2021高考化学一轮复习第十章第5课时探究型综合实验教案鲁科版

-1-第5课时探究型综合实验[课型标签:实验课提能课]考点一反应产物的确定1.对反应产物成分的实验探究同一化学反应,可能会由于条件的不同、反应物用量不同等生成不同的产物,或生成几种产物的混合物。通过化学反应原理猜测可能生成哪些物质,对这些物质逐一利用学过的物质检验、鉴别等来确定究竟含有哪些成分,这就是物质成分的探究。2.物质实验探究设计需要注意的问题(1)有水蒸气生成时,先检验水蒸气再检验其他成分。(2)对于需要进行转化才能检测的成分要注意排除干扰。如CO的检验,要先检测CO中是否含有CO2,如果有CO2,先除去CO2后才能对CO实施转化,最后再检测转化生成的CO2。(3)若试题只给出部分药品和装置,则应给出必要的补充;若给出多余的试剂品种,则应进行筛选。(4)注重答题的规范性,有些题目要求指出试剂的名称。如无水硫酸铜、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、饱和NaHCO3溶液等。[典例](2018·全国Ⅱ卷)K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾)为亮绿色晶体,可用于晒制蓝图。回答下列问题:(1)晒制蓝图时,用K3[Fe(C2O4)3]·3H2O作感光剂,以K3[Fe(CN)6]溶液为显色剂。其光解反应的化学方程式为2K3[Fe(C2O4)3]2FeC2O4+3K2C2O4+2CO2↑;显色反应的化学方程式为。(2)某小组为探究三草酸合铁酸钾的热分解产物,按下图所示装置进行实验。①通入氮气的目的是。-2-②实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊,装置E中固体变为红色,由此判断热分解产物中一定含有、。③为防止倒吸,停止实验时应进行的操作是。④样品完全分解后,装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3,检验Fe2O3存在的方法是。(3)测定三草酸合铁酸钾中铁的含量。①称量mg样品于锥形瓶中,溶解后加稀H2SO4酸化,用cmol·L-1KMnO4溶液滴定至终点。滴定终点的现象是。②向上述溶液中加入过量锌粉至反应完全后,过滤、洗涤,将滤液及洗涤液全部收集到锥形瓶中。加稀H2SO4酸化,用cmol·L-1KMnO4溶液滴定至终点,消耗KMnO4溶液VmL。该晶体中铁的质量分数的表达式为。解析:(1)Fe2+的检验方法是加入K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色的Fe3[Fe(CN)6]2沉淀,反应的化学方程式为3FeC2O4+2K3[Fe(CN)6]Fe3[Fe(CN)6]2+3K2C2O4。(2)①空气中含有O2,为防止Fe2+被O2氧化,应先通入N2,隔绝空气,且使反应产生的气体全部进入后续装置。②B中澄清石灰水变浑浊,证明分解过程中产生CO2;F中澄清石灰水变浑浊,E中固体变为红色,说明E中发生反应CuO+COCu+CO2,所以分解产物中一定含有CO。③实验结束时,为了防止倒吸,应先熄灭装置A、E的酒精灯,冷却后停止通入氮气。④检验Fe2O3的方法是取少许固体粉末于试管中,加稀硫酸溶解,滴入1～2滴KSCN溶液,溶液变红色,证明含有Fe2O3。(3)①滴定终点的现象是有粉红色出现且半分钟内不变色。②加入锌粉后将Fe3+还原为Fe2+,再用KMnO4溶液滴定,将Fe2+氧化为Fe3+,Mn4O转化为Mn2+:Fe2+Fe3+～e-Mn4OMn2+～5e-可得关系式:5Fe2+～Mn4O已知n(Mn4O)=cV×10-3mol则n(Fe2+)=5cV×10-3mol则m(Fe2+)=5cV×10-3×56g该晶体中铁的质量分数w(Fe)=351056ggcVm×100%=5561000cVm×100%-3-答案:(1)3FeC2O4+2K3[Fe(CN)6]Fe3[Fe(CN)6]2+3K2C2O4(2)①隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置②CO2CO③先熄灭装置A、E的酒精灯,冷却后停止通入氮气④取少许固体粉末于试管中,加稀硫酸溶解,滴入1～2滴KSCN溶液,溶液变红色,证明含有Fe2O3(3)①粉红色出现且半分钟内不变色②5561000cVm×100%[对点精练]固体硝酸盐加热易分解且产物较复杂。某学习小组以Mg(NO3)2为研究对象,拟通过实验探究其热分解的产物,提出如下4种猜想:甲:Mg(NO2)2、NO2、O2乙:MgO、NO2、O2丙:Mg3N2、O2丁:MgO、NO2、N2(1)实验前,小组成员经讨论认定猜想丁不成立,理由是。查阅资料得知:2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O针对甲、乙、丙猜想,设计如下图所示的实验装置(图中加热、夹持仪器等均省略):(2)实验过程①仪器连接后,放入固体试剂之前,关闭k,微热硬质玻璃管(A),观察到E中有气泡连续放出,表明。②称取Mg(NO3)2固体3.7g置于A中,加热前通入N2以驱尽装置内的空气,其目的是;关闭k,用酒精灯加热时,正确操作是先,然后固定在管中固体部位下加热。③观察到A中有红棕色气体出现,C、D中未见明显变化。④待样品完全分解,A装置冷却至室温、称量,测得剩余固体的质量为1.0g。-4-⑤取少量剩余固体于试管中,加入适量水,未见明显现象。(3)实验结果分析讨论①根据实验现象和剩余固体的质量经分析可初步确认猜想是正确的。②根据D中无明显现象,一位同学认为不能确认分解产物中有O2,因为若有O2,D中将发生氧化还原反应:(填写化学方程式),溶液颜色会褪去;小组讨论认定分解产物中有O2存在,未检测到的原因是。③小组讨论后达成的共识是上述实验设计仍不完善,需改进装置进一步研究。解析:(1)丁中物质只有氮元素化合价降低,无其他元素化合价升高,不符合氧化还原反应规律。(2)①装置连接完成后,需检查气密性,E中有气泡,说明气密性良好。②假设A中加热分解产生的气体全部为氧气,先通N2目的是排尽装置内的氧气,防止对分解产生O2的检验造成干扰;为了防止玻璃管受热不匀而爆裂,应对其先预热。(3)①剩余固体加入水未见明显变化,可排除猜想丙,因为氮化镁可与水反应产生氨气;3.7gMg(NO3)2的物质的量为0.025mol,若加热分解生成Mg(NO2)2,最后所得固体的质量为0.025mol×116g/mol=2.9g,而实际固体的质量为1.0g,因此甲不合理,乙方案合理。②D中盛的是Na2SO3酚酞溶液,若产物中有O2,D中将发生反应2Na2SO3+O22Na2SO4,溶液碱性减弱,溶液颜色会褪去。由于实验过程③观察到A中有红棕色气体出现,C、D中未见明显现象,说明NO2与O2在装置B中已反应完。答案:(1)不符合氧化还原反应原理(或其他合理答案)(2)①装置气密性良好②避免对产物O2的检验产生干扰(或其他合理答案)移动酒精灯预热硬质玻璃管(3)①乙②2Na2SO3+O22Na2SO4O2在通过装置B时已参与反应(或其他合理答案)考点二物质性质的探究物质性质实验探究是中学化学实验探究的重要内容。设计实验探究时,要求原理准确、步骤简便、现象明显、结论易得,且不对环境造成污染,中学化学性质实验探究的主要角度有:(1)物质氧化性、还原性的判断。如探究SO2具有还原性的方法是将气体通入酸性KMnO4溶液中,通过KMnO4溶液是否褪色来说明。-5-(2)物质氧化性强弱、还原性强弱的判断。如探究Fe3+的氧化性强于I2时,可利用FeCl3与KI淀粉溶液反应,通过溶液是否变蓝色来说明Fe3+的氧化性大于I2。(3)同周期、同主族元素性质的递变规律一般通过设计元素金属性、非金属性的强弱实验来完成,如通过Mg、Al与同浓度盐酸反应产生H2的快慢来说明Mg的活泼性强于Al。(4)电解质强弱的判断。如探究一元酸HA是弱酸的方法是常温下配制NaA的溶液,测pH,若pH7,则说明HA为弱酸。(5)物质酸性强弱的判断。如探究碳酸和硅酸的酸性强弱,可利用相对强的酸制备相对弱的酸的反应原理,将CO2气体通入Na2SiO3溶液,看是否有白色胶状沉淀生成来判断。(6)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以及是否与空气接触、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。题型一物质氧化性、还原性的判断[典例1](2016·全国Ⅱ卷)某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问题:(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成0.1mol·L-1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是。(2)甲组同学取2mLFeCl2溶液,加入几滴氯水,再加入1滴KSCN溶液,溶液变红,说明Cl2可将Fe2+氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为。(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨,该组同学在2mLFeCl2溶液中先加入0.5mL煤油,再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液,溶液变红,煤油的作用是。(4)丙组同学取10mL0.1mol·L-1KI溶液,加入6mL0.1mol·L-1FeCl3溶液混合。分别取2mL此溶液于3支试管中进行如下实验:①第一支试管中加入1mLCCl4充分振荡、静置,CCl4层显紫色;②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀;③第三支试管中加入1滴KSCN溶液,溶液变红。实验②检验的离子是(填离子符号);实验①和③说明:在I-过量的情况下,溶液中仍含有(填离子符号),由此可以证明该氧化还原反应为。(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液,溶液变成棕黄色,发生反应的离子方程式为;一段时间后,溶液中有气泡出现,并放热,随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是;-6-生成沉淀的原因是(用平衡移动原理解释)。解析:(1)为探究Fe2+、Fe3+的性质,需在FeCl2溶液中加入少量铁屑,目的是防止Fe2+被氧化,以防影响实验。(2)氯水中的Cl2能将Fe2+氧化为Fe3+,而本身被还原为Cl-,其反应的离子方程式为2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-。(3)乙组同学在FeCl2溶液中先加入煤油,再加入氯水和KSCN溶液,这样做是因为煤油可隔绝空气,防止空气中的氧气将Fe2+氧化,干扰实验。(4)丙组同学的三组实验中,②加入K3[Fe(CN)6]是为了检验Fe2+的存在,有蓝色沉淀生成,说明有Fe2+,①实验说明有I2存在,③实验说明溶液中有Fe3+存在,在I-过量的情况下,溶液中仍含有Fe3+,由此可证明FeCl3溶液与KI溶液发生的氧化还原反应是可逆反应。(5)H2O2具有氧化性,酸性条件下,可将Fe2+氧化成Fe3+,其反应的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+2Fe3++2H2O;产生的Fe3+会催化H2O2分解放出O2,并放出热量,进一步促进Fe3+水解生成Fe(OH)3红褐色沉淀。答案:(1)防止Fe2+被氧化(2)2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)(4)Fe2+Fe3+可逆反应(5)2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2OFe3+催化H2O2分解产生O2H2O2分解放热,促进Fe3+的水解平衡正向移动[对点精练1](2019·安徽皖中摸底)某小组同学为探究H2O2、H2SO3、Br2氧化性强弱,设计如下实验(夹持仪器已略去,装置的气密性已检验)。实验记录如下:实验操作实验现象①打开活塞a,滴加氯水,关闭活塞a②吹入热空气一段时间后停止A中溶液颜色明显变浅;B中有气泡,产生大量白色沉淀,沉降后上层清液为无色-7-③打开活塞b,逐滴加入H2O2溶液开始时溶液颜色无明显变化;继续滴加H2O2溶液,一段时间后,混合液逐渐变成橙红色完成下列填空:(1)在进行操作①时,A中的实验现象是,有关反应的离子方程式是。(2)操作②吹入热空气的目的是;B中产生白色沉淀的化学式是。(3)装置C的作用是。(4)由上述实验可知,在此实验条件下,H2O2、H2SO3、Br2氧化性强弱顺序为。(5)操作③开始时颜色无明显变化可能原因是(写出一条即可)。解析:本题利用“氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性”这一原理来比较H2O2、H2SO3、Br2氧化性强弱。向NaBr溶液中滴加氯水,氯水置换出溴单质