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(共47張PPT)
題型突破二　化學實驗綜合
突破點4　實驗方案的設計與評價
高考真題賞析　明考向
1. (2023·湖北選考)學習小組探究了銅的氧化過程及銅的氧化物的組成。回答下列問題：
銅與過量H2O2反應的探究如下：
實驗②中Cu溶解的離子方程式為 ________________________；產生的氣體為 ________。比較實驗①和②，從氧化還原角度說明H＋的作用是 ________________________________________。
【答案】　Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O　O2　既不是氧化劑，也不是還原劑
【解析】　根據實驗現象，銅片溶解，溶液變藍，可知在酸性條件下銅和過氧化氫發生反應，生成硫酸銅，離子方程式為Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O；硫酸銅可以催化過氧化氫分解生成氧氣，則產生的氣體為O2；在銅和過氧化氫的反應過程中，氫元素的化合價沒有發生變化，故從氧化還原角度說明H＋的作用是：既不是氧化劑，也不是還原劑。
2. (2023·北京選考)資料顯示，I2可以將Cu氧化為Cu2＋。某小組同學設計實驗探究Cu被I2氧化的產物及銅元素的價態。
已知：I2易溶于KI溶液，發生反應I2＋I－??I(紅棕色)；I2和I氧化性幾乎相同。
將等體積的KI溶液加入到m mol銅粉和n mol I2(n>m)的固體混合物中，振蕩。
實驗記錄如下：
c(KI) 實驗現象
實驗Ⅰ 0.01 mol·L－1 極少量I2溶解，溶液為淡紅色；充分反應后，紅色的銅粉轉化為白色沉淀，溶液仍為淡紅色
實驗Ⅱ 0.1 mol·L－1 部分I2溶解，溶液為紅棕色；充分反應后，紅色的銅粉轉化為白色沉淀，溶液仍為紅棕色
實驗Ⅲ 4 mol·L－1 I2完全溶解，溶液為深紅棕色；充分反應后，紅色的銅粉完全溶解，溶液為深紅棕色
(1)初始階段，Cu被氧化的反應速率：實驗Ⅰ ________(填“>”“<”或“＝”)實驗Ⅱ。
(2)實驗Ⅲ所得溶液中，被氧化的銅元素的可能存在形式有[Cu(H2O)4]2＋(藍色)或[CuI2]－(無色)，進行以下實驗探究：
步驟a.取實驗Ⅲ的深紅棕色溶液，加入CCl4，多次萃取、分液。
步驟b.取分液后的無色水溶液，滴入濃氨水。溶液顏色變淺藍色，并逐漸變深。
ⅰ.步驟a的目的是 ________________________________________。
ⅱ.查閱資料，2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2，[Cu(NH3)2]＋(無色)容易被空氣氧化。用離子方程式解釋步驟b的溶液中發生的變化： _________
________________________________________。
(3)結合實驗Ⅲ，推測實驗Ⅰ和Ⅱ中的白色沉淀可能是CuI，實驗Ⅰ中銅被氧化的化學方程式是 ___________________________________。分別取實驗Ⅰ和Ⅱ充分反應后的固體，洗滌后得到白色沉淀，加入濃KI溶液，________________________(填實驗現象)，觀察到少量紅色的銅。分析銅未完全反應的原因是 _______________________________。
(4)上述實驗結果，I2僅將Cu氧化為＋1價。在隔絕空氣的條件下進行電化學實驗，證實了I2能將Cu氧化為Cu2＋。裝置如右圖所示，a、b分別是 _________________________
___________________。
(5)運用氧化還原反應規律，分析在上述實驗中Cu被I2氧化的產物中價態不同的原因： ______________________________________________
____________________________________________________________。
[Cu(NH3)4]2＋，方程式為[CuI2]－＋2NH3·H2O===[Cu(NH3)2]＋＋2H2O＋
2I－、4[Cu(NH3)2]＋＋O2＋8NH3·H2O===4[Cu(NH3)4]2＋＋4OH－＋6H2O。(3)結合實驗Ⅲ，推測實驗Ⅰ和Ⅱ中的白色沉淀可能是CuI，實驗Ⅰ中銅被氧化的化學方程式是2Cu＋I2===2CuI或2Cu＋KI3===2CuI＋KI；2Cu＋I2===2CuI反應為可逆反應，加入濃KI溶液，I2濃度減小，CuI轉化為Cu和I2，故產生白色沉淀溶解，出現紅色固體的過程或I濃度小未能氧化全部的銅，或生成的CuI覆蓋在Cu表面。(4)要驗證I2能將Cu氧化為Cu2＋，需設計原電池負極材料為Cu，b為含n mol I2的4 mol·L－1的KI溶液。(5)含n mol I2的4 mol L－1的KI溶液，銅與碘反應的體系在原電池
裝置中，I2將Cu氧化為Cu2＋；而在實驗Ⅰ、實驗Ⅱ和實驗Ⅲ中Cu以Cu＋形式存在，這是由于在實驗Ⅰ、實驗Ⅱ、實驗Ⅲ中Cu＋可以進一步與I－結合生成CuI沉淀或[CuI2]－，Cu＋濃度減小使得Cu2＋氧化性增強，發生反應2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2和2Cu2＋＋6I－===2[CuI2]－＋I2。
規律方法整合　建模型
? 變量控制型實驗
1．控制變量法：物質變化往往受到多個因素的影響，在研究化學反應與外界因素之間的關系時，對影響物質變化規律的因素或條件加以人為控制，使其他幾個因素不變，集中研究其中一個因素的變化所產生的影響，有利于在研究過程中，迅速尋找到物質變化的規律。
2．解答流程
? 物質性質探究
1.探究性實驗以其創新、靈活的特點成為每年高考的熱點題型，試題將元素化合物知識與化學實驗知識巧妙地融合在一起，增加了題目的新穎度和難度，能充分考查學生的發散思維能力和分析問題的能力。實驗往往通過對物質化學性質的實驗探究、反應產物成分的實驗探究、化學反應原理的實驗探究，揭示反應原理、解釋產生某些現象的原因等。
2.性質實驗探究的主要角度有
(1)物質氧化性強弱、還原性強弱的判斷。如探究Fe3＋的氧化性強于I2時，可利用FeCl3與KI淀粉溶液反應，通過溶液是否變藍色來說明Fe3＋的氧化性大于I2。
同周期、同主族元素性質的遞變規律一般通過設計元素金屬性、非金屬性的強弱實驗來完成，如通過Mg、Al與同濃度鹽酸反應產生H2的快慢來說明Mg的活潑性強于Al。
(2)電解質強弱的判斷。如探究一元酸HA是弱酸的方法是常溫下配制NaA的溶液，測pH，若pH>7，則說明HA為弱酸。
(3)物質酸性強弱的判斷。如探究碳酸和硅酸的酸性強弱，可利用相對強的酸制備相對弱的酸的反應原理，將CO2氣體通入Na2SiO3溶液，看是否有白色沉淀生成來判斷。
(4)鋼鐵發生電化學腐蝕的規律探究。可以通過控制所含的雜質是否與空氣接觸、所接觸的電解質溶液的酸堿度、鋼鐵在腐蝕過程中體系內的氣壓變化等角度設計實驗，找出規律。
【思維模型】　猜想型實驗題的思維流程
強基培優精練　提能力
1. (2024·廣東湛江市二模)Fe(OH)2具有較強的還原性，新制的白色Fe(OH)2會逐漸轉變為灰綠色，使學生誤認為氫氧化亞鐵的顏色是灰綠色。為能較長時間觀察到白色Fe(OH)2，某實驗小組做了如下探究實驗。
(1)配制實驗所需一定物質的量濃度的溶液備用，配制溶液時所用儀器有托盤天平、燒杯、量筒、玻璃棒、 ____________、 ___________。
(2)實驗時發現即使是用煮沸過的蒸餾水配制實驗所用的溶液，新生成的Fe(OH)2也僅能存在幾分鐘，其原因可能是 _____________________
__________________________________________。
(3)甲同學按如圖a所示操作制備Fe(OH)2(溶液均用煮沸過的蒸餾水配制)。擠入少量NaOH溶液后，立即出現白色沉淀，但很快變成淺綠色，一會兒后變為灰綠色，最終變為紅褐色。請分析固體變色的原因： _________________________
_______________________________________。
(4)乙同學經查閱資料后設計了如圖b所示的裝置(溶液均用煮沸過的蒸餾水配制)，能較長時間觀察到白色Fe(OH)2。
①該反應的原理為 ___________________________________
(用離子方程式表示)。
②結合原理和裝置特點分析能較長時間觀察到白色Fe(OH)2
的原因： _______________________________________________
_________________________。
(5)實驗試劑最佳濃度探究：
采用不同濃度的試劑進行實驗，記錄如下。
c(NaHCO3)/
(mol·L－1)
c(FeSO4)/(mol·L－1)　　 　　　　 1.0 1.5 2.0
1.0 現象 產生白色沉淀和氣泡，沉淀逐漸變暗，氣泡增多 產生白色沉淀和氣泡，沉淀逐漸變暗，氣泡產生速率較快 產生白色沉淀和氣泡，沉淀逐漸變暗，氣泡產生速率迅速
穩定時間 3.5 min 9 min 24 min
c(NaHCO3)/
(mol·L－1)
c(FeSO4)/(mol·L－1)　　 　　　　 1.0 1.5 2.0
1.5 現象 產生白色沉淀和氣泡，沉淀逐漸變暗，氣泡增多 產生白色沉淀和氣泡，沉淀逐漸變暗，氣泡產生速率較快 產生白色沉淀和氣泡，沉淀逐漸變暗，氣泡產生速率迅速
穩定時間 13 min 15 min 22 min
c(NaHCO3)/
(mol·L－1)
c(FeSO4)/(mol·L－1)　　 　　　　 1.0 1.5 2.0
2.0 現象 產生白色沉淀和氣泡，沉淀逐漸變暗，氣泡增多 產生白色沉淀和氣泡，沉淀逐漸變暗，氣泡產生速率加快 常溫下無現象，加熱后產生白色沉淀
穩定時間 3 min 8 min 30 min
①由以上實驗可得到的規律是 ________________________________
____________________________________________。
②NaHCO3溶液的濃度為1.5 mol·L－1時，FeSO4溶液的最佳濃度為 ________(填“1.0”“1.5”或“2.0”)mol·L－1。
(6)實驗創新：
延長Fe(OH)2沉淀的穩定時間還可以采取的措施為 _______________
_______________________________________________(任寫一條)。
【解析】　Fe(OH)2具有較強的還原性，新制的白色Fe(OH)2會逐漸轉變為灰綠色，為能較長時間觀察到白色沉淀，需隔絕空氣或通過調節NaHCO3溶液和FeSO4溶液的濃度來延長Fe(OH)2存在的時間。(1)配制實驗所需一定物質的量濃度的溶液備用，配制溶液時所用儀器有托盤天平、燒杯、量筒、玻璃棒、一定規格的容量瓶、膠頭滴管。(2)實驗時發現即使是用煮沸過的蒸餾水配制實驗所用的溶液，新生成的Fe(OH)2也僅能存在幾分鐘，這是由于Fe(OH)2不穩定，具有強的還原性，容易被進入到溶液中的氧氣氧化變為紅褐色Fe(OH)3，用化學方程式表示為：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。(3)Fe(OH)2固體變色的原因是
Fe(OH)2逐漸被空氣中的氧氣氧化為Fe(OH)3，物質的顏色由白色迅速變為灰綠色，最后變為紅褐色。(4)①該反應過程中NaHCO3溶液和FeSO4溶液反應生成Fe(OH)2，同時反應產生CO2氣體，反應的離子方程式為Fe2＋＋2HCO===Fe(OH)2↓＋2CO2↑；②結合原理和裝置特點分析能較長時間觀察到白色Fe(OH)2的原因是：在液面上覆蓋了一層苯，苯在液面上可以隔絕空氣，避免空氣進入到溶液中，從而防止Fe(OH)2氧化變質。(5)①由以上實驗可得到的規律是：NaHCO3的濃度越大，Fe(OH)2的穩定時間越長；②NaHCO3溶液的濃度為1.5 mol·L－1時，FeSO4溶液的濃度為1.5 mol·L－1時，Fe(OH)2的穩定時間最長，故FeSO4溶液的最佳濃度為1.5 mol·L－1。(6)延長Fe(OH)2沉淀的穩定時間還可以采取的措施為：向配制好的FeSO4溶液中加入鐵屑，進一步防止FeSO4被氧化。
2. (2024·福建莆田二模)久置的硝酸銀溶液，試劑瓶底部有黑色固體A，瓶口和瓶壁上有黑色固體B。
已知：①硝酸銀見光或受熱會分解，分解產物相同。
②氧化銀為棕黑色粉末，難溶于水，可溶于氨水和稀硝酸，見光或200 ℃左右分解生成氧氣。
③AgOH不穩定，極易分解生成Ag2O
和H2O。
某興趣小組開展以下探究活動。
Ⅰ.探究硝酸銀固體受熱分解的產物
利用下列裝置(夾持儀器略去)進行實驗。
實驗現象：a中有銀白色金屬光澤的固體生成，a、b中出現紅棕色氣體，導管口d處逸出的氣體可使帶火星的木條復燃。
(1)儀器e名稱為 ___________，試管b的主要作用是 ___________。
(2)試管a中反應的化學方程式為 ____________________________。
Ⅱ.探究A、B的成分
【提出猜想】甲、乙同學猜想固體中含有Ag、Ag2O中的一種或兩種。
(3)從化學變化角度，甲、乙同學猜想固體中可能含有Ag2O的依據是 _________________________________________________________。
【進行實驗】甲、乙分別對固體A、B按以下步驟進行實驗。
ⅰ.取少量固體于試管中；
ⅱ.加入過量氨水，振蕩；
ⅲ.……
【形成結論】甲得出固體A為Ag和Ag2O的混合物，乙得出固體B為Ag。
(4)①甲同學步驟ⅱ觀察到的現象為 ______________________，相應的化學方程式為 ___________________________________。
②乙同學步驟ⅲ加入的試劑為 ________________(填名稱)。
【反思與應用】
(5)固體A與固體B成分不同的可能原因是 _______________________
____________________________________________________________。
(6)實驗室保存硝酸銀溶液采取的措施為 _______________________
______________________________________________(寫出兩條)。
(3)溶液中AgNO3水解生成AgOH，AgOH分解生成Ag2O
(4)固體部分溶解　Ag2O＋4NH3·H2O===2[Ag(NH3)2]OH＋3H2O　稀硝酸
(5)硝酸銀溶液中，硝酸銀轉化為銀和氧化銀的過程同時存在。瓶口和瓶壁見光較多，硝酸銀和氧化銀分解成銀；瓶底見光較少，同時有銀和氧化銀生成
(6)加入適量稀硝酸、棕色的細口瓶、低溫避光處
成Ag2O，所以甲、乙同學猜想固體中可能含有Ag2O。(4)①氧化銀難溶于水，可溶于氨水。甲同學步驟ⅱ加入過量氨水，得出固體A為Ag和Ag2O的混合物，可知步驟ⅱ的現象為固體部分溶解；Ag2O溶于氨水生成氫氧化二氨合銀，相應的化學方程式為Ag2O＋4NH3·H2O===2[Ag(NH3)2]
OH＋3H2O；②銀可溶于稀硝酸，不溶于氨水，乙得出固體B為Ag的結論，可知，乙同學步驟ⅲ加入的試劑為稀硝酸。(5)硝酸銀溶液中，硝酸銀轉化為銀和氧化銀的過程同時存在。瓶口和瓶壁見光較多，硝酸銀和氧化銀分解成銀；瓶底見光較少，同時有銀和氧化銀生成，所以固體A與固體B成分不同。(6)硝酸銀可以水解，加稀硝酸可以抑制硝酸銀水解，硝酸銀見光易分解，所以實驗室保存硝酸銀溶液采取的措施為加入適量稀硝酸、棕色的細口瓶、低溫避光處。
考前押題　練預測
(河北保定市名校協作體三模)某興趣小組設計實驗驗證銅與濃硝酸、稀硝酸的反應，裝置如圖所示(夾持裝置未畫出)：
實驗一：驗證銅與濃硝酸的反應
按圖示連接好裝置， ________后，
裝入藥品，關閉K2、K3，打開K1，一
段時間后，再關閉K1，打開K2，加入足
量的濃HNO3。
實驗二：驗證銅與稀硝酸的反應
待裝置B中反應完全后……
回答下列有關問題：
(1)實驗一中的橫線上應填入的內容是 ________________；裝置B中裝濃硝酸的儀器名稱是 ____________。
(2)實驗一中“關閉K2、K3，打開K1”的目的是 _________________
__________________________________________。
(3)裝置B中發生反應的離子方程式為 __________________________
________________________________________________。
(4)實驗二的后續操作順序為 ________________(填標號)，打開止水夾后裝置C的具支試管中的現象為 ______________________________。
a．打開止水夾 b．打開K1
c．打開K3，加入蒸餾水 d．關閉K1
e．插入銅絲
(5)實驗結束后，有同學觀察到裝置B中溶液呈綠色，裝置C中溶液呈藍色。小組同學認為顏色不同的原因可能如下：
猜想1：硝酸銅溶液的物質的量濃度不同，溶液顏色不同，濃度小時呈藍色，濃度大時呈綠色。
猜想2：NO2溶解在硝酸銅溶液中，導致溶液顏色不同。
繼續實驗，打開K1，一段時間后，裝置B中溶液變為藍色，說明 ___________可能成立，請設計實驗驗證另一猜想的可能性： _________
____________________________________________________________。
【解析】　研究銅與濃、稀HNO3反應的差異，先利用二氧化碳將裝置中的空氣排出，防止Cu與稀硝酸反應生成的NO被氧化，裝置B中滴加濃硝酸時Cu與濃硝酸反應生成二氧化氮，在C中驗證銅和稀硝酸的反應，最后尾氣處理，以此來解答。(1)裝置連接后首先需要做的是檢驗裝置的氣密性；裝置B中裝濃硝酸的儀器名稱是分液漏斗。(2)由于裝置中含有空氣，會干擾NO檢驗，所以實驗一中“關閉K2、K3，打開K1”的目的是排盡裝置內的空氣，防止Cu與稀硝酸反應生成的NO被氧化。(3)裝置B中濃硝酸和銅反應生成硝酸銅、二氧化氮和水，發生反應的離子方程式為Cu＋2NO－3＋4H＋===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O。(4)實驗二
是驗證銅與稀硝酸的反應，因此首先把生成的二氧化氮轉化為硝酸，所以后續操作順序為待裝置B中反應完全后打開K1、打開K3，加入蒸餾水、插入銅絲、關閉K1、打開止水夾，即bceda，打開止水夾后氧氣把NO氧化為二氧化氮，則裝置C的具支試管中的現象為液面上方出現紅棕色氣體。(5)繼續實驗，打開K1，一段時間后，裝置B中溶液變為藍色，由于A裝置中二氧化碳把二氧化氮帶出，因此說明猜想2可能成立，要驗證猜想1的可能性，實驗方案為取裝置B中的溶液適量于試管中，加入適量蒸餾水稀釋，若溶液變為藍色，說明猜想1成立。

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