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高中化学一轮复习 第五单元 专题提升四 综合性实验探究课件_图文

专题提升四

综合性实验探究

化学实验内容多,可以考查基本知识,也可以考查由制备 实验、性质实验及相关化学知识等重组而成的综合实验,涉及 化学实验的仪器、基本操作的方方面面,还联系化学基本理论、 元素化合物及有机化学知识,需要学生具备严谨的逻辑思维能 力、活跃的创新思维意识和创新能力。近年的高考试题中,实 验选择题主要是围绕实验基本仪器的使用与操作,物质的分离、 提纯、检验进行命题;实验填空题考查内容逐渐加深,形式趋 于多样,着重考查元素及其化合物的性质、设计实验检验某些 物质或离子并配以适量的实验操作与计算。

探究性实验是化学实验的重要组成部分,它的侧重点主要 是一些易转化成探究性实验的内容和将化学知识应用于日常生 活、生产的一些实际问题,主要体现在以下几个方面:

一、以实验装置图为背景的探究性实验
以实验装置图为背景的探究性实验试题的背景主要是物质

的制备,命题的主要框架都是:原料发生装置→物质的净化装
置→主体反应装置→尾气处理装置。从考查的内容看,仍然会

涉及基本仪器的使用、实验基本操作、物质的分离和提纯、物
质的检验与鉴别、物质的制备、实验方案设计和实验安全等问 题,更加突出对实验操作能力和实验设计能力的考查,而且经 常以综合实验题的形式出现,同时会与元素化合物、化学概念 和理论等知识有机地联系在一起。

该类试题通常是有气体参加反应的装置,在复习时要特别

注意以下几个知识点的落实:(1)实验装置的安全原则(内外压平
衡、气流通畅);(2)如何检查装置的气密性;(3)倒吸形成的原 因和防止倒吸的措施;(4)尾气处理的方法。

[例1]某课外活动小组设计下列实验装置,验证“二氧化碳
与水接触时才能和过氧化钠反应”。

(1)过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式是__________,
该反应中,反应物的总能量__________(填“大于”或“小于”) 生成物的总能量。 (2)装置Ⅰ中的试剂是__________(填序号)。 a.稀盐酸 b.稀硫酸 c.小苏打 d.石灰石

(3)实验时,应先打开弹簧夹________(填“K1”或“K2”),观 察到预期现象后,关闭它,再打开另一个弹簧夹。 (4)实验过程中将带火星的木条置于 a 口,观察到带火星的

木条始终不复燃。
①为观察到最终木条复燃,甲建议在Ⅲ后安装一个盛有碱

石灰的干燥管,目的是___________________________;
②乙认为即使采纳甲的建议且最终观察到木条复燃,也不 能证明 CO2 参与了反应,原因是________________________。 (5)为进一步达到实验目的,应补充的实验是:取最终反应 后Ⅲ中所得固体,____________________________________。

解析:(1)过氧化钠与二氧化碳是一个放热反应,反应物总能量
大于生成物总能量;(2)盐酸能挥发出HCl,对实验产生影响,故选 稀硫酸与小苏打制备CO2气体;(3)先观察干燥的CO2是否与Na2O2反 应,再观察含水蒸气的 CO2 与 Na2O2 的反应,故先打开K2 关闭K1 干燥 CO2;(4)①从a 出来的O2 中含有大量的CO2,故需要安装一个

装置除去 CO2,②H2O 与Na2O2 反应也会产生 O2,故通过检验是否
有O2 生成达不到实验目的;(5)CO2 与Na2O2 反应产生Na2CO3,H2O 与Na2O2 反应产生NaOH,故可以通过检验反应后的固体产物的成分 达到实验目的。

答案:(1)2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2

大于

(2)b、c

(3)K2 ②水与 Na2O2反应生成O2

(4)①除去未充分反应的CO2

(5)加入稀盐酸,将产生的气体通入澄清石灰水(答案合理均
可)

[变式训练]

1.(2015年上海松江区一模)为了探究SO2和氯水的漂白性,
设计了如下实验,装置如图。

完成下列填空:

(1)棉花上沾有的试剂是 NaOH 溶液,作用是____________。
(2)①反应开始一段时间后,B、D 两个试管中可以观察到 的现象分别是:B:_________________,D:_______________。 ②停止通气后,分别加热 B、D 两个试管,可以观察到的 现象分别是:B:_____________,D:______________________。

(3)有同学认为 SO2 和氯水都有漂白性,二者混合后的漂白
性肯定会更强,他将制得的SO2和Cl2 按 1∶1 同时通入到品红

溶液中,结果发现褪色效果并不理想。产生该现象的原因(用化
学方程式表示):________________________________。

(4)装置 E 中用________(填化学式)和浓盐酸反应制得 Cl2,
生成 2.24 L(标准状况)的 Cl2,则被氧化的 HCl 为________mol。

(5)实验结束后, 检验蘸有试剂的棉花含有 SO2 4 的实验方案


是:取棉花中的液体少许,滴加足量的稀 HNO3,再加入几滴 BaCl2 溶液,出现白色沉淀。该方案是否合理________,理由是 ______________________________________________。

解析:(4)常温下,用KMnO4和浓盐酸反应制Cl2,反应的

化学方程式如下:2KMnO4 +16HCl( 浓)===2KCl +2MnCl2 +
5Cl2↑+8H2O,被氧化的HCl 完全转化成Cl2,2.24 L Cl2为0.1 mol,由关系式可知被氧化的HCl 为0.2 mol。 答案:(1)吸收 Cl2 或 SO2 等尾气,保护环境 (2)①品红溶液褪色 品红溶液褪色 ②褪色的品红又恢复为红色 无明显现象 (3)SO2+Cl2+2H2O===H2SO4+2HCl (4)KMnO4 0.2 - (5)不合理 蘸有试剂的棉花中可能含有 SO2 3 ,用 HNO3
- 溶液酸化时会干扰 SO2 4 的检验

二、以工业流程为背景的探究性实验 工业流程题是近年来各地化学高考的热点题型,该题型的 题情景新颖,知识点覆盖面广,陌生度大。在工业流程题中也 常常出现与工业操作相关的实验操作的考察,例如对实验仪器 的选择,溶液的配制,对过滤、蒸发、洗涤、萃取、分液等实 验的基本操作,常见离子的检验,产品纯度的检验等,解答好 工业流程题必须熟悉相关实验基本原理和实验基本操作。

[例2]综合利用海水可以制备食盐、纯碱、金属镁、溴等物

质,其流程如下图所示:

(1)粗盐中含有硫酸钠、氯化镁、氯化钙等可溶性杂质,为
除去这些杂质而得精盐,进行如下操作:①溶解;②加过量的

BaCl2溶液;③加过量的 NaOH 溶液;④加过量的Na2CO3 溶液;
⑤______________;⑥加适量的盐酸;⑦__________________。

(2)溶液Ⅱ中发生反应的化学方程式是:_______________。
(3)Mg(OH)2 沉淀中因混有 Ca(OH)2,可选用________溶液 进行洗涤以除之。 (4)高温灼烧六水合氯化镁晶体(MgCl2· 6H2O)所得固体是氧 化镁,试写出该反应的化学方程式:_______________________。 (5)由 MgCl2· 6H2O 制取无水 MgCl2 的方法是____________。 (6)电解熔融 MgCl2 的阴极电极方程式为:______________。

解析:第(1)小题主要涉及粗盐提纯的考查,加入氯化钡的 - 2+ 目的是除去 SO2 , 但引入新杂质 Ba , 加入 NaOH 溶液是为了 4 + - 除去 Mg2 ,但引入新杂质 OH ,加入 Na2CO3 溶液是为了除去 Ca2+和 Ba2+,之后,必须过滤,否则生成的 Mg(OH)2、CaCO3、 BaCO3 等沉淀会在加入盐酸后溶解,使杂质去除不干净。杂质 除尽后,可采用蒸发结晶的方法得到 NaCl 晶体。第(2)小题从 流程中的产品 NH4Cl、 NaHCO3 不难猜出气体 X、 Y 分别为 NH3 和 CO2,由于 CO2 不与 NaCl 反应,且在水中溶解度不大,NH3 极易溶于水,因此先通入的是 NH3(即气体 X),气体 Y 为 CO2。 第(3)小题加入 MgCl2 溶液后充分搅拌,发生的反应为:MgCl2 + Ca(OH)2===CaCl2 + Mg(OH)2 , 充 分 反 应 后 过 滤 即 可 除 去 Ca(OH)2。第(4)小题 MgCl2· 6H2O 灼烧时易发生水解反应。

答案:(1)过滤

蒸发结晶

(2)NaCl+NH3 +CO2 +H2O===NaHCO3↓+NH4Cl(或 NH3 +CO2 +H2O===NH4HCO3 ,NH4HCO3 +NaCl===NaHCO3↓+ NH4Cl)

(3)MgCl2
(4)MgCl2· 6H2O MgO+2HCl↑+5H2O↑

(5)将 MgCl2· 6H2O置于干燥的氯化氢气流中加热脱水

(6)Mg2++2e-===Mg

[变式训练]

2.我国有着丰富的海洋资源。海水提取食盐和 Br2 以后的 盐卤可以用来制备纯净的 MgCl2 或 MgO。盐卤中含有 Mg2 、


Cl ,还含有少量 Na 、Fe2 、Fe3 、SO2 4 和 CO(NH2)2 等。制
- + + + -

备流程如下图:

(1)滤渣的成分是______________(写化学式);滤液Ⅱ中所 含主要的杂质离子是______________(写离子符号)。

(2)用 NaClO 除去尿素 CO(NH2)2时,生成物除盐外,都是
能参与大气循环的物质,则该反应的化学方程式为:_________ _____________;加入 NaClO 的另一个作用是_______________。

(3)温度和压强对 MgCl2· 6H2O晶体热分解产物的影响如下 图所示。请回答下列问题:

①写出 P(HCl)g=0.25 MPa,温度从300 ℃升高到550 ℃时

反应的化学方程式:______________________________;
②实际生产中,将 MgCl2· 6H2O 晶体加热到 600 ℃的过程 中几乎得不到无水 MgCl2,其原因是_______________;若要得 到无水 MgCl2 须采取的措施是_________________________。

解析:(1)根据盐卤的成分来看,加入 NaClO 能氧化 Fe2+ 使它变成 Fe(OH)3 沉淀,加入氯化钙的作用是形成硫酸钙沉淀, 除去其中的硫酸根离子,所以滤渣的成分是 Fe(OH)3、CaSO4; 滤液Ⅰ的成分为氯化镁、氯化钠,冷却结晶,得到氯化镁晶体, + 滤 液 Ⅱ 中 所 含 的 主 要 杂 质 离 子 是 Na ; (2)NaClO 与 尿 素 CO(NH2)2 反应时,生成物有 NaCl,还有 CO2、N2、H2O;加入 + NaClO 还能起到的作用是氧化 Fe2 使它变成 Fe(OH)3 沉淀而除 去;(3)①由图可知 P(HCl)g=0.25 MPa,温度从 300 ℃升高到 550 ℃时 MgCl2· 6H2O 晶体由 Mg(OH)Cl 转变成 MgO。②加热 + MgCl2· 6H2O 晶体,P(HCl)g 较小,Mg2 水解生成氢氧化镁,得 不到氯化镁;若要得到无水氯化镁,则应通入 HCl ,而增大 + P(HCl)g,抑制 Mg2 的水解。

答案:(1)Fe(OH)3 、CaSO4

Na+

(2)3NaClO+CO(NH2)2===3NaCl+CO2↑+N2↑+2H2O

将 Fe2+ 氧化为 Fe3+ ,形成 Fe(OH)3 被除去
(3)①Mg(OH)Cl MgO+HCl↑

②P(HCl)g 小, 加热时 Mg2+会发生水解, 最终生成 MgO 入 HCl,增大 P(HCl)g,抑制 Mg2 水解




三、以实验条件控制为主体的探究性实验 该类试题常以对比实验为背景,考查外界因素(如浓度、温 度、压强、催化剂等)对化学反应速率以及化学平衡的影响规律 的认识和理解,要求学生有对图表的观察、分析以及处理实验

数据归纳得出合理结论的能力,以及对实验数据的分析、整理、
归纳等方面的思维能力。体现出考纲对学生根据实验试题要求,

分析或处理实验数据,得出合理结论的要求。

[例3](1)已知 Na2S2O3 +H2SO4===Na2SO4 +S↓+SO2↑+ H2O。甲同学通过测定该反应发生时溶液变浑浊的时间,研究 外界条件对化学反应速率的影响。设计实验如下(所取溶液体积

均为 10 mL):
实验编号 ① ② ③ ④ ⑤ 实验温度/℃ 25 25 25 50 50 c?Na2S2O3? ?mol· L-1? 0.1 0.2 0.1 0.2 0.1 c?H2SO4? ?mol· L-1? 0.1 0.1 0.2 0.1 0.1

其他条件不变时,探究温度对化学反应速率的影响,应选 择__________(填实验编号);探究浓度对化学反应速率的影响, 应选择__________(填实验编号);若同时选择①②③溶液测定 变浑浊的时间,是探究__________对化学反应速率的影响。 (2)已知 Na2S2O3 溶液与Cl2反应时,1 mol Na2S2O3 转移 8 mol 电子。该反应的离子方程式是_______________________。 甲同学设计如下实验流程探究 Na2S2O3的化学性质。

(Ⅰ)甲同学设计实验流程的目的是证明 Na2S2O3溶液具有 碱性和________性。 (Ⅱ)加入BaCl2溶液生成白色沉淀B的离子方程式是______ ______________________________________________________ ______________________________。 (Ⅲ)乙同学认为应将上述流程中②③所加试剂顺序颠倒, 你认为甲、乙两同学的设计更合理的是________(填“甲”或 “乙”),理由是____________________________。

解析:(1)探究温度对反应速率的影响,应控制 Na2S2O3、 H2SO4 的浓度相同,所以应选择①⑤或②④组;探究浓度对化 学反应速率的影响,应控制温度相同,所以应选择 ①②或①③ 或④⑤;在①②③中,温度相同,改变的是不同反应物的浓度。
- 2- (2)由 S2O2 与 Cl 反应的离子方程式可知 S O 3 2 2 3 具有还原性,由 - 2- 于其溶液 pH=8,则证明 S2O2 水解呈碱性;要证明 S O 3 2 3 的还

原性, 应先加 BaCl2 溶液, 再加足量氯水, 这样可以排除 BaS2O3 的干扰。

答案:(1)①⑤或②④ 物的浓度

①②或①③或④⑤

改变不同反应

- - + 2- (2)S2O2 + 4Cl + 5H O===2SO + 8Cl + 10H 3 2 2 4

(Ⅰ) 还原

- 2+ (Ⅱ)SO 2 + Ba ===BaSO4↓ 4

(Ⅲ) 乙

可以排

除 BaS2O3 的干扰

[变式训练]
- - 2- 3.“碘钟”实验中,3I-+S2O2 ===I + 2SO 8 3 4 的反应速率

可以用 I- 3 与加入的淀粉溶液显蓝色的时间 t 来度量,t 越小,反 应速率越大。某探究性学习小组在 20 ℃进行实验,得到的数据 如下表:
实验编号 c(I-)/(mol· L-1)
- -1 c(S2O2 )/(mol· L ) 8

① 0.040 0.040 88.0









0.080 0.080 0.160 0.120 0.040 0.080 0.020 0.040 44.0 22.0 44.0 t1

t/s

回答下列问题:

(1)该实验的目的是__________________________。 (2)显色时间t1=__________。

(3)温度对该反应的反应速率的影响符合一般规律,若在40
℃下进行编号③对应浓度的实验,显色时间t2的范围为_______

________(填字母)。
A.<22.0 s C.>44.0 s B.22.0~44.0 s D.数据不足,无法判断

(4)通过分析比较上表数据,得到的结论是_____________

_________________________________________________。

- 解析: 对比数据组①和数据组②, 可以看到, c(S2O2 8 )不变,

c(I-)增大到 2 倍时,反应时间缩短了一半,即反应速率加快了
- 一倍; 对比数据组②和数据组③, 可以看到, c(I-)不变, c(S2O2 8 )

增大到 2 倍时,反应时间缩短了一半,即反应速率也加快了一 倍;由此可见两个变量其实都会影响反应速率的。对比数据组 ①和数据组③,或对比数据组①和数据组④,可发现相同的规 律。 由此可见两个反应物的浓度和反应速率之间的数学关系是: 反应物浓度每增加一倍,反应时间就减少一倍,对于两个反应 物来说均是如此,由此可得出结论“反应速率与反应物起始浓 度乘积成正比”,并由此可计算相关反应速率。实验①和实验
- ⑤对比,实验⑤的 c(I-)为实验①的三倍,而 c(S2O2 8 )保持不变,

1 则由此可计算该反应时间应为实验①反应时间的3,即 29.3 s。 第(3)小题则探讨的是温度对反应速率的影响,可直接通过所学 规律“化学反应速率随温度升高加快”解决, 判断相同条件下, 温度较高时,反应速率更快。
答案:(1)研究反应物 I 与 S2O2 8 的浓度对反应速率的影响 (2)29.3 s (3)A (4)反应速率与反应物起始浓度乘积成正比 ( 或显色时间与
- -

反应物起始浓度乘积成反比)

四、以反应原理为背景的探究性实验
高中化学新课程标准要求学生“具有较强的问题意识,能 够发现和提出有探究价值的化学问题”,并通过“经历对化学 物质及 其变化进行探究的过程,进一步理解科学探究的意义, 学习科学探究的基本方法,提高科学探究能力”。

[例4]某实验小组以 H2O2 分解为例,研究浓度、催化剂、 溶液酸碱性对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实 验。
实验编号 ① ② ③ ④ ⑤ 反应物 10 mL 2% H2O2 溶液 10 mL 5% H2O2 溶液 10 mL 5% H2O2 溶液 10 mL 5% H2O2 溶液,少 量 HCl 溶液 10 mL 5% H2O2 溶液,少 量 NaOH 溶液 催化剂 无 无 1 mL 0.1 mol· L-1 FeCl3 溶液 1 mL 0.1 mol· L-1 FeCl3 溶液 1 mL 0.1 mol· L-1 FeCl3 溶液

(1)催化剂能加快化学反应速率的原因是______________。 (2)常温下 5%H2O2 溶液的 pH 约为 6,H2O2 的电离方程式 为____________________。 (3)实验①和②的目的是_________________________。实 验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论。资料显示,通

常条件下 H2O2 稳定,不易分解。为了达到实验目的,你对原实
验方案的改进是________________________。

(4)实验③、④、⑤中,测得生成氧气的体积随时间变化的 关系如下图。

分析上图能够得出的实验结论是_________________。

解析:(1)催化剂能加快反应速率的根本原因是改变了反应 途径,降低了活化能,增加了活化分子的数目以及活化分子的
百分数,增加有效碰撞次数。(2)常温下5% H2O2 溶液(设密度为 1)的物质的量浓度约为1.6 mol· L-1 ,由于其 pH 约为 6,说明 H2O2为二元弱酸,多元弱酸分步电离以以及为主,所以书写电 离方程式时注意可逆符号和分步书写。(3)对比①和②可知两者 的H2O2 溶液浓度不同,所以实验①和②的目的是探究浓度对反 应速率的影响。由于通常条件下H2O2 稳定,不易分解,要加快 分解的反应速率,可以用升高温度或使用催化剂的方法,但要

注意控制变量。(4)由图示,③和④比较可得,在其它条件相同 时,加入少量HCl 溶液,反应速率减慢;③和⑤比较可得,在 其它条件相同时,加入少量NaOH 溶液,反应速率加快。

答案:(1)降低了活化能 (2)H2O2
- + H +HO2

(3)探究浓度对反应速率的影响

向反应物中加入等量同

种催化剂(或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中)
(4) 碱性环境能增大 H2O2 分解的速率,酸性环境能减小

H2O2 分解的速率。

[变式训练]

4 .某化学反应: 3A(s) + B(g)

2C(g) + D(g)

ΔH = x

kJ· mol-1。恒温条件下,在一定容积为 2 L 的密闭容器中充入一
定量 A 和 B 进行该反应,测得 4 s 时反应放热 225.6 kJ,并测 得不同时间 B 的物质的量如下表所示:
时间/s
n(B)/mol 0 1 2 a 3 4 5 0.80 2.00 1.50 0.90 0.80

请回答下列问题:
(1)x=____________。 (2)第2 s时,a<________。

(3)该温度下,B 的平衡体积百分数________,D 的平衡浓

度__________
(4)平衡后下列措施既可提高正反应速率,又可降低 B 的转 化率的是__________(填写序号)。 ①使用催化剂 的压强 ②升高反应体系的温度 ③增大反应体系 ④扩大容器的体积

(5)为了探究温度、固体反应物的表面积对化学反应速率的

影响,某同学在一体积为 2 L 的密闭容器中加入一定量 A 和 B,
设计了三组实验,部分实验条件已经填写在下面的实验设计表 中。

①将上述实验设计表填写完整。
实验编号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 350 T(℃) 280 B 的初始浓度(mol· L-1) 5.8×10-3 A 的表面积(m2/g) 76 135 135

②请在如图坐标中画出上述三个实验条件下B的浓度随时 间变化的曲线,并标明每条曲线的实验编号。

解析:(1)从表中数据可知当B消耗1.2 mol 时,放热225.6

kJ,则1 mol B 完全反应放热188 kJ;(2)根据0~1 s 反应速率
大于1~2 s,1~2 s 反应速率大于2~3 s,即有0.5>1.5-a>a- 0.9。得出1.0<a<1.2。(3)根据平衡时 B 的物质的量为0.8 mol, 生成2.4 mol C 和1.2 mol D,容器体积为2 L,B的平衡转化率 为α(B)= 2-0.8 1.2 =60%,c(D)=c(D)= =0.6 mol· L-1。(4)升高 2 2

温度、增大压强能提高反应速率,同时平衡向逆反应方向移动。 (5)①根据实验只能控制一种量有变化,可填写表格中的数据。

答案:(1)-188

(2)1.2 (4)②③

(3)60% 0.6 mol· L-1 (5)①Ⅱ.280

5.80×10- 3 Ⅲ.5.80×10- 3 ②曲线中Ⅲ最

先拐且 B 浓度最大;其次Ⅱ拐,B 的浓度比Ⅲ小;Ⅰ拐的时间 最长,平衡时 B 的浓度与Ⅱ相等(曲线略)

1.(2015 年江西宜春模拟)某研究性学习小组设计了一组实 验,验证元素周期律。 (1)甲同学在 a、b、c、d 四只烧杯里分别加入 50 mL 冷水, 再分别滴加几滴酚酞溶液,依次加入大小相近的钠(Na) 、镁 (Mg)、铝(Al)、钾(K)金属块,观察现象。 ①甲同学设计实验的目的是验证:同一主族,从上到下元

素的元素金属性逐渐增强;同一周期,从左到右,元素金属性
________;

②反应最剧烈的烧杯里装的金属是________(填字母)。 A.钠 B.镁 C.铝 D.钾 ③写出 a 烧杯里发生反应的离子方程式:______________

________________________。
④实验中发现 b、c 两只烧杯中几乎没有什么现象,要想达 到实验的目的,请你帮助选择下列合适的方法________。 A.把镁、铝的金属块换成金属粉末 B.把烧杯中的冷水换成热水

C.把烧杯中的冷水换成盐酸
D.把烧杯中的冷水换成氢氧化钠溶液

(2)乙同学设计实验验证:非金属元素的非金属性越强,其 最高价含氧酸的酸性就越强。他设计了如图装置以验证碳、氮、
硅元素的非金属性强弱。乙同学设计的实验可直接证明三种酸 的酸性强弱,已知 A 是强酸,其浓溶液在常温下可与铜反应; B 是块状固体;烧杯中盛放 C 的水溶液,打开分液漏斗的活塞 后,C 中可观察到白色胶状沉淀生成。

①写出所选用物质的化学式:A.___________________ ;

C.________________。 ②写出烧瓶中发生反应的化学方程式:________________。
③碳、氮、硅三种元素的非金属性由强到弱顺序为 ________________________。

解析:(1)④反应现象不明显,说明反应速率小,升高温度 可以加快速率,所以把冷水换为热水;把水换为盐酸增大了溶

液中氢离子的浓度,可以加快速率。

答案:(1)①逐渐减弱

②D ④BC

③2Na+2H2O===2Na++2OH-+H2↑ (2)①HNO3 Na2SiO3(或 K2SiO3)

②2HNO3+CaCO3===Ca(NO3)2+H2O+CO2↑ ③氮>碳>硅

2.(2014 年广东卷)H2O2 是一种绿色氧化还原试剂,在化 学研究中应用广泛。 (1)某小组拟在同浓度 Fe3+的催化下, 探究 H2O2 浓度对 H2O2
- 分解反应速率的影响。限选试剂与仪器:30% H2O2、0.1 mol· L 1

Fe2(SO4)3、蒸馏水、锥形瓶、双孔塞、水槽、胶管、玻璃导管、 量筒、秒表、恒温水浴槽、注射器。 ①写出本实验 H2O2 分解反应方程式并标明电子转移的方
向和数目:_________________________________________。

②设计实验方案:在不同H2O2 浓度下,测定________(要
求所测得的数据能直接体现反应速率大小)。

③设计实验装置,完成下图的装置示意图。

④参照下表格式,拟定实验表格,完整体现实验方案(列出 所选试剂体积、需记录的待测物理量和所拟定的数据;数据用

字母表示)。
项目 1 2 V[0.1 mol· L-1Fe2(SO4)3]/mL a a …… …… ……

(2)利用下图(a)和(b)中的信息,按图(c)装置(连通的 A、B 瓶中已充有 NO2气体)进行实验。可观察到 B 瓶中气体颜色比 A 瓶中的________(填“深”或“浅”),其原因是___________。

解析:(1)①过氧化氢在硫酸铁作催化剂条件下分解生成水 和氧气,过氧化氢既作氧化剂又作还原剂,化学方程式及电子 转移方向和数目见答案;②反应速率是单位时间内物质浓度的 改变量,所以测定不同浓度的过氧化氢对分解速率的影响,需

测定相同时间内产生氧气的体积的多少,或生成相同体积的氧
气所需时间的多少;③利用排水量气法,收集一定体积的O2,

需要水槽、量筒、导气管,量筒内盛满水倒扣在水槽中,装置
图见答案;④在探究外界某一条件对速率影响时,要注意维持 其他条件不变,本题探究H2O2浓度对H2O2分解反应速率的影

响,通过改变H2O2 的体积来调节H2O2 浓度,在Fe2(SO4)3 的物 质的量不变的情况下,为保证Fe2(SO4)3 的浓度不变,需要通过 调节水的体积来保证溶液总体积不变。(2)由图a 可知过氧化氢

的分解反应是放热反应,由图b可知二氧化氮转化为四氧化二
氮的反应也是放热反应,所以装置c中,右侧烧杯B瓶温度高

于左侧烧杯A瓶,而温度升高,使平衡2NO2(g)

N2O4(g)逆

向进行,二氧化氮浓度增大,B瓶的颜色比A瓶的颜色深。

答案:(1)① ②相同时间产生氧气的体积(或生成相同体积的氧气所需 的时间)

③如图:


项目 1 2

V[0.1 mol· L Fe2(SO4)3]/mL
a a

V(30% H2O2)/mL
b c

V(H2O) /mL
c b

V(O2) /mL
d d

收集 d mL O2 所需要时间 t/s t1 t2

(2)深

2NO2(红棕色)

N2O4(无色),ΔH<0是放热反应,

且双氧水的分解反应也是放热反应。右边双氧水分解时放出的 热量会使 B 瓶升温,使瓶中反应朝逆反应方向移动,即向生成 NO2 方向移动,故 B 瓶颜色加深。

3.苯甲酸广泛应用于制药和化工行业,某同学尝试用甲苯 的氧化反应制备苯甲酸,反应原理:

实验方法:一定量的甲苯和 KMnO4溶液在 100 ℃反应一 段时间后停止反应,按如下流程分离出苯甲酸和回收未反应的 甲苯。

已知:苯甲酸分子量122,熔点122.4 ℃,在25 ℃和95 ℃
时溶解度分别为 0.3 g 和 6.9 g;纯净固体有机物都有固定熔点。

(1)操作Ⅰ为__________,操作Ⅱ为__________。
(2) 无 色 液 体 A 是 __________ , 定 性 检 验 A 的 试 剂 是 __________,现象是________________________________。 (3)测定白色固体 B 的熔点,发现其在 115 ℃开始熔化,达 到 130 ℃时仍有少量不熔,该同学推测白色固体 B 是苯甲酸与 KCl 的混合物,设计了如下方案进行提纯和检验,实验结果表 明推测正确。请完成下表中内容。

序号

实验方案 将白色固体 B 加入

实验现象 得到白色晶体 和无色溶液

结论



水中,加热溶解,



________________ 取少量滤液于试管


中,____________ 生成白色沉淀 ________________

滤液含 Cl-



干燥白色晶体, ________________

____________

白色晶体是 苯甲酸

(4)纯度测定:称取 1.220 g 产品,配成 100 mL 甲醇溶液,

移取25.00 mL溶液,滴定,消耗KOH的物质的量为2.40×10-3
mol,产品中苯甲酸质量分数的计算表达式为______________, 计算结果为______(保留两位有效数字)。

解析:(1)一定量的甲苯和 KMnO4 溶液在100 ℃反应一段 时间后停止反应,按流程分离出苯甲酸和回收未反应的甲苯; 所以操作Ⅰ是分离出有机相甲苯,用分液方法得到;操作Ⅱ是 蒸馏的方法控制甲苯沸点得到纯净的甲苯液体;(2)依据流程和 推断可知,无色液体A为甲苯,检验试剂可以用酸性高锰酸钾 溶液,甲苯被氧化为苯甲酸,高锰酸钾溶液紫色褪去;(4)苯甲 酸是一元弱酸和氢氧化钾1∶1 反应,所以物质的量相同,样品 2.40×10-3 mol×4×122 g· mol-1 中苯甲酸质量分数= ×100%= 1.220 g 96%。

答案:(1)分液
(2)甲苯

蒸馏
紫色溶液褪色

酸性 KMnO4 溶液

(3) ①冷却过滤

②滴入适量的硝酸酸化的 AgNO3 溶液 熔点为 122.4 ℃

③加热使其熔化,测其熔点


2.40×10 3×122×4 (4) ×100% 1.220

96%

4.(2015 年江苏卷)实验室用如图所示装置制备KClO溶液, 并通过 KClO 溶液与 Fe(NO3)3溶液的反应制备高效水处理剂 K2FeO4。已知 K2FeO4具有下列性质:①可溶于水、微溶于浓 KOH溶液;②在0 ℃~5 ℃、强碱性溶液中比较稳定;③在 Fe3+和Fe(OH)3催化作用下发生分解;④在酸性至弱碱性条件 下,能与水反应生成 Fe(OH)3和O2。

(1)装置 A 中KMnO4与盐酸反应生成MnCl2和Cl2,其离子 方程式为:______________________________ ,将制备的Cl2 通过装置 B 可除去________(填化学式)。 (2)Cl2和KOH在较高温度下反应生成KClO3 ,在不改变 KOH溶液的浓度和体积的条件下,控制反应在0 ℃~5 ℃进

行,实验中可采取的措施是____________________。
(3)制备K2FeO4时,KClO饱和溶液与Fe(NO3)3饱和溶液的 混合方式为_____________________________________。

(4)提纯 K2FeO4 粗产品[含有 Fe(OH)3、KCl 等杂质]的实验 方案为:将一定量的 K2FeO4 粗产品溶于冷的 3 mol· L-1KOH 溶 液中,___________________________________________( 实验 中须使用的试剂有:饱和 KOH 溶液,乙醇;除常用仪器外须 使用的仪器有:砂芯漏斗,真空干燥箱)。

解析:(2)Cl2 和KOH在较高温度下反应生成KClO3,制取
KClO温度反应在0 ℃~5 ℃,装置C应放在冰水浴中,充分 利用原料,应降低通入氯气的速率; (3)K2FeO4在Fe3 +和Fe(OH)3催化作用下发生分解,应把 Fe(NO3)3饱和溶液滴加到KClO溶液中。

答案:(1)2MnO4 +16H +10Cl ===2Mn2 +5Cl2↑+8H2O
- + - +

HCl
(2)缓慢滴加盐酸、装置 C 加冰水浴 (3)在搅拌下,将 Fe(NO3)3 饱和溶液缓慢滴加到KClO 饱和 溶液中 (4)用砂芯漏斗过滤,将滤液置于冰水浴中,向滤液中加入

饱和 KOH 溶液,搅拌、静置,再用砂芯漏斗过滤,晶体用适
量乙醇洗涤 2~3 次后,在真空干燥箱中干燥

5.Na2S2O3 可用作照相的定影剂等。已知 Na2S2O3 的某些 性质如下:
- 2- 2- (1)S2O2 能被 I 氧化为 S O ; (2) 酸性条件下 S O 3 2 4 6 2 3 迅速分

解为 S 和 SO2。
- Ⅰ.市售 Na2S2O3 中常含有 SO2 4 ,请完成以下方案,检验其

中含有的 SO2 4 :


实验步骤
步骤 1:取少量固体样 品溶于无氧蒸馏水中

预期现象或结论 固体完全溶解得无色澄清溶液

步骤 2:______________ __________________________________ 步骤 3:_____________ __________________________________

Ⅱ.利用 K2Cr2O7 标准溶液可以定量测定市售硫代硫酸钠试 剂的纯度,步骤为: ①溶液配制:称取 1.0 g Na2S2O3 试样,用新煮沸并冷却的 蒸馏水溶解,最终定容至 100 mL。
-1

②滴定:取 10.00 mL 0.01 mol· L 酸酸化,再加过量 KI 溶液。

K2Cr2O7 标准溶液,加硫

③往步骤②所得溶液加入某指示剂,用 Na2S2O3 溶液滴定
- - 2- 至终点(2S2O2 + I ===S O + 2I ),记录 Na2S2O3 溶液用量,平 3 2 4 6

行滴定 3 次。

(1)步骤①中必须使用的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、

__________和__________。
- (2) 完 成 并 配 平 步 骤 ② 中 的 离 子 反 应 : ____Cr2O 2 7 +

____(

)+____I === ____I2+____Cr3 +____H2O。
- +

(3)步骤③中,指示剂最好选用________,该滴定应在接近

中性的溶液中进行而不在强酸性溶液中进行的原因是_______
________________。

(4)若 3 次滴定 Na2S2O3 溶液的平均用量为 12.00 mL,则样 品的纯度为___________。(Na2S2O3 的摩尔质量为 158 g· mol 1)


解析:Ⅰ.根据 SO2 4 的检验方法,可向溶液中加入足量的 HCl 后,再 加入 BaCl2,但是加入 HCl,硫代硫酸钠在酸性条件下可发生自身氧 化还原反应生成单质硫和二氧化硫气体,因此可静置后加入氯化钡, - 如有沉淀,可说明存在 SO2 4 ;Ⅱ.(1)要配制 100 mL 溶液,则需要烧 杯、玻璃棒、100 mL 容量瓶和胶头滴管;(2)反应中 Cr 元素的化合价 从+6 降低到+3,得到 3 个电子,碘元素的化合价从-1 升高到 0, 因此根据电子得失守恒可知氧化剂与还原剂的物质的量之比是 1∶6, 根据原子守恒可知还有氢离子参加反应,则配平后的方程式为: - + - 3+ Cr2O2 + 14H + 6I ===3I + 2Cr +7H2O;(3)碘遇淀粉显蓝色,所以 7 2 - 最好选择淀粉作指示剂;由于在酸性溶液中 S2O2 3 迅速分解为 S 和


SO2,影响样品纯度的测定,所以该滴定应在接近中性的溶液中进行而
2 不在强酸性溶液中进行;(4)根据方程式:2S2O2 3 +I2===S4O6 +2I 、
- - -

3 2 2 Cr2O2 + 14H + 6I ===3I + 2Cr + 7H O 可知 Cr O ~ 3I ~ 6S O 7 2 2 2 7 2 2 3 ,
- + - + - -

所以反应中消耗硫代硫酸钠的物质的量是 0.01 L×0.01 mol· L 1×6=


100 mL 0.0006 mol, 则原样品中硫代硫酸钠的物质的量是 0.0006 mol× 12 mL =

0.005 mol, 其质量是 0.005 mol×158 g· mol 1=0.79 g, 所以样品的纯度


为 79%。

答案:Ⅰ.
实验步骤 加入过量盐酸 预期现象或结论 有浅黄色浑浊出现,有刺 激性气味的气体产生
2- 品中含有 SO4

静置后取上层清液, 有白色沉淀产生,说明样 加入 BaCl2 溶液

Ⅱ.(1)100 mL 容量瓶

胶头滴管

(2)1 14

H+

6

3

2


7

(3)淀粉 度的测定

酸性时 S2O2 3 迅速分解为 S 和 SO2,影响样品纯

(4)79%(或 0.79)

6.某校兴趣小组用如下图Ⅰ装置制取漂白液(气密性已检
验,试剂已添加),并研究其相关性质。

图Ⅰ

图Ⅱ

实验操作和现象:打开分液漏斗的活塞,缓缓滴加一定量 浓盐酸,点燃酒精灯;一段时间后,关闭分液漏斗的活塞,熄

灭酒精灯。

(1)烧瓶中反应的化学方程式为:___________________。 (2)饱和食盐水的作用是__________________________。 (3)若用图Ⅱ装置收集多余的氯气,请在虚线框内画出该装 置简图。 (4)修改方案后,该小组同学制得了较高浓度的 NaClO 溶 液。他们把漂白液和滴有酚酞的红色 Na2SO3 溶液混合后,得到 无色溶液。 提出猜想: Ⅰ.NaClO 把 Na2SO3 氧化了。

Ⅱ.NaClO 把酚酞氧化了。 Ⅲ.NaClO 把 Na2SO3 和酚酞均氧化了。 ①下列实验方案中可以证明 NaClO 氧化了 Na2SO3 的是 __________(填序号)。 a.向混合后的溶液中加入过量盐酸 b.向混合后的溶液中加入过量盐酸,再加入氯化钡溶液 c.向混合后的溶液中加入过量硝酸,再加入硝酸银溶液 d.向混合后的溶液中加入氢氧化钡溶液,再加入过量盐酸

②为证明 NaClO 氧化了酚酞,可进行的实验是__________。

答案:(1)MnO2+4HCl(浓)

MnCl2+Cl2↑+2H2O 或

(2)除去氯气中的氯化氢 (4)①bd

(3)

②向混合后的溶液中加入 NaOH 溶液,若溶液

不变红说明酚酞已经被氧化;若溶液变红说明酚酞没有被氧化 (或向混合后的溶液中加入足量酚酞溶液,若溶液变红说明酚酞 已经被氧化;若溶液不变红说明酚酞没有被氧化)

7.(2015 年四川卷)(NH4)2SO4 是常用的化肥和化工原料,

受热易分解,某兴趣小组拟探究其分解产物。
【查阅资料】(NH4)2SO4 在 260 ℃和 400 ℃时分解产物不 同。 【实验探究】该小组拟选用如图所示装置进行实验(夹持和 加热装置略)

实验 1:连接装置 A-B-C-D,检查气密性,按图示加入试 剂(装置 B 盛 0.5000 mol· L-1 盐酸 70.00 mL)。通入 N2 排尽空气 后,于 260 ℃加热装置 A 一段时间,停止加热,冷却,停止通 入 N2。品红溶液不褪色。取下装置 B,加入指示剂,用 0.2000

moI· L-1 NaOH 溶液滴定剩余盐酸,终点时消耗 NaOH 溶液 25.00
- mL。经检验滴定后的溶液中无 SO2 4 。

(1)仪器 X 的名称是________________。 (2)滴定前,下列操作的正确顺序是________________(填字 母编号)。

a.盛装 0.2000 mol· L-1 NaOH 溶液 b.用 0.2000 mol· L-1 NaOH 溶液润洗 c.读数、记录 d.查漏、清洗 e.排尽滴定管尖嘴的气泡并调整液面 (3)装置 B 内溶液吸收气体的物质的量是________mol。 实验 2:连接装置 A-D-B,检查气密性,按图示重新加入 试剂。通入 N2 排尽空气后,于 400 ℃加热装置 A 至(NH4)2SO4 完全分解无残留物,停止加热,冷却,停止通入 N2。观察到装 置 A、D 之间的导气管内有少量白色固体。经检验,该白色固 - 2- 体和装置 D 内溶液中有 SO2 ,无 SO 3 4 。进一步研究发现,气 体产物中无氮氧化物。

2 (4)检查装置 D 内溶液中有 SO2 3 ,无 SO4 的实验操作和现
- -

象是_______________________________。 (5)装置 B 内溶液吸收的气体是________。 (6)(NH4)2SO4 在 400 ℃分解的化学方程式_____________ ___________________________________。

答案:(1)圆底烧瓶

(2)dbaec

(3)0.03

(4)取少许装置 D 内溶液于试管中,加入足量 BaCl2 溶液, 有白色沉淀生成,再加入盐酸,白色沉淀完全溶解,生成刺激 性气味的气体 (5)NH3

400 ℃ (6)3(NH4)2SO4 ===== 4NH3↑+3SO2↑+6H2O↑+N2↑


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