高考化学大一轮复习讲义第三十七讲 探究性化学实验.docx
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高考化学大一轮复习讲义第三十七讲探究性化学实验
第三十七讲探究性化学实验
1、掌握化学探究性实验方案设计的原则和方法
2、掌握探究型实验题的题型的解题思路与技巧。
一、探究性实验设计的原则
（1）科学性的原则。
所设计的实验应该符合科学道理，不能凭空捏造。
（2）对照性的原则。
要设计一个对照性的实验，要想这个实验更能够说明问题，一定要有正反两个方面的实验。
（3）等量性的原则。
所设计的实验中的平行反应，试剂的取用应该是等量的。
（4）单因子的变量原则。
对某个实验的影响，会有很多的因素，实验正是要人为控制条件，使众多变量中，只能有一个因素是变量，其余几个是一样的。
二、探究性实验的设计
1、对未知产物的探究
通过化学反应原理猜测可能生成哪些物质，对这些物质逐一进行检验来确定究竟含有哪些物质。
虽然探究性实验主要考查学生的探究能力，但在问题中常常包含了对实验基础知识的考查。
如：
（1）常见物质分离的提纯方法：
结晶法、蒸馏法、过滤法、升华法、萃取法、渗析法等。
（2）常见气体的制备、净化、干燥、收集等方法。
（3）熟悉重点的操作：
气密性检查、测量气体体积、防倒吸、防污染等。
正确解答此类试题的关键：
①猜测要全面；②熟记常见物质的检验方法。
2、物质性质的探究
（1）在探究过程中往往可以利用对比实验，即设置几组平行实验来进行对照和比较，从而研究和揭示某种规律，解释某种现象形成的原因或证明某种反应机理。
（2）无机物、有机物性质的探究，必须在牢牢掌握元素化合物知识的基础上，大胆猜想，细心论证。
脱离元素化合物知识，独立看待实验问题是不科学的，只有灵活运用已有的元素化合物知识，才能变探究型实验为验证型实验，使复杂问题简单化。
【典型例题1】【江苏省清江2020届第三次月考】某化学活动小组设计如下图所示（部分夹持装置已略去）实验装置，以探究潮湿的Cl2与Na2CO3反应得到的固体物质。
（1）写出装置A中发生反应的化学方程式：
。
（2）写出试剂Y的名称：
。
（3）已知：
通入一定量的氯气后，测得D中只有一种常温下为黄红色的气体，其为含氯氧化物。
可以确定的是C中含氯元素的盐只有一种，且含有NaHCO3，现对C成分进行猜想和探究。
①提出合理假设。
假设1：
存在两种成分：
NaHCO3和；
假设2：
存在三种成分：
NaHCO3和、。
②设计方案，进行实验。
请写出实验步骤以及预期现象和结论（可不填满）。
限选实验试剂和仪器：
蒸馏水、稀HNO3、BaCl2溶液、澄清石灰水、AgNO3溶液、试管、小烧杯。
实验步骤
预期现象和结论
步骤1：
取C中少量固体样品于试管中，滴加足量蒸馏水至固体溶解，然后将所得溶液分别置于A、B试管中。
步骤2：
______________
步骤3：
向B试管中滴加过量的稀HNO3溶液，再滴加AgNO3溶液。
若溶液变浑浊，结合步骤2中①，则假设1成立，结合步骤2中②，则假设2成立。
（4）已知C中有0．1molCl2参加反应。
若假设l成立，可推知C中反应的化学方程式为：
。
【答案】（12分）
（1）4HCl（浓）+MnO2
MnCl2+Cl2↑+2H2O（2分）
（2）饱和食盐水（或饱和氯化钠溶液）（2分）
（3）假设一：
NaCl（2分）
假设二：
NaCl、Na2CO3、（2分）
实验步骤
预期现象和结论
步骤2：
向A试管中滴加BaCl2溶液，（2分）
若先无明显现象，证明固体中不含碳酸钠。
（1分）
若溶液变浑浊，证明固体中含碳酸钠。
（1分）
（4）2Cl2+2Na2CO3+H2O=2NaHCO3+2NaCl＋Cl2O↑
考点：
考查了探究性化学实验的实验设计
【点评】探究性化学实验题在近几年的高考中频频出现，这类题具有综合性强，开放性强等特点，能很好地考查学生分析问题、解决问题和创新思维的能力，这种题的区分度高，高考中具有很好的选拔功能。
解探究性实验题的基本程序可用下列流程图表示：
→提出猜想→设计验证方案→观察实验发现特殊现象，提出新猜想现象→
。
【迁移训练1】【百强校·2020届临川二中、九江一中下学期联考】镁是最轻的结构金属材料之一，又具有比强度和比刚度高、阻尼性和切削性好、易于回收等优点。
国内外将镁合金应用于汽车行业，以减重、节能、降低污染，改善环境。
但金属镁性质活泼，能与空气中的O2、N2、CO2等反应，也能与沸水反应。
其中，Mg与N2反应的产物Mg3N2与水反应：
Mg3N2＋6H2O＝3Mg（OH）2＋2NH3↑。
请回答下列问题：
（1）甲组学生研究Mg能在CO2气体中燃烧，并研究其产物。
将镁条在空气中加热点燃后迅速插入盛放CO2气体的集气瓶中，观察到的现象是_________________________；化学反应方程式是________________
（2）乙组学生根据上述甲组实验，认为Mg能在NO2中燃烧，可能产物为MgO、N2和Mg3N2。
通过如下实验装置来验证反应产物（夹持装置省略，部分仪器可重复使用）。
已知：
NO2气体能被NaOH吸收。
NH3·H2O的电离常数与CH3COOH电离常数相等，均为1.75×10-5。
①乙组同学的装置中，依次连接的顺序为A__________（填字母序号）；装置B中的作用是_________
②确定产物中有N2生成的实验现象为____________________________________
（3）设计实验证明：
①产物中存在Mg3N2:
②MgO和Mg（OH）2溶于铵盐溶液是与NH4+直接反应，不是与NH4+水解出来的H+反应：
【答案】
（1）剧烈燃烧，发出耀眼白光，反应后在集气瓶内部附着白色粉末和黑色颗粒；
2Mg+CO2
2MgO+C
（2）①BCBED；在C的两侧防止水蒸气进入C中与产物Mg3N2反应
②D中试剂瓶中的水被气体压入烧杯中（3）①取C中少量反应产物，加入到水中产生刺激性气味的气体，该气体可使湿润的红色石蕊试纸变蓝②将①中加水后的溶液加热，赶走NH3后，再加入过量的CH3COONH4溶液，固体溶解，说明MgO和Mg（OH）2溶于铵盐溶液是与NH4+直接反应，不是与NH4+水解出来的H+反应
考点：
考查了物质性质的探究实验的相关知识。
【典型例题2】【江西省上高二中2020届第三次月考】过氧化钠（Na2O2）是常见物质，常见的过氧化物还包括过氧化钙（CaO2）。
已知:
过氧化钠与CO2反应有气体生成，而将SO2通入过氧化钠粉末中也有气体生成。
有人提出CO2、SO2与过氧化钠的反应原理相同，但也有人提出SO2具有较强的还原性，CO2无强还原性，反应原理不相同。
据此设计如下实验操作进行判断。
实验一:
向一定量的过氧化钠固体中通入足量的SO2，取反应后的固体进行实验探究，以证明过氧化物与SO2反应的特点。
（1）提出假设:
假设1:
反应后固体中只有Na2SO3，证明SO2未被氧化；
假设2:
反应后固体中只有Na2SO4，证明SO2完全被氧化；
假设3:
，证明。
实验探究:
实验二:
通过测量气体的体积判断发生的化学反应，实验装置如下:
（2）试剂A可以选用________，试剂B的作用是________。
（3）实验测得装置C中过氧化钠质量增加了m1g，装置D质量增加了m2g，装置E中收集到的气体为VL（已换算成标准状况下），用上述有关测量数据判断，SO2未被氧化、完全被氧化的V-m1关系式。
未被氧化:
_______，完全被氧化:
__________。
（4）若SO2完全被氧化，写出反应的化学方程式:
__________________________。
【答案】
（1）Na2SO3和Na2SO4的混合物（2分）SO2被部分氧化（2分）
（2）浓H2SO4（2分）吸收未反应的SO2（2分）（3）V=7m1/30（2分）V=0（2分）
（4）SO2+Na2O2＝Na2SO4（2分）
【考点定位】本题主要是考查二氧化硫性质以及SO2和过氧化钠反应的实验探究
【点评】这类实验常用的探究点如下，我们可以根据其进行假设猜想。
（1）与反应物性质有关的探究点；
（2）与生成物性质有关的探究点；（3）与实验装置有关的探究点；（4）与实际问题有关的探究点；（5）与绿色实验有关的探究点。
【迁移训练2】【广东仲元2020届11月月考】某研究性学习小组将一定浓度的Na2CO3溶液滴入CuSO4溶液中得到蓝色沉淀。
甲同学认为沉淀可能是CuCO3；乙同学认为沉淀可能是Cu（OH）2；
丙同学认为沉淀可能是CuCO3和Cu（OH）2的混合物。
（查阅资料知：
CuCO3和Cu（OH）2均不带结晶水）
Ⅰ、
（1）按照甲同学的观点，发生反应的离子反应方程式为______________________；
（2）在探究沉淀成分前，须将沉淀从溶液中过滤、洗涤、低温干燥，检验沉淀是否洗涤干净的方法是。
Ⅱ、请用下图所示装置，选择必要的试剂，定性探究生成物的成分。
（1）各装置连接顺序为_________→_________→___________。
（2）能证明生成物中有CuCO3的实验现象是_____________________________________。
Ⅲ、若CuCO3和Cu（OH）2两者都有，可利用下列装置通过实验测定其组成。
（1）装置C中碱石灰的作用是_________________________________________。
（2）若沉淀样品的质量为m克，装置B质量增加了n克，则沉淀中CuCO3的质量分数为_______。
【答案】Ⅰ、
（1）CO32-+Cu2+=CuCO3↓
（2）取最后一次洗涤液，滴加BaCl2溶液，无沉淀生成，说明已洗净。
Ⅱ、
（1）A→C→B
（2）装置B中澄清石灰水变浑浊
Ⅲ、
（1）吸收空气中的水蒸气和CO2
（2）1－（49n/9m）
考点：
本题主要是化学实验设计与探究
考点一：
规律探究与变量控制
控制变量法：
物质变化往往受到多个因素的影响，在研究化学反应与外界因素之间的关系时，对影响物质变化规律的因素或条件加以人为控制，使其他几个因素不变，集中研究其中一个因素的变化所产生的影响，以利于在研究过程中，迅速寻找到物质变化的规律。
常涉及的题型有：
（1）外因（浓度、温度、压强等）对化学反应速率、化学平衡的影响；
（2）物质性质的递变规律。
1、变量探究实验题的解题策略
解答变量探究类试题关键是在其他条件相同的前提下，只改变一个条件对研究对象的影响规律。
注意：
选择数据要有效，且变量统一，否则无法作出正确判断。
分析思路为：
2、规律探究实验题的解题策略
物质性质递变规律的探索也是化学实验探索的一个重要内容。
研究同周期、同主族元素性质的递变规律，物质的氧化还原反应（如置换反应）规律，物质的酸（碱）性强弱规律，电解质溶液的导电规律等，都是开展有关规律探究的重要素材，也是高考命题的经典情境。
解决有关规律探究问题的实验设计，其常用方法示例如下：
（1）同周期、同主族元素性质的递变规律，一般通过设计判断元素金属性、非金属性的强弱实验来完成，如通过让金属单质与相同浓度的非氧化性酸反应产生H2的速率快慢来判断金属单质的还原性强弱，推断元素金属性强弱，从而找出相应的性质递变规律。
（2）物质的酸（碱）性强弱的判断。
（3）钢铁发生电化学腐蚀的规律探究。
可以通过控制所含的杂质是否与空气接触、所接触的电解质溶液的酸碱度、钢铁在腐蚀过程中体系内的气压变化等角度设计实验，找出规律。
【典型例题3】【百强校·2020届正定上学期第五次月考】（12分）某红色固体粉末样品可能含有Fe2O3和Cu2O中的一种或两种，某校化学自主探究实验小组拟对其组成进行探究，查阅资料：
Cu2O在酸性溶液中会发生反应：
Cu2O+2H+＝Cu+Cu2++H2O。
实验探究一：
学生甲利用如图所示装置进行实验，称量反应前后装置C中样品的质量，以确定样品的组成．回答下列问题：
（1）仪器组装完成后，夹好止水夹，__________________，则说明装置A的气密性良好。
（2）从下列实验步骤中，选择正确的操作顺序：
_____________________（填序号）。
①打开止水夹②熄灭C处的酒精喷灯 ③C处冷却至室温后，关闭止水夹
④点燃C处的酒精喷灯 ⑤收集氢气并验纯
实验探究二：
（3）学生乙取少量样品于烧杯中，加入过量稀硫酸，并作出如下假设和判断，结论正确的是________。
A．若固体全部溶解，说明样品中一定含有Fe2O3，一定不含有Cu2O
B．若固体部分溶解，说明样品中一定含有Cu2O，一定不含有Fe2O3
C．若固体全部溶解，再滴加KSCN溶液，溶液不变红色，说明样品一定含有Fe2O3和Cu2O
另取少量样品于试管中，加入适量的浓硝酸，产生红棕色气体证明样品中一定含有________，写出产生上述气体的化学方程式_______________________。
实验探究三：
（4）学生丙取一定量样品于烧杯中，加入足量的稀硫酸，反应后经过滤得到固体3.2g，测得滤液中Fe2+有1.0mol，则样品中n（Cu2O）＝_______________mol。
【答案】
（1）向装置A中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液注，过一段时间若液柱高度保持不变（2分）
（2）①⑤④②③（2分）（3）C（2分）Cu2O（2分）
Cu2O+6HNO3（浓）＝2Cu（NO3）2+2NO2↑+3H2O；（2分）（4）0.55（2分）
考点：
考查了氧化还原反应、探究物质的组成实验设计的相关知识。
【点评】探究型实验包括发现问题、提出问题、猜想与假设、设计实验、实施实验、观察现象、对现象进行记录和分析、收集数据、解释与得出结论、反思与评价和表达与交流等要素，试题可以涉及其中的一个或几个要素进行设问。
【迁移训练3】【百强校·2020届静海一中期末】Ⅰ．下图所示的实验，能达到实验目的的是。
A
B
C
D
验证化学能
转化为电能
验证温度对化学平衡的影响
验证铁
发生析氢腐蚀
验证AgCl
溶解度大于Ag2S
Ⅱ．某同学为了验证Fe3+是否能氧化H2SO3生成了SO42–，他用50mL0.1mol/LFeCl3溶液吸收制取SO2气体的尾气，再进行以下实验：
（1）向FeCl3溶液中通入一定量的SO2，反应的离子方程式：
；
（2）检验吸收液中SO42–的方法：
；
（3）吸收液中除了含有H+、Cl–、SO42–以外，对其它成份（Fe3+、Fe2+、H2SO3）的可能组合进行探究：
①提出假设。
假设1：
溶液中存在Fe3+、Fe2+；
假设2：
溶液中存在；
假设3：
溶液中存在Fe2+而不存在H2SO3（二者恰好完全反应）。
②设计方案、进行实验，验证假设。
请在表中写出实验步骤以及预期现象和结论（可以不填满）。
限选实验试剂和仪器：
试管、滴管、0.1moL
L-1KMnO4、0.1moL
L-1KSCN溶液、品红溶液。
实验步骤
预期现象和结论
步骤1：
用试管取样品溶液2～3mL，再用滴管取
（2）若出现红色，则假设1成立；
（2）若未出现红色，则假设2或假设3成立。
步骤2：
【答案】Ⅰ．BⅡ．
（1）SO2+2H2O+2Fe3+＝2Fe2++SO42-+4H+
（2）取少量样品溶液于试管中，先滴入足量的稀盐酸，再滴入氯化钡溶液，有白色沉淀生成
（3）①假设2：
Fe2+、H2SO3
②.
实验步骤
预期现象和结论
步聚1：
向试管中滴入1～2滴0.1mol/LKSCN溶液（1分）
步骤2：
另取2～3mL样品溶液于试管中滴入1～2mL品红稀溶液（1分）
1.若品红溶液红色褪色，假设2成立（1分）；
2.若品红溶液不褪色，结合步骤1中的
（2）则假设3成立（1分）
考点：
考查化学实验方案设计、探究与评价
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