高中化学综合实验探究专题

综合实验探究[考纲要求]1.了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法。2.掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法)。3.能根据实验试题要求，做到：(1)设计、评价或改进实验方案；(2)了解控制实验条件的方法；(3)分析或处理实验数据，得出合理结论；(4)绘制和识别典型的实验装置图。4.各部分实验基础知识与技能的综合应用。考点一评价型实验题评价型实验题包括的题型很多，其中比较典型的有物质性质探究型、组成成分探究型、物质制备和应用探究型等，该类试题一般以实验装置图的形式给出实验的流程，其实验流程与考查内容一般为1．气体制备装置的选择及注意事项装置选择注意事项固体与固体加热装置①试管口应稍向下倾斜，防止产生的水蒸气在试管口冷凝后倒流而引起试管炸裂；②铁夹应夹在距试管口约13处；③胶塞中的导管伸入试管里面不能太长，否则会阻碍气体的导出固体与液体不加热装置①块状固体与液体在常温下反应制备气体时可用启普发生器，如图甲，当制取气体的量不多时，也可采用简易装置，如图乙；②装置乙、丁、戊、己中长颈漏斗的下端应伸入液面以下，否则起不到液封的作用；③加入的液体反应物(如酸)要适当；④粉末状固体与液体反应或产物为糊状物时常采用装置丙固体与液体液体与液体加热装置①先把固体药品加入烧瓶中，然后滴加液体药品，要注意液体滴加的速度，保证产气速率平稳，易于收集；②若使用分液漏斗，则需要在滴液的过程中，打开漏斗活塞，以保证液体能够顺利滴下；③分液漏斗中的液体滴完后，要关闭漏斗活塞，防止气体经漏斗逸出；④装置乙中的温度计必须插在反应液中；⑤烧瓶加热需要垫石棉网2.气体的干燥方法与干燥装置气体的干燥方法气体干燥选择干燥剂的原则①不减原则：即通过干燥操作之后，目标气体的量不能减少；②不反应原则：干燥剂不能与目标气体反应酸性干燥剂浓H2SO4可以干燥H2、O2、N2、CO2、CO、Cl2、HCl、SO2、CH4和C2H4等气体碱性干燥剂碱石灰主要用于干燥NH3，但也可干燥H2、O2、N2、CO和CH4等中性干燥剂CaCl2可以干燥H2、O2、N2、CO2、Cl2、HCl和H2S等，但不能干燥NH3气体的干燥装置盛装液态干燥剂，用于干燥气体；也可以盛装其他液体试剂，用来对酸性或中性气体进行除杂盛装碱石灰和CaCl2等固体干燥剂甲装置可以盛装液体干燥剂或固体干燥剂，乙和丙装置只能盛装固体干燥剂3.气体的收集装置及方法排水法①难溶或微溶于水，且与水不发生化学反应的气体，都可用排水集气法收集；②用排水集气法收集气体时，导管不伸入试管(或集气瓶)底部向上排空气法①比空气密度大的气体可用向上排空气法收集；②用排空气法收集气体时，导管一定要伸入集气瓶(或试管)底部，目的是把集气瓶(或试管)中的空气尽量排出；③为防止外界空气向集气瓶内扩散，集气瓶口可盖上毛玻璃片，若用试管收集时，可在试管口塞上一小团疏松的棉花向下排空气法比空气密度小的气体可用向下排空气法收集，如H2、NH3和CH4等气体排特殊溶液法①氯气可用排饱和食盐水的方法收集；②二氧化碳可用排饱和碳酸氢钠溶液的方法收集4.常见尾气处理装置及方法处理方法液体吸收法点燃法收集法处理装置适用气体装置A适用于吸收溶解度小的气体，如Cl2、CO2等；装置B、C可吸收溶解度大的气体，如HCl、HBr、NH3等CH4、CH2===CH2、H2、CO等CO、NH3、H2S等题组一物质制备探究型1．[2013·山东理综，30(1)]TiO2既是制备其他含钛化合物的原料，又是一种性能优异的白色颜料。实验室利用反应TiO2(s)＋CCl4(g)=====△TiCl4(g)＋CO2(g)，在无水无氧条件下制备TiCl4，实验装置示意图如下：有关物质性质如下表：物质熔点/℃沸点/℃其他CCl4－2376与TiCl4互溶TiCl4－25136遇潮湿空气产生白雾仪器A的名称是________。装置E中的试剂是_______________________________。反应开始前依次进行如下操作：组装仪器、________、加装药品、通N2一段时间后点燃酒精灯。反应结束后的操作包括：①停止通N2②熄灭酒精灯③冷却至室温。正确的顺序为________(填序号)。欲分离D中的液态混合物，所采用操作的名称是________。答案干燥管浓H2SO4检查气密性②③①分馏(或蒸馏)解析注意审题，该反应是在无水无氧条件下制备的；安装完装置，应首先检查气密性，然后装入药品。根据反应条件，N2必须进行干燥处理(干燥管)。然后通过N2排除装置内的空气(O2)，点燃酒精灯，使反应发生。为了防止倒吸，反应结束后，应先熄灭酒精灯，再冷却到室温，最后停止通N2。在D中冷凝的液体有CCl4和TiCl4，根据沸点不同，可采用分馏的方法分离。题组二物质性质探究型2．某研究小组利用下图装置探究温度对氨气还原Fe2O3的影响(固定装置略)。完成下列填空：(1)实验时中A有大量紫红色的烟气，则NH4I的分解产物为____________________________(至少填三种)，E装置的作用是___________________________________________________。(2)装置B中的反应方程式：_______________________________________________，D装置的作用____________________________________________________________。某研究小组按上图装置进行对比实验，甲组用酒精灯、乙组用酒精喷灯对装置C加热，反应产物均为黑色粉末(纯净物)，两组分别用各自的产物进行以下探究实验，完成下列填空：步骤操作甲组现象乙组现象1取黑色粉末加入稀盐酸溶解，无气泡溶解，有气泡2取步骤1中溶液，滴加KSCN溶液变血红色无现象3向步骤2溶液中滴加新制氯水红色先变深后褪去先变红后也褪色(3)乙组得到的黑色粉末是______________________。(4)甲组步骤1中反应的离子方程式为________________________________________。(5)乙组步骤3中，溶液变红的原因为________________________________________。溶液褪色可能的原因及其验证方法为________________________________________。(6)若装置C中Fe2O3反应后的产物是两种氧化物组成的混合物，为研究氧化物的组成，研究小组取样品7.84g在加热条件下通入氨气，完全反应后，停止加热，反应管中得到铁粉，冷却后，称得质量为5.6g，则混合物的组成为____________________(填化学式)。答案(1)NH3、H2、I2(HI)吸收多余的氨气(2)Zn＋I2=====△ZnI2作安全瓶(3)Fe粉(4)Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O(5)Fe2＋被氧化成Fe3＋，Fe3＋遇SCN－显血红色假设SCN－被Cl2氧化，向溶液中再加入KSCN溶液，若出现红色，则假设成立(其他合理答案均可)(6)Fe2O3和FeO(或Fe2O3和Fe3O4)解析根据A中的现象，有I2生成，其原理为NH4I=====△NH3↑＋HI↑，2HI△H2＋I2。后续反应及装置作用依次为B：Zn＋I2=====△ZnI2，碱石灰可吸收NH3中的HI，在C中发生NH3还原Fe2O3的反应；由于NH3污染空气，所以E装置用来吸收NH3，为了防止倒吸，D起到安全瓶的作用。根据甲组现象，C中无Fe生成，有＋3价和＋2价铁存在，根据乙组现象，C中有Fe生成，不存在Fe3＋，仅有Fe2＋，所以乙组得到的黑色粉末为Fe粉。而甲组得到的黑色粉末为Fe3O4，与盐酸反应的离子方程式为Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O。(5)在乙组中，由于Fe2＋被氯水氧化成Fe3＋，Fe3＋与SCN－反应生成血红色溶液，红色再褪去的原因可能是SCN－被Cl2氧化。可利用再加入KSCN，观察红色是否恢复来证明。(6)n(Fe)＝0.1mol，n(O)＝7.84－5.6g16g·mol－1＝0.14molnFenO＝0.1mol0.14mol＝57因为23＜57＜1或23＜57＜34，所以两种铁的氧化物应该是Fe2O3和FeO或Fe2O3和Fe3O4的混合物。题组三物质成分探究型3．铜与浓硫酸反应，实验装置如图所示。(1)装置A中发生反应的化学方程式为_______________________________________、反应过程中试管B中的现象是______________________________________________，试管C的作用是______________________。(2)导管D的下端(虚线段)应位于________(填“液面上”或“液面下”)，导管D的作用有：①实验结束后排除装置中的SO2，②________________________________________。实验中发现试管内除了产生白色固体外，在铜丝表面还有黑色固体甲生成，甲中可能含有CuO、Cu2O、CuS、Cu2S。为探究甲的成分，进行了以下的实验。查阅资料可知：Cu2O＋2HCl===CuCl2＋Cu＋H2O,2Cu2O＋O2=====煅烧4CuO,2CuS＋3O2=====煅烧2CuO＋2SO2，Cu2S＋2O2=====煅烧2CuO＋SO2。CuS、Cu2S和稀盐酸不反应。(3)固体乙在空气中煅烧时，使用的实验仪器除了玻璃棒、三脚架、酒精灯外，还必须有：________________________________________________________________________。(4)煅烧过程中，除上述反应外，还可能发生反应的方程式为____________________。(5)结论：甲中有CuO，还肯定含有的物质是____________________。答案(1)Cu＋2H2SO4(浓)=====△CuSO4＋SO2↑＋2H2O品红溶液褪色吸收多余的SO2，防止污染空气(2)液面下防倒吸(3)泥三角、坩埚(坩埚钳)(4)2Cu＋O2=====△2CuO(5)CuS解析(1)Cu在加热的条件下被浓H2SO4氧化，浓H2SO4被还原成SO2，SO2能使品红溶液褪色，多余的SO2被NaOH溶液吸收，防止污染空气。(2)为了防止SO2从导管D逸出，所以导管D的下端应位于液面下，其作用一是为了防止倒吸，二是可以在实验结束后排除装置中的SO2。(3)煅烧固体应使用坩埚，还有泥三角、玻璃棒、酒精灯等仪器。由方程式可推断，CuS～CuO，质量减小，Cu2S～2CuO质量不变，所以根据m2＜m1，甲中除CuO外，还一定含有CuS。若黑色固体中还含有Cu2O，在酸性条件下生成Cu，所以在煅烧过程中，还可能发生2Cu＋O2=====△2CuO。题组四反应原理探究型4．某些资料认为NO、NO2不能与Na2O2反应。某小组学生提出质疑，他们从理论上分析过氧化钠和二氧化氮都有氧化性，根据化合价升降原则提出假设：假设Ⅰ.过氧化钠氧化二氧化氮假设Ⅱ.二氧化氮氧化过氧化钠(1)小组甲同学设计实验如下：①试管A中反应的化学方程式是___________________________________________。②待试管B中收集满气体，向试管B中加入适量Na2O2粉末，塞紧塞子，轻轻振荡试管内粉末，观察到红棕色气体迅速消失；再将余烬木条迅速伸进试管内，看见木条复燃。甲同学认为假设Ⅱ正确；乙同学认为该装置不能达到实验目的，为达到实验目的，在A、B之间增加一个装置，该装置的作用是____________________。③乙同学用改进后装置，重复了甲同学的实验操作，观察到红棕色气体迅速消失；余烬木条未复燃。得出结论：假设Ⅰ正确。NO2和Na2O2反应的方程式是__________________