江蘇2022屆高考化學二輪：化學實驗 突破(二)由“暖寶寶”的成分的猜想與驗證建構(gòu)探究類綜合實驗的思維模型

微點突破課(二)|由“暖寶寶”的成分的猜想與驗證建構(gòu)探究類綜合實驗的思維模型課題探究——體貼入微的“暖寶寶”———————————(體現(xiàn)知識的轉(zhuǎn)化，強化遷移應用能力)生活中有一些人比較怕冷，或身體的某個部位需要熱敷，常常會用到一種保暖產(chǎn)品——暖寶寶。它的使用方法很簡單：撕開外層包裝袋，粘在內(nèi)衣外層，即有暖熱感。最高溫度63℃，平均溫度53℃，熱量可持續(xù)12小時左右。[問題設計]1．根據(jù)產(chǎn)品使用說明及粉末顏色提出猜想：小明想探究暖寶寶中的主要成分是什么，他剪開內(nèi)包裝袋，發(fā)現(xiàn)其中的粉末呈黑色。[提出猜想]該黑色粉末可能含有碳粉、鐵粉、二氧化錳、氧化銅、四氧化三鐵中的一種或幾種。[初步驗證]將磁鐵靠近黑色粉末，部分被吸引。[查閱資料]四氧化三鐵具有磁性，也能被磁鐵吸引。[初步結(jié)論]該黑色粉末可能含有________________________________。提示：鐵粉或四氧化三鐵2．根據(jù)查閱資料和已學知識設計實驗驗證猜想：[查閱資料](1)MnO2不與稀鹽酸反應。(2)Fe3O4與稀鹽酸反應的化學方程式：Fe3O4＋8HCl===FeCl2＋2FeCl3＋4H2O(3)Fe3O4、CuO均可作過氧化氫分解反應的催化劑。[進行實驗]由實驗①可知，該黑色粉末肯定含__________，肯定不含_________。寫出實驗①反應的化學方程式：__________________________________。由實驗②可知，該黑色粉末肯定含____________。[得出結(jié)論]暖寶寶的組成可能是________________________________。提示：鐵粉氧化銅Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑碳粉碳粉、鐵粉、四氧化三鐵或碳粉、鐵粉、二氧化錳或碳粉、鐵粉、二氧化錳、四氧化三鐵實驗編號實驗操作

實驗現(xiàn)象①取黑色粉末加足量稀鹽酸

固體部分溶解

有氣泡產(chǎn)生，溶液無藍色②取實驗①的殘渣灼燒，將內(nèi)壁涂有澄清石灰水的小燒杯罩在上方澄清石灰水變渾濁[思維建模]猜想探究性實驗的設計類型(一)性質(zhì)、原理探究類綜合實驗1．性質(zhì)、原理探究類實驗的設計角度分析類型思考方向酸性強弱比較可通過強酸制弱酸、對應鹽溶液的酸堿性、同濃度溶液導電能力或pH等方法來比較金屬性強弱比較可通過與水或酸反應置換氫的能力、最高價氧化物對應水化物的堿性、置換反應、原電池的正負極、電解池中陰極陽離子的放電順序等方法來比較非金屬性強弱比較可通過最高價氧化物對應水化物的酸性、氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性、與H2化合的難易程度、相互之間的置換、對應陰離子的還原性等方法來比較類型思考方向弱酸酸式鹽的電離程度與水解程度比較可通過測定溶液酸堿性的方法來比較Ksp的大小比較(以AgCl、AgI為例)①向少量的AgNO3溶液中滴加NaCl溶液至不再有白色沉淀生成，再向其中滴加KI溶液產(chǎn)生黃色沉淀；②向濃度均為0.1mol·L－1的NaCl、NaI混合溶液中滴加0.1mol·L－1AgNO3溶液，先產(chǎn)生黃色沉淀類型思考方向一元酸、二元酸判斷可用NaOH溶液進行中和滴定測定消耗V(NaOH)來確定羥基的數(shù)目判斷可通過取一定量試劑與足量Na反應測定放出氫氣的量來確定羧基的數(shù)目判斷可通過取一定量試劑與足量NaHCO3反應測定放出CO2的量來確定2．性質(zhì)、原理探究類實驗答題示例分析探究類型探究方法示例探究Cl2、Fe3＋、I2的氧化性強弱利用“氧化劑的氧化性強于氧化產(chǎn)物的氧化性”原理探究：將氯氣通入FeCl2溶液中，氯氣將Fe2＋氧化成Fe3＋；將FeCl3溶液滴入淀粉-KI溶液中，F(xiàn)e3＋將I－氧化成I2探究CuS、ZnS的溶度積大小向濃度相同的CuSO4、ZnSO4的混合液中滴入Na2S溶液，若先生成黑色沉淀CuS、后生成白色沉淀ZnS，則說明Ksp(ZnS)＞Ksp(CuS)

探究類型探究方法示例探究HCOOH、CH3COOH電離能力的強弱用pH試紙(或pH計)分別測定同濃度的HCOOH溶液、CH3COOH溶液的pH用pH試紙(或pH計)分別測定同濃度的HCOONa溶液、CH3COONa溶液的pH，若鹽溶液的pH越大，則對應酸的酸性越弱[典例]某化學興趣小組制取氯酸鉀和氯水并進行有關(guān)探究實驗。實驗一：制取氯酸鉀和氯水。利用如圖所示的實驗裝置(部分夾持裝置已省略)進行實驗。(1)將Cl2通入B裝置中得到的含氯產(chǎn)物為KClO3和KCl，該反應的離子方程式為____________________________________________________。(2)制取實驗結(jié)束后，取出B中試管冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌。過濾時需要用到的玻璃儀器有膠頭滴管、燒杯、________、________。(3)寫出D裝置中處理尾氣的離子方程式：________________________________________________________________________________________。實驗二：氯酸鉀碘化鉀反應的探究。(4)在不同條件下KClO3可將KI氧化為I2或KIO3。該小組設計了系列實驗研究反應條件對反應產(chǎn)物的影響，其中系列a實驗的記錄表(實驗在室溫下進行)：①系列a實驗的實驗目的是___________________________________。②設計1號試管實驗的作用是________________________________。③若2號試管實驗現(xiàn)象為“黃色溶液”，取少量該溶液加入淀粉溶液顯藍色；假設氧化產(chǎn)物唯一，還原產(chǎn)物為KCl，則此反應的離子方程式為______________________________。試管編號12340.20mol·L－1KI/mL1.01.01.01.0KClO3(s)/g0.100.100.100.106.0mol·L－1H2SO4/mL03.06.09.0蒸餾水/mL9.06.03.00實驗現(xiàn)象

實驗三：比較Cl2、Br2、I2的氧化性強弱。為比較Cl2、Br2、I2的氧化性強弱，設計了如圖所示的實驗步驟：(5)加入10滴KI溶液時，溶液的顏色由橙黃色變?yōu)槌燃t色，說明氧化性：Br2________I2(填“強于”或“弱于”)。(6)加入1mLCCl4后，振蕩靜置，最終試管中的現(xiàn)象為_____________。[題型技法]解性質(zhì)、原理探究類試題的思維流程[遷移應用](2021·廣東等級考)含氯物質(zhì)在生產(chǎn)生活中有重要作用。1774年，舍勒在研究軟錳礦(主要成分是MnO2)的過程中，將它與濃鹽酸混合加熱，產(chǎn)生了一種黃綠色氣體。1810年，戴維確認這是一種新元素組成的單質(zhì)，并命名為chlorine(中文命名“氯氣”)。(1)實驗室沿用舍勒的方法制取Cl2的化學方程式為_________________。(2)實驗室制取干燥Cl2時，凈化與收集Cl2所需裝置的接口連接順序為________。(3)某氯水久置后不能使品紅溶液褪色，可推測氯水中________已分解。檢驗此久置氯水中Cl－存在的操作及現(xiàn)象是__________________________。(4)某合作學習小組進行以下實驗探究。①實驗任務通過測定溶液電導率，探究溫度對AgCl溶解度的影響。②查閱資料電導率是表征電解質(zhì)溶液導電能力的物理量。溫度一定時，強電解質(zhì)稀溶液的電導率隨溶液中離子濃度的增大而增大；離子濃度一定時，稀溶液電導率隨溫度的升高而增大。25℃時，Ksp(AgCl)＝1.8×10－10。③提出猜想猜想a：較高溫度的AgCl飽和溶液的電導率較大。猜想b：AgCl在水中的溶解度S(45℃)>S(35℃)>S(25℃)。④設計實驗、驗證猜想取試樣Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(不同溫度下配制的AgCl飽和溶液)，在設定的測試溫度下，進行表1中實驗1～3，記錄數(shù)據(jù)。表1實驗序號試樣測試溫度/℃電導率/(μS·cm－1)1Ⅰ：25℃的AgCl飽和溶液25A12Ⅱ：35℃的AgCl飽和溶液35A23Ⅲ：45℃的AgCl飽和溶液45A3⑤數(shù)據(jù)分析、交流討論25℃的AgCl飽和溶液中，c(Cl－)＝______mol·L－1。實驗結(jié)果為A3>A2>A1。小組同學認為，此結(jié)果可以證明③中的猜想a成立，但不足以證明猜想b成立。結(jié)合②中信息，猜想b不足以成立的理由有_______________________。⑥優(yōu)化實驗小組同學為進一步驗證猜想b，在實驗1～3的基礎上完善方案，進行實驗4和5。請完成表2中內(nèi)容。表2⑦實驗總結(jié)根據(jù)實驗1～5的結(jié)果，并結(jié)合②中信息，小組同學認為猜想b也成立。猜想b成立的判斷依據(jù)是_____________________________________________________________________________________________________________。實驗序號試樣測試溫度/℃電導率/(μS·cm－1)4Ⅰ

B15

B22．根據(jù)特殊現(xiàn)象進行成分確定根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)，使被檢驗物質(zhì)與加入的試劑作用，轉(zhuǎn)變?yōu)槟撤N已知物質(zhì)，或產(chǎn)生某種特殊現(xiàn)象，從而確定該物質(zhì)的存在(物質(zhì)性質(zhì)也是幫助檢驗的重要依據(jù))。常見的特殊現(xiàn)象有：生成氣體能夠生成氣體的離子很多，生成的氣體的性質(zhì)也常有相似之處，判斷時要注意排除干擾離子生成沉淀許多金屬陽離子或酸根陰離子都可生成具有特殊顏色、特殊性質(zhì)的沉淀，但同時也應注意排除干擾離子呈現(xiàn)特殊顏色特殊顏色的出現(xiàn)或消失并配合特殊試劑，是鑒別物質(zhì)的常見方法，如KSCN檢驗Fe3＋、淀粉檢驗I2等[典例]綠礬(FeSO4·7H2O)在不同溫度下可分解得到各種鐵的氧化物和硫的氧化物。已知SO3是一種無色晶體，熔點16.8℃，沸點44.8℃，氧化性及脫水性較濃硫酸強，能漂白某些有機染料，如品紅等?；卮鹣铝袉栴}：(1)同學甲按如圖所示裝置實驗檢驗綠礬的分解產(chǎn)物。裝置B中可觀察到的現(xiàn)象是_____________________________________________________，由此得出綠礬的分解產(chǎn)物中含有SO2。裝置C的作用是______________。(2)同學乙認為同學甲的實驗結(jié)論不嚴謹。乙對甲做完實驗的B裝置試管進行加熱，發(fā)現(xiàn)褪色的品紅溶液未恢復紅色，則可證明綠礬分解的產(chǎn)物中________。(填字母)A．不含SO2

B．可能含SO2

C．一定含有SO3(3)同學丙查閱資料發(fā)現(xiàn)綠礬受熱分解還可能有O2放出。為此，丙選用甲的部分裝置和下列圖示部分裝置設計出了一套檢驗綠礬分解氣態(tài)產(chǎn)物的裝置：①同學丙的實驗裝置中，依次連接的合理順序為__________。②能證明綠礬分解產(chǎn)物中有O2的實驗操作及現(xiàn)象是________________。(4)為證明綠礬分解產(chǎn)物中含有三價鐵，選用的實驗儀器有試管、藥匙、________；選用的試劑為________。[解析]

(1)根據(jù)題意，綠礬在不同溫度下可分解得到各種鐵的氧化物和硫的氧化物，SO2、SO3都能使品紅溶液褪色，因此裝置B中可觀察到的現(xiàn)象是品紅溶液褪色；裝置C的作用是吸收尾氣，防止SO2(或SO3)等氣體擴散到空氣污染環(huán)境。(2)經(jīng)SO2漂白過的品紅溶液加熱后可恢復紅色，SO3也能漂白品紅，但SO3漂白后的品紅溶液加熱不恢復紅色，對B裝置試管進行加熱，褪色的品紅溶液未恢復紅色，說明產(chǎn)物中一定含SO3，可能含SO2。(3)①根據(jù)題意，綠礬分解的氣態(tài)產(chǎn)物可能有H2O(g)、SO2、SO3和O2，為了防止檢驗其他氣體時帶出的H2O(g)干擾分解產(chǎn)物H2O(g)的檢驗，故先檢驗產(chǎn)物H2O(g)；由于SO3也能漂白品紅，所以先檢驗SO3并除去SO3，后檢驗SO2；檢驗SO2后用堿液吸收SO2，收集并檢驗O2；裝置連接的合理順序為AFGBDH。②O2能使帶火星的木條復燃，證明綠礬分解產(chǎn)物中有O2的實驗操作及現(xiàn)象：把H中的導管移出水面，撤走酒精燈，用拇指堵住試管口，取出試管，立即把帶火星的木條伸入試管口內(nèi)，木條復燃，證明試管中收集的氣體是O2。(4)綠礬分解得到鐵的氧化物和硫的氧化物，要證明分解產(chǎn)物中含有三價鐵，用非氧化性酸將分解的固體產(chǎn)物溶解，再用KSCN溶液檢驗；選用的實驗儀器有試管、藥匙、膠頭滴管。[答案]

(1)品紅溶液褪色吸收尾氣，防止SO2(SO3)等氣體擴散到空氣污染環(huán)境(2)BC

(3)①AFGBDH

②把H中的導管移出水面，撤走酒精燈，用拇指堵住試管口，取出試管，立即把帶火星的木條伸入試管口內(nèi)，木條復燃，證明試管中收集的氣體是氧氣(4)膠頭滴管鹽酸、KSCN溶液[題型技法]

解物質(zhì)成分或反應產(chǎn)物探究類實驗題的思維流程[遷移應用]草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1＝5.4×10－2，K2＝5.4×10－5。草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水，而其鈣鹽難溶于水。草酸晶體(H2C2O4·2H2O)無色，熔點為101℃，易溶于水，受熱脫水、升華，170℃以上分解?；卮鹣铝袉栴}：(1)甲組同學按照如圖所示的裝置，通過實驗檢驗草酸晶體的分解產(chǎn)物。裝置C中可觀察到的現(xiàn)象是__________________________________，由此可知草酸晶體分解的產(chǎn)物中有________。裝置B的主要作用是______________________________________________________________________________________。(2)乙組同學認為草酸晶體分解的產(chǎn)物中含有CO，為進行驗證，選用甲組實驗中的裝置A、B和如圖所示的部分裝置(可以重復選用)進行實驗。①乙組同學的實驗裝置中，依次連接的合理順序為A、B、________。裝置H反應管中盛有的物質(zhì)是________。②能證明草酸晶體分解產(chǎn)物中有CO的現(xiàn)象是_________________________________________________________________________________________。(3)設計實驗證明：①草酸的酸性比碳酸的強：_______________________________________。②草酸為二元酸：______________