.00 mL，即b＝33.00。②实验Ⅰ所得溶液的pH＝2.86，实验Ⅱ的溶液中c(HAc)为实验Ⅰ的eq \f(1,10)，稀释过程中，若不考虑电离平衡移动，则实验Ⅱ所得溶液的pH＝2.86＋1＝3.86，但实际溶液的pH＝3.36