1、科学探究与实验设计(金属及化合物)【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。（1）请完成 SO2 与过量 NaOH 溶液反应的化学方程式：SO 2+2NaOH = _（2）反应 Cl2+Na2SO3+2 NaOH=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 。24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） 。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 Cl
2、O ；假设 3：_ 。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：3moL L-1H2SO4、1moL L-1NaOH、0.01mol L-1KMnO4、淀粉-KI 溶液、紫色石蕊试液。实验步骤 预期现象和结论步骤 1：取少量吸收液于试管中，滴加3 moL L-1 H2SO4 至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于 A、B 试管中。步骤 2：步骤 3：【拓展】（一）试题考点的定位20072010 年实验探究题涉及的元素化合物知识载体有：Fe、Al、Cu、铁的氧化物与酸溶液的反应，Fe 置换 Cu 的反应， Al 与碱溶液的反应，Fe 3 与 KSCN 溶液的反
3、应，Fe2 、SO 32 与硝酸、KMnO 4 溶液的反应，SO 2、Cl 2 与 NaOH 溶液的反应，ClO 氧化 I 的反应，HClO 漂白紫色石蕊的反应。以上述例题为例，涉及的 SO32 和 ClO 的检验方法并没有在教材中明确提出过，而且能使 KMnO4 溶液褪色的物质不只是 SO32 ，能使淀粉KI 溶液变蓝或使石蕊溶液褪色的也不只是 HClO。从物质检验角度看，其中只有 Fe3 与 KSCN 溶液的反应是严格的离子检验方法，所以这类试题的知识落点并不是一般意义上说的离子检验，而是常见无机物的性质在具体情境下的灵活运用。但仅仅熟悉了物质的性质也不一定能答好，该题型还重点考查思维的逻
4、辑性和严密性以及书面表达能力。解答此类试题时，首先要对科学合理的假设引起足够关注，这关系到整个探究的方向是否正确；其次是局部问题的解决方案；然后是各个局部方案的规划和整合；最后才是实验报告的书写。答案应逻辑清晰、层次分明。（二）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 、H 2、C、N 2、O 2、O 3、Si、S、 Cl2；氧化物：Na2O、Al
5、2O3、 Fe2O3、FeO、Fe 3O4、CuO、CO、CO 2、NO、NO 2、SiO 2、SO 2、SO 3；酸：H 2CO3、HNO 3、H 2SiO3、H 2SO3、H 2SO4、HCl 、HClO；碱：NaOH、Al(OH) 3、Fe(OH) 3、Fe(OH) 2、Cu(OH) 2、NH 3H2O；离子：Na 、Al 3 、Fe 3 、Fe 2 、Cu 2 、NH 4 、H 、CO 32 、NO 3 、SiO 32 、SO 32 、SO 42 、S 2、Cl 、 ClO 。评分说明：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。方案方面的扣分点：假设 1 的验
6、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。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”“12mL”等不当词语，扣 1 分。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。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。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：在实
7、际问题的解决中，某反应是否适合用于物质的鉴定是依具体情况而定的，主要思考的问题是现象是否明显、是否有干扰、操作是否简便，而不是首先考虑是否为常用方法。利用沉淀反应时应防止其他离子也生成沉淀；利用氧化性（还原性）时防止有其他氧化性（还原性）物质干扰；预处理时防止新引入物质造成干扰，防止破坏待测物质造成干扰。有干扰而又无法通过变换方法来排除，则必须进行干扰物质的分离。试剂的用量和浓度也会影响检验的成败。试剂的用量和浓度本质上决定于操作的目的。若为分离则应过量；若为检验，考虑到待检验物质的含量可能较少，一般使用少量或几滴；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
8、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。（四）变式训练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、3 molL-1H2SO4、3 H2O2、6 molL-1HNO3、 0.01 molL-1KMnO4、NaOH 稀溶液、0.1 molL -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。实验操作 预期现象与结论步骤 1：步骤 2：步骤
9、3：思路点拨：探究的准确目的是什么？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）铁的氧化物是固体，有没有直接的检验方法？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）？Fe 3 如何检验？Fe 2 如何检验？怎样的检验顺序更合理简洁？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。提出假设：假设 1：Fe 2 还原性强
10、于 I ；假设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：3 molL1 H2SO4、 0.01 molL1 KMnO4、20% KSCN、3%H 2O2、淀粉溶液、紫色石蕊溶液。实验步骤 预期现象与结论2正三价铁元素有一定的氧化性，FeCl 3 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）AFe 2 BFe 3 CCl DSO 42 EH 2SO3（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
11、。写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂：3 molL1 H2SO4、1 molL1 NaOH、0.01 molL1 KMnO4、20% KSCN、 3%H2O2、淀粉KI 溶液、紫色石蕊试液、品红溶液。实验步骤 预期现象和结论步骤 1：步骤 2：3、 （16 分）某同学用图示装置进行铁和稀硝酸反应的实验并进行相关的实验探究。 （相对原子质量 Fe:56）a向广口瓶内注入足量热 NaOH 溶液，将盛有 a g 纯铁粉的小烧杯放入瓶中。b关闭止水夹，点燃红磷，伸入瓶中，塞好胶塞。c待红磷充分燃烧，一段时间后打开分液漏斗旋塞，向烧杯中滴入 200mL 6mol/L 的稀硝酸， 铁粉恰好完全溶
12、解。（一）气体产物成分探究实验前如何检查该装置的气密性 。燃烧红磷的目的是 。为证明气体产物为 NO，步骤 c 后还缺少的一步主要操作是_。（二）产物中铁元素价态探究：第 3 题图（1）提出合理假设：假设 1：产物只有+3 价铁；假设 2： ；假设 3： 。（2）设计实验：分别取小烧杯中反应后溶液装入两支试管甲、乙，在甲试管中滴加酸性高锰酸钾溶液；在乙试管中滴加 KSCN 溶液，观察现象。推测实验现象与结论：若现象为： ，则假设 1 正确；若现象为： ，则假设 2 正确；若现象为： ，则假设 3 正确。（3）a 值范围为 。4三草酸合铁酸钾晶体 K3 Fe(C2O4 )33H2O 可有于摄影和
13、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、1.0 molL-1HNO3、1.0 molL-1 盐酸、1.0 molL-1 NaOH、3%H 2O2、0.1molL -1KI、0.1 molL-1CuSO4、20%KSCN、澄清石灰水、氧化铜、蒸馏水。（1）提出合理假设假设 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
14、论实验步骤 预期现象与结论6某同学对课本实验结论：“葡萄糖与新制氢氧化铜共热生成红色的 Cu2O 沉淀”提出质疑，认为红色沉淀不一定就是氧化亚铜。为了确定红色沉淀的成分，开展了研究。（一）提出猜想： 。（二）查阅资料：Cu 2O 属于碱性氧化物； Cu +在酸性条件下能发生自身氧化还原反应；在空气中灼烧 Cu2O 能生成 CuO。（三）制备红色沉淀：制备氢氧化铜悬浊液氢氧化铜悬浊液与葡萄糖共热。过滤、洗涤、低温烘干得红色粉末。（四）红色沉淀探究该同学设计了四种方案：方案：取该红色粉末溶于足量稀硝酸中，观察溶液颜色变化。方案：取该红色粉末溶于足量稀硫酸中，观察是否有残渣。方案：称得干燥坩埚 a
15、g ，取红色粉末置于坩埚中再称得质量为 b g，在空气中充分灼烧至完全变黑，并在干燥器中冷却，再称量，反复多次直到质量不变，称得最后质量为 c g，比较 a、b、c 的关系。方案：装置如图所示：（夹持仪器略去）试回答下列问题：（1） 请你评价方案和方案。如果你认为该方案合理，请简述其工作原理；如果你认为该方案不合理，请简述原因。（2）方案中，如果 a、b、c 的关系符合 c= 可确认红色粉末是 Cu2O。（3）方案中，实验前应检验装置气密性，请简述如何检验。（4）方案中，要测定红色粉末的成分，必须测定下列哪些物理量 （填序号） 。通入氢气体积 反应前，红色粉末+双通管的总质量 实验前干燥管的质
16、量完全反应后，红色粉末+双通管的总质量 双通管的质量 锌粒质量 稀硫酸的物质的量浓度 实验后干燥管的质量 实验条件下的大气压强和室温（5）有人提出，在氢气发生器与双通管之间应加一个干燥装置，你认为 （选填“需要”或“不需要” ） ，简述理由 。（6）研究性学习小组丙上网查阅新闻得知，“2005 年诺贝尔化学奖授予了三位研究绿色化学的科学家“。绿色化学强调对环境友好，实现零排放。“ 变废为宝 “符合绿色化学要求。他们收集上述红色沉淀制备化学试剂蓝矾。请你帮助他们设计一个简单且符合绿色化学要求的实验方案： 7、已知某混合金属粉末，除铝外还含有铁、铜中的一种或两种，所含金属的量都在 5%以上。请设计
17、合理实验探究该混合金属粉末中铁、铜元素的存在。仅限选择的仪器和试剂：烧杯、试管、玻璃棒、量筒、容量瓶、滴管、药匙；1 mol/L 硫酸、2 mol/L 硝酸、2 mol/L NaOH 溶液、20% KSCN 溶液。完成以下实验探究过程：(1)提出假设：假设 1：该混合金属粉末中除铝外还含有_元素；假设 2：该混合金属粉末中除铝外还含有_元素；假设 3：该混合金属粉末中除铝外还含有 Fe、Cu 元素；(2)设计实验方案基于假设 3，设计出实验方案(不需要作答) 。3)实验过程根据(2)的实验方案，叙述实验操作、预期现象和结论。实验操作 预期现象与结论8、实验探究题（18 分）某校化学实验兴趣小组
18、在“探究卤素单质的氧化性”的系列实验中发现：在足量的稀氯化亚铁溶液中，加入 12 滴溴水，振荡后溶液呈黄色。（1）提出问题： 、 谁的氧化性更强？3FeBr（2）猜想：甲同学认为氧化性： ，故上述实验现象不是发生化学反应所致，则溶液32r呈黄色是含（填化学式，下同）所致。乙同学认为氧化性： ，故上述实验现象是发生化学反应所致，则溶液呈2Br3Fe黄色是含 所致。（3）设计实验并验证：丙同学为验证乙同学的观点，选用下列某些试剂设计出两种方案进行实验，并通过观察实验现象，证明了乙同学的观点确实是正确的。供选用的试剂：a. 酚酞试液 b. 四氯化碳 c. 无水酒精 d. 硫氰化钾溶液请你在下列表格中
19、写出丙同学选用的试剂及实验中观察到的现象。 （试剂填序号）选用试剂 实验现象方案 1方案 2（4）应用与拓展：在足量的稀氯化亚铁溶液中，加入 12 滴溴水，溶液呈黄色所发生的离子反应方程式为 。在 100 溶液中通入 （标准状况） ，溶液中有 1/3 的 Br-被氧化2FeBrmL24.ClL成单质 ，则原 溶液中 的物质的量浓度为 。FeBr某校化学实验兴趣小组为“证明某水煤气中 CO2、CO 、H 2 H2O（气） 共同存在” 。经讨论从以下提供的仪器和药品中设计组合成一套装置（假设其它杂质气体对本实验无干扰）（1）该小组证明 CO2 存在应选用 装置，现象是： 。 证明 H2O 气 的存
20、在应选用 装置，现象是： 。（2）若某些仪器可重复使用，某些仪器可不使用，B 中反应完全进行，连接的玻璃导管、胶管忽略。按气流从左到右，用上述字母把各装置连接组合起来，正确的连接次序是：混合气体( )( )( B )( )( )( )（3）此实验的操作步骤中还有一欠缺之处，应如何改进？ 。9、已知某白色混合物粉末中含有 CuSO4、K 2SO4、NH 4HCO3、NH 4Cl、NaCl 五种物 质中的两种。请完成下述探究混合物组成的实验。仅限选择的仪器、用品和试剂：烧杯、试管、玻璃棒、量筒、胶头滴管、药匙、酒精灯、火柴、试管夹、镊子、蒸发皿；红色石蕊试纸、淀粉碘化钾试纸；1mol/L 硫酸、1
21、mol/L 硝酸、1mol/L 盐酸、1mol/L NaOH 溶液、Ba(NO 3)2 溶液、AgNO 3 溶液、蒸馏水。一、初步探究取适量固体混合物于烧杯中，加入蒸馏水搅拌，混合物完全溶解，得到无色透明溶液 A，同时闻到有轻微的刺激性气味。用胶头滴管取少量溶液 A 于试管中，再滴加稀硝酸，溶液中有无色气泡产生；继续滴加过量稀硝酸至溶液中不再产生气泡，得到无色透明溶液 B。（1）用 （填实验用品名称）取固体混合物于烧杯中。（2）上述实验可以得到的初步结论是 。二、进一步探究（3）请设计实验方案进一步确定该固体混合物的组成。叙述实验操作、预期现象和结论。实验操作 预期现象和结论【答案】1 （1）
22、2Fe 2 Cl 22Fe 3 2Cl 2I Cl 2I 2 2Cl（2）假设 2： I 还原性强于 Fe2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 20% KSCN 溶液。若溶液变血红色，则假设 1 成立；若溶液不变血红色，则假设 2 成立。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淀粉溶液。若溶液变蓝色，
23、则假设 2 成立；若溶液不变蓝色，则假设 1 成立。2 （1）2Fe 3 SO 22H 2O2Fe 2 4H SO 42（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12 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12 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
24、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）实验步骤 预期现象与结论步骤 1：向试管中加入适量硫酸铜溶液，再加入少量不溶固体，充分振荡。（1）若蓝色溶液颜色及加入的不溶固体无明显变化，则假设 2 成立。（2）若蓝色溶液颜色明显改变，且有暗红色固体生成，假设 1 或 3 成立。步骤 2：过滤，用蒸馏水充分洗涤固体至洗涤液无色。取少量固体于试管中，滴加过量 1.0 molL-1HCl 溶液，静
25、置，取上层清液，滴加适量 3%H2O2 溶液，充分振荡后滴加几滴 20%KSCN溶液。结合步骤 1 中的（2）：（1）若溶液呈血红色，则假设 3 成立。（2）若溶液不呈血红色，则假设 1 成立。4 （1）S 实验编号T/K c（Na 2S2O3）/molL -1c（H 2SO4）/molL-1实验目的 298 0.1 0.1 308 0.1 0.1 298 0.2 0.1 298 0.1 0.2实验和探究温度对该反应速率的影响；实验、和探究反应物浓度对该反应速率的影响。（2）Na 2S2O3+4Cl2+5H2O=Na2SO4+8HCl+H2SO4 （3）实验步骤 预期现象和结论步骤 1：取少量固体于试管中，加蒸馏水溶解。步骤 2：向试管中加入过量 1 molL-1HCl 溶液。充分振荡，静置。有淡黄色沉淀生成。步骤 3：取上层清液于另一试管中，滴加少量0.1 molL-1HCl BaCl2 溶液。有白色沉淀生成，证明固体中混有 Na2SO4。
