探究性实验题的答题技巧【考题体验组】(20分钟 30分)1.(14分)(2022·安徽高考)某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下,草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2转化为Cr3+。某课题组研究发现,少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可对该反应起催化作用。为进一步研究有关因素对该反应速率的影响,探究如下:(1)在25℃下,控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同,调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量,做对比实验,完成以下实验设计表(表中不要留空格)。实验编号初始pH废水样品体积/mL草酸溶液体积/mL蒸馏水体积/mL①4601030②5601030③560测得实验①和②溶液中的Cr2浓度随时间变化关系如图所示。(2)上述反应后草酸被氧化为 (填化学式)。(3)实验①和②的结果表明 ;实验①中0～t1时间段反应速率v(Cr3+)= mol·L-1·min-1(用代数式表示)。(4)该课题组对铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设,请你完成假设二和假设三:假设一:Fe2+起催化作用;假设二: ;假设三: ;……(5)请你设计实验验证上述假设一,完成下表中内容。(除了上述实验提供的试剂外,可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2的浓度可用仪器测定)实验方案(不要求写具体操作过程)预期实验结果和结论2.(16分)(2022·-6-\n湖南十三校联考)资料显示:镁与饱和碳酸氢钠溶液反应产生大量气体和白色不溶物。某同学设计了如下实验方案并验证产物、探究反应原理。(1)提出假设:实验Ⅰ:用砂纸擦去镁条表面氧化膜,将其放入盛有适量滴有酚酞的饱和碳酸氢钠溶液的试管中,迅速反应,产生大量气泡和白色不溶物,溶液由浅红变红。该同学对反应中产生的白色不溶物做出如下猜测:猜测1:白色不溶物可能为 。猜测2:白色不溶物可能为MgCO3。猜测3:白色不溶物可能是碱式碳酸镁[xMgCO3·yMg(OH)2]。(2)设计定性实验确定产物并验证猜测:实验序号实验实验现象结论实验Ⅱ将实验Ⅰ中收集到的气体点燃能安静燃烧,产生淡蓝色火焰①气体成分为________实验Ⅲ②取实验Ⅰ中的白色不溶物,洗涤,加入足量________③________白色不溶物可能含有MgCO3实验Ⅳ取实验Ⅰ中的澄清溶液,向其中加入少量CaCl2稀溶液产生白色沉淀④溶液中存在________(3)为进一步确定实验Ⅰ的产物,设计定量实验方案,如图所示:称取实验Ⅰ中所得干燥、纯净的白色不溶物22.6g,充分加热至不再产生气体为止,并使分解产生的气体全部进入装置A和B中。实验前后装置A增重1.8g,装置B增重8.8g,试确定白色不溶物的化学式为 。(4)请结合化学用语和化学平衡移动原理解释Mg和饱和NaHCO3溶液反应产生大量气泡和白色不溶物的原因 。【新题预测组】(20分钟 30分)1.(12分)将绿矾(FeSO4·7H2O)隔绝空气条件下加强热分解,已知产物全部为氧化物,为探究绿矾分解的反应产物,某同学进行了以下实验:【实验一】为探究固体产物中铁元素的价态,该同学将固体产物溶于足量的稀硫酸得到相应溶液,进行以下猜想和实验:猜想实验操作预期现象猜想一:铁元素只显 ____________价①向所得溶液中滴入KSCN溶液;②向稀酸性KMnO4溶液中滴入所得溶液KSCN溶液无明显现象稀酸性KMnO4溶液颜色 猜想二:铁元素只显 ____________价KSCN溶液呈 色;稀酸性KMnO4溶液颜色 猜想三:铁元素既有+2价又有+3价KSCN溶液呈 色;稀酸性KMnO4溶液颜色 【实验二】为进一步探究该反应的产物,进行了如下图所示的实验:-6-\n(1)实验开始时,点燃B处酒精喷灯之前应先打开A处活塞通CO2,其目的是 ;(2)装置图中C的作用是 ;(3)该组同学称取了55.6g绿矾按如图装置进行实验,待绿矾分解完全后,测得D瓶中沉淀的质量为23.3g,根据这些数据,可以得知,绿矾分解的化学方程式为 ;(4)该组同学设计的装置存在着一个明显的缺陷是 。2.(18分)有文献记载:在强碱性条件下,加热银氨溶液可能析出银镜。某同学进行如下验证和对比实验。装 置实验序号试管中的药品现 象实验Ⅰ2mL银氨溶液和数滴较浓NaOH溶液有气泡产生;一段时间后,溶液逐渐变黑;试管壁附着有银镜实验Ⅱ2mL银氨溶液和数滴浓氨水有气泡产生;一段时间后,溶液无明显变化该同学欲分析实验Ⅰ和实验Ⅱ的差异,查阅资料:a.Ag(NH3+2H2OAg++2NH3·H2Ob.AgOH不稳定,极易分解为黑色的Ag2O(1)配制银氨溶液所需的药品是 。(2)经检验,实验Ⅰ的气体中有NH3,黑色物质中有Ag2O。①用湿润的红色石蕊试纸检验NH3,产生的现象是 。②产生Ag2O的原因是 。(3)该同学对产生银镜的原因提出假设:可能是NaOH还原Ag2O。实验及现象:向AgNO3溶液中加入 ,出现黑色沉淀;水浴加热,未出现银镜。(4)重新假设:在NaOH存在下,可能是NH3还原Ag2O。用如图所示装置进行实验。现象:出现银镜。在虚线框内画出用生石灰和浓氨水制取NH3的装置简图(夹持仪器略)。(5)该同学认为在(4)的实验中会有Ag(NH3)2OH生成。由此又提出假设:在NaOH存在下,可能是Ag(NH3)2OH也参与了NH3还原Ag2O的反应。进行如下实验:-6-\n①有部分Ag2O溶解在氨水中,该反应的化学方程式是 。②实验结果证实假设成立,依据的现象是 。(6)用HNO3清洗试管壁上的Ag,该反应的化学方程式是 。答案解析【考题体验组】1.【解析】(1)由“调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量,做对比实验”可知实验①②是为了对比pH的不同对速率的影响,实验②③是为了对比草酸浓度的不同对速率的影响,所以在实验③中草酸溶液和蒸馏水的总体积为40mL即可(但不能与实验②的用量相同)。(2)H2C2O4中C的化合价为+3,被含Cr2的酸性溶液氧化后只能升高为+4价,故产物为CO2。(3)图像中曲线的斜率越大,说明反应速率越快,所以由实验①②条件对照可知,pH越小该反应速率越快。Cr2氧化H2C2O4后,本身被还原为Cr3+,由质量守恒定律得关系式:Cr2～2Cr3+,故v(Cr3+)=2v(Cr2)=。(4)加入铁明矾后的混合液中含Fe2+、Al3+、S,所以假设二、假设三分别为Al3+起催化作用、S起催化作用。(5)用等物质的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替实验①中的铁明矾,控制其他反应条件与实验①相同,进行对比实验。在此条件下,溶液中只相差Fe2+,若反应进行相同时间后,溶液中c(Cr2)大于实验①中的c(Cr2),则假设一成立;若两溶液中的c(Cr2)相同,则假设一不成立。答案:(1)实验编号初始pH废水样品体积/mL草酸溶液体积/mL蒸馏水体积/mL③2020(合理即可) (2)CO2(3)溶液的pH对该反应的速率有影响 (4)Al3+起催化作用 S起催化作用(5)实验方案(不要求写具体操作过程)预期实验结果和结论-6-\n用等物质的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替实验①中的铁明矾,控制其他反应条件与实验①相同,进行对比实验反应进行相同时间后,若溶液中c(Cr2)大于实验①中的c(Cr2),则假设一成立;若两溶液中的c(Cr2)相同,则假设一不成立(本题为开放性题目,其他答案合理均可)2.【解析】(1)由题意可知,还可能是Mg(OH)2;(2)淡蓝色火焰,可知为氢气;加入盐酸,产生气泡,沉淀完全溶解,则可能为MgCO3;加入Ca2+,是为了检验溶液中的C;(3)n(H2O)=0.1mol,n(CO2)=0.2mol,H2O是由Mg(OH)2分解产生,CO2是由MgCO3分解产生,说明有0.2mol的MgCO3和0.1mol的Mg(OH)2;(4)理解HC的电离平衡和水解平衡。答案:(1)Mg(OH)2(2)①氢气 ②稀盐酸 ③产生气泡,沉淀完全溶解④C(3)2MgCO3·Mg(OH)2或Mg(OH)2·2MgCO3或Mg3(OH)2(CO3)2(4)NaHCO3溶液中存在如下平衡:HCH++C、H2OH++OH-;Mg和H+反应生成Mg2+,Mg2+跟OH-、C生成难溶物Mg(OH)2·2MgCO3,则H+、OH-和C的浓度均减小,促使两平衡均向右移动;故Mg和饱和NaHCO3溶液反应产生大量H2【新题预测组】1.【解析】【实验一】由题意知绿矾分解的产物全为氧化物,则铁元素可能为+2价,也可能为+3价,或者既有+2价又有+3价。+2价铁具有还原性,可使酸性高锰酸钾溶液褪色,+3价铁与KSCN溶液生成红色物质,利用这些性质可以检验铁元素的价态。【实验二】(1)FeSO4具有还原性,能够被空气中的氧气氧化,实验开始时通CO2的目的是赶走装置内的空气防止FeSO4·7H2O被氧化。(2)本实验有加热装置,反应产生气体,气体与氯化钡溶液反应产生白色沉淀,导气管内压强减小,容易发生倒吸,C为防倒吸装置。(3)55.6g绿矾的物质的量为=0.2mol,那么分解前硫元素的物质的量为0.2mol,白色沉淀为硫酸钡,其物质的量为=0.1mol,所以除了SO3以外还应有SO2,其物质的量也为0.1mol,因此答案是2FeSO4·7H2OFe2O3+SO2↑+SO3↑+14H2O。(4)二氧化硫对环境有污染,应添加尾气处理装置。答案:【实验一】猜想一:+2 褪为无色 猜想二:+3 红 无变化 猜想三:红 褪为无色【实验二】(1)赶走装置内的空气 (2)防止产生倒吸(3)2FeSO4·7H2OFe2O3+SO2↑+SO3↑+14H2O (4)未进行尾气处理2.【解析】(2)当银氨溶液中加入强碱并加热时,Ag(NH3+2H2OAg++2NH3·H2O,氨水逸出NH3,平衡右移,Ag+与OH-反应并立即转化成Ag2O。-6-\n(5)由于假设可能是Ag(NH3)2OH也参与了NH3还原Ag2O的反应,因此Ag2O溶解在氨水中肯定有Ag(NH3)2OH生成。答案:(1)AgNO3溶液和氨水(2)①试纸变蓝②在NaOH存在下,加热促进NH3·H2O分解,逸出NH3,促使Ag(NH3+2H2OAg++2NH3·H2O平衡正向移动,c(Ag+)增大,Ag+与OH-反应立即转化为Ag2O:2OH-+2Ag+====Ag2O↓+H2O(3)过量NaOH溶液(4)(5)①Ag2O+4NH3·H2O====2Ag(NH3)2OH+3H2O②与溶液接触的试管壁上析出银镜(6)Ag+2HNO3(浓)====AgNO3+NO2↑+H2O-6-
