第30讲 探究性综合实验题.docx

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第30讲探究性综合实验题

第30讲　探究性综合实验题

课时集训

测控导航表

知识点

题号

物质的性质探究

4,5

物质的成分探究

1,2

反应原理探究

3

1.（2018·福建福州高三下学期质量检测）蛋白质是生命的物质基础。

某学习小组通过实验探究一种蛋白质的元素组成。

Ⅰ.确定该蛋白质中的某些组成元素

（1）为确定该蛋白质中含氮元素,将样品中有机氮转化成铵盐,能证明铵盐存在的实验方法是 

　。

（2）为确定该蛋白质中含碳、氢、硫三种元素,采用如下图装置进行研究,通入氧气使样品在装置A中充分燃烧,并使其产物依次缓缓通过其余装置。

①装置B中的试剂是　　　　　　。

②装置D的作用是　。

③当装置B、C、E、F依次出现下列现象:

　　　　　　,品红褪色,

　　　　　　　,出现白色浑浊;可证明燃烧产物中含有H2O、SO2、CO2。

结论:

该蛋白质中含碳、氢、硫、氮等元素。

Ⅱ.为测定该蛋白质中硫元素的质量分数,小组取蛋白质样品充分燃烧,先用足量碘水吸收二氧化硫,再取吸收液,以淀粉为指示剂,用硫代硫酸钠溶液滴定过量的碘。

已知:

2S2

+I2

S4

+2I-

（3）写出二氧化硫与碘水反应的化学方程式:

　。

（4）滴定终点的现象为 

　　　　　　　　　　　　。

（5）取蛋白质样品mg进行测定,采用c1mol/L的碘水V1mL进行吸收,滴定过量的碘时消耗c2mol/L硫代硫酸钠溶液V2mL。

该蛋白质中的硫元素的质量分数为　　　　　　　。

（6）若燃烧时过量氧气进入吸收液中,可能会导致该蛋白质中的硫元素的质量分数测定值　　　　（填“偏大”或“偏小”或“无影响”）。

解析:

Ⅰ.

（1）注入氢氧化钠溶液,加热,生成能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体,则证明存在铵盐。

（2）蛋白质中含碳、氢、硫三种元素,通入氧气使样品在装置A中充分燃烧,生成二氧化碳、水、二氧化硫;B装置中盛放无水硫酸铜检验水、C装置中的品红检验二氧化硫、D装置中的酸性高锰酸钾溶液除二氧化硫,E装置中的品红检验二氧化硫是否除尽、F中的澄清石灰水检验二氧化碳;所以①装置B中的试剂是无水硫酸铜。

②装置D的作用是除去SO2,避免对CO2的检验造成干扰。

③当装置B、C、E、F依次出现下列现象:

粉末由白色变蓝色,C中品红褪色,E中品红不褪色（或仍显红色）,F中出现白色浑浊;可证明燃烧产物中含有H2O、SO2、CO2。

Ⅱ.（3）二氧化硫与碘水反应生成硫酸、氢碘酸,反应方程式是I2+SO2+2H2O

H2SO4+2HI。

（4）达到滴定终点时碘单质完全被还原为I-,现象是当滴入最后一滴Na2S2O3溶液后,溶液的蓝色褪去,且半分钟内不恢复原色。

（5）设mg样品中硫元素的质量是xg,根据电子守恒

+

=c1mol/L×V1×10-3L,x=

32c1mol/L×V1×10-3L-16c2mol/L×V2×10-3L,该蛋白质中的硫元素的质量分数为

×100%=

%。

（6）过量氧气进入吸收液中,部分二氧化硫被氧气氧化,消耗硫代硫酸钠溶液的体积偏大,所以蛋白质中的硫元素的质量分数测定值偏小。

答案:

（1）注入氢氧化钠溶液,加热,生成能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体

（2）①无水硫酸铜　②除去SO2,避免对CO2的检验造成干扰　③粉末由白色变蓝色　不褪色（或仍显红色）

（3）I2+SO2+2H2O

H2SO4+2HI

（4）当滴入最后一滴Na2S2O3溶液后,溶液的蓝色褪去,且半分钟内不恢复原色　（5）

%

（6）偏小

2.（2019·浙江绍兴月考）某同学对铜与浓硫酸反应产生的黑色沉淀进行探究,实验步骤如下:

Ⅰ.将光亮铜丝插入浓硫酸中,加热;

Ⅱ.待产生黑色沉淀和气体时,抽出铜丝,停止加热;

Ⅲ.冷却后,从反应后的混合物中分离出黑色沉淀,洗净、干燥备用。

查阅文献:

检验微量Cu2+的方法:

向试液中滴加K4[Fe（CN）6]溶液,若产生红褐色沉淀,证明有Cu2+。

（1）该同学假设黑色沉淀是CuO。

检验过程如下:

①将CuO放入稀硫酸中,一段时间后,再滴加K4[Fe（CN）6]溶液,产生红褐色沉淀。

②将黑色沉淀放入稀硫酸中,一段时间后,再滴加K4[Fe（CN）6]溶液,未见红褐色沉淀。

由该检验过程所得结论是　。

（2）再次假设,黑色沉淀是铜的硫化物。

实验如下:

实验装置

现象

1.A试管中黑色沉淀逐渐溶解

2.A试管内上方出现红棕色气体

3.B试管中出现白色沉淀

①现象2说明黑色沉淀具有　　　　性。

②能确认黑色沉淀中含有S元素的现象是　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　,相应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　。

③为确认黑色沉淀是“铜的硫化物”,还需进行的实验操作是 

　。

（3）以上实验说明,黑色沉淀中存在铜的硫化物。

进一步实验后证明黑色沉淀是CuS与Cu2S的混合物。

将黑色沉淀放入浓硫酸中加热一段时间后,沉淀溶解,其中CuS溶解的化学方程式是　。

解析:

（1）由①、②两个对照实验可知黑色固体中不含CuO。

（2）①由黑色沉淀与稀硝酸混合现象:

A试管中黑色沉淀逐渐溶解;A试管内上方出现红棕色气体,说明黑色沉淀具有还原性,能将稀硝酸还原生成NO,NO遇氧气生成红棕色的NO2;②B试管中出现白色沉淀,则为稀硝酸将黑色沉淀中的S元素氧化生成SO2,SO2与NO2共同通入BaCl2溶液,NO2与水反应生成的硝酸将SO2氧化为S

S

与Ba2+反应生成BaSO4沉淀,离子方程式为2N

+3SO2+3Ba2++2H2O

3BaSO4↓+

2NO+4H+（或NO2+SO2+Ba2++H2O

BaSO4↓+NO+2H+）;③为确认黑色沉淀是铜的硫化物,还需确认铜离子,故需取冷却后A装置试管中的溶液,滴加K4[Fe（CN）6]溶液,若产生红褐色沉淀,证明有Cu2+,说明黑色沉淀是铜的硫化物。

（3）浓硫酸具有强氧化性,将CuS氧化为SO2。

答案:

（1）黑色沉淀中不含有CuO

（2）①还原　②B试管中出现白色沉淀　2N

+3SO2+3Ba2++2H2O

3BaSO4↓+2NO+4H+（或NO2+SO2+Ba2++H2O

BaSO4↓+NO+2H+）

③取冷却后A装置试管中的溶液,滴加K4[Fe（CN）6]溶液,若产生红褐色沉淀,证明有Cu2+,说明黑色沉淀是铜的硫化物

（3）CuS+4H2SO4（浓）

CuSO4+4SO2↑+4H2O

3.（2019·浙江绍兴月考）某同学为探究元素周期表中元素性质的递变规律,设计了如下系列实验。

Ⅰ.

（1）将钠、钾、镁、铝各1mol分别投入足量的同浓度的盐酸中,试预测实验结果:

　　　　　　与盐酸反应最剧烈,　　　　与盐酸反应的速度最慢;　　　　与盐酸反应产生的气体最多。

（2）向Na2S溶液中通入氯气出现黄色浑浊,可证明Cl的非金属性比S强,反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。

（3）将NaOH溶液与NH4Cl溶液混合生成NH3·H2O,从而验证NaOH的碱性大于NH3·H2O,继而可以验证Na的金属性大于N,你认为此设计是否合理?

并说明理由:

　　　　,　 

　; 

Ⅱ.利用图装置可验证同主族元素非金属性的变化规律。

（4）干燥管D的作用为　; 

（5）若要证明非金属性:

C>Si,则在A中加盐酸、B中加CaCO3、C中加Na2SiO3溶液,观察到C中溶液　　　　　　　　　　　　的现象,即可证明。

但有的同学认为盐酸具有挥发性,可进入C中干扰实验,应在两装置间添加装有　　　　　　　溶液的洗气瓶。

解析:

Ⅰ.

（1）金属性:

K>Na>Mg>Al,金属越活泼,与酸反应越剧烈,则将钠、钾、镁、铝各1mol分别投入足量同浓度的盐酸中,钾与盐酸反应最剧烈,铝与盐酸反应的速度最慢,钠、钾、镁、铝均为1mol时Al失去电子最多,则铝与盐酸反应产生的气体最多。

（2）向Na2S溶液中通入氯气出现黄色浑浊,说明生成单质S,证明Cl的非金属性比S强,该反应的离子方程式为S2-+Cl2

S↓+2Cl-。

（3）将NaOH溶液与NH4Cl溶液混合生成NH3·H2O,可以说明NaOH的碱性大于NH3·H2O,但不能说明Na的金属性大于N,因为要验证金属性的强弱,必须通过比较最高价氧化物对应水化物的碱性来进行比较,而NH3·H2O不是氮元素的最高价氧化物的水化物。

Ⅱ.（4）球形干燥管D能够防止倒吸,避免C中液体进入锥形瓶中。

（5）二氧化碳与硅酸钠溶液反应生成硅酸白色沉淀,因氯化氢具有挥发性,会干扰实验结果,需将二氧化碳中混有的氯化氢除掉,根据氯化氢与碳酸氢钠反应,而二氧化碳不反应,可以在B和C之间增加装有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶。

答案:

（1）钾　铝　铝

（2）S2-+Cl2

S↓+2Cl-

（3）不合理　用碱性强弱比较金属性强弱时,一定要用元素的最高价氧化物的水化物的碱性强弱比较,而NH3·H2O不是氮元素的最高价氧化物的水化物

（4）防止倒吸

（5）有白色沉淀生成　饱和NaHCO3

4.（2018·河北石家庄高三下学期一模）AgNO3是中学化学常用试剂,某兴趣小组设计如下实验探究其性质。

Ⅰ.AgNO3的热稳定性

AgNO3受热易分解,用如图装置加热AgNO3固体,试管内有红棕色气体生成,一段时间后,在末端导管口可收集到无色气体a。

（1）实验室检验气体a的方法为　。

（2）已知B中只生成一种盐,据此判断AgNO3受热分解的化学方程式为　。

（3）从安全角度考虑,上述实验装置存在一处明显缺陷,改进措施为

　　　　　　　　　　　。

Ⅱ.AgNO3与盐溶液的反应

（4）甲同学认为试管②中产生银镜是Fe2+所致,其离子方程式为　; 

乙同学认为要判断该观点正确,需增加如下实验,取2mL0.5mol/LAgNO3溶液于试营中,向其中滴加几滴　　　　　　,若只产生白色沉淀,证明甲同学观点正确。

（5）已知:

AgSCN为白色沉淀。

试管③中血红色褪去的原因为　　　　　　　　（请从平衡移动的角度解释）。

（6）设计实验证明Ksp（AgI）

限选试剂:

0.1mol/LAgNO3溶液、0.1mol/LKI溶液、0.1mol/LKSCN溶液

　。

解析:

考查实验方案设计与评价。

Ⅰ.

（1）根据实验,加热硝酸银,有红棕色气体产生,说明产生NO2,通过装置B后,在末端导管口可收集到无色气体,无色气体可能为氧气,检验氧气的方法是将带火星的木条放至导管口,木条复燃。

（2）NO2与NaOH反应:

2NO2+2NaOH

NaNO2+

NaNO3+H2O,氧气能把NaNO2氧化成NaNO3,根据信息,B中只生成一种盐,说明氧气过量,根据得失电子数目守恒,Ag的化合价降低,推断出硝酸银受热分解的方程式为2AgNO3

2Ag+2NO2↑+O2↑。

（3）NO2能与NaOH发生反应,容易造成导管内的气体压强减小,容易引起倒吸,因此A、B装置之间连接一个防倒吸的安全瓶。

Ⅱ.（4）Ag+的氧化性比F

强,因此发生Ag++Fe2+

F

+Ag;根据②的实验现象以及若只产生白色沉淀,证明甲同学观点正确,推出所加溶液为0.5mol·L-1（NH4）2SO4（溶液）。

（5）溶液中发生F

+3SCN-

Fe（SCN）3使局部变血红;振荡试管时,过量的Ag+与SCN-反应生成AgSCN沉淀,降低了c（SCN-）,平衡逆向移动,溶液褪色。

（6）方案一:

向盛有0.1mol/LAgNO3溶液的试管中滴加

0.1mol/LKSCN溶液至不再有白色沉淀生成,向其中滴加0.1mol/LKI溶液,白色沉淀转化为黄色沉淀,则证明Ksp（AgI）

方案二:

将等体积的0.1mol/LKSCN溶液和0.1mol/LKI溶液混合,向混合液中滴加0.1mol/LAgNO3溶液,若生成黄色沉淀,则证明Ksp（AgI）

答案:

（1）将带火星的木条放至导管口,木条复燃

（2）2AgNO3

2Ag+2NO2↑+O2↑

（3）A、B装置之间连接一个防倒吸的安全瓶

（4）Ag++Fe2+

Ag+F

　0.5mol/L（NH4）2SO4溶液

（5）溶液中发生F

+3SCN-

Fe（SCN）3使局部变血红;振荡试管时,过量的Ag+与SCN-反应生成AgSCN沉淀,降低了c（SCN-）,平衡逆向移动,溶液褪色

（6）方案一:

向盛有0.1mol/LAgNO3溶液的试管中滴加0.1mol/LKSCN溶液至不再有白色沉淀生成,向其中滴加0.1mol/LKI溶液,白色沉淀转化为黄色沉淀,则证明Ksp（AgI）

将等体积的0.1mol/LKSCN溶液和0.1mol/LKI溶液混合,向混合液中滴加

0.1mol/LAgNO3溶液,若先生成黄色沉淀,则证明Ksp（AgI）

5.（2018·河北涞水波峰中学高三模拟）某种硬铝合金是由Al、Cu、Mg三种金属组成,主要应用于耐热可焊的结构件及锻件。

某研究小组欲探究该合金的性质并测定合金中铝的质量分数。

（1）甲同学预测:

该合金与10mol·L-1硝酸反应时有NO2气体生成,可能还有NO生成。

查阅资料:

常温下,NO2与N2O4混合存在,在低于0℃时几乎只有无色的N2O4液体或晶体存在。

设计如下装置进行实验。

按下图连接装置并检验气密性后,称取5g合金放于圆底烧瓶中,并滴加10mol·L-1硝酸。

①合金中Cu与稀硝酸反应的离子方程式是 

　。

②C装置的目的是　　　　　　　　　　　。

③能证明有NO2生成的实验现象是　　　　　　　　　　　　　　,能证明有NO生成的实验操作与现象是　。

④实验进行至A中固体全部溶解后,未检验到有NO生成,甲同学认为硬铝合金与10mol·L-1硝酸反应时没有NO生成。

乙同学认为不能确定是否生成了NO,需补充操作才能证明,该操作是　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（2）为测定合金中铝的质量分数,丙同学查阅资料:

部分金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表。

金属离子

开始沉淀时的pH

沉淀完全的pH

Al3+

3.4

4.7

Cu2+

4.1

6.9

Mg2+

9.4

12.4

pH>7.8时,Al（OH）3开始溶解,pH>10.8时Al（OH）3完全溶解。

设计如下方案并进行实验:

①调节pH时,应控制pH的范围是　　　　　　。

②选用NaOH溶液调节pH,得到溶液B的离子方程式是　　　　　　

　　　　　　。

③Al（OH）3经过滤、洗涤、灼烧至恒重后称量,质量为8.5g,则该合金中铝的质量分数是　　　　。

解析:

（1）①铜与稀硝酸反应生成NO气体,反应的离子方程式为3Cu+2N

+8H+

3Cu2++2NO↑+4H2O。

②已知常温下,NO2与N2O4混合存在,在低于0℃时几乎只有无色的N2O4液体或晶体存在,而实验目的是检验生成的气体中含有NO,所以装置C的作用是将生成的NO2冷凝为N2O4,与NO分离,排除干扰。

③若A中有红棕色的气体生成,C中有无色的液体或晶体存在,则证明反应中有二氧化氮气体生成;能证明有NO生成的实验操作与现象:

打开活塞K,鼓入空气,若D中的气体由无色变为红棕色,证明有NO生成。

④由于装置中氧气与NO反应生成二氧化氮,干扰了实验,所以应该在加入HNO3前通入N2,除尽装置中的空气。

（2）①结合反应流程可知,溶液B中含有偏铝酸根离子,沉淀C为氢氧化镁、氢氧化铜,则调节溶液的pH必须满足镁离子、铜离子完全沉淀,而铝离子完全转化成偏铝酸根离子,根据表中数据及氢氧化铝完全溶解的pH可知,此时pH≥12.4。

②溶液B中含有偏铝酸根离子,反应的离子方程式为Al3++4OH-

Al

+2H2O。

③8.5g为氧化铝的质量,则氧化铝的物质的量为

≈0.0833mol,根据元素守恒可知合金中含有铝的物质的量为0.0833mol×2=0.1666mol,所以合金中铝的质量分数为

×100%≈90%。

答案:

（1）①3Cu+2N

+8H+

3Cu2++2NO↑+4H2O　②将生成的NO2冷凝为N2O4,与NO分离,排除干扰　③A中有红棕色气体生成,C中有无色液体或晶体存在　打开活塞K,鼓入空气,若D中的气体由无色变为红棕色,证明有NO生成　④在加入HNO3前通入N2,除尽装置中的空气

（2）①pH≥12.4　②Al3++4OH-

Al

+2H2O　③90%