物质性质及原理综合实验探究题

物质性质及原理综合实验探究题题型一物质性质的探究1．题型特点主要是从物质的结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，然后据此设计出合理的实验方案，去探究它所可能具有的性质。2．基本思路和方法根据物质的组成(或成分)→提出各物质(或离子)性质的假设→根据这些性质找到可能存在的反应→确定检验的试剂和仪器→确定实验的顺序→叙述实验的操作和预期的现象，得出结论。3．常见物质的热分解反应规律(1)难溶性碳酸盐――→△氧化物＋CO2；(2)碳酸的酸式盐――→△碳酸的正盐＋CO2＋H2O；(3)铵盐――→△NH3＋相应的酸(或酸性氧化物＋H2O)(NH4NO3除外)；(4)硝酸盐――→△金属(或金属氧化物、亚硝酸盐)＋氮氧化物(NO或NO2)＋O2；(5)草酸晶体――→△CO2＋CO＋H2O。4．氧化性、还原性与所含元素化合价的关系(1)元素处于最高价时，只具有氧化性，如Fe3＋、H＋；(2)元素处于最低价时，只具有还原性，如Cl－；(3)元素处于中间价时，既具有氧化性又具有还原性，如Cl2。典例分析1．实验小组制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。资料：K2FeO4为紫色固体，微溶于KOH溶液；具有强氧化性，在酸性或中性溶液中快速产生O2，在碱性溶液中较稳定。(1)制备K2FeO4(夹持装置略)①A为氯气发生装置。A中反应方程式是______________________________________________________________________________________________(锰被还原为Mn2＋)。②将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。(2)探究K2FeO4的性质①取C中紫色溶液，加入稀硫酸，产生黄绿色气体，得溶液a，经检验气体中含有Cl2。为证明是否K2FeO4氧化了Cl－而产生Cl2，设计以下方案：方案Ⅰ取少量a，滴加KSCN溶液至过量，溶液呈红色方案Ⅱ用KOH溶液充分洗涤C中所得固体，再用KOH溶液将K2FeO4溶出，得到紫色溶液b，取少量b，滴加盐酸，有Cl2产生由方案Ⅰ中溶液变红可知a中含有________离子，但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl－氧化，还可能由__________________________________产生(用方程式表示)。②根据K2FeO4的制备实验得出：氧化性Cl2________FeO2－4(填“”或“”)，而方案Ⅱ实验表明，Cl2和FeO2－4的氧化性强弱关系相反，原因是_____________________________________________________________________________________________________。③资料表明，酸性溶液中的氧化性FeO2－4MnO－4，验证实验如下：将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，振荡后溶液呈浅紫色。该现象能否证明氧化性FeO2－4MnO－4。若能，请说明理由；若不能，进一步设计实验方案。理由或方案：_______________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)①2KMnO4＋16HCl===2MnCl2＋2KCl＋5Cl2↑＋8H2O②(2)①Fe3＋4FeO2－4＋20H＋===4Fe3＋＋3O2↑＋10H2O②溶液酸碱性不同③理由：FeO2－4在过量酸的作用下完全转化为Fe3＋和O2，溶液浅紫色一定是MnO－4的颜色。方案：向紫色溶液b中滴加过量稀H2SO4，观察溶液紫色快速退去还是显浅紫色解析(1)①KMnO4被HCl还原为MnCl2，HCl被氧化为Cl2，反应的化学方程式为2KMnO4＋16HCl===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。②应在装置B中装入饱和食盐水，以除去混在Cl2中的HCl。洗气时，气体应长管进、短管出。(2)①滴加KSCN溶液，溶液变红，说明原溶液中含有Fe3＋。有Fe3＋生成，不能判断FeO2－4一定与Cl－发生了反应，根据题目给出的信息，K2FeO4在酸性或中性条件下，会快速产生O2，FeO2－4会与H＋发生氧化还原反应生成Fe3＋和O2，离子方程式为4FeO2－4＋20H＋===4Fe3＋＋3O2↑＋10H2O。②碱性条件下，氧化性Cl2FeO2－4；而在酸性条件下，FeO2－4的氧化能力增强，氧化性Cl2FeO2－4。由此可见，两者氧化性强弱关系相反，主要原因是溶液的酸碱性不同。2．某化学实验小组为了探究氨气的还原性和氧化性设计了如下实验方案。实验一探究氨气的还原性已知：(ⅰ)Mg(OH)2可代替消石灰与氯化铵在加热条件下反应生成氨气和碱式氯化镁[Mg(OH)Cl]；(ⅱ)Cu2O粉末呈红色，在酸性溶液中不稳定：Cu2O＋H2SO4(稀)===Cu＋CuSO4＋H2O。(1)装置A中发生反应的化学方程式为_____________________________________________________________________________________________________________，装置D的作用是____________。(2)反应结束后装置C中的氧化铜完全反应生成红色固体，为了探究红色固体成分，进行了如下实验：实验操作实验现象实验结论取10.4g红色固体于烧杯中，加入足量稀硫酸，充分搅拌，静置若无现象①红色固体为____若溶液变蓝②红色固体中肯定含有_________，可能含有________取上述反应后的混合物过滤、洗涤、干燥、称重，得固体6.4g③红色固体的成分及其物质的量为________________实验二探究氨气的氧化性已知：(ⅲ)铝可以与氨气反应，2Al＋2NH3=====△2AlN＋3H2；(ⅳ)氮化铝性质稳定，基本不与水、酸反应，在加热时溶于浓碱可产生氨气。按如图所示连接好装置，检查装置气密性；在蒸馏烧瓶中加入生石灰，分液漏斗中加入浓氨水，装置G中盛装碱石灰，装置H中加入铝粉，打开装置F处分液漏斗活塞，待装置中空气排尽后再点燃装置H处酒精灯。(3)用平衡移动原理解释装置F中产生氨气的原因：__________________________________________________________________________________________________。(4)装置H处反应进行完全的实验现象为___________________________________。(5)为了得到纯净的氮化铝，可将装置H中固体冷却后转移至烧杯中，加入________溶解、________(填操作名称)、洗涤、干燥即可。(6)写出氮化铝与浓氢氧化钠溶液共热反应的离子方程式：__________________________。答案(1)Mg(OH)2＋NH4Cl=====△Mg(OH)Cl＋NH3↑＋H2O作安全瓶(2)①铜②氧化亚铜铜③0.05molCu、0.05molCu2O(3)生石灰与水反应放热，降低了氨气的溶解度，使一水合氨分解，生石灰与水反应将溶剂消耗，使平衡NH3＋H2ONH3·H2O向左移动，有利于氨气逸出(4)装置J中几乎没有气泡冒出(5)稀盐酸(或稀硫酸等其他合理答案)过滤(6)AlN＋OH－＋H2O=====△AlO－2＋NH3↑解析(1)由信息(ⅰ)可知装置A中反应的化学方程式为Mg(OH)2＋NH4Cl=====△Mg(OH)Cl＋NH3↑＋H2O；装置E中的稀硫酸如果倒吸进入装置C中会引起实验安全问题，所以装置D作安全瓶，防止倒吸。(2)①常温下Cu不与稀硫酸反应；②溶液变蓝，有CuSO4生成，则红色固体中肯定含有Cu2O，不能确定是否含有单质Cu；③所得固体为单质Cu，物质的量为0.1mol，设10.4g红色固体中含xmolCu，ymolCu2O，因为Cu2O＋H2SO4(稀)===Cu＋CuSO4＋H2O，则有x＋y＝0.1,64x＋144y＝10.4，联立得x＝y＝0.05，则Cu2O与Cu的物质的量均为0.05mol。(3)浓氨水中氨气溶解度随温度升高而减小，且氨水中还存在溶解平衡和电离平衡：NH3＋H2ONH3·H2O，NH3·H2ONH＋4＋OH－，所以可以从溶解度及平衡移动等角度分析生石灰与浓氨水作用产生氨气的原因。(4)对于反应2Al＋2NH3=====△2AlN＋3H2，由于氨气极易溶于水，而氢气不溶于水，会产生气泡，所以反应进行完全时装置J中将不再产生气泡。(5)装置H中所得的固体中含有氮化铝和没有反应完全的铝，氮化铝不溶于酸，所以可以选用稀盐酸或稀硫酸除去其中的铝，然后过滤、洗涤、干燥。(6)根据题中信息并结合铝在强碱溶液中以偏铝酸根离子的形式存在，可以写出反应的离子方程式。题型二反应原理探究型1．变量探究实验题的解题策略解答变量探究类试题的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。思路总结2．规律探究实验题的解题策略物质性质递变规律的探究也是中学化学实验探究的一个重要内容。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。典例分析1．某同学为探究元素周期表中元素性质的递变规律，设计了如下实验：Ⅰ.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。Ⅱ.利用如图装置可验证同主族元素非金属性的变化规律。(1)检查该装置气密性的操作方法是_____________________________________________________________________________________________________________________，干燥管D的作用是________。(2)现有试剂：盐酸、碳酸钙、澄清石灰水、硅酸钠溶液，请从中选择试剂并用如图装置证明酸性：HCl＞H2CO3＞H2SiO3，则B中应盛装的试剂为________，C中产生的现象为________________________________________________________________________。请判断________(填“能”或“不能”)据此实验现象判断非金属性：Cl＞C＞Si。(3)若C中盛装的是Na2S溶液，A中盛装浓盐酸，B中盛装KMnO4粉末。(KMnO4与浓盐酸常温下快速反应生成氯气)。反应开始后观察到C中出现淡黄色浑浊，可证明Cl的非金属性比S________(填“强”“弱”或“无法比较”)，写出反应的离子方程式：_____________________________________________________________________________________。答案Ⅰ.钾铝Ⅱ.(1)关闭分液漏斗A的旋塞，用热毛巾捂热锥形瓶B，试管C中有气泡冒出，移开热毛巾，C中液体倒吸防倒吸(2)碳酸钙有白色沉淀生成不能(3)强C