高中化学探究实验设计题

探究实验1、铜在空气中会生成铜锈，其成分是Cu2(OH)2CO3,随着工业的发展，空气中二氧化硫排放量较大，铜绿成分也会发生相应的变化。傅鹰著《大学普通化学》下册564页，认为铜锈成分为CuSO4·3Cu(OH)2。某化学兴趣小组在废品站取一块生锈的铜片，设计实验分析铜锈成分。（1）对于铜锈主要成分，请你提出猜想：猜想1：；猜想2：；猜想3：。（2）实验室提供下列药品：稀硫酸、盐酸、氯化钡溶液、澄清石灰水；仪器：试管、滴管、导管、小刀等。请你设计实验方案证明上述猜想，补充实验报告：实验序号实验步骤实验现象实验结论①取样品装于试管，加入足量稀盐酸，在试管口放一块涂有澄清石灰水的玻璃片溶液中产生气泡；玻璃片上出现浑浊②在上述溶液中加入氯化钡溶液和稀硝酸原样品含SO（3）假设铜锈成分为nCuSO4·mCu(OH)2，设计一个简单的实验方案测定铜锈成分，实验步骤如下：①取Wg样品，溶于水，加入过量氢氧化钠溶液，过滤、洗涤、灼烧，称重得固体质量为ag;②取Wg样品，溶于足量稀硝酸，加入过量的氯化钡溶液，，称量得固体质量为bg；③处理数据，经计算：n∶m=。2、（2009·北京理综，27）某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按下图装置进行实验（夹持仪器已略去）。实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO。由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。可选药品：浓硝酸、3mol/L稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳已知：氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO2反应。2NO2+2NaOH=====NaNO3+NaNO2+H2O（1）实验应避免有害气体排放到空气中。装置③、④、⑥中盛放的药品依次是。（2）滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后。（3）装置①中发生反应的化学方程式是。（4）装置②的作用是，发生反应的化学方程式是。（5）该小组得出的结论依据的实验现象是。（6）实验结束后，同学们发现装置①中溶液呈绿色，而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。同学们分别设计了以下4个试验来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是（选填序号字母）。a.加热该绿色溶液，观察颜色变化b.加水稀释该绿色溶液，观察颜色变化c.向该绿色溶液中通入氮气，观察颜色变化d.向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化3、.某同学在一只烧杯里装有ag纯铁粉，加入200mL6mol/L硝酸恰好完全溶解铁粉（假设还原产物只有NO）。请完成对产物中铁元素价态的探究：限选实验仪器与试剂：烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管夹、3mol/LH2SO4溶液、3%H2O2溶液、6mol/LHNO3溶液、0.01mol/LKMnO4溶液（含硫酸酸化）、NaOH稀溶液、0.1mol/LKI溶液、20%KSCN溶液、蒸馏水。（1）提出合理假设假设1：；假设2：；假设3：。（2）设计实验方案证明你的假设按下表格式写出实验操作步骤、预期现象与结论。实验操作预期现象与结论步骤1：步骤2：…（3）a值的范围为。4、某化学活动小组想通过下图所示装置（夹持装置已略去）进行实验，探究Na2O2与NO反应的产物。实验前，他们查阅有关资料得到如下信息：①2NaNO3===2NaNO2+O2↑;②NaNO2为白色粉末状固体，既有氧化性又有还原性；③NaNO2溶液显弱碱性（原因：强碱弱酸盐的水解）。实验开始时，先在A装置中加入适量的碳酸钙和足量稀硝酸，待反应不再有气体产生时，将铜丝插入稀硝酸中，回答下列问题：（1）A装置中放入碳酸钙的目的是。（2）装置B、C中的试剂分别是：B中、C中，E的作用是。（3）如何检验反应中是否有氧气生成？。（4）假如Na2O2已反应完全，为确定D中固体产物的成分，甲同学将固体溶于水后，经测定发现溶液显强碱性，再向溶液中加入酸性高锰酸钾溶液，紫色褪去。由此现象推断固体产物中可能含有的物质是（填化学式）。（5）乙同学取适量固体于试管中密闭加热，发现白色固体部分变为淡黄色。此现象说明固体中还可能含有的成分是（填化学式）。根据以上推测，请写出Na2O2与NO反应的化学方程式。5、铁是日常生活中最常见的金属，某班同学在学习铁的知识时，有下列问题：问题1：铁为何称为黑色金属？问题2：CuO在高温下可分解为Cu2O和O2，Fe2O3在高温下可分解为FeO和O2吗？（1）对于问题1，同学们上网查找，有两种解释：A.因为在铁表面有黑色的铁的氧化物，所以叫黑色金属B.因为铁的粉末为黑色，铁的氧化物也均为黑色，所以叫黑色金属①你认为正确的说法是。②若有一黑色粉末，如何鉴别是铁粉，还是Fe3O4粉末:。③若有一黑色粉末，为铁和四氧化三铁的混合物，如何证明其中有Fe3O4(只要求简述实验方法)：。（2）对于问题2，同学们准备实验探究，他们设想了两种方法：A.将三氧化二铁高温灼烧，看灼烧前后颜色是否变化B.将三氧化二铁高温灼烧，看灼烧前后质量是否变化①实验中应将Fe2O3放在（填仪器名称）中灼烧。②方法A中，如果高温灼烧后颜色由变为，说明Fe2O3确实发生了变化。能说明生成的一定为FeO吗？（填“能”或“不能”）。理由是。③方法B中，如果发生了预期的反应，固体高温灼烧前后质量比应为，但是，实验结果是固体灼烧前后质量比为30∶29,则高温灼烧后生成物是。④比较两种方法，你认为较好的方法是。6、（1）常温下，高锰酸钾晶体遇浓盐酸会生成一种气体，该气体是由瑞典化学家舍勒首先发现的。如图所示，将浓盐酸小心滴入形管B端。①开始观察到的现象是。②一段时间后又可观察到，请解释这一现象。③应用活性炭的此性质可制作来达到防毒、防臭的目的（举一例即可）。（2）①写出CO2和Na2O2反应的化学方程式。②某学生判断SO2和Na2O2反应能生成硫酸钠，你认为他的判断合理吗？。简要说明理由：。③该同学无法断定SO2与Na2O2反应中是否有氧气生成，拟使用如图所示装置进行实验（图中铁架台等装置已略去）。装置中B的作用是，D的作用是。④如何证明该同学的两个推断？。1、解析（1）依题意，只对其主要成分提出假设，即铜绿主要成分为碱式碳酸铜、碱式硫酸铜或碱式碳酸铜和碱式硫酸铜的混合物即可。（2）定性检验两种成分的区别，实质是检验SO和CO。（3）通过测定硫酸钡质量确定SO的物质的量，根据氧化铜质量计算铜的物质的量。n(CuO)=n(Cu2+)=mol，n(BaSO4)=n(SO)=mol,n=mol,m=(-)mol=mol。答案（1）猜想1：铜绿主要成分为Cu2(OH)2CO3猜想2：铜绿主要成分为CuSO4·3Cu(OH)2猜想3：铜绿主要成分为Cu2(OH）2CO3和CuSO4·3Cu(OH)2（2）原样品含CO产生白色沉淀（3）②过滤、洗涤、干燥③2、解析装置①为Cu和浓HNO3反应制取NO2的发生装置，因要检验浓、稀HNO3的氧化性强弱，依题中信息知⑥是用碱液(NaOH)吸收NO2，则④为浓HNO3，⑤中用排水法收集的气体一定为NO则③中为稀HNO3,②中为H2O，发生了3NO+H2O===2HNO3+NO,又因NO极易被空气中的O2氧化而生成红棕色的NO2，因此整个装置中不能有空气。答案（1）3mol/L稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液（2）通入CO2一段时间，关闭弹簧夹，将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内（3）Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O（4）将NO2转化为NO3NO2+H2O2HNO3+NO（5）装置③中液面上方气体仍为无色，装置④中液面上方气体由无色变为红棕色(6)acd3、解析（1）3Fe+8HNO3===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O,Fe+4HNO3===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O产物可能是硝酸铁、硝酸亚铁、也可能是硝酸亚铁和硝酸铁混合物。（2）中学用KSCN溶液检验三价铁离子。根据题目对试剂的限制，没有提供淀粉溶液，如果用KI溶液检验铁离子，生成I2溶于水呈黄色，与铁离子的溶液颜色相近，无法区别。所以，不能用KI溶液检验溶液中是否含三价铁离子（可以用淀粉-KI溶液检验三价铁离子：溶液变蓝色，说明含三价铁离子）。（3）极端假设法和平均值法求解：假设铁与硝酸反应只生成+3价铁。n(HNO3)=0.2L×6mol/L=1.2mol,n(Fe)=0.3mol，m(Fe)=0.3mol×56g/mol=16.8g;假设铁与硝酸反应只生成+2价铁,n(Fe)=1.2mol×=0.45mol,m(Fe)=0.45mol×56g/mol=25.2g，根据平均值原理：16.8≤a≤25.2。答案（1）假设1：产物中铁元素的价态为+3价假设2：产物中铁元素的价态为+2价假设3：产物中铁元素的价态既有+3价也有+2价（2）实验操作预期现象与结论bab8023380步骤1：取少量溶液，滴加酸性KMnO4溶液。若KMnO4溶液的紫红色褪去，变为无色溶液，则说明产物中铁元素的价态含+2价；若不褪色，则说明产物中铁元素的价态不含+2价。步骤2：另取少量溶液，滴加KSCN溶液。若溶液变为红色，则说明产物中铁元素的价态含+3价；若溶液无明显变化，则说明产物中铁元素的价态为+2价。(3)16.8≤a≤25.24、解析（1）铜丝与稀硝酸反应能产生NO,经观察反应装置A，锥形瓶中有碳酸钙，而且先发生反应生成CO2，由NO的性质（易与O2反应生成NO2)可知这样做的目的是用CO2排除装置中的空气，避免NO被氧化。（2）为了避免CO2、H2O与Na2O2反应，B、C装置应是洗气装置，除水蒸气应在后面，除CO2在前面，除去CO2一般用NaOH溶液，除去H2O一般用浓硫酸；E装置的作用是避免空气中的CO2、水蒸气进入D中，干扰产物的判断。（3）用带火星的木条靠近导气管口，观察木条是否复燃，若复燃，则证明有氧气生成。（4）推断D中固体产物，注意前提条件是：Na2O2已反应完全。D中固体产物溶于水,溶液显强碱性，由题给信息③知，NaNO2溶液呈弱碱性。“强碱性”肯定不是NaNO2造成的，而Na2O2已反应完全，反应物中没有H元素，故只能是Na2O导致；“再向溶液中加入酸性高锰酸钾溶液，紫色褪去”，高锰酸钾是强氧化剂，说明溶液中含有某种还原剂，根据题给信息②，可知为NaNO2。（5）乙同学取适量固体于试管中密闭加热，发现白色固体部分变为淡黄色。结合前面分析，产物中的Na2O被氧化为Na2O2,白色固体变为黄色固体（2Na2O+O2====2Na2O2），根据题中所给信息①2NaNO3======2NaNO2+O2↑，产物中也有NaNO3存在。综上所述，Na2O2与NO反应的产物共有三种:NaNO3、NaNO2、Na2O。答案（1）使CaCO3与稀硝酸反应生成CO2，排出装置中的空气，防止NO被氧化（2）NaOH溶液浓硫酸防止空气中的CO2、水蒸气进入装置D中，干扰产物的判断（3）将带火星的木条放在E装置的气体出口处，观察木条是否复燃，若复燃，则说明有氧气生成；若不复燃，说明无氧气生成（4）Na2O、NaNO2（5）NaNO32Na2O2+2NO====NaNO3+NaNO2+Na2O5、解析（1）①B错误，因为Fe2O3是红棕色的；②常用的方法是加酸溶解，金属和稀盐酸反应生成氢气，而Fe3O4反应时没有气泡产生；③鉴别混合物中是否有Fe3O4固体，可以用还原剂将氧化物还原，检验氧化产物，如用氢气还原，则检验是否有水生成，如用CO还原，则检验是否有CO2气体产生。（2）②因为Fe2O3是红棕色的，FeO是黑色的，若方法A成立，那么颜色变化是由红棕色变为黑色，但从颜色并不能正确判断，因为也可能生成黑色的Fe3O4,6Fe2O34Fe3O4+O2↑;③若方法B成立，则下列反应成立：2Fe2O34FeO+O2↑,灼烧前后的质量之比为：=10/9,若质量之比是30∶29,则发生了反应6Fe2O34Fe3O4+O2↑,最后的分解产物是Fe3O4;④结合两种方法的分析，方法B更严密，此方法涉及了定量