化学实验设计与探究-2018年高考化学.doc
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【母题来源】2017年高考北京卷
【母题题文】某小组在验证反应“Fe+2Ag+=Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+,发现和探究过程如下。
向硝酸酸化的0.05mol·L-1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体,溶液呈黄色。
(1)检验产物
①取出少量黑色固体,洗涤后,_______(填操作和现象),证明黑色固体中含有Ag。
②取上层清液,滴加K3溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有_______________。
(2)针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有Fe3+,乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+,乙依据的原理是___________________(用离子方程式表示)。
针对两种观点继续实验:
①取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液变红,证实了甲的猜测。
同时发现有白色沉淀产生,且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如下:
序号
取样时间/min
现象
ⅰ
3
产生大量白色沉淀;溶液呈红色
ⅱ
30
产生白色沉淀;较3min时量少;溶液红色较3min时加深
ⅲ
120
产生白色沉淀;较30min时量少;溶液红色较30min时变浅
(资料:
Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN)
②对Fe3+产生的原因作出如下假设:
假设a:
可能是铁粉表面有氧化层,能产生Fe3+;
假设b:
空气中存在O2,由于________(用离子方程式表示),可产生Fe3+;
假设c:
酸性溶液中NO3-具有氧化性,可产生Fe3+;
假设d:
根据_______现象,判断溶液中存在Ag+,可产生Fe3+。
③下列实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。
实验Ⅱ可证实假设d成立。
实验Ⅰ:
向硝酸酸化的________溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,不同时间取上层清液滴加KSCN溶液,3min时溶液呈浅红色,30min后溶液几乎无色。
实验Ⅱ:
装置如图。
其中甲溶液是________,操作及现象是________________。
(3)根据实验现象,结合方程式推测实验ⅰ~ⅲ中Fe3+浓度变化的原因:
______。
【答案】
(1)①加硝酸加热溶解固体,再滴加稀盐酸,产生白色沉淀②Fe2+
(2)Fe+2Fe3+=3Fe2+
②4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O加入KSCN溶液后产生白色沉淀
③0.05mol·L-1NaNO3溶液FeSO4溶液(或FeCl2溶液)
分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液,同时滴加KSCN溶液,后者红色更深
(3)溶液中存在反应:
①Fe+2Ag+=Fe2++2Ag、②Ag++Fe2+=Ag+Fe3+、③Fe+2Fe3+=3Fe2+,反应开始时,
c(Ag+)大,以反应①、②为主,c(Fe3+)增大。
约30分钟后,c(Ag+)小,以反应③为主,c(Fe3+)减小。
验的干扰,相当于没有Ag+存在的空白实验,考虑其他条件不要变化,可以选用0.05mol·L-1NaNO3溶液。
原电池实验需要证明的是假设d的反应Ag++Fe2+=Ag+Fe3+能够实现,所以甲池应当注入FeCl2(或者FeSO4溶液)。
假设d成立,则上述原电池中能够产生电流,左侧溶液中生成的Fe3+遇到KSCN时红色会更深。
(3)由于加入过量铁粉,溶液中存在反应有①Fe+2Ag+=Fe2++2Ag,反应生成的Fe2+能够被Ag+氧化发生反应②Ag++Fe2+=Ag+Fe3+,生成的Fe3+与过量铁粉发生反应③Fe+2Fe3+=3Fe2+。
反应开始时,c(Ag+)大,以反应①②为主,c(Fe3+)增大。
约30分钟后,c(Ag+)小,以反应③为主,c(Fe3+)减小。
【命题意图】该题是一个探究性试题,主要考查部分基础化学反应原理、物质的检验、实验分析、有盐桥的原电池结构、实验设计等知识,考查考生实验理解能力、根据要求进行实验设计的能力和对问题的综合分析能力。
【命题方向】化学是一门实验性的,物质的制备、混合物的分离提纯、物质的含量的测定及实验时仪器的选择使用,实验方法的设计与评价的问题,都是化学实验必不可少的。
因此掌握一些基本化学基础和仪器的使用方法、实验技巧是非常必要的。
该类试题的一般考查为:
考查化学实验基础知识、元素及化合物及相关理论知识,还涉及对探究方法的考查;将化学基本理论、探究性实验、定性与定量实验放在一起综合考查学生分析问题、解决问题的能力;结合题目给定的信息,对知识进行迁移应用,解决相关问题。
【得分要点】灵活应用控制变量思想方法是解答此类问题的关键,探究实验异常现象成为近几年实验探究命题的热点,突出对实验能力的考查。
该题为实验探究题,装置图、流程图很简单,但探究过程较复杂,准确全面获取信息、通过控制变量思想进行逻辑分析是解题的关键,凭感觉做题,不容易准确获取题中信息。
该类试题的解题策略为:
(1)确定变量:
解答这类题目时首先要认真审题,理清影响实验探究结果的因素有哪些。
(2)定多变:
在探究时,应该先确定其他的因素不变,只变化一种因素,
1.【衡阳市2017届下学期第三次联考】甲乙两实验小组同学对铁及其化合物的性质进行如下探究:
I.甲组同学利用如图装置探究过量铁粉与浓H2SO4反应产生的气体成分。
(1)组装好实验仪器后,接下来的实验操作是____________________;
(2)B中观察到品红溶液褪色,D中收集到VmL水,说明A中反应产生气体的成分
是______________________。
II.乙组同学对反应后圆底烧瓶溶液中所含金属离子进行探究。
(3)铁与浓H2SO4的反应过程中必有Fe3+生成。
取适量反应后的溶液,加入少量KSCN溶液,不变红色。
原因是_______________(用离子方程式表示)。
(4)取适量反应后的溶液,加人少量酸性高锰酸钾溶液,溶液褪色。
该反应原理的离子方程式为_______________________。
(5)取少量反应后的溶液,先滴加少量新制氯水,再滴加KSCN溶液,呈现血红色,继续滴加过量新制氯水,红色褪去。
①分析其可能的原因是:
A.溶液中Fe3+被氧化成更髙价;
B.____________________________;
C.______________________。
②请选用下列合适的化学试剂,验证结论A是否正确。
0.lmol/LFeCl3溶液、lmol/LFeCl2溶液、KSCN溶液、新制氯水、一定浓度的H2O2溶液。
操作、现象及相关结论为_______________________。
【答案】检查装罝的气密性SO2和H2(或二氧化硫和氢气)2Fe3++Fe=3Fe2+5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O溶液中SCN-被试化溶液中Fe3+及SCN-均被氧化(注意:
B、C可互换)在己褪色的溶液中取出溶液少许于另一试管中,再加入适量的lmol/LKSCN溶液,如果没有明显现象,则结论A正确。
或:
在己褪色的溶液中取出溶液少许于另一试管中,再加入适量的0.1moI/LFeCl3溶液,如果溶液红色复原,则结论A正确。
【解析】I.
(1)有气体参加或生成的实验,组装好实验仪器后,接下来的实验操作是检查装罝的气密性;
(2)B中观察到品红溶液褪色,说明有SO2,D中收集到VmL水,说明生成的气体中可能有H2,浓H2SO4与Fe反应生成SO2,随反应的进行,硫酸浓度变稀,反应后产生H2,最后气体为SO2和H2(或二氧化硫和氢气);II.(3)加入少量KSCN溶液,不变红色。
原因是没有Fe3+,Fe+2Fe3+=3Fe2+;(4)取适量反应后的溶液,加人少量酸性高锰酸钾溶液,溶液褪色。
说明溶液中有还原性物质,5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O;(5)取少量反应后的溶液,先滴加少量新制氯水,再滴加KSCN溶
2.【合肥市2017届第三次教学模拟】某学习小组通过下列装置探究MnO2与FeCl3·6H2O能否反应产生Cl2.
实验操作和现象如下表:
实验编号
操作
现象
实验1
按上图所示加热MnO2与FeCl3·6H2O混合物
①试管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试管B中溶液变蓝
实验2
把A中的混合物换为FeC13·6H2O,B中溶液换为KSCN溶液,加热。
A中部分固体溶解,产生白雾和黄色气体,B中KSCN溶液变红
回答下列问题:
(l)上述实验中的白雾是_______;试管A管口向上倾斜的原因是_________
(2)实验2说明黄色气体中含有FeCl3,写出FeCl3使KI-淀粉溶液变蓝的离子方程式:
___
(3)为进一步确认黄色气体中含有Cl2,该学习小组对实验1提出两种改进方案:
方案1:
在A、B间增加盛有某种试剂的洗气瓶C,结果B中溶液仍变为蓝色。
方案2:
将B中KI一淀粉溶液替换为NaBr溶液,结果B中溶液呈橙红色,且未检出Fe2+。
则方案1C中盛放的试剂是_________;方案2中检验Fe2+的试剂是______,选择NaBr溶液的依据是______。
(4)实验1充分加热后,若反应中被氧化与未被氧化的氯元素质量之比为1:
2,则A中发生反应的化学方程式为_______;其尾气处理的方法是_________。
(5)该学习小组认为实验1中溶液变蓝,可能还有另外一种原因是:
________________________。
请你设计实验方案验证此猜想:
_____________________。
【答案】盐酸小液滴试管A中部分固体溶解在FeCl3·6H2O分解生成的水中形应溶液2Fe3++2I-=2Fe2++I2饱和NaCl溶液硫氰化钾溶液Br-可以被Cl2氧化成Br2,但不会被Fe3+氧化为Br2MnO2+2FeCl3·6H2OFe2O3+MnCl2+Cl2↑+2HCl+11H2O将尾气通入到氢氧化钾溶液中实验未先赶出空气,其中的O2在此条件下可能氧化I-向一试管中加入KI-淀粉溶液.再滴入几滴稀盐酸,在空气中放置,观察一段时间后溶液是否变蓝
【解析】(l)HCl具有挥发性,上述实验中的白雾是盐酸小液滴;试管A管口向上倾斜的原因是试管A中部分固体溶解在FeCl3·6H2O分解生成的水中形应溶液;
(2)FeCl3具有氧化性,使KI-淀粉溶液变蓝的离子方程式:
2Fe3++2I-=2Fe2++I2;(3)方案1C中盛放的试剂是饱和NaCl溶液,洗去HCl,Cl2在其中溶解度小;方案2中检验Fe2+的试剂是硫氰化钾溶液;氧化性次序:
Cl2>Br2>Fe3+>I2,选择NaBr溶液的依据是Br-可以被Cl2氧化成Br2,但不会被Fe3+氧化为Br2(4)实验1充分加热后,若反应中
3.【山东省实验中学2017届下学期第二次模拟考试】(14分〕某化学兴趣小组欲探究含硫物质的性质及制备。
【探究一】用下面的装置和药品探究亚硫酸与次氯酸的酸性强弱:
装置连接顺序为_________(用字母表示),其中装置C的作用是___________。
【探究二】
(1)某小组同学为探究SO2的漂白性性质,用下图所示装置进行实验,
观察到如下现象:
i中红色褪去;ii中无变化.碱石灰的作用除了吸收尾气外还有_______的作用。
从实验中可知使品红的水溶液褪色的微粒可能是____________。
(2)该小组同学又对SO2与氯水的反应进行探究。
①用注射器吸入一定量的饱和氯水和SO2,振荡,静置,再吸入少量品红溶液,发现品红溶液不褪色。
②改变氯水用量,重复①操作,发现品红溶液红色褪去,你认为②中品红溶液褪色的原因可