专题21化学实验设计与探究三年高考化学真题分项版解析解析版.docx
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专题21化学实验设计与探究三年高考化学真题分项版解析解析版
1.【2017新课标3卷】(14分)
绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁,在工农业生产中具有重要的用途。
某化学兴趣小
组对绿矾的一些性质进行探究。
回答下列问题:
(1)在试管中加入少量绿矾样品,加水溶解,滴加KSCN溶液,溶液颜色无明显变化。
再向试管中通入空气,溶液逐渐变红。
由此可知:
______________、_______________。
(2)为测定绿矾中结晶水含量,将石英玻璃管(带两端开关
K1和K2)(设为装置A)
称重,记为m1g。
将样品装入石英玻璃管中,再次将装置
A称重,记为m2g。
按下图
连接好装置进行实验。
①仪器B的名称是____________________。
②将下列实验操作步骤正确排序
___________________(填标号);重复上述操作步
骤,直至A恒重,记为m3g。
a.点燃酒精灯,加热
b.熄灭酒精灯
c.关闭K1和K2
d.打开K1和K2,缓缓通入N2
e.称量A
f.冷却到室温
③根据实验记录,计算绿矾化学式中结晶水数目
x=________________(列式表示)。
若实验时按a、d次序操作,则使
x__________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
(3)为探究硫酸亚铁的分解产物,将
(2)中已恒重的装置A接入下图所示的装置中,打开K1和K2,缓缓通入N2,加热。
实验后反应管中残留固体为红色粉末。
①C、D中的溶液依次为______(填标号)。
C、D中有气泡冒出,并可观察到的现
象分别为______。
a.品红
b.NaOH
c.BaCl2
d.Ba(NO3)2e.浓H2SO4
②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式
_____________________。
【答案】
(1)样品中没有Fe3+
Fe2+易被氧气氧化为Fe3+
(2)①干燥管②dabfce③偏小
(3)①c、a生成白色沉淀、褪色②2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑
③样品的质量是(m2-m1)g,加热后剩余固体是硫酸亚铁,质量为(m3-m1)g,生
成水的质量为
(m2-m3)g,
FeSO4·xH2OFeSO4+xH2O
15218x
(m3-m1)g(m2-m3)g
则:
,解得:
;
若实验时按a、d次序操作,在加热过程中部分硫酸亚铁被空气氧化为硫酸铁,导致
m3
增加,使测得生成的水偏小,生成的硫酸亚铁偏大,因此x偏小。
(3)①最终得到红色粉末,说明有氧化铁生成,即分解过程发生了氧化还原反应,根
据化合价变化可知一定有SO2生成,这说明硫酸亚铁分解生成氧化铁、SO2和三氧化硫。
三氧化硫溶于水生成硫酸,硫酸和钡离子结合生成白色沉淀硫酸钡,由于硝酸钡在酸性
溶液中有氧化性,能氧化
SO2,所以应该用氯化钡,检验SO2用品红溶液,所以C、D
的溶液依次为氯化钡溶液和品红溶液,实验现象是
C中溶液变浑浊,产生白色沉淀,
D
中品红溶液褪色。
②根据以上分析可知硫酸亚铁高温分解生成氧化铁、
SO2和SO3,根据电子守恒和原子
守恒得此反应的方程式为2FeSO
4
Fe2O3+SO2
↑+SO↑。
3
【名师点睛】以绿矾为载体考查无机物的性质实验方案的探究,
通常解答综合性实验设计与
评价题的基本流程:
原理→反应物质→仪器装置→现象→结论→作用意义→联想。
具体
分析为:
①实验是根据什么性质和原理设计的?
实验的目的是什么?
②所用各物质名称、
状态、代替物(根据实验目的和相关的化学反应原理,进行全面的分析比较和推理,并
合理选择)。
③有关装置:
性能、使用方法、适用范围、注意问题、是否有替代装置可
用、仪器规格等。
④有关操作:
技能、操作顺序、注意事项或操作错误的后果。
⑤实验
现象:
自下而上,自左而右全面观察。
⑥实验结论:
直接结论或导出结论。
+2+
+2Ag”的实验中检测到
3+
,
2.【2017北京卷】(16分)某小组在验证反应“Fe+2Ag=Fe
Fe
发现和探究过程如下。
向硝酸酸化的0.05mol·L-1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底
部有黑色固体,溶液呈黄色。
(1)检验产物
①取出少量黑色固体,洗涤后,_______(填操作和现象),证明黑色固体中含有
Ag。
②取上层清液,滴加
K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有
_______________。
(2)针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有Fe3+,乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+,乙
依据的原理是___________________(用离子方程式表示)。
针对两种观点继续实验:
①取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液变红,证实了甲的猜测。
同时发现有白色沉淀产生,且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如下:
序号
取样时间/min
现象
ⅰ
3
产生大量白色沉淀;溶液呈红色
ⅱ
30
产生白色沉淀;较
3min时量少;溶液红色
较3min时加深
ⅲ
120
产生白色沉淀;较
30min时量少;溶液红色
较30min时变浅
(资料:
Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN)
②对
Fe3+产生的原因作出如下假设:
假设
a:
可能是铁粉表面有氧化层,能产生
Fe3+;
假设
b:
空气中存在
O2,由于
________(用离子方程式表示)
,可产生
Fe3+;
假设
c:
酸性溶液中
NO3-具有氧化性,可产生
Fe3+;
假设
d:
根据_______现象,判断溶液中存在
Ag+,可产生
Fe3+。
③下列实验Ⅰ可证实假设
a、b、c
不是产生
Fe3+的主要原因。
实验Ⅱ可证实假设
d成立。
实验Ⅰ:
向硝酸酸化的________溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,不
同时间取上层清液滴加KSCN溶液,3min时溶液呈浅红色,30min后溶液几乎无色。
实验Ⅱ:
装置如图。
其中甲溶液是________,操作及现象是________________。
(3)根据实验现象,结合方程式推测实验ⅰ
~ⅲ中Fe3+浓度变化的原因:
______。
【答案】
(1)①加硝酸加热溶解固体,再滴加稀盐酸,产生白色沉淀
②Fe2+
(2)
Fe+2Fe3+=3Fe2+
②4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O
加入KSCN溶液后产生白色沉淀
③0.05mol·L-1NaNO3溶液
FeSO4溶液(或FeCl2溶液)
分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液,同时滴加
KSCN溶液,后者红
色更深
(3)溶液中存在反应:
①Fe+2Ag
+2+
+2+
3+
3+
2+
。
=Fe+2Ag
,②Ag+Fe=Ag+Fe
,③Fe+2Fe=3Fe
反应开始时,c(Ag+)大,以反应①、②为主,
c(Fe3+)增大。
约30
分钟后,c(Ag+)小,以
反应③为主,c(Fe3+)减小。
【名师点睛】该题是一个探究性试题,主要考查部分基础化学反应原理、物质的检验、实验
分析、有盐桥的原电池结构、实验设计等知识,考查考生实验理解能力、根据要求进行
实验设计的能力和对问题的综合分析能力。
注意控制变量思想方法的应用,探究实验异
常现象成为近几年实验探究命题的热点,突出对实验能力的考查。
该题为实验探究题,
装置图、流程图很简单,
但探究过程较复杂,准确全面获取信息、通过控制变量思想进
行逻辑分析是解题的关键,
凭感觉做题,不容易准确获取题中信息。
该类试题的解题策
略为:
(1)确定变量:
解答这类题目时首先要认真审题,理清影响实验探究结果的因素
有哪些。
(2)定多变:
在探究时,应该先确定其他的因素不变,只变化一种因素,看这
种因素与探究的问题存在怎样的关系;这样确定一种以后,再确定另一种,通过分析每
种因素与所探究问题之间的关系,得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。
(3)数
据有效;解答时注意选择数据(或设置实验)要有效,且变量统一,否则无法做出正确判
断。
另外探究性题型中考虑问题的思路不能局限于个别问题、不能局限于固定的知识,
需要全面考虑。
如本题最后的一问解答以及中间涉及的
Fe与Fe3+反应在本题中的理解。
证明一个问题时,为了防止干扰,一般都需要做对比试验、空白试验。
3.【2016新课标2卷】某班同学用如下实验探究
Fe2+、Fe3+的性质。
回答下列问题:
(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成
0.1mol/L的溶液.在FeCl2溶液
中需加入少量铁屑,其目的是________。
(2)甲组同学取2mLFeCl2溶液,加入几滴氯水,再加入
1滴KSCN溶液,溶液变
红,说明
2+
溶液与氯水反应的离子方程式为_______。
Cl2可将Fe氧化。
FeCl2
(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨,该组同学在
2mLFeCl2溶液中先加入0.
5mL
煤油,再于液面下依次加入几滴氯水和l滴KSCN溶液,溶液变红,煤油的作用是
______。
(4)丙组同学取10mL0.1mol/LKI溶液,加入6mL0.1mol/LFeCl3溶液混合。
分别取
2mL此溶液于3支试管中进行如下实验:
①第一支试管中加入
1mLCCl4充分振荡、静置,CCl4层呈紫色;
②第二只试管中加入
1
滴K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀:
③第三支试管中加入
1
滴KSCN溶液,溶液变红。
实验②检验的离子是
_____(填离子符号);实验①和③说明:
在I-过量的情况下,
溶液中仍含有______(填离子符号),由此可以证明该氧化还原反应为______。
(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl3溶液,溶液变成棕黄色,发生反应的离子方程式为________;一段时间后.溶液中有气泡出现,并放热,随后有红褐色沉淀生成。
产生气泡的原因是______;生成沉淀的原因是______(用平
衡移动原理解释)。
【答案】
(1)防止Fe2+被氧化
(2)2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-
(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)
(4)Fe2+;Fe3+;可逆反应
(5)H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O,Fe3+催化H2O2分解产生O2;H2O2分解反应放热,促进Fe3+的水解平衡正向移动。
(5)H2O2溶液中加入几滴酸化的FeCl3溶液,溶液变成棕黄色,发生反应的离子方程
式为
2+
+
3+
H2O2+2Fe+2H=2Fe+2H2O,铁离子的溶液呈棕黄色;一段时间后.溶液中有气泡
出现,并放热。
随后有红褐色沉淀生成,产生气泡的原因是
H2O2分解放出氧气,而反
应放热,促进
Fe3+的水解平衡正向移动。
【考点定位】考查铁离子和亚铁离子的性质,离子的检验,
H2O2的性质,盐类的水解等知
识。
【名师点睛】本题以常见的铁离子和亚铁离子的性质、
H2O2的性质为基础,考查了探究实
验方案的设计与评价,
学生读题不会感到陌生,
有利于考查学生的基础知识,
涉及铁离
子和亚铁离子的性质,离子的检验,H2O2的性质,盐类的水解等知识。
①人们常用KSCN溶液检验Fe3+的存在,若向溶液中加入几滴KSCN溶液,溶液呈血红色,则该溶液中含
义Fe
3+
K3[Fe(CN)6]溶液检验
2+
的存在,若向溶液中加入几滴
;②人们常用
Fe
K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀,则该溶液中含义
2+
Fe。
4.【2016北京卷】以Na2SO3溶液和不同金属的硫酸盐溶液作为实验对象,探究盐的性质和
盐溶液间反应的多样性。
试剂
实验
现象
滴管
试管
饱和Ag2SO4溶液
Ⅰ.产生白色沉淀
0.2
mol·L-1
0.2mol·L-1
CuSO4溶液
Ⅱ.溶液变绿,继续滴加
产生棕黄色沉淀
Na2SO3溶液
Ⅲ.开始无明显变化,继
0.1mol·L-1
Al2(SO4)3溶液
2mL
续滴加产生白色沉淀
(1)经检验,现象Ⅰ中的白色沉淀是
Ag2SO3。
用离子方程式解释现象Ⅰ:
_____。
(2)经检验,现象Ⅱ的棕黄色沉淀中不含
2-
+
2+
2-
。
SO4
,含有Cu、Cu和SO3
已知:
Cu+
Cu+Cu2+,Cu2+
CuI↓(白色)+I2。
①用稀硫酸证实沉淀中含有
+
的实验现象是_____________。
Cu
②通过下列实验证实,沉淀中含有
2+
2-
。
Cu和SO3
KI溶液
洗净的棕黄色沉淀
取上层清液
分成两份
淀粉溶液
试剂1
无明
显现象
白色沉淀A
a.白色沉淀A是BaSO4,试剂
1是____________。
b.证实沉淀中含有
Cu2+和SO3
2-的理由是___________。
(3)已知:
Al(SO)
在水溶液中不存在。
经检验,现象Ⅲ的白色沉淀中无
SO2-,
2
4
3
4
该白色沉淀既能溶于强酸,又能溶于强碱,还可使酸性
KMnO4溶液褪色。
①推测沉淀中含有亚硫酸根和
________。
②对于沉淀中亚硫酸根的存在形式提出两种假设:
i.被Al(OH)3所吸附;
ii.存在于铝的碱式盐中。
对假设ii设计了对比实验,证实了假设ii成立。
a.将对比实验方案补充完整。
步骤二:
_____________(按上图形式呈现)。
(4)根据实验,亚硫酸盐的性质有______。
盐溶液间反应的多样性与___有关。
【答案】
(1)2Ag++SO32—=Ag2SO4↓。
(2)①加入稀硫酸后,有红色固体生成;②a.HCl
和BaCl2溶液。
b.在I-的作用下,Cu2+转化为白色沉淀CuI,SO32-转化为SO42-。
(3)①Al3+、OH-。
②a、,b、V1明显
大于V2。
(4)还原性、水解溶液显碱性;两种盐溶液中阴阳离子的性质和反应条件。
②分析实验流程知实验原理为2Cu2++4I-==2CuI+I2、I2+SO32-+H2O=SO42—+2I-+2H+,SO42-+Ba2+==BaSO4↓,则
a.白色沉淀A是BaSO4,试剂1是盐酸酸化的BaCl2溶液。
b.证实沉淀中含有
+
和SO3
2-的理由是棕黄色沉淀与
KI溶液反应生成白色沉淀(CuI),
Cu
证明含有Cu+,白色沉淀A为硫酸钡,证明含有SO32—。
(3)①根据题意可知实验Ⅲ的白色沉淀中无SO42-,该白色沉淀既能溶于强酸,又能溶
于强碱,还可使酸性KMnO4溶液褪色,则
①推测沉淀中含有亚硫酸根和氢氧化铝。
②a、铝的酸式盐与氢氧化钠反应消耗的氢氧化钠的含量大于氢氧化铝,所以反应应该
设计一个定量对比试验,根据白色固体消耗氢氧化钠的量不同来证实假设ⅱ成立,即实验方案设计步骤二为:
,且V1明显大于
V2,可说明沉淀中亚硫酸根存在于碱式盐中。
(4)根据实验白色沉淀能使酸性高锰酸钾溶液褪色,说明亚硫酸盐具有还原性,另外
亚硫酸根水解呈碱性。
根据实验现象可得盐溶液间反应的多样性与盐的性质和溶液的酸
碱性有关。
【考点定位】本题主要是考查化学实验方案的分析、评价和设计等
【名师点晴】控制变量思想方法,探究实验异常现象成为近几年实验探究命题的热点。
该题
为实验探究题,装置图、流程图很简单,但探究过程较复杂,准确全面获取信息、通过
控制变量思想进行逻辑分析是解题的关键,凭感觉做题,不容易准确获取题中信息。
该
类试题的解题策略为:
(1)确定变量:
解答这类题目时首先要认真审题,理清影响实验探究结果的因素有哪些。
(2)定多变:
在探究时,应该先确定其他的因素不变,只变化
一种因素,看这种因素与探究的问题存在怎样的关系;这样确定一种以后,再确定另一
种,通过分析每种因素与所探究问题之间的关系,得出所有影响因素与所探究问题之间
的关系。
(3)数据有效;解答时注意选择数据(或设置实验)要有效,且变量统一,否则
无法做出正确判断。
5.【2016江苏卷】铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)、纳米铁粉均可用于处理水中污染
物。
(2)在相同条件下,测量总质量相同、铁的质量分数不同的铁炭混合物对水中Cu2+和
Pb2+的去除率,结果如图所示。
①当铁炭混合物中铁的质量分数为
0时,也能去除水中少量的
2+
2+
Cu和Pb,其原因
是__________。
②当铁炭混合物中铁的质量分数大于
50%时,随着铁的质量分数的增加,
2+
2+
Cu和Pb
的去除率不升反降,其主要原因是
_____________。
(3)纳米铁粉可用于处理地下水中的污染物。
①一定条件下,向
FeSO4溶液中滴加碱性
NaBH4溶液,溶液中BH4–(B元素的化
2+
H2
-
。
合价为+3)与Fe
反应生成纳米铁粉、
和B(OH)4
,其离子方程式为
②纳米铁粉与水中
-
反应的离子方程式为4Fe+NO
–
+
2+
+
NO3
3
+10H===4Fe+NH4+3H2O
研究发现,若pH偏低将会导致
NO3-的去除率下降,其原因是
。
③相同条件下,纳米铁粉去除不同水样中
NO3
-的速率有较大差异(见图),产生该
差异的可能原因是
。
【答案】
(2)①活性炭对
2+
2+
有吸附作用
Cu
和Pb
②铁的质量分数增加,铁炭混合物中微电池数目减少
2+-
-
-
②纳米铁粉与
+
反应生成H2
(3)①2Fe+BH4
+4OH
===2Fe+B(OH)4+2H2↑
H
2+
-
③Cu或Cu催化纳米铁粉去除
NO3的反应(或形成的Fe-Cu原电池增大纳米铁粉去
除NO3-的反应速率)
(3)①一定条件下,向FeSO4溶液中滴加碱性NaBH4溶液,溶液中BH4–(B元素的
化合价为+3)与
Fe2+反应生成纳米铁粉、H2和B(OH)4-,根据电子守恒、电荷守恒及原子守恒,可得反
应的离子方程式为
+-
-
-
2Fe2
+BH4+4OH
===2Fe+B(OH)4+2H2↑;
②纳米铁粉与水中
-
反应的离子方程式为
-
+
2+
+
+3H2O,若
NO3
4Fe+NO3
+10H===4Fe+NH4
pH偏低,则溶液的酸性增强,会发生反应:
+
2+
-
的去除率
Fe+2H===Fe+H2↑;导致
NO3
下降;
③根据图像可知,相同条件下,纳米铁粉去除不同水样中NO3-的速率有较大差异,可
能是由于Cu或Cu2+催化纳米铁粉去除NO3-的反应(或形成的Fe-Cu原电池增大纳米铁粉去除NO3-的反应速率)。
【考点定位】本题主要是考查铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)、纳米铁粉处理污水的
实验设计与探究
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