高考化学二轮复习大题研究(三)化学实验综合题3创新探究实验课件

(共41张PPT)
综合实验3　创新探究实验
研真题　明确考向
【真题】　(2025·湖北卷)某小组在探究Cu2+的还原产物组成及其形态过程中，观察到的实验现象与理论预测有差异。根据实验描述，回答下列问题。
(1)向2 mL 10%NaOH溶液加入5滴5%CuSO4溶液，振荡后加入2 mL 10%葡萄糖溶液，加热。
①反应产生的砖红色沉淀为__________(写化学式)，葡萄糖表现出________(填“氧化”或“还原”)性。
②操作时，没有加入葡萄糖溶液就加热，有黑色沉淀生成。用化学反应方程式说明该沉淀产生的原因：______________________。
Cu2O
还原
(2)向20 mL 0.5 mol·L－1 CuSO4溶液中加入Zn粉使蓝色完全褪去，再加入盐酸并加热至溶液中无气泡产生为止。过滤得固体，洗涤并真空干燥。
①加入盐酸的目的是________________。
②同学甲一次性加入1.18 g Zn粉，得到0.78 g红棕色固体，其组成是________(填标号)。
a．Cu b．Cu包裹Zn c．CuO d．Cu和Cu2O
除去过量的锌粉
b
③同学乙搅拌下分批加入1.18 g Zn粉，得到黑色粉末X。分析结果表明，X中不含Zn和Cu(Ⅰ)。关于X的组成提出了三种可能性：Ⅰ CuO；Ⅱ CuO和Cu；Ⅲ Cu，开展了下面2个探究实验。
由实验结果可知，X的组成是________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。从物质形态角度分析，X为黑色的原因是_________________________
_____________。
Ⅲ
光线进入后被多次反射吸收，所以呈黑色
解析：①由题干加入盐酸并加热至溶液中无气泡产生为止可知加入盐酸的作用是除去过量的锌粉；
②先加Zn粉、后加盐酸，得到固体为红棕色，则一定有Cu(Cu2O和HCl发生歧化反应生成Cu)，20 mL 0.5 mol·L－1 CuSO4中n(Cu2+)＝0.5 mol·L－1×20 mL＝0.01 mol，Cu的最大物质的量为0.01 mol，质量为0.64 g，生成Cu2O的最大质量为0.72 g，实际固体质量为0.78 g，若只有Cu，则固体质量应小于等于0.64 g，a不符题意；若是Cu包裹Zn，则0.64＜固体质量＜1.18 g，b符合题意；若是CuO，则不可能为红棕色，c不符题意；若是Cu和Cu2O，固体质量应介于0.64 g～0.72 g之间，d不符题意；
③实验1得到的溶液呈无色，说明一定无CuO，那么X的组成只能是Cu，选Ⅲ；从物质形态角度分析，X为黑色的原因是金属固体Cu呈粉末状时，光线进入后被多次反射吸收，所以呈黑色。
【高考动向】
此类试题常结合物质制备、电解质溶液、化学平衡等知识综合命题。试题通常会设计多组实验方案进行相关探究，考生需要根据探究的目的，分析清楚各个实验探究的问题，然后根据实验现象及所学知识解决相应问题。此类试题注重考查考生根据新情境、新信息快速灵活运用所学知识的能力。
题型练　提升考能
再练真题
1．(2025·北京卷)化学反应平衡常数对认识化学反应的方向和限度具有指导意义。实验小组研究测定“MnO2＋2Br－＋4H+ Mn2+＋Br2＋2H2O”平衡常数的方法，对照理论数据判断方法的可行性。
(1)理论分析
①Br2易挥发，需控制生成c(Br2)较小。
②根据25 ℃时K＝6.3×104分析，控制合适pH，可使生成c(Br2)较小；用浓度较大的KBr溶液与过量MnO2反应，反应前后c(Br－)几乎不变；c(Mn2+)＝c(Br2)，仅需测定平衡时溶液pH和c(Br2)。
③Br2与水反应的程度很小，可忽略对测定干扰；低浓度HBr挥发性很小，可忽略。
(2)实验探究
序号 实验内容及现象
Ⅰ 25 ℃，将0.200 mol·L－1 KBr溶液(pH≈1)与过量MnO2混合，密闭并搅拌，充分反应后，溶液变为黄色，容器液面上方有淡黄色气体
Ⅱ 25 ℃，将0.200 mol·L－1KBr溶液(pH≈2)与过量MnO2混合，密闭并搅拌，反应时间与Ⅰ相同，溶液变为淡黄色，容器液面上方未观察到黄色气体
Ⅲ 测定Ⅰ、Ⅱ反应后溶液的pH；取一定量反应后溶液，加入过量KI固体，用Na2S2O3标准溶液滴定，测定c(Br2)。
滴入最后半滴Na2S2O3标准溶液，溶液蓝色褪去，且半分钟内不恢复
Br2＋2I－===2Br－＋I2
增大
Mn2+
实验Ⅱ的c(H+)浓度低于实验Ⅰ，反应相同时间下，实验Ⅱ未达到平衡状态，导致溶液中c(Mn2+)、c(Br2)偏低，计算的K值偏小
②该反应消耗H+生成水，pH增大；因为Br2挥发导致实测c(Br2)偏小，根据题目信息可知，c(Mn2+)＝c(Br2)，则计算时所用Mn2+的浓度小于其在溶液中实际浓度。
③实验Ⅱ液面上方未观察到黄色气体，说明不是由于Br2挥发导致实测c(Br2)偏小，题目已知信息③也说明了Br2与水反应的程度很小，可忽略对测定干扰；低浓度HBr挥发性很小，可忽略，对比实验Ⅰ和Ⅱ可知，实验Ⅱ的pH更大，且反应后溶液为淡黄色，则可能原因是，实验Ⅱ的c(H+)浓度低于实验Ⅰ，反应相同时间下，实验Ⅱ未达到平衡状态，导致溶液中c(Mn2+)、c(Br2)偏低，计算的K值偏小。
(3)实验改进
分析实验Ⅰ、Ⅱ中测定结果均偏小的原因，改变实验条件，再次实验。
控制反应温度为40 ℃，其他条件与Ⅱ相同，经实验准确测得该条件下的平衡常数。
①判断该实验测得的平衡常数是否准确，应与_____________值比较。
②综合调控pH和温度的目的是________________________________
_________________________________________________________。
40 ℃下的理论K
使反应更快的达到平衡状态，使Br2处于溶解平衡且挥发最少的状态，从而准确测定K值
解析：①平衡常数准确性验证应与40 ℃下的理论K值比较，因为K值只与温度有关，(题目给出25 ℃的K，需查阅40 ℃的文献值)。
②实验Ⅰ和实验Ⅱ反应时间相同，实验Ⅰ由于c(H+)过大，反应速率过快，Br2挥发导致计算的K值小，实验Ⅱ由于c(H+)过小，反应速率过慢，未达平衡状态，导致计算的K值小，故综合调控pH和温度的目的是使反应更快的达到平衡状态，使Br2处于溶解平衡且挥发最少的状态，从而准确测定K值。
2．(2024·湖北卷)学习小组为探究Co2+、Co3+能否催化H2O2的分解及相关性质，室温下进行了实验Ⅰ～Ⅳ。
已知：[Co(H2O)6]2+为粉红色、[Co(H2O)6]3+为蓝色、[Co(CO3)2]2－为红色、[Co(CO3)3]3－为墨绿色。回答下列问题。
(1)配制1.00 mol·L－1的CoSO4溶液，需要用到下列仪器中的________(填标号)。
bc
解析：配制1.00 mol·L－1的CoSO4溶液需用到容量瓶，定容时用到胶头滴管，无须用到圆底烧瓶和试管，故选bc。
不能
吸收转化过程中产生的H+，促使反应正向进行
(4)实验Ⅳ中，A到B溶液变为蓝色，并产生气体；B到C溶液变为粉红色，并产生气体。从A到C所产生的气体的分子式分别为________、________。
CO2
O2
解析：实验Ⅳ中，A到B溶液变为蓝色，并产生气体，则[Co(CO3)3]3－转化为[Co(H2O)6]3+，Co元素的化合价不变，发生非氧化还原反应，则产生的气体为CO2；B到C溶液变为粉红色，并产生气体，则[Co(H2O)6]3+转化为[Co(H2O)6]2+，Co元素化合价降低，发生还原反应，氧元素化合价升高，产生O2。
题型预测
3.(2025·湖北七市州二模)某化学学习小组探究Cu2+能否氧化Fe2+并分析相关转化。
实验序号 实验操作与现象
实验1 向盛有2 mL 0.05 mol·L－1 Fe2(SO4)3溶液的试管中加入过量铜粉，5分钟后溶液变蓝
实验2 将实验1反应混合物长时间静置，取上层清液于另一试管，滴加KSCN溶液，溶液变红，振荡红色消失，产生少量白色沉淀，如此反复多次滴加KSCN溶液，振荡观察到的现象相同，当加入大量KSCN溶液后，红色不再褪去，生成较多白色沉淀
已知ⅰ.CuSCN为难溶于水的白色固体。
ⅱ.SCN－有较强还原性，易被氧化为(SCN)2，(SCN)2化学性质与卤素单质相似向实验1充分反应后的溶液中滴加KSCN溶液，溶液变红，对其原因进行探究。
假设①：静置过程中空气中的氧气将Fe2+氧化。
假设②：发生反应2Cu2+＋4SCN－===2CuSCN↓＋(SCN)2，(SCN)2将Fe2+氧化为Fe3+。
假设③：Cu2+在SCN－的影响下，将Fe2+氧化为Fe3+。
回答下列问题。
(1)配制250 mL 0.05 mol·L－1 Fe2(SO4)3溶液，需要用到下列仪器中的________(填标号)。
bcd
解析：向盛有2 mL 0.05 mol·L－1Fe2(SO4)3溶液的试管中加入过量铜粉，5分钟后溶液变蓝，发生2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+，上层清液中加入KSCN，溶液变红色，说明存在Fe3+，震荡红色消失，产生白色沉淀为CuSCN。
配制250 mL 0.05 mol·L－1 Fe2(SO4)3溶液，需要用到250 mL容量瓶、烧杯、胶头滴管，答案是bcd。
(2)实验1发生反应的化学方程式为___________________________。
Fe2(SO4)3＋Cu===2FeSO4＋CuSO4
解析：实验1盛有Fe2(SO4)3溶液的试管中加入过量铜粉，溶液颜色变蓝，发生反应的化学方程式为Fe2(SO4)3＋Cu===2FeSO4＋CuSO4。
(3)取2 mL 0.1 mol·L－1 FeSO4溶液于试管中，滴加KSCN溶液，长时间放置，未见溶液变红，但观察到少量红褐色沉淀，此红褐色沉淀为_________________，由于溶液中Fe3+浓度太低，不会使KSCN溶液显红色，故假设①不合理。
Fe(OH)3或氢氧化铁
解析：FeSO4溶液于试管中长时间放置，观察到少量红褐色沉淀，依据此特征颜色推断出红褐色沉淀为Fe(OH)3。
(4)取2 mL 0.05 mol·L－1 CuSO4溶液于试管中，滴加KSCN溶液，放置2小时，未见白色沉淀，故假设________(填“②”或“③”)不合理，实验2观察到的现象有可能是Cu2+、________和________(填离子符号)共同反应的结果。
②
SCN－
Fe2+
解析：取CuSO4溶液于试管中，滴加KSCN溶液，放置2小时，未见白色沉淀，不可能发生反应2Cu2+＋4SCN－===2CuSCN↓＋(SCN)2，故假设②不合理。实验1反应后生成了Cu2+、Fe2+，滴加了KSCN溶液，溶液变红并产生少量白色沉淀，实验2观察到的现象有可能是Cu2+、SCN－、Fe2+共同反应的结果。
(5)分别取1 mL 0.2 mol·L－1 FeSO4溶液和1 mL 0.1 mol·L－1 CuSO4溶液于两支试管中，均滴加KSCN溶液，溶液不显红色，再将两溶液混合，溶液立刻变红并产生白色沉淀，发生反应的离子方程式为____
____________________________________________________________。
Fe2+＋Cu2+＋4SCN－===CuSCN↓＋Fe(SCN)3或Fe2+＋Cu2+＋SCN－===CuSCN↓＋Fe3+
解析：FeSO4溶液和CuSO4溶液混合，溶液立刻变红并产生白色沉淀，依据假设③Cu2+在SCN－的影响下，将Fe2+氧化为Fe3+，推测出发生反应的离子方程式为Fe2+＋Cu2+＋4SCN－===CuSCN↓＋Fe(SCN)3或Fe2+＋Cu2+＋ SCN－===CuSCN↓＋Fe3+。
(6)Cu2+的氧化性不足以氧化Fe2+，但当存在SCN－，能将Fe2+氧化的原因可能为_____________________________________________________________________________________________________________________。
当存在SCN－时，生成了难溶的CuSCN，增强了Cu2+的氧化性(或当存在SCN－时，生成了难电离的Fe(SCN)3，增强了Fe2+的还原性)
解析：Cu2+的氧化性不足以氧化Fe2+，但当存在SCN－，能将Fe2+氧化的原因可能为存在SCN－时，生成了难溶的CuSCN，增强了Cu2+的氧化性或当存在SCN－时，生成了难电离的Fe(SCN)3，增强了Fe2+的还原性。
4．硫代硫酸钠(Na2S2O3)可用作分析试剂及还原剂，受热、遇酸易分解。学习小组用下图装置模拟古法制硫酸，同时利用生成的SO2气体制备硫代硫酸钠(Na2S2O3)。
除去溶解的氧气
NaOH溶液
(2)实验操作：①打开活塞K1、K2，关闭活塞K3，通入一段时间N2；②关闭活塞K1、K2，打开活塞K3，加热绿矾；③当C处溶液pH约为8时停止加热；④在m处连接盛有NaOH溶液的容器，……；⑤从锥形瓶中得到Na2S2O3晶体。
使用pH传感器始终观测混合溶液pH的原因是_________________________________________________________；
补充完善操作④：________________________________________。
(3)步骤⑤中需水浴加热浓缩至液体表面出现结晶为止，使用水浴加热的原因是_______________________________________。
防止SO2过量使溶液呈酸性，造成Na2S2O3分解
关闭活塞K3，打开活塞K1、K2，通入一段时间N2
控制温度，防止温度过高造成Na2S2O3分解
(4)探究Na2S2O3的性质：取Na2S2O3晶体，溶解，配成0.2 mol·L－1的溶液；取4 mL 溶液，向其中加入1 mL饱和氯水(pH＝2.4)，溶液立即出现浑浊。对溶液变浑浊的原因，提出假设。
假设1：氯水氧化了－2价硫元素。
假设2：酸性条件下Na2S2O3分解产生S。
实验验证：a、b试管均盛有4 mL 0.2 mol·L－1 Na2S2O3溶液。
①用胶头滴管向试管b中加入的试剂为___________________。
②依据现象，S产生的主要原因是_____________________________________(用离子方程式表示)。
1 mL pH＝2.4的盐酸