2019高考化学三轮冲刺大题提分大题精做3探究性实验设计.docx
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1、1大题精做三 探究性实验设计1.(2018 北京卷)实验小组制备高铁酸钾(K 2FeO4)并探究其性质。资料:K 2FeO4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)A 为氯气发生装置。A 中反应方程式是_(锰被还原为 Mn2+) 。将除杂装置 B 补充完整并标明所用试剂。C 中得到紫色固体和溶液。C 中 Cl2发生的反应有 3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O,另外还有_。(2)探究 K2FeO4的性质取 C 中紫色溶液,加入稀硫酸,产生黄绿色气体,得溶液
2、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 取少量 a,滴加 KSCN 溶液至过量,溶液呈红色。方案用 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) 。方案可证明 K2FeO4氧化了 Cl 。用 KOH 溶液洗涤的目的是_。根据 K2FeO4的制备实验得出:氧化性 Cl2_24FeO(填“”或“” ) ,而方案实验表明,C
3、l2和 4FeO的氧化性强弱关系相反,原因是_。资料表明,酸性溶液中的氧化性24Fe 4Mn,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24FeO 4n。若能,请说明理由;若不能,进一步设计实验方案。理由或方案:_。【解析】 (1)A 为氯气发生装置,KMnO 4与浓盐酸反应时,锰被还原为 Mn2+,浓盐酸被氧化成2Cl2,KMnO 4与浓盐酸反应生成 KCl、MnCl 2、Cl 2和 H2O,根据得失电子守恒和原子守恒,反应的化学方程式为2KMnO4+16HCl(浓)= =2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H 2O,离
4、子方程式为 2MnO +10Cl+16H+=2Mn2+5Cl2+48H2O。由于盐酸具有挥发性,所得 Cl2中混有 HCl 和 H2O(g) ,HCl 会消耗 Fe(OH)3、KOH,用饱和食盐水除去 HCl,除杂装置 B 为 。C 中 Cl2发生的反应有 3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O,还有 Cl2与 KOH 的反应,Cl 2与 KOH 反应的化学方程式为 Cl2+2KOH=KCl+KClO+H2O,反应的离子方程式为 Cl2+2OH=Cl+ClO+H2O。 (2)根据上述制备反应,C 的紫色溶液中含有 K2FeO4、KCl,还可能含有 KClO
5、等。I.方案 I 加入 KSCN 溶液,溶液变红说明 a 中含 Fe3+。但 Fe3+的产生不能判断 K2FeO4与 Cl发生了反应,根据题意 K2FeO4在酸性或中性溶液中快速产生 O2,自身被还原成 Fe3+,根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒,可能的反应为 4FeO +20H+=4Fe3+3O2+10H 2O。II.产生 Cl2还可能是24ClO+Cl+2H+=Cl2+H 2O,即 KClO 的存在干扰判断;K 2FeO4微溶于 KOH 溶液,用 KOH 溶液洗涤的目的是除去KClO、排除 ClO的干扰,同时保持 K2FeO4稳定存在。制备 K2FeO4的反应 3Cl2+2Fe(OH)
6、3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O,在改反应中 Cl 的化合价由 0 降到-1 价,氯气是氧化剂,铁元素的化合价由-3到+6,2Fe(OH) 3是还原剂,K 2FeO4为氧化产物根据同一反应中,氧化性:氧化剂大于氧化产物,得出氧化性Cl2FeO ;方案 II 的反应为 4FeO +20H+=4Fe3+3O2+10H 2O,实验表明,Cl 2与 FeO 氧化性强弱相反;24 24 24对比两个反应的条件,方案 II 在酸性条件下,说明溶液的酸碱性的不同影响氧化性的强弱。该小题为开放性试题。若能,根据题意 K2FeO4在足量 H2SO4溶液中会转化为 Fe3+和 O2,最后溶液中不
7、存在 FeO ,溶液振荡24后呈浅紫色一定是 MnO4-的颜色,说明 FeO 将 Mn2+氧化成 MnO ,所以该实验方案能证明氧化性24 4FeO MnO 。 (或不能,因为溶液 b 呈紫色,溶液 b 滴入 MnSO4和 H2SO4的混合溶液中,c(FeO )变小,24 4 24溶液的紫色也会变浅;则设计一个空白对比的实验方案,方案为:向紫色溶液 b 中滴加过量稀 H2SO4,观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色) 。【答案】(1)2KMnO 4+16HCl=2MnCl2+2KCl +5Cl2+8H 2O Cl2+2OH=Cl+ClO+H2O (2) Fe3+ 4FeO +20H+=4Fe3+3
8、O2+10H 2O 24(3)排除 ClO的干扰溶液的酸碱性不同若能,理由:FeO 在过量酸的作用下完全转化为 Fe3+和 O2,溶24液浅紫色一定是 MnO 的颜色(若不能,方案:向紫色溶液 b 中滴加过量稀 H2SO4,观察溶液紫色快速褪去还4是显浅紫色)31.(2018 辽宁丹东市一模)某探究性实验小组的同学将打磨过的镁条投入到滴有酚酞的饱和 NaHCO3溶液中,发现反应迅速,产生大量气泡和白色不溶物,溶液的浅红色加深。该小组同学对白色不溶物的成分进行了探究和确定。、提出假设:甲同学:可能只是 MgCO3;乙同学:可能只是 Mg(OH)2;丙同学:可能是 xMgCO3yMg(OH)2、定
9、性实验探究:(1)取沉淀物少许于试管中,加入稀盐酸时固体溶解,产生大量气泡,则_同学假设错误(选填“甲” 、 “乙”或“丙” ) 。、定量实验探究:取一定量已干燥过的沉淀样品,利用下列装置测定其组成(部分固定夹持类装置未画出) ,经实验前后对比各装置的质量变化来分析沉淀的组成,得出丙同学的假设是正确的。请回答下列问题:(2)实验中合理的连接顺序为:e_ gh(各装置只使用一次) 。(3)实验一段时间后,当 B 装置中_(填实验现象) ,停止加热,说明固体已分解完全;打开 f 处的活塞,缓缓通入空气数分钟的目的是_,(4)指导老师认为在上述实验装置中末端还需再连接一个 D 装置,若无此装置,会使
10、测出的 xy 的值_(选填“偏大” 、 “偏小”或“无影响” ) 。(5)若改进实验后,最终装置 B 质量增加 m 克,装置 D 质量增加了 n 克,则 xy=_。 (用含m、n 的代数式表示)【解析】 (1)取沉淀物少许于试管中,加入稀盐酸时固体溶解,产生大量气泡,则乙同学假设错误;(2)浓硫酸吸收分解产生的水蒸气,碱石灰吸收分解产生的 CO2,利用空气排尽装置中产生的气体,实验中合理的连接顺序为:efabdc gh 或 efbadcgh;(3)实验一段时间后,当 B 装置中无气泡冒出时,停止加热,说明固体已分解完全;根据以上分析可知打开 f 处的活塞,缓缓通入空气数分钟的目的是排出装置中的
11、 CO2和水蒸气。由于空气中含有水蒸气和 CO2,所以装置 C 中碱石灰的作用是吸收通入空气中的 CO2和水蒸气;(4)指导老师认为在上述实验装置中末端还需再连接一个 D 装置,若无此装置,空气中的水蒸气和 CO2也被碱石灰吸收,导致生成的 CO2质量增加,因此会使测出的 xy 的值偏大;(5)若4改进实验后,最终装置 B 质量增加 mg,即产生水是 ,装置 D 质量增加了 ng,CO 2的物质的量是 ,则m18mol n44mol根据原子守恒可知 xy= 。9n22m【答案】 (1)乙同学(2)fabdc 或 fbadc(3)无气泡冒出排出装置中的 CO2和水蒸气(4)偏大(5)9n/22m
12、2.(2018 江西十校联考)硫酸亚铁铵(NH 4)2Fe(SO4)2是分析化学中的重要试剂,在不同温度下加热分解产物不同。设计如图实验装置(夹持装置略去) ,在 500时隔绝空气加热 A 中的硫酸亚铁铵至分解完全,确定分解产物的成分。(1)B 装置的作用是_。(2)实验中,观察到 C 中无明显现象,D 中有白色沉淀生成,可确定产物中一定有_气体产生,写出 D 中发生反应的离子方程式_。若去掉 C,能否得出同样结论_(填“是”或“否” ) ,原因是_。(3)A 中固体完全分解后变为红棕色粉末,某同学设计实验验证固体残留物仅为 Fe2O3,而不含 FeO,请帮他完成表中内容。 (试剂,仪器和用品
13、自选)实验步骤 预期现象 结论_ _ 固体残留物仅为 Fe2O3(4)若 E 中收集到的气体只有 N2,其物质的量为 xmol,固体残留物 Fe2O3的物质的量为 ymol,D 中沉淀物质的量为 zmol,则 x、y 和 z 应满足的关系为_。(5)结合上述实验现象,完成硫酸亚铁铵在 500时隔绝空气加热完全分解的化学方程式_。【解析】 (1)B 装置中硫酸铜粉末的作用是检验产物中是否有水生成;(2)装置 C 中 BaC12溶液的作用是为了检验分解产物中是否有 SO3气体生成,若含有该气体,会生成硫酸钡白色沉淀,观察到的观象为溶液变浑浊;现 C 中无明显现象,说明不含有 SO3气体,再结合观察
14、到 D 中有白色沉淀生成,说明含有 SO2气体;装置 D 中通入二氧化硫和过氧化氢发生氧化还原反应,生成硫酸和氯化钡反应生成硫酸钡沉淀,反应的离子5方程式为:SO 2+H2O2+Ba2+=BaSO4+2H +;若去掉 C,不能得出相同的结构,原因是无法排除 SO3的干扰,因若有 SO3也有白色沉淀生成;(3)根据亚铁离子的还原性,可以用高锰酸钾溶液检验,方法为:取少量 A 中残留物与试管中,加入适量稀硫酸,充分振荡使其完全溶解,在所得溶液中滴加高锰酸钾溶液,并振荡,若高锰酸钾溶液褪色,则残留物中含有 FeO;若高锰酸钾溶液不褪色,则残留物中不含 FeO;(4)若 E 中收集到的气体只有 N2,
15、其物质的量为 xmol,固体残留物 Fe2O3的物质的量为 ymol,D 中沉淀物质的量为 zmol,其中 N2和 Fe2O3均为氧化产物,而 SO2为还原产物,根据电子守恒规律,可知 23xmol+2ymol=2Zmol,即3x+y=z;(5)综合实验现象并结合电子守恒和原子守恒,硫酸亚铁铵在 500时隔绝空气加热完全分解的化学方程式为 2(NH4)2Fe(SO4)2 Fe2O3+2NH3+N 2+4SO 2+5H 2O。= = = = =高 温 【答案】(1)检验产物中是否有水生成(2)SO2 SO2+H2O2+Ba2+=BaSO4+2H +否若有 SO3也有白色沉淀生成(3)步骤:取少量
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