2015高考化学专题十第三单元（探究评价型实验题）一轮复习教案 7页

‎2015《金版新学案》高中化学总复习讲义：专题十第三单元　探究评价型实验题 热点一　物质性质的探究与评价 ‎1．探究方法 无机物、有机物性质的探究，必须在牢牢掌握元素化合物知识的基础上，大胆猜想，细心论证。脱离元素化合物知识，独立看待实验问题是不科学的，只有灵活运用已有的元素化合物知识，才能变探究型实验为验证型实验，使复杂问题简单化。‎ ‎2．对比实验 在探究过程中往往可以利用对比实验，即设置几组平行实验来进行对照和比较，从而研究和揭示某种规律，解释某种现象形成的原因或证明某种反应机理。‎ ‎1．(2012·北京理综·27)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Ⅰ ‎2 mL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Ⅱ ‎2 mL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)＋2H2OAg＋＋2NH3·H2O b．AgOH不稳定，极易分解为黑色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：‎ ‎①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________________________________。‎ 解析：　(1)用硝酸银溶液与氨水配制银氨溶液。(2)氨气溶于水，溶液呈碱性，使红色石蕊试纸变蓝色。NH3·H2ONH＋OH－，在碱性条件下(加入氢氧化钠)，加热促进一水合氨分解，有利于平衡：Ag(NH3)＋2H2OAg＋＋2NH3·H2O向右移动，使溶液中Ag＋浓度增大，Ag＋与OH－结合生成AgOH，AgOH分解生成Ag2O。‎ ‎(3)硝酸银溶液与氢氧化钠溶液反应，出现黑色沉淀，不出现银镜，说明氢氧化钠不能还原氧化银。‎ ‎(4)浓氨水与生石灰混合产生氨气，可以用固体与液体在常温下生成气体的气体发生装置，用分液漏斗控制加入浓氨水的量和速率。‎ ‎(5)氧化银溶于氨水：Ag2O＋4NH3·H2O2Ag(NH3)2OH＋3H2O。如果水浴加热试管里的银氨溶液，会产生银镜，说明假设成立。‎ 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)＋2H2OAg＋＋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＋3H2O ‎②与溶液接触的试管壁上析出银镜 ‎(6)Ag＋2HNO3(浓)===AgNO3＋NO2↑＋H2O 　有关物质性质的探究性实验题，一般通过新颖的情境来探究教材上未指明的一些性质，在试题命制上主要体现以下几点：‎ ‎(1)很多试题来源于教材，但在药品使用、仪器使用、实验操作等方面进行了优化，有时则是对教材上的多个实验进行组合式考查。‎ ‎(2)“重视实验过程的创新”，如实验原理的创新、实验途径的创新和实验条件的创新等。‎ ‎(3)“给出新信息，增加陌生度”，在设计或探究过程中，一定要重视这些新信息，要多问“该信息体现了物质的什么性质？”、“这样的性质会对本实验带来什么影响？”、“如何才能消除这些影响？”等。只要把学过的知识运用到位，基本上都可以顺利作答。‎ ‎2．(2013·安徽理综·28)某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H‎2C2O4)能将其中的Cr2O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/mL ‎①‎ ‎4‎ ‎60‎ ‎10‎ ‎30‎ ‎②‎ ‎5‎ ‎60‎ ‎10‎ ‎30‎ ‎③‎ ‎5‎ ‎60‎ 测得实验①和②溶液中的Cr2O浓度随时间变化关系如下图所示。‎ 测得实验①和②溶液中的Cr2O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Cr2O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 解析：　(1)实验①、②中初始pH不同，为探究pH对反应速率的影响，则实验②、③为探究一定浓度草酸溶液用量对反应速率的影响，则实验②、③中试剂总用量应相同。(2)草酸中C为＋3价，则其被氧化为CO2。(3)实验①和②表明pH越小，则Cr2O转化为Cr3＋的反应速率越快；v(Cr3＋)＝2v(Cr2O)＝×2＝(mol·L－1·min－1)。(4)根据铁明矾的组成可知，起催化作用的还可能为Al3＋、SO。(5)进行对比实验，加入K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替铁明矾，验证起催化作用的是否为Fe2＋。‎ 答案：　(1)20　20‎ ‎(2)CO2‎ ‎(3)溶液pH对该反应的速率有影响　 ‎(4)Al3＋起催化作用　SO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 用等物质的量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(Cr2O)大于实验①中的c(Cr2O)，则假设一成立；若两溶液中的c(Cr2O)相同，则假设一不成立。‎ ‎ (本题属于开放性试题，合理答案均可)‎ ‎3．某同学用如图1所示的装置来探究CO2、SO2与澄清石灰水的反应，结果通入CO2可以看到先浑浊后澄清的现象，但通入SO2看不到浑浊现象。‎ 经思考后该同学改用如图2所示的装置，将气体收集在注射器中，缓慢地将气体通入澄清石灰水中，都能看到石灰水先变浑浊再澄清的现象，且通入SO2时产生的现象明显且快。‎ ‎(1)对比分析两组实验，你认为用图1所示的装置实验时，通入SO2不能出现浑浊的原因可能是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)用图2所示的装置实验时，以相同速率通入CO2和SO2，SO2产生浑浊、澄清的现象比CO2快的原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)用图1所示的装置进行SO2与澄清石灰水反应的实验若存在缺陷，其改进方法是(若你认为该装置没有缺陷，此空可以不填) ________________________________________________________________________。‎ 答案：　(1)SO2在水中溶解度大且气体发生装置产生SO2的速率快，SO2直接与Ca(OH)2反应生成了可溶于水的酸式盐[Ca(HSO3)2]而观察不到沉淀 ‎(2)SO2溶于水生成的亚硫酸的酸性比碳酸的强，CaSO3转化为Ca(HSO3)2的速率也快 ‎(3)用导管将尾气通入NaOH溶液中 　在近年高考中，有关物质性质探究类实验有的会涉及对实验方案或实验装置的评价。在评价几个实验方案优劣及选择合理装置时，首先要明确实验原理和实验目的，再分析各种方案设计是否合理，确定实验方案的不合理之处。认真对比各实验方案、各实验装置的异同，分析哪个实验方案、实验装置更合理，从而得到最佳实验方案。还有的通过对所给化学实验数据的分析处理，对实验方案进行评价。评价的关键是准确破译数据的含义，进行合理取舍，提炼出有效数据。一些数据隐含着化学反应规律及化学原理，要找出数据的具体含义，分析数据之间的内在联系，从而得出正确结论。热点二　对反应原理的探究 ‎　化学反应原理是高中化学中的重要知识点，它主要包括化学与能量变化、化学反应速率与化学平衡、电解质溶液、电化学等知识，在高考中占有重要的地位。探究化学反应原理的实验一般考查教材中没有讲过的知识，是对教材知识的延伸，主要研究化学反应发生的条件、反应的可能性、反应中的能量变化、反应发生的原理等方面，涉及的内容比较广泛，基本都在Ⅱ卷中进行综合考查。‎ ‎1．影响化学反应速率的因素很多，某课外兴趣小组用实验的方法探究影响化学反应速率的因素。‎ 实验一：利用Cu、Fe、Mg和不同浓度的硫酸(0.5 mol·L－1、2 mol·L－1、18.4 mol·L－1)设计实验方案，研究影响反应速率的因素。‎ ‎(1)甲同学的实验报告如表所示：‎ 实验步骤 实验现象 实验结论 ‎①取三份等体积的2 mol·L－1硫酸于试管中；②分别投入大小、形状相同的Cu、Fe、Mg 反应产生气泡的速率大小：Mg>Fe>Cu 反应物的性质越活泼，反应速率越大 该同学的实验目的是________________________________________________________________________，‎ 要想得出正确的实验结论，还需要控制的实验条件是________________________________________________________________________。‎ ‎(2)乙同学为了能精确地研究浓度对反应速率的影响，在相同温度下利用如图所示装置进行定量实验。完成该实验应选用的实验药品是________________________________________________________________________。‎ 应该测定的实验数据是________________________________________________________________________。‎ 实验二：已知2KMnO4＋5H‎2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋8H2O＋10CO2↑，在开始一段时间内反应速率较小，溶液褪色不明显，但反应一段时间后，溶液突然褪色，反应速率明显增大。‎ ‎(3)针对上述实验现象，某同学认为该反应放热，导致溶液的温度升高，从而使反应速率增大。从影响化学反应速率的因素看，你认为还可能是__________的影响。‎ ‎(4)若要用实验证明你的猜想，除酸性高锰酸钾溶液、草酸溶液外，还可以在反应开始时加入 ________(填序号)。‎ A．硫酸钾　　　　　　　　　 B．硫酸锰 ‎ C．氯化锰 D．水 解析：　(1)甲同学研究的是几种不同金属与同浓度的硫酸反应的速率大小，因此可确定研究的是反应物本身的性质对反应速率的影响。研究时必须保证外界条件相同，现有的条件是浓度相同、压强相同、没有使用催化剂，故只要再控制温度相同即可。‎ ‎(2)乙同学可以选择两种不同浓度的酸与金属反应。Cu与硫酸不反应，Mg与硫酸反应太快，故选择Fe。而常温下Fe遇18.4 mol·L－1的硫酸时会发生钝化，故只能选择0.5 mol·L－1和2 mol·L－1的硫酸。该反应产生的是氢气，反应速率又与时间有关，故需要测定的数据是产生相同体积氢气所需的时间或相同时间内产生氢气的体积。‎ ‎(3)随着反应进行，反应物的浓度越来越小，反应在敞口容器中进行，故可排除压强的影响，因此可猜想是由于催化剂的影响，此催化剂只能来源于生成物，故为Mn2＋。‎ ‎(4)C中Cl－易与KMnO4发生氧化还原反应，故只能选B。‎ 答案：　(1)比较反应物本身的性质对反应速率的影响　温度相同 ‎(2)Fe、0.5 mol·L－1和2 mol·L－1的硫酸　产生相同体积氢气所需的时间(或相同时间内产生氢气的体积) ‎ ‎(3)Mn2＋的催化作用(或催化剂)　(4)B 　化学反应发生的条件为反应物本身的性质、浓度、温度、压强、催化剂、光等，影响化学反应速率的因素可分为内因和外因两部分，外因主要包括浓度、温度、压强、催化剂等。反应发生的条件与影响反应速率的条件在多个方面是相同的，因此在讨论影响反应速率的因素时主要从这几个方面考虑。‎ ‎2．某校学生用如图所示装置进行实验，以探究苯与溴发生反应的原理并分离提纯反应产物。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)冷凝管所起的作用为冷凝回流和________，冷凝水从________口进入(填“a”或“b”)。 ‎ ‎(2)实验开始时，关闭K2，开启K1和分液漏斗活塞，滴加苯和液溴的混合物，反应开始，Ⅲ中小试管内苯的作用是________。‎ ‎(3)能说明苯与液溴发生了取代反应的现象是________。‎ ‎(4)反应结束后，要让装置Ⅰ中的水倒吸入装置Ⅱ中。该操作的目的是________，简述这一操作的方法：________。‎ 解析：　本题的实验目的是探究苯与溴发生的是取代反应还是加成反应，若是取代反应则有小分子HBr生成，利用AgNO3溶液检验HBr的生成，欲排除Br2的干扰，需用苯或CCl4将溴吸收，因为Br2也能使AgNO3溶液产生淡黄色沉淀。‎ ‎(1)由于苯和液溴易挥发，为了提高它们的利用率，必须用冷凝管将它们冷凝下来，故冷凝管作用之一为冷凝回流，冷却水应为下进上出，这样冷凝效果较好；其次该反应中有HBr生成，需要导出，故冷凝管的另一作用是导气。(2)HBr中会混有挥发出的Br2，Br2溶于水也能与AgNO3溶液反应，也有淡黄色沉淀生成，故需要用苯除去Br2，避免Br2干扰检验。(3)见答案。(4)反应结束后装置Ⅱ中存在大量的HBr，HBr有毒，因此必须防止HBr气体逸出。‎ 答案：　(1)导气　a　(2)吸收溴蒸气 ‎(3)Ⅲ中硝酸银溶液内出现淡黄色沉淀 ‎(4)除去反应产生的溴化氢气体，以免其逸出污染空气　关闭K1和分液漏斗活塞，开启K2‎ 　常见的化学反应类型可分为无机反应和有机反应。无机反应主要有复分解、化合、分解、置换等反应，有机反应主要有取代、加成、加聚、还原、氧化、缩聚等反应。在探究反应类型时要根据具体反应的特征，采取相应的方法。‎ ‎3．为了探究“二氧化碳是否在有水存在时才能和过氧化钠反应”，某课题研究小组的同学设计了如图所示实验装置，分别进行了甲、乙两次实验：‎ 实验甲：干燥的CO2和Na2O2反应 在干燥的试管Ⅱ中装入Na2O2，通入CO2之前，关闭K1和K2。在试管Ⅰ内装入试剂X后，打开K1和K2，通入CO2，几分钟后，将带火星的木条插入试管Ⅲ的液面上方，观察到木条不复燃，且Ⅱ中固体的淡黄色没有变化。‎ 实验乙：潮湿的CO2和Na2O2反应 在试管Ⅰ内装入试剂Y，其他操作同实验甲，观察到木条复燃，且Ⅱ中固体由淡黄色变为白色。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)装入Na2O2后，通入CO2前，关闭K1和K2的目的是____________。‎ ‎(2)实验甲中，试剂X是 __________，其作用是__________；实验乙中，试剂Y是____________。‎ ‎(3)根据上述两种实验现象，得到的结论是__________。‎ ‎(4)试管Ⅲ中NaOH溶液的作用是____________。‎ ‎(5)CO2和Na2O2的反应机理可用示踪原子分析法加以证明，请完成下列反应：Na2O2＋C18O2＋H2O―→‎ 解析：　Na2O2不仅能与CO2反应，也能与H2O反应，因此在通入CO2前应保证Na2O2不能与H2O接触，故应关闭K1和K2。实验甲是为了探究干燥的CO2是否与Na2O2反应，因此通入的CO2必须先干燥，故试管Ⅰ中应装浓硫酸。而实验乙是为了探究潮湿的CO2是否与Na2O2反应，因此通入的CO2必须先润湿，故试管Ⅰ中应装水。从上述两种实验现象可以看出，干燥的CO2与Na2O2不反应。从试管Ⅲ中出来的气体含有未反应完的CO2，其会干扰带火星木条的复燃，故应除去。从以上实验可以看出，只有潮湿的CO2才能与Na2O2反应，其反应原理应为CO2与H2O反应形成H2CO3后，再与Na2O2反应，即相当于强酸制取弱酸，然后H2O2发生分解生成O2。‎ 答案：　(1)防止试管Ⅰ和试管Ⅲ中的水蒸气与Na2O2反应 ‎(2)浓硫酸　干燥CO2　水 ‎(3)干燥的CO2与Na2O2不反应，潮湿的CO2才能与Na2O2反应 ‎(4)吸收未反应的CO2‎ ‎(5)2Na2O2＋‎2C18O2＋2HO===2Na‎2C18O3＋2H2O＋O2‎ 　有些化学反应看上去是一步反应，但实际上却经历了多步。虽然整个化学变化所发生的物质转变可能很明显，但为了探究这一过程的反应机理，常常需要实验来验证。近年来，有的试卷中出现了探究反应机理的题目，这些题目主要来源于教材，是对教材知识的拓展，既有无机反应原理类，也有有机反应原理类，如酯化反应、烷烃的取代反应、烯烃的加成反应、过氧化钠与水或CO2的反应、铝与碱的反应、铜与浓硫酸的反应等。因此考生在平时复习中要多思考，多问几个为什么。在解答这类题目时要认真分析实验现象，寻找实验中的蛛丝马迹，结合已学知识，最后得出结论。‎