备战2025年高考化学精品教案第十章化学实验基础第6讲物质的性质、化学反应原理综合实验探究（Word版附解析）

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考点1 物质性质实验探究
1.研究物质性质的基本方法和程序
（1）研究物质性质的基本方法：观察法、实验法、分类法、比较法等。
（2）研究物质性质的基本程序：
2.物质性质实验方案的设计思路
（1）验证物质性质实验方案的设计
对物质具备的性质去求证，关键是设计出简洁的实验方案，要求操作简单、现象明显、安全可行。
（2）探索物质性质实验方案的设计
分析物质结构特点或从所属类型的典型代表物去推测该物质可能具有的一系列性质，而后据此分别设计出合理的实验方案，去探索它可能具有的性质。
注意 （1）实验方案要可行。要尽量避免使用高压和特殊催化剂等实验室难以达到的条件，实验方案要简单易行。
（2）实验顺序要科学。要对各个实验步骤进行统一的规划和安排，保证实验准确高效，同时要减少副反应的发生和避免实验步骤间的相互干扰。
（3）实验现象要直观。如“证明CH3COOH是弱电解质”的实验，可配制一定浓度的CH3COONa溶液，用pH试纸测溶液的pH，通过测定的结果（常温下，pH＞7）得出结论，操作简便且现象明显。
（4）实验结论要可靠。要反复推敲实验步骤，多方验证实验结果，做到实验结论准确可靠。
命题点 物质性质实验探究
[验证物质性质][全国Ⅰ高考]为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
回答下列问题：
（1）由FeSO4·7H2O固体配制0.10 ml·L－1 FeSO4溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、 烧杯、量筒、托盘天平 （从下列图中选择，写出名称）。
（2）电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率（u∞）应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择 KCl 作为电解质。
（3）电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入 石墨 电极溶液中。
（4）电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe2＋）增加了0.02 ml·L－1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c（Fe2＋）＝ 0.09 ml·L－1 。
（5）根据（3）、（4）实验结果，可知石墨电极的电极反应式为 Fe3＋＋e－ Fe2＋ ，铁电极的电极反应式为 Fe－2e－ Fe2＋ 。因此，验证了Fe2＋氧化性小于 Fe3＋ 、还原性小于 Fe 。
（6）实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2（SO4）3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是 取少量溶液，滴入KSCN溶液，不出现红色 。
解析 （1）利用固体配制一定物质的量浓度的溶液时需要用托盘天平称量固体，用烧杯溶解固体，用量筒量取蒸馏水。（2）根据盐桥中阴、阳离子不能参与反应，及Fe3＋＋3HCO3－ Fe（OH）3↓＋3CO2↑、Ca2＋＋SO42－ CaSO4↓，可排除HCO3－、Ca2＋，再根据FeSO4溶液显酸性，而NO3－在酸性溶液中具有氧化性，可排除NO3－。最后根据阴、阳离子的电迁移率应尽可能地接近，知选择KCl作盐桥中电解质较合适。（3）电子由负极流向正极，结合电子由铁电极流向石墨电极，可知铁电极为负极，石墨电极为正极。盐桥中的阳离子流向正极（石墨电极）溶液中。（4）由题意知负极反应为Fe－2e－ Fe2＋，正极反应为Fe3＋＋e－ Fe2＋，则铁电极溶液中c（Fe2＋）增加0.02 ml·L－1时，石墨电极溶液中c（Fe2＋）增加0.04 ml·L－1，故此时石墨电极溶液中c（Fe2＋）＝0.09 ml·L－1。（5）石墨电极的电极反应式为Fe3＋＋e－ Fe2＋，铁电极的电极反应式为Fe－2e－ Fe2＋，故验证了氧化性Fe3＋＞Fe2＋，还原性Fe＞Fe2＋。（6）该活化反应为Fe＋2Fe3＋ 3Fe2＋，故通过检验Fe3＋可说明活化反应是否完成，具体操作为取少量活化后溶液，滴加几滴KSCN溶液，若溶液不变红，则说明活化反应已完成。
命题拓展
[变式拓展]实验室用FeSO4·7H2O固体和蒸馏水配制FeSO4溶液时，需要加入少量Fe粉和 稀硫酸 （填物质名称）。
考点2 化学反应原理实验探究
命题点 化学反应原理实验探究
1.[2023湖北]学习小组探究了铜的氧化过程及铜的氧化物的组成。回答下列问题：
（1）铜与浓硝酸反应的装置如下图，仪器A的名称为 具支试管 ，装置B的作用为 安全瓶（防倒吸） 。
（2）铜与过量H2O2反应的探究如下：
实验②中Cu溶解的离子方程式为 Cu＋H2O2＋2H＋ Cu2＋＋2H2O ；产生的气体为 O2 。比较实验①和②，从氧化还原角度说明H＋的作用是 增强H2O2的氧化能力 。
（3）用足量NaOH处理实验②新制的溶液得到沉淀X，元素分析表明X为铜的氧化物，提纯干燥后的X在惰性氛围下加热，m g X完全分解为n g黑色氧化物Y，nm＝56。X的化学式为 CuO2 。
（4）取含X粗品0.050 0 g（杂质不参加反应）与过量的酸性KI完全反应后，调节溶液至弱酸性。以淀粉为指示剂，用0.100 0 ml·L－1 Na2S2O3标准溶液滴定，滴定终点时消耗Na2S2O3标准溶液 15.00 mL。（已知：2Cu2＋＋4I－ 2CuI↓＋I2，I2＋2S2O32－ 2I－＋S4O62－）标志滴定终点的现象是 滴入最后半滴Na2S2O3标准溶液时，溶液蓝色刚好褪去，且半分钟内不恢复 ，粗品中X的相对含量为 96％ 。
解析 （1）仪器A的名称为具支试管；Cu与浓HNO3反应产生的尾气直接用NaOH溶液吸收会引发溶液倒吸，装置B起到安全瓶的作用，防止倒吸。（2）Cu在稀H2SO4作用下，被H2O2氧化生成Cu2＋和H2O，溶液变蓝。Cu2＋作用下，H2O2会被催化分解生成O2。在Na2SO4溶液中H2O2不能氧化Cu，在稀H2SO4中H2O2能氧化Cu，说明H＋使得H2O2的氧化性增强。（3）X为铜的氧化物，设X的化学式为CuOx，其在惰性氛围下加热分解生成黑色氧化物Y（CuO），则：
CuOx △ CuO＋x－12O2↑
64＋16x 80
m n
则64+16xm＝80n，又nm＝56，解得x＝2，则X的化学式为CuO2。（4）CuO2在酸性条件下生成Cu2＋，Cu2＋与KI反应生成I2，I2遇淀粉变蓝，用Na2S2O3标准溶液滴定I2，当滴入最后半滴Na2S2O3标准溶液时，溶液的蓝色褪去，且半分钟内不恢复时，表明I2已完全反应，达到滴定终点。CuO2中Cu为＋2价、O为－1价，结合已知反应可知，CuO2在酸性条件下与KI发生反应2CuO2＋8I－＋8H＋ 2CuI↓＋3I2＋4H2O，则2CuO2～3I2～6Na2S2O3，则样品中 m（CuO2）＝0.100 0×15.00×10－36×2×96 g＝0.048 g，w（CuO2）＝0.048 g0.050 0 g×100％＝96％。
2.[控制变量法][2022广东]食醋是烹饪美食的调味品，有效成分主要为醋酸（用HAc表示）。HAc的应用与其电离平衡密切相关。25 ℃时， HAc的Ka＝1.75×10－5＝10－4.76。
（1）配制250 mL 0.1 ml·L－1的HAc溶液，需5 ml·L－1 HAc溶液的体积为 5.0 mL。
（2）下列关于250 mL容量瓶的操作，正确的是 C 。
（3）某小组研究25 ℃下HAc电离平衡的影响因素。
提出假设 稀释HAc溶液或改变Ac－浓度，HAc电离平衡会发生移动。
设计方案并完成实验 用浓度均为0.1 ml·L－1的HAc和NaAc溶液，按下表配制总体积相同的系列溶液；测定pH，记录数据。
①根据表中信息，补充数据：a＝ 3.00 ，b＝ 33.00 。
②由实验Ⅰ和Ⅱ可知，稀释HAc溶液，电离平衡 正 （填“正”或“逆”）向移动；结合表中数据，给出判断理由： 实验Ⅱ中的HAc的浓度为实验Ⅰ的110，稀释10倍后，假设电离平衡不移动，理论pH为3.86，实际pH为3.36，说明稀释HAc溶液时，促进了HAc的电离 。
③由实验Ⅱ～Ⅷ可知，增大Ac－浓度，HAc电离平衡逆向移动。
实验结论 假设成立。
（4）小组分析上表数据发现：随着n（NaAc）n（HAc）的增加，c（H＋）的值逐渐接近HAc的Ka。
查阅资料获悉：一定条件下，按n（NaAc）n（HAc）＝1配制的溶液中，c（H＋）的值等于HAc的Ka。对比数据发现，实验Ⅷ中pH＝4.65与资料数据Ka＝10－4.76存在一定差异；推测可能由物质浓度准确程度不够引起，故先准确测定HAc溶液的浓度再验证。
（i）移取20.00 mL HAc溶液，加入2滴酚酞溶液，用0.100 0 ml·L－1 NaOH溶液滴定至终点，消耗体积为22.08 mL，则该HAc溶液的浓度为 0.110 4 ml·L－1。画出上述过程的滴定曲线示意图并标注滴定终点。
（ii）用上述HAc溶液和0.100 0 ml·L－1NaOH溶液，配制等物质的量的HAc与NaAc混合溶液，测定pH，结果与资料数据相符。
（5）小组进一步提出：如果只有浓度均约为0.1 ml·L－1的HAc和NaOH溶液，如何准确测定HAc的Ka？小组同学设计方案并进行实验。请完成下表中Ⅱ的内容。
实验总结 得到的结果与资料数据相符，方案可行。
（6）根据Ka可以判断弱酸的酸性强弱。写出一种无机弱酸及其用途 HClO、杀菌消毒（其他合理答案也可） 。
解析 （1）根据配制前后溶质的物质的量不变，列式：0.1 ml·L－1×0.250 L＝5 ml·L－1×V2，得V2＝0.005 0 L＝5.0 mL。（2）振荡时应用瓶塞塞住容量瓶口，不可用手指压住容量瓶口，A项错误；定容时眼睛应该平视刻度线且胶头滴管的尖嘴不能插入容量瓶内，B项错误；转移溶液时用玻璃棒引流，且玻璃棒下端紧靠在容量瓶刻度线以下的内壁上，C项正确；缺少另一只手托住瓶底，D项错误。（3）①实验Ⅶ中，n（NaAc）∶n（HAc）＝3∶4，两种溶液的浓度相等，当V（HAc）＝4.00 mL时，V（NaAc）＝3.00 mL，为保证溶液的总体积为40.00 mL，则V（H2O）＝40.00 mL－4.00 mL－3.00 mL＝33.00 mL。②由实验Ⅰ、Ⅱ的数据分析，实验Ⅱ中HAc的浓度为实验Ⅰ中的110，但是pH没有从2.86变为3.86，H＋浓度相对变大（实际pH为3.36），说明稀释HAc溶液时，促进了HAc的电离。（4）NaOH与HAc以物质的量之比为1∶1反应，则c（HAc）·V（HAc）＝c（NaOH）·V（NaOH），c（HAc）＝0.110 4 ml·L－1。NaOH与HAc完全反应时，生成强碱弱酸盐（NaAc），滴定终点时，溶液显碱性，所以加入22.08 mL NaOH溶液时，对应的滴定终点溶液的pH＞7。（5）醋酸的电离平衡：HAc⇌H＋＋Ac－，平衡常数Ka＝c（H＋）·c（Ac－）c（HAc），当c（Ac－）＝c（HAc）时，Ka＝c（H＋），故在Ⅱ中，向20.00 mL HAc溶液中加入V12 mL NaOH溶液，反应后的溶液中Ac－和HAc浓度相等，测定溶液的pH，即可得出Ka。（6）HClO为弱酸，可以用于自来水的杀菌消毒。
方法点拨 综合探究类实验题的解题策略
1.重视“猜想”：“猜想”部分是基础，提出的猜想一定要全面、合理，即在牢固掌握元素及其化合物知识的基础上，能根据代表元素及代表物质的性质由例及类，大胆猜想。
2.攻破“设计”：“设计”部分是核心，分值较大，也是区分度最大的部分。
（1）明确实验目的，利用已学知识分析如何达到该实验目的。
（2）根据实验原理，结合实验材料及已学知识，设计实验方案。
（3）根据题给信息，控制实验条件，排除干扰因素，关注实验细节。
（4）注意实验的简约性和安全性。
验证型探究实验题的思维流程
控制变量法探究实验题的解题要点
1.解题策略：保持单一变量，且控制其余几个因素不变。
2.控制变量分析模型
实验结论
1.[控制变量法][2022北京]某小组同学探究不同条件下氯气与二价锰化合物的反应。
资料：ⅰ.Mn2＋在一定条件下可被Cl2或ClO－氧化成MnO2（棕黑色）、MnO42－（绿色）、MnO4－（紫色）。
ⅱ.浓碱性条件下，MnO4－可被OH－还原为MnO42－。
ⅲ.Cl2的氧化性与溶液的酸碱性无关，NaClO的氧化性随碱性增强而减弱。
实验装置如图（夹持装置略）
（1）B中试剂是 饱和食盐水 。
（2）通入Cl2前，Ⅱ、Ⅲ中沉淀由白色变为棕黑色的化学方程式为 2Mn（OH）2＋O2 2MnO2＋2H2O 。
（3）对比实验Ⅰ、Ⅱ通入Cl2后的实验现象，对于二价锰化合物还原性的认识是 二价锰化合物还原性随溶液的碱性增强而增强 。
（4）根据资料ⅱ，Ⅲ中应得到绿色溶液，实验中得到紫色溶液，分析现象与资料不符的原因：
原因一：可能是通入Cl2导致溶液的碱性减弱。
原因二：可能是氧化剂过量，氧化剂将MnO42－氧化为MnO4－。
①用化学方程式表示可能导致溶液碱性减弱的原因 Cl2＋2NaOH NaCl＋NaClO＋H2O ，但通过实验测定，溶液的碱性变化很小。
②取Ⅲ中放置后的1 mL悬浊液，加入4 mL 40％NaOH溶液，溶液紫色迅速变为绿色，且绿色缓慢加深。溶液紫色迅速变为绿色的离子方程式为 4MnO4－＋4OH－ 4MnO42－＋O2↑＋2H2O ；溶液绿色缓慢加深，原因是
MnO2被 ClO－ （填“化学式”）氧化，可证明Ⅲ的悬浊液中氧化剂过量。
③取Ⅲ中放置后的1 mL悬浊液，加入4 mL水，溶液紫色缓慢加深，发生的反应是 3ClO－＋2MnO2＋2OH－ 2MnO4－＋3Cl－＋H2O 。
④从反应速率的角度，分析实验Ⅲ未得到绿色溶液的可能原因 ClO－将MnO42－氧化为MnO4－的速率大于MnO4－被OH－还原为MnO42－的速率 。
解析 （1）B中试剂为饱和食盐水。吸收HCl气体，防止HCl影响氯气与二价锰化合物反应的探究。（2）通入Cl2前，Ⅱ、Ⅲ中均为NaOH溶液，Mn2＋与OH－反应产生Mn（OH）2白色沉淀，根据白色沉淀在空气中缓慢变成棕黑色沉淀推断出Mn（OH）2被空气中的氧气氧化为MnO2：2Mn（OH）2＋O2 2MnO2＋2H2O。（3）实验Ⅰ、Ⅱ中溶液碱性不同，通入氯气后，实验Ⅰ中二价锰（MnSO4）被氯气氧化为棕黑色沉淀MnO2，实验Ⅱ中二价锰[Mn（OH）2]被氯气氧化为紫色的MnO4－，二价锰被氧化为更高价，则二价锰化合物还原性随溶液的碱性增强而增强。（4）②结合资料ⅱ“浓碱性条件下，MnO4－可被OH－还原为MnO42－”可知，溶液紫色迅速变为绿色的原因是发生反应：4MnO4－＋4OH－ 4MnO42－＋O2↑＋2H2O。随着MnO4－被OH－还原为MnO42－，OH－浓度减小，ClO－氧化性增强，将MnO2氧化为绿色的MnO42－，MnO42－浓度增大，所以溶液绿色缓慢加深。③稀释导致悬浊液中OH－浓度减小，碱性减弱， ClO－氧化性增强，将MnO2氧化为紫色的MnO4－，MnO4－浓度逐渐增大，溶液紫色缓慢加深，发生反应3ClO－＋2MnO2＋2OH－ 2MnO4－＋3Cl－＋H2O。④由反应3ClO－＋2MnO2＋2OH－ 2MnO4－＋3Cl－＋H2O可知，碱性环境中ClO－的氧化性强于MnO4－，从反应速率的角度分析可得，实验Ⅲ未得到绿色溶液的原因可能是ClO－将MnO42－氧化为MnO4－的速率大于MnO4－被OH－还原为MnO42－的速率。
2.[模块融合][北京高考]某小组在验证反应“Fe＋2Ag＋ Fe2＋＋2Ag”的实验中检测到Fe3＋，发现和探究过程如下。
向硝酸酸化的0.05 ml·L－1硝酸银溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，烧杯底部有黑色固体，溶液呈黄色。
（1）检验产物
①取出少量黑色固体，洗涤后， 加硝酸，加热溶解固体，再滴加稀盐酸，产生白色沉淀 （填操作和现象），证明黑色固体中含有Ag。
②取上层清液，滴加K3[Fe（CN）6]溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中含有 Fe2＋ 。
（2）针对“溶液呈黄色”，甲认为溶液中有Fe3＋，乙认为铁粉过量时不可能有Fe3＋，乙依据的原理是 2Fe3＋＋Fe 3Fe2＋ （用离子方程式表示）。针对两种观点继续实验：
①取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液变红，证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生，且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关，对比实验记录如下：
（资料：Ag＋与SCN－生成白色沉淀AgSCN）
②对Fe3＋产生的原因作出如下假设：
假设a：可能是铁粉表面有氧化层，能产生Fe3＋；
假设b：空气中存在O2，由于 4Fe2＋＋O2＋4H＋ 4Fe3＋＋2H2O （用离子方程式表示），可产生Fe3＋；
假设c：酸性溶液中的NO3－具有氧化性，可产生Fe3＋；
假设d：根据 加入KSCN溶液后产生白色沉淀 现象，判断溶液中存在Ag＋，可产生Fe3＋。
③下述实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3＋的主要原因。实验Ⅱ可证实假设d成立。
实验Ⅰ：向硝酸酸化的 0.05 ml·L－1NaNO3 溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，不同时间取上层清液滴加KSCN溶液。3 min时溶液呈浅红色，30 min后溶液几乎无色。
实验Ⅱ：装置如下图。其中甲溶液是 FeSO4溶液 ，操作及现象是 分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色更深 。
（3）根据实验现象，结合方程式推测实验ⅰ～ⅲ中Fe3＋浓度变化的原因： 溶液中存在反应①2Ag＋＋Fe Fe2＋＋2Ag，②Ag＋＋Fe2＋ Fe3＋＋Ag，③Fe＋2Fe3＋ 3Fe2＋。反应开始时，c（Ag＋）大，以反应①、②为主，c（Fe3＋）增大。约30 min后，c（Ag＋）小，以反应③为主，c（Fe3＋）减小 。
解析 （1）①黑色固体溶于热的硝酸溶液后，向其中加入稀盐酸，产生白色沉淀，可证明黑色固体中含有Ag。②可利用K3[Fe（CN）6]检验Fe2＋的存在。（2）过量的铁粉会与Fe3＋反应。②空气中的O2会与Fe2＋发生氧化还原反应，产生Fe3＋；加入KSCN溶液后产生白色沉淀，说明溶液中存在Ag＋，Ag＋可与Fe2＋反应产生Fe3＋。③实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3＋的主要原因，只要将原实验反应体系中的Ag＋替换，其他微粒的种类及浓度保持不变，做对比实验即可，所以可选用0.05 ml·L－1 NaNO3溶液（pH≈2）；实验Ⅱ利用原电池装置证明反应Ag＋ ＋ Fe2＋ Ag ＋ Fe3＋能发生，所以甲溶液是FeSO4溶液。操作和现象为分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色更深。

1.[2023河南南阳模拟]某化学小组设计如图1所示实验装置制备硝酸并探究其性质。
Ⅰ.硝酸的制备：
图1
（1）a处最合适的装置是 图3 （填“图2”或“图3”）。
图2 图3
（2）装置b中Na2O2的作用是 和水蒸气反应生成氧气 。
Ⅱ.硝酸的性质探究：
（3）常温下，同学甲在硝酸的制备实验结束后，用pH计测得装置e中溶液的pH＝1.00。
①这说明装置e中发生的反应可能为 3NO2＋H2O NO＋2HNO3（或4NO＋3O2＋2H2O 4HNO3或4NO2 ＋O2＋2H2O 4HNO3） （填化学方程式）。
②同学乙做同样实验，测得装置e中溶液的pH＝6.00，可能的原因是 生成的硝酸与过量的氨气反应转化为硝酸铵 。
（4）用如图4所示装置进行硝酸与铜的反应。
图4
①硝酸一般盛放在棕色试剂瓶中，请用化学方程式说明其原因： 4HNO3 光照 4NO2↑＋O2↑＋2H2O 。
②装置g中为稀硝酸时，反应开始后，装置g中溶液颜色变蓝。写出装置g中发生反应的离子方程式： 3Cu＋2NO3－＋8H＋ 3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O 。
③装置g中为浓硝酸时，反应开始后，装置g中溶液颜色变绿。反应较②中剧烈许多的原因是 浓硝酸的氧化性较稀硝酸强 。
④对比②与③反应后装置g中溶液颜色，推测其原因是③反应后装置g溶液中溶有NO2且达饱和。为证明该推测正确，向③反应后装置g溶液中加入 适量的水 ，会观察到溶液颜色由绿色变为蓝色。
⑤已知[Cu（H2O）4]2＋（aq）呈蓝色、[CuCl4]2－（aq）呈黄色。取②中少量蓝色溶液于试管中，向其中滴加饱和NaCl溶液，观察到溶液颜色由蓝色变为蓝绿色，再加热该混合溶液，溶液颜色逐渐变为黄绿色。结合离子方程式解释其原因： [Cu（H2O）4]2＋＋4Cl－⇌[CuCl4]2－＋4H2O ΔH＞0 ，温度升高使平衡正向移动 。
解析
2.[2024重庆杨家坪中学检测]铋酸钠（NaBiO3，摩尔质量为280 g·ml－1）为浅黄色粉末，不溶于冷水，遇热水或酸迅速分解，常用作分析试剂、氧化剂。某同学在实验室将氯气通入含有Bi（OH）3（白色粉末，难溶于水）的NaOH溶液中制备NaBiO3，并探究其氧化性，各实验装置如图所示。
请回答下列问题：
（1）装置的连接顺序为 A → C → B → D （填标号）。
（2）装置D中盛装的试剂是 氢氧化钠溶液 。
（3）装置C的作用是 除去氯气中混有的氯化氢气体 ；装置A中盛NaOH溶液的恒压滴液漏斗的作用是 吸收反应后滞留在装置A中的有毒气体氯气 。
（4）当装置B中出现白色固体消失的现象时，应进行的操作是 关闭K1、K3，打开K2 。
（5）装置B中发生反应的离子方程式为 Bi（OH）3＋3OH－＋Na＋＋Cl2 NaBiO3＋2Cl－＋3H2O 。
（6）该同学将铋酸钠固体加到足量的浓盐酸中，发现浅黄色固体溶解，并有黄绿色气体产生，于是该同学很矛盾，原因是该实验现象说明NaBiO3的氧化性比Cl2的强，可是从装置B中的反应来看，Cl2的氧化性比NaBiO3的强。请你向该同学解释其原因： 二者反应的溶液的酸碱性不同，说明溶液的酸碱性影响物质的氧化性强弱 。
（7）测定产品的纯度。取上述NaBiO3产品3.20 g，用足量硫酸和MnSO4稀溶液将BiO3－还原为Bi3＋，再将其配制成100 mL溶液，取25.00 mL溶液，用0.100 ml·L－1H2C2O4标准溶液滴定生成的MnO4－，滴定终点时消耗25.00 mL H2C2O4标准溶液，则该产品的纯度为 87.5％ 。
解析
（6）根据题给信息可知，得出不同结论的原因是二者反应的溶液的酸碱性不同，说明溶液的酸碱性影响物质的氧化性强弱。
3.[2024河北师范大学附属中学开学考改编]某学习小组为验证浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO，设计如图装置进行实验（夹持仪器已略去）。
【查阅资料】NO与NaOH溶液不反应，NO2与NaOH溶液能反应，反应的化学方程式为2NO2＋2NaOH NaNO3＋NaNO2＋H2O。
备选药品：浓硝酸、稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、NaOH溶液及CO2气体。
回答下列问题。
（1）连接好装置，滴加浓硝酸之前的操作依次是 检查装置的气密性 ，加入药品，打开装置①中的弹簧夹后通入CO2一段时间，关闭弹簧夹，将装置④中导管末端伸入倒置的烧瓶内。通入CO2的目的是 排出装置内残留的空气 。
（2）装置①中发生反应的化学方程式为 Cu＋4HNO3（浓） Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O 。
（3）验证浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO的实验现象是 装置②中液面上方气体仍为无色，装置③中液面上方气体由无色变为红棕色 。
（4）做实验时应避免有害气体排放到空气中，装置⑤中盛放的药品是 NaOH溶液 。
解析 （1）制取气体的装置在使用之前要先检查装置的气密性。因为NO易被空气中的氧气氧化，一定要先排出装置内残留的空气。（2）装置①是浓硝酸与铜片反应制取NO2，反应的化学方程式为Cu＋4HNO3（浓） Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O。（3）装置①中制备的NO2溶于水生成硝酸和NO，装置②与装置③用来验证浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO，结合查阅资料可知，装置②中盛放的药品应是稀硝酸，若装置②液面上方气体仍为无色，则证明稀硝酸不能氧化NO；装置④用来处理NO尾气。 装置③中盛放的药品应为浓硝酸，若装置③液面上方气体由无色变为红棕色，则证明浓硝酸能将NO氧化成NO2；装置⑤用来处理生成的NO2尾气。（4）由上述分析可知，装置⑤中盛装的药品应是NaOH溶液，用来处理尾气NO2。
4.[2024广东惠州一调]某小组在做铜与浓硫酸的反应实验（装置如下图）时，发现有如下的反应现象：
【查阅资料】聚氯乙烯受热分解产生氯化氢，[CuCl4]2－呈黄色，[Cu（H2O）4]2+呈蓝色，两者混合则成绿色，铜的化合物中CuO、CuS、Cu2S都为黑色，其中CuO溶于盐酸；CuS、Cu2S不溶于稀盐酸，但溶于浓盐酸。
（1）铜丝与浓硫酸反应的化学方程式为 Cu＋2H2SO4（浓） △ CuSO4＋SO2↑＋2H2O 。
（2）试管中品红溶液褪色，体现SO2的 漂白 性，浸有NaOH溶液的棉团的作用是 吸收SO2，防止污染空气 。
（3）甲组同学对实验中形成的墨绿色浊液进行探究，进行下列实验：
请解释形成墨绿色的原因： 聚氯乙烯受热分解产生氯化氢，氯化氢电离出的氯离子与铜离子形成[CuCl4]2－（黄色），[Cu（H2O）4]2＋呈蓝色，两者混合则成墨绿色 。
（4）乙组同学经检验确定白雾的成分为H2SO4，请设计实验证明该白雾为硫酸： 将白雾通入水中，取其部分，加入紫色石蕊溶液变红；另取部分加入盐酸酸化无明显现象，再加入氯化钡溶液，有白色沉淀生成 。
（5）丙组同学取灰白色沉淀加水溶解、过滤，最后沉淀为黑色，取黑色沉淀，进行成分探究：滴加适量稀盐酸，发现黑色沉淀几乎不溶解，溶液也不变蓝，则说明黑色沉淀中不含有 CuO 。滴加适量浓盐酸，振荡，加热，观察到黑色沉淀几乎完全溶解，生成略呈黄色的[CuCln]2－n（n＝1～4）。写出CuS与浓盐酸反应的离子方程式： CuS＋2H＋＋nCl－ [CuCln]2－n（n＝1～4）＋H2S↑ 。
（6）某工厂将热空气通入稀硫酸中来溶解废铜屑制备CuSO4·5H2O，消耗含铜元素80％的废铜屑240 kg时，得到500 kg产品，产率为 66.67％ （结果保留四位有效数字）。
解析 （1）铜和浓硫酸在加热条件下反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，化学方程式为Cu＋2H2SO4（浓） △ CuSO4＋SO2↑＋2H2O。（2）品红溶液褪色，体现SO2的漂白性；SO2是大气污染物，需要进行尾气处理，SO2是酸性氧化物，能与碱液反应，则浸有NaOH溶液的棉团的作用是吸收SO2，防止污染空气。（3）结合Ⅰ组和Ⅱ组的现象分析知，形成墨绿色浊液与铜丝表面的薄膜有关，结合聚氯乙烯资料信息进行原因分析。（4）检验白雾的成分为H2SO4，则检验白雾的水溶液中存在氢离子和硫酸根离子即可，用紫色石蕊溶液检验H＋；用盐酸和BaCl2溶液检验SO42－。（5）根据资料信息知，黑色沉淀中没有CuO。结合题意及原子守恒知浓盐酸与CuS反应生成[CuCln]2－n（n＝1～4）和H2S。（6）240 kg含铜元素80％的废铜屑中Cu元素的物质的量为240×103g×80％64 g·ml－1＝3 000 ml，理论上生成的m（CuSO4·5H2O）＝3 000 ml×250 g·ml－1＝750 000 g＝750 kg，故产率为500 kg750 kg×100％≈66.67％。
5.[新装置/三通阀][2023湖南]金属Ni对H2有强吸附作用，被广泛用于硝基或羰基等不饱和基团的催化氢化反应。将块状Ni转化成多孔型雷尼Ni后，其催化活性显著提高。
已知：①雷尼Ni暴露在空气中可以自燃，在制备和使用时，需用水或有机溶剂保持其表面“湿润”；
②邻硝基苯胺在极性有机溶剂中更有利于反应的进行。
某实验小组制备雷尼Ni并探究其催化氢化性能的实验如下：
步骤1：雷尼Ni的制备
步骤2：邻硝基苯胺的催化氢化反应
反应的原理和实验装置图如下（夹持装置和搅拌装置略）。装置Ⅰ用于储存H2和监测反应过程。
回答下列问题：
（1）操作（a）中，反应的离子方程式是 2Al＋2OH－＋6H2O 2[Al（OH）4]－＋3H2↑ ；
（2）操作（d）中，判断雷尼Ni被水洗净的方法是 向最后一次水洗液中加入酚酞，不变红 ；
（3）操作（e）中，下列溶剂中最有利于步骤2中氢化反应的是 C ；
A.丙酮B.四氯化碳
C.乙醇D.正己烷
（4）向集气管中充入H2时，三通阀的孔路位置如下图所示；发生氢化反应时，集气管向装置Ⅱ供气，此时孔路位置需调节为 B ；
（5）仪器M的名称是 恒压滴液漏斗 ；
（6）反应前应向装置Ⅱ中通入N2一段时间，目的是 排除空气产生的干扰 ；
（7）如果将三颈瓶N中的导气管口插入液面以下，可能导致的后果是 倒吸 ；
（8）判断氢化反应完全的现象是 水准瓶中液面不再发生变化或集气管中液面高度保持不变 。
解析 （1）结合图示流程可知，操作（a）为用NaOH溶液处理Ni/Al合金，Al和NaOH溶液反应生成Na[Al（OH）4]和H2，离子方程式为2Al＋2OH－＋6H2O 2[Al（OH）4]－＋3H2↑。（2）水洗的上一步是碱洗，若雷尼Ni被水洗净，则最后一次水洗液中不含碱，加入酚酞溶液不变红。（3）根据题中信息可知，雷尼Ni被广泛用于硝基或羰基等不饱和基团的催化氢化反应，故不能选丙酮，否则会发生副反应，又因为邻硝基苯胺在极性有机溶剂中更有利于反应进行，而CCl4、正己烷均为非极性分子，乙醇为极性分子，所以应选乙醇。（4）根据向集气管中通入H2时三通阀的孔路位置，可确定集气管向装置Ⅱ中供气时，应保证下侧、右侧孔路通气，故B正确。（6）为了排除装置中空气产生的干扰，反应前应向装置Ⅱ中通入一段时间N2。（7）三颈瓶N中为雷尼Ni的悬浮液，若将导气管插入液面下，可能发生倒吸。（8）氢化反应完全时，装置Ⅱ中不再消耗H2，装置Ⅰ中水准瓶或集气管的液面不再发生变化。
6.[模块融合][2023北京东城区考试]石墨电极常用作惰性电极，但在电解过程中常伴有损耗（石墨的氧化和脱落）。用如图所示装置分别电解下列溶液（通过相同电量），记录阳极区的现象如下。
（1）甲中阳极产生气体的电极反应式是 2H2O－4e－ 4H＋＋O2↑ 。
（2）甲所得阳极液中有H2O2。某同学设计实验：向硫酸酸化的FeSO4溶液中滴加几滴KSCN溶液，再滴入少量电解后的阳极液，溶液立即变红。该实验不能证明阳极液中含有H2O2，因为阳极液中还含有 O2 （填物质）。
（3）探究乙所得阳极液的成分。
①证实该分散系是胶体：用激光笔照射阳极液，在与光束垂直的方向观察到 光亮的通路 （填实验现象）。
②证实阳极液中含有CO32－。
ⅰ和ⅱ的目的是排除OH－的干扰。ⅱ中反应的离子方程式是 HCO3－＋OH－ CO32－＋H2O 。
（4）设计实验用化学方法证明，电解时甲和丙中阳极产生的气体不同： 将湿润的淀粉KI试纸分别靠近甲和丙的阳极管口，只有丙的试纸变蓝（或将带火星的木条分别靠近甲和丙的阳极管口，只有甲的火星变亮，合理即可） 。
（5）仪器分析表明，析氧后的石墨电极表面与新打磨的石墨电极表面相比，—OH、—COOH等含氧官能团的含量明显增加。
①结合石墨晶体结构分析，电解过程中石墨粉末脱落时破坏的作用力有 碳碳键和石墨层间的分子间作用力 。
②与甲对比，乙中脱落的石墨更易分散成胶体的原因是 碱性条件下，—COOH中和成—COO－，增大了层间的斥力，使石墨粒子尺寸更小（使石墨粒子亲水性增强，更易分散） 。
解析 （1）电解Na2SO4溶液，阳极上水失去电子生成O2，电极反应式为2H2O－4e－ 4H＋＋O2↑。（2）阳极产生的O2会部分溶解在阳极液中，所以题述实验不能说明是H2O2把二价铁离子氧化成三价铁离子。（3）①胶体可产生丁达尔效应，具体操作为用激光笔照射阳极液，可在与光束垂直的方向观察到光亮的通路。②阳极液中含有CO32－，ⅰ的操作为滴加盐酸至恰好褪色（pH＝8），则发生的离子反应为H＋＋OH－ H2O、CO32－＋H＋ HCO3－，ⅱ的操作为滴加NaOH溶液至恰好变红（pH＝10），此时HCO3－转化成CO32－，以利于下步实验，反应的离子方程式是HCO3－＋OH－ CO32－＋H2O。（4）电解时甲中阳极产生氧气，丙中阳极产生氯气，可用湿润的淀粉KI试纸或带火星的木条鉴别二者。（5）①石墨晶体为层状结构，同层的碳原子之间形成碳碳共价键，层与层之间以分子间作用力结合，析氧后的石墨电极表面—OH、—COOH等含氧官能团的含量明显增加，说明电解过程中石墨粉末脱落时破坏的作用力有层间分子间作用力和碳碳键。课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
1.能预测物质的某些性质，并进行实验验证；能根据物质的特征反应和干扰因素选取适当的检验试剂。
2.能观察并如实记录实验现象和数据，进行分析和推理，得出合理的结论。能说明假设、证据和结论之间的关系，用恰当形式表达和展示实验成果
物质性质实验探究
2021湖北，T18；2020全国Ⅰ，T27；2020全国Ⅲ，T26
1.变化观念与平衡思想：能运用化学反应原理分析影响化学变化的因素，学会运用变量控制的方法研究化学反应。
2.证据推理与模型认知：能理解、描述和表示化学中常见的认知模型，指出模型表示的具体含义，并运用理论模型解释或推测物质的组成、结构、性质与变化。
3.科学探究与创新意识：能根据文献和实际需要提出综合性的探究课题，根据假设提出多种探究方案，评价和优化方案，能用数据、图表、符号等处理实验信息
化学反应原理实验探究
2023湖北，T18；2023北京，T19；2022广东，T17；2021北京，T16；2021广东，T17；2021福建，T12；2019北京，T28
命题分析预测
1.近年来高考中有关物质的性质、化学反应原理的综合探究类实验题不断增多，考查考生科学探究与创新意识化学学科核心素养，难度较大，对考生的能力要求较高。
2.预计在2025年高考中有可能还会出现有关物质的性质、化学反应原理的综合探究类实验题，该类试题可能是化学实验题的命题新方向
阳离子
u∞×108/（m2·s－1·V－1）
阴离子
u∞×108/（m2·s－1·V－1）
Li＋
4.07
HCO3－
4.61
Na＋
5.19
NO3－
7.40
Ca2＋
6.59
Cl－
7.91
K＋
7.62
SO42－
8.27
序
号
V（HAc）/
mL
V（NaAc）/
mL
V（H2O）/
mL
n（NaAc）∶
n（HAc）
pH
Ⅰ
40.00
/
/
0
2.86
Ⅱ
4.00
/
36.00
0
3.36
…
Ⅶ
4.00
a
b
3∶4
4.53
Ⅷ
4.00
4.00
32.00
1∶1
4.65
Ⅰ
移取20.00 mL HAc溶液，用NaOH溶液滴定至终点，消耗NaOH溶液V1 mL
Ⅱ
移取20.00 mL HAc溶液，向其中加入V12 mL NaOH溶液 ，测得溶液的pH为4.76
序号
物质a
C中实验现象
通入Cl2前
通入Cl2后
Ⅰ
水
得到无色溶液
产生棕黑色沉淀，且放置后不发生变化
Ⅱ
5％NaOH溶液
产生白色沉淀，在空气中缓慢变成棕黑色沉淀
棕黑色沉淀增多，放置后溶液变为紫色，仍有沉淀
Ⅲ
40％NaOH溶液
产生白色沉淀，在空气中缓慢变成棕黑色沉淀
棕黑色沉淀增多，放置后溶液变为紫色，仍有沉淀
序号
取样时间/min
现象
ⅰ
3
产生大量白色沉淀；溶液呈红色
ⅱ
30
产生白色沉淀，较3 min时量少；溶液红色较3 min时加深
ⅲ
120
产生白色沉淀，较30 min时量少；溶液红色较30 min时变浅
实验目的
硝酸的制备及其性质探究
实验原理
NH3·H2O NaOH NH3↑＋H2O、2Na2O2＋2H2O 4NaOH＋O2↑、4NH3＋5O2 催化剂 4NO＋6H2O、3NO2＋H2O NO＋2HNO3、4NO＋3O2＋2H2O 4HNO3、4NO2 ＋O2＋2H2O 4HNO3
实验现象
及分析
（3）①用pH计测得装置e中溶液的pH＝1.00，由上述分析可知，装置e中发生的反应是氮的氧化物与水、氧气反应生成硝酸，可能为3NO2＋H2O NO＋2HNO3或4NO＋3O2＋2H2O 4HNO3或4NO2 ＋O2＋2H2O 4HNO3。
②同学乙做同样实验，测得装置e中溶液的pH＝6.00，可能的原因是生成的硝酸与过量的氨气反应转化为硝酸铵。
（4）②装置g中为稀硝酸时，反应开始后，装置g中溶液颜色变蓝，则铜与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu＋2NO3－＋8H＋ 3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O 。
③装置g中为浓硝酸时，反应较②中剧烈许多的原因是浓硝酸的氧化性较稀硝酸强。
⑤取②中少量蓝色溶液于试管中，向其中滴加饱和NaCl溶液，观察到溶液颜色由蓝色变为蓝绿色，结合已知信息可知，部分[Cu（H2O）4]2＋转化为[CuCl4]2－，再加热该混合溶液，溶液颜色逐渐变为黄绿色，则说明[CuCl4]2－的浓度增大；结合离子方程式解释其原因：[Cu（H2O）4]2＋＋4Cl－⇌[CuCl4]2－＋4H2O ΔH＞0 ，该反应是吸热反应，温度升高使平衡正向移动
实验推测
及验证
（4）④推测：③反应后装置g溶液中溶有NO2且达饱和。为证明该推测正确，向③反应后装置g溶液中加入适量的水，发生反应3NO2＋H2O NO＋2HNO3，会观察到溶液颜色由绿色变为蓝色
试剂保存
（4）①硝酸一般盛放在棕色试剂瓶中保存，防止其见光分解，用化学方程式表示为4HNO3 光照 4NO2 ↑＋O2 ↑＋2H2O
明确实
验目的
制备NaBiO3，并探究其氧化性
确定反
应原理
2KMnO4＋16HCl（浓） 2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O
（5）Bi（OH）3＋3OH－＋Na＋＋Cl2 NaBiO3＋2Cl－＋3H2O
分析实
验过程
（1）（2）（3）装置A为生成氯气的装置，通过装置C中的饱和食盐水除去氯气中混有的氯化氢气体，然后进入装置B中发生反应生成NaBiO3，尾气Cl2用装置D进行吸收，防止污染空气，则装置D中盛装的试剂为氢氧化钠溶液。故装置的连接顺序为A→C→B→D。反应后装置A中存在有毒气体氯气，需要除去，则装置A中盛NaOH溶液的恒压滴液漏斗的作用是吸收反应后滞留在装置A中的有毒气体氯气。
（4）当装置B中出现白色固体消失的现象时，说明Bi（OH）3已经完全反应，不需要再向装置B中通入氯气，此时应进行的操作是关闭K1、K3，打开K2
进行实
验计算
（7）反应过程中BiO3－转化为Bi3＋，Bi的化合价由＋5降低为＋3，草酸转化为CO2，C的化合价由＋3升高为＋4，根据得失电子守恒可得关系式：NaBiO3～2e－～H2C2O4，25.00 mL溶液中n（NaBiO3）＝n（H2C2O4）＝0.100 ml·L－1×25.00×10－3 L＝0.002 5 ml，则该产品的纯度为0.002 5ml×100 mL25.00 mL×280 g·ml－13.2 g×100％＝87.5％
序号
操作
现象
①
加热
铜丝表面变黑
②
继续加热
有大量气泡产生，溶液变为墨绿色浊液，试管底部开始有灰白色沉淀生成。品红溶液褪色
③
再加热
试管中出现“白雾”，浊液逐渐变澄清，溶液颜色慢慢变为浅蓝色，试管底部灰白色沉淀增多
④
冷却，将灰白色固体倒入水中
形成蓝色溶液
操作
现象
Ⅰ组
直接取铜丝（表面有聚氯乙烯薄膜）做实验
溶液变成墨绿色
Ⅱ组
实验前，先将铜丝进行灼烧处理
溶液变蓝
编号
电解液
阳极区的现象
甲
1 ml·L－1 Na2SO4
有气体逸出，液体颜色不变，池底逐渐沉积黑色粉末
乙
2 ml·L－1 NaOH
有气体逸出，液体逐渐变为棕褐色
丙
2 ml·L－1 NaCl
有气体逸出，液体逐渐变为黄绿色，无黑色粉末