高考化学高分策略讲义大题题型专攻3 综合实验探究.docx
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高考化学高分策略讲义大题题型专攻3综合实验探究
大题题型专攻三
综合实验探究
[题型简介] 分析近几年全国卷试题,非选择题涉及的综合实验题是每年考查能力的综合压轴题,其综合性强、难度大,是一道拉分的主要试题。
可以说此题的得分高低决定了化学学科的高考成败。
主要涉及的热点有物质制备,物质性质探究和定量实验测定等。
(14分)(2018·全国卷Ⅰ)醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]为砖红色晶体,难溶于冷水,易溶于酸,在气体分析中用作氧气吸收剂。
一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂,将三价铬还原为二价铬;二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。
实验装置如图所示。
回答下列问题:
(1)实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却,目的是________。
仪器a的名称是________。
(2)将过量锌粒和氯化铬固体置于c中,加入少量蒸馏水,按图连接好装置。
打开K1、K2,关闭K3。
①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色,该反应的离子方程式为
____________________________________________________________。
②同时c中有气体产生,该气体的作用是
____________________________________________________________
___________________________________________________________。
(3)打开K3,关闭K1和K2。
c中亮蓝色溶液流入d,其原因是
____________________________________________________________;
d中析出砖红色沉淀。
为使沉淀充分析出并分离,需采用的操作是________、________、洗涤、干燥。
(4)指出装置d可能存在的缺点
____________________________________________________________
____________________________________________________________。
[命题立意]
设问
知识落点
核心素养
(1)
水中溶解氧的除去方法——煮沸;分液漏斗名称
宏观辨识
(2)
H2排除空气中O2,形成非O2环境;书写离子方程式
宏观辨识和证据推理
(3)
液体流动的原因——压强变化,分离提纯方案与原理
科学探究与宏观辨识
(4)
产品形成于敝口仪器中,易被氧化
宏观辨识和创新意识
【解答指导】
(1)整体分析
(2)醋酸亚铬制备流程
CrCl3
Cr2+
(CH3COO)2Cr
[(CH3COO)2Cr·2H2O]
(3)实验装置分析
b——随时排出c中产生的气体,同时防止外界O2进入c中
c——Zn与Cr3+反应的装置,为无O2环境
d——Cr2+与CH3COO-反应生成沉淀产物的装置,应为无O2环境,防止产物被O2氧化
【解析】
(1)审题时抓住醋酸亚铬“在气体分析中用作氧气吸收剂”,这暗示醋酸亚铬具有强还原性,易被氧气氧化,故该实验中使用的蒸馏水必须去除溶解氧。
(2)①依题意可知,c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色,主要是由于锌与铬离子反应生成亚铬离子和锌离子,即Zn+2Cr3+===Zn2++2Cr2+。
②c中产生的气体为氢气,该气体主要用于排尽装置内的空气,避免O2氧化Cr2+。
(3)c中有氢气产生,打开K3,关闭K1和K2后,c中压强大于外界压强,从而将c中溶液压入醋酸钠溶液中。
析出并分离产品的操作是冷却、过滤、洗涤、干燥。
(4)观察d装置,可发现其与空气相通,这会导致生成的醋酸亚铬被O2氧化。
【答案与评分标准】
(1)去除水中溶解氧(2分,合理即可) 分液(或滴液)漏斗(2分,答“漏斗”“长颈漏斗”均不给分)
(2)①Zn+2Cr3+===Zn2++2Cr2+(2分,不配平或写化学方程式均不给分)
②排除c中空气(2分,排空也给分)
(3)c中产生H2使压强大于大气压(2分,或c中压强大于d中压强,给1分) 冷却(1分,“冰浴”或“降温”也给分) 过滤(1分)
(4)敞开体系,可能使醋酸亚铬与空气接触(2分,答“生成的醋酸亚铬与空气接触被氧化”或“d中的空气接触醋酸亚铬”也给分)
[题后升华]
物质制备实验的9大注意
(1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸。
(2)进行某些易燃易爆实验时要防爆炸(如H2还原CuO应先通H2,气体点燃前先验纯等)。
(3)防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”,白磷切割宜在水中进行等)。
(4)防吸水(实验取用和制取易吸水、潮解、水解的物质宜采取必要措施,以保证达到实验目的。
如NaOH固体应放在烧杯等玻璃器皿中称量)。
(5)冷凝回流:
有些反应中,为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料,需在反应装置上加装冷凝回流装置(如长玻璃管、冷凝管等)。
(6)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却。
(7)仪器拆卸的科学性与安全性(也从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑)。
(8)其他,如实验操作顺序,试剂加入顺序等。
(9)有毒易燃气体尾气处理方法。
(2018·试题调研)氯化亚铜(CuCl)是一种重要的催化剂。
实验室按如图所示装置和方案制备氯化亚铜。
已知:
Cu2++4Cl-+Cu
2[CuCl2]-。
实验步骤:
①加热至50℃,铜丝表面产生无色气泡,液面上方有红棕色气体产生;
②通入O2并调节O2的量保持三颈烧瓶内压强不变,停止加热,反应继续进行,且越来越剧烈;
③反应停止后冷却至室温,待气囊变瘪,三颈烧瓶内红棕色气体消失时关闭K;
④将液体(含[CuCl2]-)转移至烧杯中用蒸馏水稀释,产生白色沉淀,过滤得氯化亚铜粗品;
⑤氯化亚铜粗品经洗涤、烘干,得到氯化亚铜。
回答下列问题:
(1)步骤①中铜丝表面产生无色气泡的反应的离子方程式是_____________。
(2)步骤②中停止加热后,反应越来越剧烈的原因是____________
____________________________________________________________。
(3)步骤③中三颈烧瓶内红棕色气体消失的原因是__________________
___________________________________________________________
(结合化学方程式回答)。
(4)步骤④中产生白色沉淀的反应的离子方程是_____________________
____________________________________________________________。
(5)步骤④所得滤液经浓缩后可返回至三颈烧瓶继续使用,此时需向三颈烧瓶内补充的物质有______________________________________。
(6)步骤⑤中用蒸馏水洗涤氯化亚铜粗品时,表面会产生浅黄色固体CuOH,用化学平衡移动原理解释白色固体变黄的原因:
________________________
____________________________________________________________。
【解析】
(1)步骤①中铜丝表面产生无色气泡的反应的离子方程式是3Cu+8H++2NO
===3Cu2++2NO↑+4H2O。
(2)步骤②中停止加热后,反应越来越剧烈的原因是Cu与稀硝酸反应放热,溶液温度升高,反应速率加快。
(3)步骤③中三颈烧瓶内红棕色气体消失的原因是发生反应:
4NO2+O2+2H2O===4HNO3(或3NO2+H2O===2HNO3+NO,2NO+O2===2NO2),NO2完全转化为硝酸。
(4)步骤④中产生白色沉淀CuCl,则步骤④中产生白色沉淀的反应的离子方程式是[CuCl2]-===CuCl↓+Cl-。
(5)步骤④所得滤液含氯化铜,结合初始物质可知,此时需向三颈烧瓶内补充的物质有铜丝和盐酸。
(6)步骤⑤中用蒸馏水洗涤氯化亚铜粗品时,表面会产生浅黄色固体CuOH的原因是用水洗涤CuCl粗品时,固体表面吸附的c(HCl)减小,反应CuCl(s)+H2O(l)
CuOH(s)+HCl(aq)向正反应方向移动,CuCl转化为CuOH。
【答案】
(1)3Cu+8H++2NO
===3Cu2++2NO↑+4H2O
(2)Cu与HNO3反应放热,溶液温度升高,反应速率加快 (3)发生反应4NO2+O2+2H2O===4HNO3(或3NO2+H2O===2HNO3+NO,2NO+O2===2NO2),NO2完全转化为硝酸 (4)[CuCl2]-===CuCl↓+Cl- (5)铜丝和盐酸 (6)用水洗涤CuCl粗品时,固体表面吸附的c(HCl)减小,CuCl(s)+H2O(l)
CuOH(s)+HCl(aq)向正反应方向移动,CuCl转化为CuOH
(14分)(2017·全国卷Ⅲ)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)2 e.浓H2SO4
②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式__________________________
____________________________________________________________。
[命题立意]
设问
知识落点
核心素养
(1)
Fe2+被O2氧化为Fe3+、Fe3+与KSCN作用溶液变红
宏观辨识与证据推理
(2)
仪器名称、实验操作顺序、定量分析与评价
宏观辨识与科学探究
(3)
实验设计、现象描述、化学用语书写
宏观辨识、科学探究与创新意识
【解答指导】
(1)Fe3+遇KSCN溶液变红⇒FeSO4样品无Fe3+,Fe2+易被O2氧化为Fe3+。
(2)②FeSO4易被O2氧化⇒绿矾加热时应先通N2排空,冷却时应在N2中冷却⇒操作顺序为dabfce。
③FeSO4·xH2O
FeSO4 + xH2O
⇒
=
⇒x=
⇒接ad次序,最后称量质量偏大(即m3偏大)⇒x偏小
(3)FeSO4强热分解生成红棕色粉末(Fe2O3)⇒生成的气体中可能有SO2、SO3的一种或两种⇒检验SO2用品红溶液,检验SO3用BaCl2溶液,不能用Ba(NO3)2溶液检验SO3。
⇒FeSO4的分解反应。
【解析】
(1)绿矾溶液中滴加KSCN溶液,溶液颜色无明显变化,说明样品中没有Fe3+;再向试管中通入空气,溶液变红,说明有Fe3+生成,即Fe2+易被氧气氧化为Fe3+。
(2)①由仪器的构造特征可知,B为干燥管。
②实验时,为防止空气中的O2将Fe2+氧化,应先通入N2将装置中的O2排净,然后点燃酒精灯加热。
停止加热后,为防止FeSO4吸收空气中的水蒸气,待玻璃管冷却,关闭K1和K2后再称重。
故实验操作步骤应为d、a、b、f、c、e。
③由题意知,绿矾的质量为(m2-m1)g,加热后FeSO4的质量为(m3-m1)g,结晶水的质量为(m2-m3)g。
设绿矾的化学式为FeSO4·xH2O,则
FeSO4·xH2O
FeSO4 + xH2O
15218x
(m3-m1)g(m2-m3)g
=
解得:
x=
若实验中,按a、d次序操作,则会导致绿矾吸收空气中的氧气,从而使加热后的固体质量m3增大,则测出结晶水的值x偏小。
(3)残留固体为红色,说明有Fe2O3生成,即分解过程中发生了氧化还原反应,根据Fe元素的化合价变化可知一定有SO2生成,即FeSO4
Fe2O3+SO2↑,根据电子转移守恒可得2FeSO4
Fe2O3+SO2↑,最后根据S元素守恒配平可得化学方程式:
2FeSO4
Fe2O3+SO2↑+SO3↑。
SO3溶于水生成H2SO4,H2SO4和Ba2+可生成白色沉淀BaSO4,由于Ba(NO3)2在酸性溶液中具有强氧化性,能氧化SO2,故应该先用BaCl2检验SO3,检验SO2可用品红溶液,故C、D的溶液依次为BaCl2溶液和品红。
实验现象是C中溶液产生白色沉淀,D中品红溶液褪色或变浅。
【答案及评分标准】
(1)样品中没有Fe3+ Fe2+易被氧化成Fe3+(或样品中没有+3价Fe,Fe2+易被氧化为Fe3+)(每空1分、共2分)
(2)①干燥管(或球形干燥管)(1分)
②dabfce(2分)(其他顺序不给分)
③
(2分) 偏小(1分)
(3)①c、a(2分,顺序错不给分) 产生白色沉淀、褪色(每空1分)
②2FeSO4
Fe2O3+SO2↑+SO3↑[2分,不注“高温”扣1分,不配平不给分,不注气体符号(↑)扣1分]
(1)探究型综合实验思维流程
①认真审题,明确实验目的,找出实验原理。
②根据实验原理选择仪器和药品,并设计出合理的实验装置和操作步骤。
③准确判断实验过程中的实验现象,并运用分析、计算、图表、推理等方法处理有关实验现象和数据,得出正确的结论。
(2)解答探究型实验综合题的注意事项
①“合理选择”是指仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。
仪器的选择又包括发生装置(几种基本类型)、净化装置(除杂的试剂与顺序)、反应装置、尾气处理装置等;药品的选择包括药品的种类、浓度、状态等;连接方式的选择指仪器的先后顺序,导管接口的连接顺序等。
②“排除干扰”是指反应条件的控制、防止空气成分介入、尽量避免副反应、杂质的清除以及防止产物的挥发、水解等对实验的干扰。
③“操作准确”则要求熟悉主要仪器的性能、用途和典型的实验操作步骤。
1.(2018·成都一模)工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸。
为研究铁质材料与热浓硫酸的反应,某学习小组进行以下探究活动:
【探究一】
(1)将已除去表面氧化物的铁钉(碳素钢)放入冷浓硫酸中,10分钟后移入硫酸铜溶液中,片刻后取出观察,铁钉表面无明显变化,其原因是____________________________________________________________。
(2)另取铁钉放入一定量浓硫酸中加热,充分反应后得到溶液X并收集到干燥气体Y。
①甲同学认为X中可能含有Fe3+和Fe2+。
若要确认其中的Fe2+,应选用________(填序号)。
a.KSCN溶液 b.铁氰化钾溶液 c.盐酸
②乙同学取448mL(标准状况)气体Y通入足量溴水中,发生反应的离子方程式为________________________________________________,
充分反应后,加入足量BaCl2溶液,经适当操作后得干燥固体2.33g。
可推知气体Y中SO2的体积分数为______。
【探究二】据探究一所测SO2的体积分数,丙同学认为气体Y中可能还含有CO2和Q气体,因此设计了下列实验装置(图中夹持仪器省略,实验前已将装置中空气排尽)进一步探究。
(3)装置A中的现象是_____________________________________,
其作用是____________________________________________。
A B C D E M
(4)为判断CO2是否存在,需将装置M添加在________(填字母)。
a.A之前 B.A、B之间
c.B、C之间D.C、D之间
若存在CO2,则产生CO2气体的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
(5)若C中固体变红,D中固体变蓝,则Q是________(填化学式),产生该气体的原因是_____________________________________________
________________________________________________________。
(6)若某气体可能由CO2、SO2、H2中的一种或多种组成,经测定其中氧的质量分数为50%,则该气体的组成可能为________(填字母)。
a.SO2b.H2、SO2
c.H2、CO2d.CO2、SO2
e.SO2、CO2、H2
【解析】
(1)铁钉放入冷浓硫酸中,浓硫酸有较强的氧化性,能使铁钉钝化阻止反应进一步进行。
(2)①亚铁离子能与铁氰化钾溶液反应产生蓝色沉淀。
②SO2具有还原性,通入足量溴水中,发生反应的离子方程式为SO2+Br2+2H2O===4H++2Br-+SO
;生成的硫酸遇到氯化钡会产生白色沉淀,则
SO2 ~BaSO4
1mol 233g
n 2.33g
n=0.01mol
Y气体的物质的量是0.448L÷22.4L·mol-1=0.02mol,同温同压下气体的体积与物质的量成正比,所以二氧化硫的体积分数为
×100%=50%。
(3)SO2会干扰CO2的检验,所以A的作用是除去二氧化硫并检验二氧化硫是否除尽。
(4)由于碱石灰能吸收CO2,所以在检验Q气体之前首先检验CO2,因此M应该放在A、B之间;在加热时,铁钉中不仅铁和浓硫酸反应,碳和浓硫酸也反应,碳和浓硫酸反应方程式为C+2H2SO4(浓)
CO2↑+2SO2↑+2H2O,其中氧化剂是浓硫酸,还原剂是碳,氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1。
(5)若C中固体变红,说明有红色的铜单质生成;D中固体变蓝,说明有水生成,因此Q是氢气。
这是由于浓硫酸变稀,铁与稀硫酸反应产生氢气。
(6)若某气体可能由CO2、SO2、H2中的一种或多种组成,经测定其中氧元素的质量分数为50%,由于SO2中氧元素的质量分数是50%,而CO2中氧元素的质量分数大于50%,所以该气体的组成可能为SO2或H2、CO2或SO2、CO2、H2。
【答案】
(1)铁在冷浓硫酸中钝化
(2)①b ②SO2+Br2+2H2O===4H++2Br-+SO
50%
(3)溶液颜色变浅 除去SO2并检验SO2是否除尽
(4)b 2∶1 (5)H2 随着反应进行,浓硫酸变稀,铁与稀硫酸反应产生氢气 (6)ace
2.(2018·试题调研)某学习小组通过如图所示装置探究MnO2与FeCl3·6H2O能否反应产生Cl2。
已知:
FeCl3在37℃熔化,100℃挥发。
实验一:
点燃酒精灯,加热混合物。
观察到的现象有①装置a中部分固体溶解,上方出现白雾;②稍后产生黄色气体,管壁附着黄色液滴;③装置b中溶液变蓝。
实验二:
该小组继续研究现象②中黄色气体的成分。
实验如下:
加热FeCl3·6H2O,产生白雾和黄色气体。
(1)至此该小组大胆预测现象②中黄色气体含有________。
实验三:
为进一步确认黄色气体是否含有Cl2,该小组在保持原有装置的基础上稍加变动即证实了Cl2的存在。
(2)该小组的方法是__________________________________________。
【解析】
(1)根据FeCl3的熔点和挥发温度,加热单一的物质FeCl3·6H2O也产生黄色气体,则黄色气体含有挥发的FeCl3。
(2)将装置b中的溶液换成NaBr溶液,若黄色气体中含有Cl2,则可以氧化Br-。
【答案】
(1)FeCl3
(2)将装置b中的溶液换成NaBr溶液
(15分)(2014·全国卷Ⅱ)某小组以CoCl2·6H2O、NH4Cl、H2O2、浓氨水为原料,在活性炭催化下,合成了橙黄色晶体X。
为确定其组成,进行如下实验。
①氨的测定:
精确称取wgX,加适量水溶解,注入如图所示的三颈瓶中,然后逐滴加入足量10%NaOH溶液,通入水蒸气,将样品液中的氨全部蒸出,用V1mLc1mol·L-1的盐酸标准溶液吸收。
蒸氨结束后取下接收瓶,用c2mol·L-1NaOH标准溶液滴定过剩的HCl,到终点时消耗V2mLNaOH溶液。
氨的测定装置(已省略加热和夹持装置)
②氯的测定:
准确称取样品X,配成溶液后用AgNO3标准溶液滴定,K2CrO4溶液为指示剂,至出现淡红色沉淀且不再消失为终点(Ag2CrO4为砖红色)。
回答下列问题:
(1)装置中安全管的作用原理是___________________________。
(2)用NaOH标准溶液滴定过剩的HCl时,应使用________式滴定管,可使用的指示剂为________。
(3)样品中氨的质量分数表达式为________________________。
(4)测定氨前应该对装置进行气密性检验,若气密性不好测定结果将________(填“偏高”或“偏低”)。
(5)测定氯的过程中,使用棕色滴定管的原因是_____________________
____________________________________________________________;
滴定终点时,若溶液中c(Ag+)=2.0×10-5mol·L-1,c(CrO
)为________mol·L-1。
[已知:
Ksp(Ag2CrO4)=1.12×10-12]
(6)经测定,样品X中钴、氨和氯的物质的量之比为1∶6∶3,钴的化合价为________。
制备X的化学方程式为___________________________
____________________________________________________________;
X的制备过程中温度不能过高的原因是_________________________。
[命题立意]
设问
知识落点
核心素养
(1)
导管的安全的原理——液面变化
宏观辨识与安全意识
(2)
滴定管的选择与指示剂选择
宏观辨识与证据推理
(3)
定量计算与数据处理
证据推理与科学精神
(4)
滴定误差分析
(5)
仪器选择与
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