2024届高考化学复习讲义第十章化学实验基础第六讲物质的性质化学反应原理综合实验探究考点二化学反应原理实验探究含答案

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研透高考 明确方向
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）＝0.1000×15.00×10－36×2×96 g＝0.048 g，w（CuO2）＝×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