高考化學二輪復習簡易通 上篇 專題四 第13講 化學實驗綜合探究與評價（含解析）

第13講化學實驗綜合探究與評價(時間：45分鐘分值：100分)(共6個題，共100分)1．(2013·福建理綜，25)(16分)固體硝酸鹽加熱易分解且產(chǎn)物較復雜。某學習小組以Mg(NO3)2為研究對象，擬通過實驗探究其熱分解的產(chǎn)物，提出如下4種猜想：甲：Mg(NO2)2、NO2、O2乙：MgO、NO2、O2丙：Mg3N2、O2?。篗gO、NO2、N2(1)實驗小組成員經(jīng)討論認定猜想丁不成立，理由是________________________________________________________________________________________。查閱資料得知：2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O針對甲、乙、丙猜想，設計如下圖所示的實驗裝置(圖中加熱、夾持儀器等均省略)：(2)實驗過程①儀器連接后，放入固體試劑之前，關閉k，微熱硬質(zhì)玻璃管(A)，觀察到E中有氣泡連續(xù)放出，表明__________。②稱取Mg(NO3)2固體3.7g置于A中，加熱前通入N2以驅(qū)盡裝置內(nèi)的空氣，其目的是_________________________________________________________；關閉k，用酒精燈加熱時，正確操作是先________________________________，然后固定在管中固體部位下加熱。③觀察到A中有紅棕色氣體出現(xiàn)，C、D中未見明顯變化。④待樣品完全分解，A裝置冷卻至室溫、稱量，測得剩余固體的質(zhì)量為1.0g。⑤取少量剩余固體于試管中，加入適量水，未見明顯現(xiàn)象。(3)實驗結(jié)果分析討論①根據(jù)實驗現(xiàn)象和剩余固體的質(zhì)量經(jīng)分析可初步確認猜想______是正確的。②根據(jù)D中無明顯現(xiàn)象，一位同學認為不能確認分解產(chǎn)物中有O2，因為若有O2，D中將發(fā)生氧化還原反應：______________(填寫化學方程式)，溶液顏色會褪去；小組討論認定分解產(chǎn)物中有O2存在，未檢測到的原因是_____________________________________________________________________________。③小組討論后達成的共識是上述實驗設計仍不完善，需改進裝置進一步探究。解析(1)丁產(chǎn)物中只有N的化合價降低，沒有化合價升高的，不符合電子守恒規(guī)律。(2)在做有關氣體多步連續(xù)實驗時，首先應檢查裝置的氣密性，還要考慮裝置中的空氣對產(chǎn)物的生成及檢驗是否會產(chǎn)生影響，若有干擾必須先排凈干擾氣體。對玻璃加熱時要先均勻預熱，再集中加熱。(3)①不可能是甲，因為甲中Mg(NO2)2可溶于水。不可能是丙，因為丙中Mg3N2能與水反應產(chǎn)生NH3和Mg(OH)2沉淀。只能是乙，Mg(NO3)2～MgO 148 40 3.7g mm＝40×eq\f(3.7g,148)＝1.0g氧化鎂難溶于水，且符合質(zhì)量變化。②Na2SO3具有還原性，能被O2氧化；NO2和O2可被NaOH共同吸收。答案(1)不符合氧化還原反應原理(或其他合理答案)(2)①裝置氣密性良好②避免對產(chǎn)物O2的檢驗產(chǎn)生干擾(或其他合理答案)移動酒精燈預熱硬質(zhì)玻璃管(3)①乙②2Na2SO3＋O2=2Na2SO4O2在通過裝置B時已參與反應(或其他合理答案)2．(2011·安徽，28)(16分)地下水中硝酸鹽造成的氮污染已成為一個世界性的環(huán)境問題。文獻報道某課題組模擬地下水脫氮過程，利用Fe粉和KNO3溶液反應，探究脫氮原理及相關因素對脫氮速率的影響。(1)實驗前：①先用0.1mol·L－1H2SO4洗滌Fe粉，其目的是________________________，然后用蒸餾水洗滌至中性；②將KNO3溶液的pH調(diào)至2.5；③為防止空氣中的O2對脫氮的影響，應向KNO3溶液中通入________(寫化學式)。(2)下圖表示足量Fe粉還原上述KNO3溶液過程中，測出的溶液中相關離子濃度、pH隨時間的變化關系(部分副反應產(chǎn)物曲線略去)。請根據(jù)圖中信息寫出t1時刻前該反應的離子方程式：__________________________________。t1時刻后，該反應仍在進行，溶液中NH4＋的濃度在增大，F(xiàn)e2＋的濃度卻沒有增大，可能的原因是_________________________________________________________________________________________________________________。(3)該課題組對影響脫氮速率的因素提出了如下假設，請你完成假設二和假設三：假設一：溶液的pH；假設二：__________________________________________________________；假設三：__________________________________________________________；……(4)請你設計實驗驗證上述假設一，寫出實驗步驟及結(jié)論。(已知：溶液中的NO3－濃度可用離子色譜儀測定)實驗步驟及結(jié)論：解析(1)①用稀H2SO4洗滌Fe粉的目的是去除Fe粉表面的氧化物等雜質(zhì)，③中為防止空氣中的O2對脫氮的影響，向KNO3溶液中通入N2。(2)由圖中各離子濃度的變化得t1時刻前反應的離子方程式為4Fe＋10H＋＋NO3－=4Fe2＋＋NH4＋＋3H2O。t1時刻后反應仍在進行，繼續(xù)有Fe2＋生成，但從圖像上看Fe2＋的濃度卻在減小，原因是Fe2＋的水解消耗了Fe2＋，使Fe2＋濃度降低。(3)從外界條件對反應速率的影響因素來看，溫度和鐵粉的表面積都會對脫氮的速率產(chǎn)生影響。答案(1)去除鐵粉表面的氧化物等雜質(zhì)N2(2)4Fe＋NO3－＋10H＋=4Fe2＋＋NH4＋＋3H2O生成的Fe2＋水解(或和溶液中的OH－結(jié)合)(3)溫度鐵粉顆粒大小(4)實驗步驟及結(jié)論：①分別取等體積、等濃度的KNO3溶液于不同的試管中；②調(diào)節(jié)溶液呈酸性且pH各不相同，并通入N2；③分別向上述溶液中加入足量等質(zhì)量的同種Fe粉；④用離子色譜儀測定相同反應時間時各溶液中NO3－的濃度。若pH不同的KNO3溶液中，測出的NO3－濃度不同，表明pH對脫氮速率有影響，否則無影響。(本題屬于開放性試題，合理答案均可)3．(2013·安徽省百校論壇聯(lián)考)(18分)硫酸銅受熱分解生成氧化銅和氣體，加熱溫度不同，氣體成分也不同。氣體成分可能含SO2、SO3和O2中的一種、兩種或三種。某化學課外活動小組通過設計探究性實驗，測定反應產(chǎn)生的SO2、SO3和O2的物質(zhì)的量，并計算確定各物質(zhì)的化學計量數(shù)，從而確定CuSO4分解的化學方程式。實驗用到的儀器如下圖所示：[提出猜想]Ⅰ.所得氣體的成分可能只含SO3一種；Ⅱ.所得氣體的成分可能含有________兩種；Ⅲ.所得氣體的成分可能含有________三種。[實驗探究]實驗操作過程略。已知實驗結(jié)束時，硫酸銅完全分解。(1)請你組裝探究實驗的裝置，按從左至右的方向，各儀器接口的連接順序為①→⑨→⑩→⑥→⑤→________→________→________→________→②(填接口序號)。(2)若實驗結(jié)束時B中量筒沒有收集到水，則證明猜想________正確。(3)有兩個實驗小組進行該實驗，由于加熱時的溫度不同，實驗結(jié)束后測得相關數(shù)據(jù)也不同，數(shù)據(jù)如下：實驗小組稱取CuSO4的質(zhì)量/g裝置C增加的質(zhì)量/g量筒中水的體積折算成標準狀況下氣體的體積/mL一6.42.56448二6.42.56224請通過計算，推斷出第一小組和第二小組的實驗條件下CuSO4分解的化學方程式。第一小組：________________________________________________________；第二小組：________________________________________________________。解析本題考查硫酸銅分解產(chǎn)物的實驗探究。氧化還原反應中化合價有升必有降，如果產(chǎn)物中只有兩種氣體，必為SO2、O2的混合物；如果有三種氣體，則必為SO2、SO3、O2的混合物。(1)SO3溶于水生成硫酸，硫酸會與F中NaHSO3溶液反應生成SO2，通過濃硫酸干燥后，再通過堿石灰的增重情況可測定二氧化硫的質(zhì)量，通過E、B裝置所測氣體的體積就是氧氣的體積。(2)若B中量筒中沒有收集到水，則說明實驗中沒有生成O2即猜想Ⅰ正確。(3)根據(jù)氧化還原反應中得失電子守恒，硫酸銅分解產(chǎn)生的SO2與O2的物質(zhì)的量之比必為2∶1。實驗中，如果產(chǎn)生的SO2與O2的物質(zhì)的量之比不是2∶1，則說明分解產(chǎn)物中還含有SO3。第一小組：n(CuSO4)＝0.04mol，n(O2)＝0.02mol，n(SO2)＝2.56g÷64g·mol－1＝0.04mol，SO2與O2的物質(zhì)的量之比為2∶1，所以該小組硫酸銅分解的產(chǎn)物是CuO、SO2、O2。第二小組：n(CuSO4)＝0.04mol，n(O2)＝0.01mol，n(SO2)＝0.04mol，說明硫酸銅分解時還生成了0.02molSO3，據(jù)此即可寫出反應的化學方程式。答案Ⅱ.SO2、O2Ⅲ.SO2、SO3、O2(1)③④⑧⑦(2)Ⅰ(3)2CuSO4eq\o(=,\s\up7(△))2CuO＋2SO2↑＋O2↑4CuSO4eq\o(=,\s\up7(△))4CuO＋2SO3↑＋2SO2↑＋O2↑4．(2013·合肥三檢)(16分)為探究Fe(NO3)2等硝酸鹽熱分解的產(chǎn)物和產(chǎn)物的性質(zhì)，某化學小組開展如下探究性學習：[查閱資料]金屬活潑性不同，其硝酸鹽分解的產(chǎn)物也不同。(1)K→Na活潑金屬的硝酸鹽分解生成亞硝酸鹽和氧氣；(2)Mg→Cu等較活潑金屬的硝酸鹽分解生成金屬氧化物、NO2和O2；(3)Hg以后不活潑金屬的硝酸鹽分解生成金屬、NO2和O2。2KNO3eq\o(=,\s\up7(△))2KNO2＋O2↑2Cu(NO3)2eq\o(=,\s\up7(△))2CuO＋4NO2↑＋O2↑2AgNO3eq\o(=,\s\up7(△))2Ag＋2NO2↑＋O2↑[實驗一]探究Fe(NO3)2熱分解固體產(chǎn)物中Fe的價態(tài)。該小組的甲同學將分解后的固體產(chǎn)物溶于足量的稀H2SO4中得到相應兩份溶液，并進行以下探究實驗。[提出猜想]猜想一：Fe元素只顯＋2價；猜想二：Fe元素只顯________價；猜想三：Fe元素________。[實驗操作]實驗①向一份溶液中滴入KSCN溶液；實驗②向另一份溶液中滴入酸性KMnO4溶液。[實驗現(xiàn)象]實驗①：________________________________________________。實驗②：__________________________________________________________。[實驗結(jié)論]猜想二成立，則Fe(NO3)2受熱分解的化學方程式是______________________________________________。[實驗二]探究Fe(NO3)2熱分解氣體產(chǎn)物的性質(zhì)。該小組的乙、丙同學進行了如圖所示的實驗(收集時操作恰當，幾乎沒有空氣)實驗步驟：①連接儀器；②檢查裝置氣密性；③取一定質(zhì)量的Fe(NO3)2裝于大試管中，并重新連接好儀器；④加熱；⑤……(1)乙同學使用A裝置收集氣體，恰好收集到27mL紅棕色氣體，要從水槽中取出量筒，乙同學的正確操作方法是__________________________________。(2)乙同學用帶火星木條檢驗量筒內(nèi)的氣體時，發(fā)現(xiàn)木條燃燒，下列判斷中正確的是________(填序號)。a．氣體中只有NO2b．氣體是O2、NO2的混合物c．支持燃燒的氣體只有O2d．NO2支持燃燒(3)丙同學取等質(zhì)量的Fe(NO3)2進行實驗，且使用B裝置收集氣體，可收集到________mL氣體。[實驗三]探究固體混合物的成分。丁同學將KNO3、Cu(NO3)2、Fe(NO3)2的混合粉末充分加熱后用排水法未收集到任何氣體，則KNO3、Cu(NO3)2、Fe(NO3)2的物質(zhì)的量之比可能是________(填序號)。A．1∶2∶2 B．2∶1∶3 C．1∶2∶3 D．3∶8∶6解析[實驗一]鐵的常見化合價只有兩種，根據(jù)猜想一，即可確定猜想二、三；實驗結(jié)論是猜想二成立，則生成的氧化物是氧化鐵，與硫酸反應后生成硫酸鐵，遇KSCN溶液變紅色，不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色；Fe(NO3)2受熱分解得到的三種產(chǎn)物分別是Fe2O3、NO2和O2，利用得失電子守恒和原子守恒可寫出化學方程式。[實驗二](2)O2不溶于CCl4，氣體呈紅棕色，說明b正確；混合氣體中氧氣含量小于空氣中氧氣含量，木條在空氣中不復燃而在混合氣體中復燃，說明NO2支持燃燒。(3)兩份相同質(zhì)量的Fe(NO3)2受熱時最初得到的NO2和O2的量一樣多，即得到24mLNO2和3mLO2，其中12mLNO2和3mLO2恰好反應生成硝酸，余下12mLNO2與水反應生成4mLNO。[實驗三]根據(jù)混合粉末充分加熱后用排水法未收集到任何氣體，說明產(chǎn)生的NO2和O2的物質(zhì)的量之比為4∶1，Cu(NO3)2分解得到的NO2和O2的物質(zhì)的量之比為4∶1，故只要KNO3與Fe(NO3)2的物質(zhì)的量之比為1∶2即可。答案[實驗一][提出猜想]＋3既顯＋2價又顯＋3價[實驗現(xiàn)象]溶液呈紅色酸性KMnO4溶液不褪色[實驗結(jié)論]4Fe(NO3)2eq\o(=,\s\up7(△))2Fe2O3＋8NO2↑＋O2↑[實驗二](1)用玻璃片在水槽里蓋好量筒口，用食指摁緊玻璃片，將量筒從水槽里拿出來，正放在實驗臺上(2)bd(3)4[實驗三]AD5．(2013·河南鄭州市一模，19)(16分)某化學課外活動小組通過實驗探究NO2的性質(zhì)。已知：2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O。任務1：利用如圖所示裝置探究NO2能否被NH3還原(K1、K2均為止水夾，夾持裝置已略去)。(1)E裝置中制取NO2的化學反應方程式是_______________________________________________________________________________________________。(2)若NO2能夠被NH3還原，預期在C裝置中觀察到的現(xiàn)象是_________________________________________________________________。(3)實驗過程中，未能觀察到C裝置中的預期現(xiàn)象。該小組同學從反應原理的角度分析了原因，認為有以下三種可能：①NH3還原性較弱，不能將NO2還原；②在此條件下，NO2的轉(zhuǎn)化率極低；③_______________________________________________________________。(4)此實驗裝置中一個明顯的缺陷是___________________________________。任務2：探究NO2能否與Na2O2發(fā)生氧化還原反應。(5)實驗前，該小組同學提出三種假設。假設1：二者不反應；假設2：NO2能被Na2O2氧化；假設3：___________________________________________________________。(6)為了驗證假設2，該小組同學選用任務1中的B、D、E裝置，將B中的藥品更換成Na2O2，另選F裝置(如圖所示)，重新組裝進行實驗。①裝置的合理連接順序是(某些裝置可以重復使用)________。②實驗過程中，B裝置中的粉末由淡黃色逐漸變成白色。經(jīng)檢驗，該白色物質(zhì)為純凈物，且無其他物質(zhì)生成。推測B裝置中發(fā)生反應的化學方程式為___________________________________________________________________________________________________________________________________。解析(1)E中濃硝酸與銅片發(fā)生反應生成NO2：Cu＋4HNO3(濃)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。(2)裝置A用于制備NH3，NH3被堿石灰干燥后進入裝置C中，裝置E中生成的NO2經(jīng)無水CaCl2干燥后也進入裝置C中，由于NO2具有氧化性，NH3具有還原性，若NO2能被NH3還原，則在裝置C中發(fā)生的反應為6NO2＋8NH3=7N2＋12H2O，隨著紅棕色的NO2被消耗，裝置C中混合氣體的顏色逐漸變淺。(3)該同學是從反應原理探究NO2與NH3的反應，若在實驗過程中，未能觀察到C裝置中的預期現(xiàn)象，需從二者是否能發(fā)生反應、能反應但NO2的轉(zhuǎn)化率很低或者能反應但反應速率很小，短時間內(nèi)NO2的消耗量很少，短時間內(nèi)看不到明顯的現(xiàn)象。(4)由于多余的NH3、NO2會從裝置C中豎放的玻璃管中逸出，從而會對環(huán)境造成影響，所以該實驗需在裝置C中豎放的玻璃管處連接一個尾氣處理裝置。(5)根據(jù)價態(tài)分析，NO2中氮元素處于中間價態(tài)，既有氧化性，又有還原性，Na2O2中的O元素也是處于中間價態(tài)，也具有氧化性和還原性，所以假設3應該是NO2能被Na2O2還原(或NO2能氧化Na2O2)。(6)①選擇E裝置制備NO2，選擇D裝置干燥NO2，選擇B裝置盛放Na2O2，選擇F裝置進行尾氣處理，為防止F裝置中的少量水蒸氣對反應產(chǎn)生干擾，最好在B、F裝置之間再加裝D裝置，故裝置連接順序為E→D→B→D→F。②假設2是NO2能被Na2O2氧化，根據(jù)B裝置中的實驗現(xiàn)象“粉末由淡黃色逐漸變成白色”，說明Na2O2與NO2發(fā)生了反應，NO2為還原劑，分子中N元素的化合價升高至＋5，反應產(chǎn)物又只有一種，推知為NaNO3，推測B裝置中發(fā)生反應的化學方程式為2NO2＋Na2O2=2NaNO3。答案(1)Cu＋4HNO3(濃)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O(2)C裝置中混合氣體的顏色變淺(3)在此條件下，該反應的化學反應速率極小(4)缺少尾氣吸收裝置(5)NO2能被Na2O2還原(其他合理答案也可)(6)①EDBDF②2NO2＋Na2O2=2NaNO36．(創(chuàng)新預測題)(18分)某研究性學習小組在網(wǎng)上收集到信息：鉀、鈣、鈉、鎂等活潑金屬都能在CO2氣體中燃燒。他們對鈉在CO2氣體中燃燒后的產(chǎn)物中的白色物質(zhì)進行了如下探究：【實驗】將燃燒的鈉迅速伸入盛滿CO2的集氣瓶中，鈉在其中繼續(xù)燃燒，反應后冷卻，瓶底附著黑色顆粒，瓶壁上粘附著白色物質(zhì)。(1)通過鈉在CO2氣體中燃燒的實驗，你認為燃燒的條件是：________________________________________________________________________。(2)燃燒的本質(zhì)是：___________________________________________________________________________________________________________________。(3)2010年8月初發(fā)生的俄羅斯森林大火著火面積比倫敦市的面積還要大?？刂粕只馂氖鞘澜缧噪y題。根據(jù)燃燒的條件，請你解釋為什么設置森林防火隔離帶能有效阻止森林火災的蔓延：__________________________________?！咎岢黾僭O】假設1：白色物質(zhì)是Na2O假設2：白色物質(zhì)是Na2CO3。假設3：白色物質(zhì)是Na2O和Na2CO3的混合物【設計實驗方案·驗證假設】該小組對燃燒后的白色產(chǎn)物進行如下探究：實驗操作實驗現(xiàn)象結(jié)論方案1取少量白色物質(zhì)于試管中，加入適量水，振蕩，樣品全部溶于水，向其中加入無色酚酞試液溶液變成紅色白色物質(zhì)為Na2O方案2①取少量白色物質(zhì)于試管中，加入適量水，振蕩，樣品全部溶于水，向其中加入過量的CaCl2溶液出現(xiàn)白色沉淀②靜置片刻，取上層清液于試管中，滴加無色酚酞試液無明顯現(xiàn)象【思考與交流】(4)甲同學認為方案1得到的結(jié)論不正確，其理由是：__________________________________________________________________________________。(5)乙同學認為方案2得到的結(jié)論正確，白色物質(zhì)為：________。(6)通過方案1和方案2的實驗，你認