广东省中山市古镇高级中学2022届高三化学 专题训练5 实验设计

广东省中山市古镇高级中学2022届高三化学专题训练5实验设计一．要重视科学合理的假设，这关系到整个探究方向的正确性。1．要审清题目给出的概念：①物质的分类：金属、非金属；单质、化合物；氧化物、酸、碱、盐；②物质的状态：固体、液体、气体；2．在分析物质反应的过程中，要有“量”的意识：是否有物质过量？哪种物质过量？哪种物质有剩余？3．要重视常见物质化学性质的复习，要回归课本。（1）阅读课本时，看到物质，要分析各种元素的化合价，分析其性质：①水溶性：是否溶于水？是否与水发生反应？②是否具有氧化性？若有，能与哪些物质反应？反应的难易程度如何？③是否具有还原性？若有，能与哪些物质反应？反应的难易程度如何？④能否发生复分解反应？能与哪些物质发生复分解反应？⑤反应的现象如何？现象是否明显？是否特殊？反应能否用于物质的检验？看到化学方程式，要判断是否属于氧化还原反应，若是，还要判断氧化剂和还原剂，氧化产物和还原产物，被氧化和被还原等，计算电子转移的数目。（2）阅读课本时，要注意实验装置图：①装置中仪器的名称？用途？使用时要注意哪些事项？②装置有哪些注意事项？（3）阅读课本时，要注意实验步骤的描述：要有四要素——试剂、量、仪器、操作动词。用于检验时，取少量试剂；用于除杂时，取足量试剂。二．实验方案的设计1．找出实验目的：要探究什么问题？要检验哪些物质是否存在？2．找出样品中存在的所有物质，加入试剂后分析反应时要有“量”的意识，哪一种物质反应了，生成了什么物质？哪一种物质过量了？反应结束后还有什么物质？3．加入试剂检验物质时，注意查找是否存在干扰？利用还原性检验时，要加入氧化剂，要看是否存在其它还原剂的干扰；利用氧化性检验时，要加入还原剂，要看是否存在其它氧化剂的干扰；利用沉淀法检验时，要加入沉淀剂，要看是否存在其它离子能与该沉淀剂发生反应生成另一种沉淀；利用气体法检验物质时，要加入试剂与被检验物质反应生成气体，要看是否存在其它物质能与加入的试剂反应生成气体。选择加入的试剂时，还要注意前面加入的试剂是否存在干扰。若存在干扰时，在检验前应先除去干扰的物质才能检验，或选择其它试剂。114．试剂的选择时，当同一试剂有不同的浓度时，也要注意试剂的浓度。若需要观察褪色的，则试剂应稀一些确保能反应完；若需要观察产生颜色或沉淀的，试剂应浓一些确保现象明显；若目的是调节pH等，试剂应稀一些；若不希望溶液被明显稀释，试剂应浓一些。5．在设计实验方案的过程中，应先画出实验流程图，在检查无误后再转化为文字，写在答题卡上。书写实验步骤是要注意四要素——试剂、量、仪器、操作动词。用于检验时，取少量试剂；用于除杂时，取足量试剂。三．常见无机物性质的梳理考纲中列举出要求掌握的元素有Na、Al、Fe、Cu、H、C、N、O、Si、S、Cl等，则相关的物质或离子如下，请从溶解性、复分解反应、氧化还原反应、特殊现象反应几个角度对它们的常见性质进行梳理，并能指出常用哪些试剂来体现这些性质。单质：Na、Al、Fe、Cu、H2、C、N2、O2、O3、Si、S、Cl2；氧化物：Na2O、Al2O3、Fe2O3、FeO、Fe3O4、CuO、CO、CO2、NO、NO2、SiO2、SO2、SO3；酸：H2CO3、HNO3、H2SiO3、H2SO3、H2SO4、HCl、HClO；碱：NaOH、Al(OH)3、Fe(OH)3、Fe(OH)2、Cu(OH)2、NH3•H2O；离子：Na＋、Al3＋、Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋、NH4＋、H＋、CO32－、NO3－、SiO32－、SO32－、SO42－、S2－、Cl－、ClO－。四．通过评分标准反思答题策略33．（一模）某学习小组在研究水处理问题时，将一定量NaClO溶液与FeSO4溶液相混合，得到含有大量悬浮物的混合液。请完成对反应物剩余情况的探究。（1）提出合理假设：假设1：FeSO4有剩余；假设2：NaClO有剩余；假设3：______________________________________。（2）样品初步处理：取少量混合液于试管中，滴加足量稀硫酸得到澄清溶液。此澄清溶液中肯定含有的金属阳离子是________________________。（3）设计后续实验方案验证假设，在答题卡上写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂：3mol·L－1H2SO4、0.01mol·L－1KMnO4、20%KSCN、3%H2O2、淀粉－KI溶液、紫色石蕊溶液。答案和评分标准如下：11（1）NaClO和FeSO4均无剩余；（3分）评分说明：①意思相同即可得分。但只写“均无剩余”而无指明物质，扣2分。②答“NaClO和FeSO4可能均无剩余”得0分。（2）Na＋、Fe3＋（4分）评分说明：①漏写得2分。②多写H+、SO42－或Cl－合扣2分。③多写Fe2+或ClO－，得0分。（3）（9分）评分说明：①验证第一个假设成立占4分，验证第二和第三个假设占5分。②方案方面的扣分点：假设1的验证用KSCN和H2O2为试剂，用颜色加深的方法来判断，得3分。假设2的验证用淀粉－KI溶液为试剂，用溶液变蓝色的方法来判断，得0分。③步骤方面的扣分点：试剂用量用“少量”代替“1～2滴”，不扣分。试剂用量未说明或用“足量”“适量”“1～2mL”等不当词语，扣1分。④现象方面的扣分点：用“溶液无色”“溶液颜色无变化”“否则…”“反之则…”等不当表述，扣1分。⑤结论方面的扣分点：“假设？成立”描述成“溶液中含有××离子”，扣1分。“假设？成立”描述成“××有剩余”，不扣分。⑥错别字方面的扣分点：“滴加”“褪色”“紫红色”等关键词有错别字，扣1分。思考：①为什么不能用用淀粉－KI溶液检验ClO－？应如何对待干扰？②为什么不能用“足量”“适量”“1～2mL”等代替“少量”？试剂的用量如何选择？【例题】某科研小组用MnO2和浓盐酸制备Cl2时，利用刚吸收过少量SO2的NaOH溶液对其尾气进行吸收处理。11（1）请完成SO2与过量NaOH溶液反应的化学方程式：SO2+2NaOH=________________．（2）反应Cl2+Na2SO3+2NaOH==2NaCl+Na2SO4+H2O中的还原剂为。（3）吸收尾气一段时间后，吸收液（强碱性）中肯定存在Cl、OH和SO。请设计实验，探究该吸收液中可能存在的其他阴离子（不考虑空气的CO2的影响）。①提出合理假设假设1：只存在SO32-；假设2：既不存在SO32-也不存在ClO；假设3：___________。②设计实验方案，进行实验。请在答题卡上写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂：3moLL-1H2SO4、1moLL-1NaOH、0.01molL-1KMnO4、淀粉-KI溶液、紫色石蕊试液。【分析】题目的意思是用吸收了少量SO2的NaOH溶液再与Cl2反应，这里需要对溶液的成分有清晰的认识，在与Cl2反应前，溶液中先发生的反应是SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O，所以溶液的溶质可认为是较少的Na2SO3和大量的NaOH。再向其中通入Cl2，题目给出了一个反应Cl2+Na2SO3+2NaOH==2NaCl+Na2SO4+H2O（反应Ⅰ），但Cl2本身也可与NaOH发生反应Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O（反应Ⅱ），考虑到NaClO仍然会氧化Na2SO3，所以可以认为先发生反应Ⅰ，若Na2SO3消耗完，剩余的Cl2再发生反应Ⅱ。当我们关注Cl2、Na2SO3、NaOH这三种物质的“量”的时候，就很容易分析出这么几种可能：①Cl2很少，只发生了反应Ⅰ且Na2SO3未消耗完，溶液的溶质为NaOH、NaCl、Na2SO4、Na2SO3；②Cl2适量，只发生了反应Ⅰ且Na2SO3恰好消耗完，溶液的溶质为NaOH、NaCl、Na2SO4；③Cl2较多，发生了反应Ⅰ后还发生了反应Ⅱ，但题目提示溶液仍然保持强碱性即NaOH不会被Cl2消耗完，故溶液的溶质为NaOH、NaCl、Na2SO4、NaClO。第（3）小题，提出合理假设时要依据探究目的“该吸收液中可能存在的其他阴离子”，所以假设的对象就只是SO32－和ClO－。且经过分析不会出现两者共存的情况。11实验设计第一步中已将溶液酸化，可认为要检验的对象是H2SO3或HClO。H2SO3的检验可以考虑利用其还原性（溶液中并无其他还原性离子干扰），可选用KMnO4溶液作试剂；HClO的检验可以考虑利用其氧化性（溶液中并无其他氧化性离子干扰），可选用淀粉-KI溶液作试剂；HClO的检验还可以考虑利用其漂白性，题目中提供了紫色石蕊溶液可用。由于两者的检验互不干扰，都是简单的试管实验，所以先检验谁都可以。答案：⑴Na2SO3＋H2O⑵Na2SO3⑶①只存在ClO－②实验步骤预期现象和结论步骤2：向A试管中滴加1～2滴0.01mol·L－1KMnO4溶液。⑴若溶液褪色，则假设1成立；⑵若溶液不褪色，则假设2或3成立。步骤3：向B试管中滴加1～2滴淀粉－KI溶液。⑴若溶液变蓝色，则假设3成立；⑵若溶液不变蓝色，结合步骤2中的⑵，则假设2成立。或变式训练（2022年广东卷改）某种催化剂为铁的氧化物。请完成对该催化剂中铁元素的价态的探究。限选实验仪器与试剂：烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管夹、3mol·L-1H2SO4、3％H2O2、6mol·L-1HNO3、0.01mol·L-1KMnO4、NaOH稀溶液、0.1mol·L-1Kl、20％KSCN、蒸馏水。（1）提出合理假设假设1：　　　　　　　；假设2：　　　　　　　；假设3：　　　　　　　。（2）设计实验方案证明你的假设，在下表中写出实验操作步骤、预期现象与结论。11思路点拨：①探究的准确目的是什么？②根据题意的限定，预期结论有哪几种可能？（注意结论与目的的直接对应关系）③铁的氧化物是固体，有没有直接的检验方法？④如果要转化为溶液用什么试剂？形态的转化会不会影响检验的科学性（或者误差）？⑤Fe3＋如何检验？Fe2＋如何检验？⑥怎样的检验顺序更合理简洁？⑦实验报告分为几个大的步骤？【练习】1．（1）向FeSO4溶液中滴加氯水，溶液由浅绿色变成黄色，反应的离子方程式为________________________________________；向KI溶液中滴加氯水，溶液由无色变成黄色，反应的离子方程式为_____________________________________。（2）请以FeSO4溶液、KI溶液、氯水为试剂探究Fe2＋和I－的还原性强弱。①提出假设：假设1：Fe2＋还原性强于I－；假设2：______________________________②设计实验方案，写出实验步骤、预期现象和结论。其他限选试剂：3mol·L－1H2SO4、0.01mol·L－1KMnO4、20%KSCN、3%H2O2、淀粉溶液、紫色石蕊溶液。112．正三价铁元素有一定的氧化性，FeCl3溶液吸收一定量SO2后溶液颜色变浅。（1）反应的离子方程式为_________________________________________。（2）除H＋、OH－外，溶液中一定含有的离子有___________________________，还可能含有的粒子是________________________。（填编号）A．Fe2＋B．Fe3＋C．Cl－D．SO42－E．H2SO3（3）对还不能确定的粒子存在情况提出合理的假设：假设1：；假设2：；假设3：。（4）设计实验方案，进行实验。写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂：3mol·L－1H2SO4、1mol·L－1NaOH、0.01mol·L－1KMnO4、20%KSCN、3%H2O2、淀粉－KI溶液、紫色石蕊试液、品红溶液。3．（2022广东卷改）三草酸合铁酸钾晶体K3[Fe(C2O4)3]·3H2O可有于摄影和蓝色印刷，其受热分解的固体产物可以确定含有K2CO3，其它可能成分有Fe、FeO。现有少量该固体产物的样品，请设计实验探究其成分。限选试剂：浓硫酸、1.0mol·L-1HNO3、1.0mol·L-1盐酸、1.0mol·L-1NaOH、3%H2O2、0.1mol·L-1KI、0.1mol·L-1CuSO4、20%KSCN、澄清石灰水、氧化铜、蒸馏水。（1）提出合理假设11假设1：固体产物的成分为K2CO3和Fe；假设2：；假设3：。（2）为了防止干扰，需要将K2CO3先分离除去，操作过程是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。（3）在（2）的基础上设计后续的实验方案，写出实验操作步骤、预期现象与结论4．硫代硫酸钠（Na2S2O3）俗称大苏打，主要用于照相业作定影剂。Na2S2O3易溶于水，在酸性溶液中会迅速分解。（1）完成Na2S2O3溶液与稀硫酸混合反应的化学方程式：H2SO4+Na2S2O3＝Na2SO4+H2O+SO2+________（除空缺外已配平）该反应可用于探究外界条件对反应速率的影响，完成有关的实验设计表（已知各溶液体积均为5mL）：11（2）Na2S2O3还具有很强的还原性，Na2S2O3溶液与足量氯水反应的化学方程式为_____________________________________________。（S元素被氧化为SO42－）（3）现有一瓶Na2S2O3固体，可能混有Na2SO4固体。设计实验验证该假设，写出实验步骤、预期现象和结论。限选试剂：1mol·L－1H2SO4、1mol·L－1HNO3、1mol·L－1HCl、1mol·L－1NaOH、0.1mol·L－1BaCl2、0.01mol·L－1KMnO4、蒸馏水。【答案】1．（1）2Fe2＋＋Cl2＝2Fe3＋＋2Cl－2I－＋Cl2＝I2＋2Cl－（2）①假设2：I－还原性强于Fe2＋或：实验步骤预期现象与结论步骤1：取2mLFeSO4溶液和2mLKI溶液混合于试管中，再滴加几滴氯水。溶液变成黄色，推测有Fe3＋或I2生成。步骤2：向试管中继续滴加几滴若溶液变蓝色，则假设2成立；11淀粉溶液。若溶液不变蓝色，则假设1成立。2．（1）2Fe3＋＋SO2＋2H2O＝2Fe2＋＋4H＋＋SO42－（2）ACD；BE（3）假设1：只存在Fe3＋；假设2：即不存在Fe3＋，也不存在H2SO3；假设3：只存在H2SO3。（4）实验步骤预期现象和结论步骤1：取少量溶液于试管A中，滴加1～2滴20%KSCN溶液。（1）若溶液变血红色，则假设1成立；（2）若溶液不变血红色，则假设2或3成立。步骤2：另取少量溶液于试管B中，滴加1～2滴品红溶液。（1）若溶液红色褪去，则假设3成立；（2）若溶液呈红色，结合步骤2中的（2），则假设2成立。3．（1）假设2：固体产物的成分为K2CO3和FeO；假设3：固体产物的成分为K2CO3、Fe和FeO。（2）取适量固体产物于试管中，加入足量蒸馏水，充分振荡使K2CO3溶解。过滤，用蒸馏水充分洗涤不溶固体。（3）4．（1）S↓11（2）Na2S2O3+4Cl2+5H2O=Na2SO4+8HCl+H2SO4（3）11