1、大题精做三 探究性实验设计1.（2018北京卷）实验小组制备高铁酸钾（K2FeO4）并探究其性质。资料：K2FeO4为紫色固体，微溶于KOH溶液；具有强氧化性，在酸性或中性溶液中快速产生O2，在碱性溶液中较稳定。（1）制备K2FeO4（夹持装置略）A为氯气发生装置。A中反应方程式是_（锰被还原为Mn2+）。将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。C中得到紫色固体和溶液。C中Cl2发生的反应有3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O，另外还有_。（2）探究K2FeO4的性质取C中紫色溶液，加入稀硫酸，产生黄绿色气体，得溶液a，经检验气体中含有Cl2。为证明是否K2F
2、eO4氧化了Cl而产生Cl2，设计以下方案：方案取少量a，滴加KSCN溶液至过量，溶液呈红色。方案用KOH溶液充分洗涤C中所得固体，再用KOH溶液将K2FeO4溶出，得到紫色溶液b。取少量b，滴加盐酸，有Cl2产生。由方案中溶液变红可知a中含有_离子，但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl氧化，还可能由_产生（用方程式表示）。方案可证明K2FeO4氧化了Cl。用KOH溶液洗涤的目的是_。根据K2FeO4的制备实验得出：氧化性Cl2_（填“”或“”），而方案实验表明，Cl2和的氧化性强弱关系相反，原因是_。资料表明，酸性溶液中的氧化性，验证实验如下：将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4
3、的混合溶液中，振荡后溶液呈浅紫色，该现象能否证明氧化性。若能，请说明理由；若不能，进一步设计实验方案。理由或方案：_。【解析】（1）A为氯气发生装置，KMnO4与浓盐酸反应时，锰被还原为Mn2+，浓盐酸被氧化成Cl2，KMnO4与浓盐酸反应生成KCl、MnCl2、Cl2和H2O，根据得失电子守恒和原子守恒，反应的化学方程式为2KMnO4+16HCl（浓）=2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O，离子方程式为2MnO+10Cl+16H+=2Mn2+5Cl2+8H2O。由于盐酸具有挥发性，所得Cl2中混有HCl和H2O（g），HCl会消耗Fe(OH)3、KOH，用饱和食盐水除去HCl，除杂装置
4、B为。C中Cl2发生的反应有3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O，还有Cl2与KOH的反应，Cl2与KOH反应的化学方程式为Cl2+2KOH=KCl+KClO+H2O，反应的离子方程式为Cl2+2OH=Cl+ClO+H2O。（2）根据上述制备反应，C的紫色溶液中含有K2FeO4、KCl，还可能含有KClO等。I.方案I加入KSCN溶液，溶液变红说明a中含Fe3+。但Fe3+的产生不能判断K2FeO4与Cl发生了反应，根据题意K2FeO4在酸性或中性溶液中快速产生O2，自身被还原成Fe3+，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，可能的反应为4FeO+20H+
5、=4Fe3+3O2+10H2O。II.产生Cl2还可能是ClO+Cl+2H+=Cl2+H2O，即KClO的存在干扰判断；K2FeO4微溶于KOH溶液，用KOH溶液洗涤的目的是除去KClO、排除ClO的干扰，同时保持K2FeO4稳定存在。制备K2FeO4的反应3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O，在改反应中Cl的化合价由0降到-1价，氯气是氧化剂，铁元素的化合价由-3到+6，2Fe(OH)3是还原剂，K2FeO4为氧化产物根据同一反应中，氧化性：氧化剂大于氧化产物，得出氧化性Cl2FeO；方案II的反应为4FeO+20H+=4Fe3+3O2+10H2O，实验
6、表明，Cl2与FeO氧化性强弱相反；对比两个反应的条件，方案II在酸性条件下，说明溶液的酸碱性的不同影响氧化性的强弱。该小题为开放性试题。若能，根据题意K2FeO4在足量H2SO4溶液中会转化为Fe3+和O2，最后溶液中不存在FeO，溶液振荡后呈浅紫色一定是MnO4-的颜色，说明FeO将Mn2+氧化成MnO，所以该实验方案能证明氧化性FeOMnO。（或不能，因为溶液b呈紫色，溶液b滴入MnSO4和H2SO4的混合溶液中，c（FeO）变小，溶液的紫色也会变浅；则设计一个空白对比的实验方案，方案为：向紫色溶液b中滴加过量稀H2SO4，观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色）。【答案】(1)2KMnO4+
7、16HCl=2MnCl2+2KCl +5Cl2+8H2O Cl2+2OH=Cl+ClO+H2O (2) Fe3+ 4FeO+20H+=4Fe3+3O2+10H2O (3)排除ClO的干扰溶液的酸碱性不同若能，理由：FeO在过量酸的作用下完全转化为Fe3+和O2，溶液浅紫色一定是MnO的颜色（若不能，方案：向紫色溶液b中滴加过量稀H2SO4，观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色）1.（2018辽宁丹东市一模）某探究性实验小组的同学将打磨过的镁条投入到滴有酚酞的饱和NaHCO3溶液中，发现反应迅速，产生大量气泡和白色不溶物，溶液的浅红色加深。该小组同学对白色不溶物的成分进行了探究和确定。、提出假设：甲
8、同学：可能只是MgCO3；乙同学：可能只是Mg(OH)2；丙同学：可能是xMgCO3yMg(OH)2、定性实验探究：（1）取沉淀物少许于试管中，加入稀盐酸时固体溶解，产生大量气泡，则_同学假设错误（选填“甲”、“乙”或“丙”）。、定量实验探究：取一定量已干燥过的沉淀样品，利用下列装置测定其组成（部分固定夹持类装置未画出），经实验前后对比各装置的质量变化来分析沉淀的组成，得出丙同学的假设是正确的。请回答下列问题：（2）实验中合理的连接顺序为：e_ gh（各装置只使用一次）。（3）实验一段时间后，当B装置中_（填实验现象），停止加热，说明固体已分解完全；打开f处的活塞，缓缓通入空气数分钟的目的是_
9、，（4）指导老师认为在上述实验装置中末端还需再连接一个D装置，若无此装置，会使测出的xy的值_（选填“偏大”、“偏小”或“无影响”）。（5）若改进实验后，最终装置B质量增加m克，装置D质量增加了n克，则xy=_。（用含m、n的代数式表示）【解析】（1）取沉淀物少许于试管中，加入稀盐酸时固体溶解，产生大量气泡，则乙同学假设错误；（2）浓硫酸吸收分解产生的水蒸气，碱石灰吸收分解产生的CO2，利用空气排尽装置中产生的气体，实验中合理的连接顺序为：efabdc gh或efbadcgh；（3）实验一段时间后，当B装置中无气泡冒出时，停止加热，说明固体已分解完全；根据以上分析可知打开f处的活塞，缓缓通入空
10、气数分钟的目的是排出装置中的CO2和水蒸气。由于空气中含有水蒸气和CO2，所以装置C中碱石灰的作用是吸收通入空气中的CO2和水蒸气；（4）指导老师认为在上述实验装置中末端还需再连接一个D装置，若无此装置，空气中的水蒸气和CO2也被碱石灰吸收，导致生成的CO2质量增加，因此会使测出的xy的值偏大；（5）若改进实验后，最终装置B质量增加mg，即产生水是m18mol，装置D质量增加了ng，CO2的物质的量是n44mol，则根据原子守恒可知xy=9n22m。【答案】（1）乙同学（2）fabdc或fbadc（3）无气泡冒出排出装置中的CO2和水蒸气（4）偏大（5）9n/22m2.（2018江西十校联考）
11、硫酸亚铁铵(NH4)2Fe(SO4)2是分析化学中的重要试剂，在不同温度下加热分解产物不同。设计如图实验装置（夹持装置略去），在500时隔绝空气加热A中的硫酸亚铁铵至分解完全，确定分解产物的成分。（1）B装置的作用是_。（2）实验中，观察到C中无明显现象，D中有白色沉淀生成，可确定产物中一定有_气体产生，写出D中发生反应的离子方程式_。若去掉C，能否得出同样结论_（填“是”或“否”），原因是_。（3）A中固体完全分解后变为红棕色粉末，某同学设计实验验证固体残留物仅为Fe2O3，而不含FeO，请帮他完成表中内容。（试剂，仪器和用品自选）实验步骤预期现象结论_固体残留物仅为Fe2O3（4）若E中收
12、集到的气体只有N2，其物质的量为xmol，固体残留物Fe2O3的物质的量为ymol，D中沉淀物质的量为zmol，则x、y和z应满足的关系为_。（5）结合上述实验现象，完成硫酸亚铁铵在500时隔绝空气加热完全分解的化学方程式_。【解析】（1）B装置中硫酸铜粉末的作用是检验产物中是否有水生成；（2）装置C中BaC12溶液的作用是为了检验分解产物中是否有SO3气体生成，若含有该气体，会生成硫酸钡白色沉淀，观察到的观象为溶液变浑浊；现C中无明显现象，说明不含有SO3气体，再结合观察到D中有白色沉淀生成，说明含有SO2气体；装置D中通入二氧化硫和过氧化氢发生氧化还原反应，生成硫酸和氯化钡反应生成硫酸钡沉
13、淀，反应的离子方程式为：SO2+H2O2+Ba2+=BaSO4+2H+；若去掉C，不能得出相同的结构，原因是无法排除SO3的干扰，因若有SO3也有白色沉淀生成；（3）根据亚铁离子的还原性，可以用高锰酸钾溶液检验，方法为：取少量A中残留物与试管中，加入适量稀硫酸，充分振荡使其完全溶解，在所得溶液中滴加高锰酸钾溶液，并振荡，若高锰酸钾溶液褪色，则残留物中含有FeO；若高锰酸钾溶液不褪色，则残留物中不含FeO；（4）若E中收集到的气体只有N2，其物质的量为xmol，固体残留物Fe2O3的物质的量为ymol，D中沉淀物质的量为zmol，其中N2和Fe2O3均为氧化产物，而SO2为还原产物，根据电子守恒
14、规律，可知23xmol+2ymol=2Zmol，即3x+y=z；（5）综合实验现象并结合电子守恒和原子守恒，硫酸亚铁铵在500时隔绝空气加热完全分解的化学方程式为2(NH4)2Fe(SO4)2Fe2O3+2NH3+N2+4SO2+5H2O。【答案】(1)检验产物中是否有水生成(2)SO2 SO2+H2O2+Ba2+=BaSO4+2H+否若有SO3也有白色沉淀生成(3)步骤：取少量A中残留物于试管中，加入适量稀硫酸，充分振荡使其完全溶解；将溶液分成两份，分别滴加高锰酸钾溶液、KSCN溶液（或：依次滴加K3Fe(CN)6溶液、KSCN溶液或其他合理答案）现象：若高锰酸钾溶液不褪色，加入KSCN溶液
15、后变红（或：加入K3Fe(CN)6溶液无现象，加入KSCN溶液后变红，或其他合理答案）(4)3x+y=z (5)2(NH4)2Fe(SO4)2Fe2O3+2 NH3+N2+4SO2+5H2O3.（2018哈尔滨市调研）某小组设计不同实验方案比较Cu2+、Ag+ 的氧化性。（1）方案1：通过置换反应比较向酸化的AgNO3溶液插入铜丝，析出黑色固体，溶液变蓝。反应的离子方程式是_，说明氧化性Ag+Cu2+。（2）方案2：通过Cu2+、Ag+分别与同一物质反应进行比较实验试剂编号及现象试管滴管1.0mol/LKI溶液1.0 mol/LAgNO3溶液产生黄色沉淀，溶液无色1.0 mol/LCuSO4溶
16、液产生白色沉淀A，溶液变黄经检验，中溶液不含I2，黄色沉淀是_。经检验，中溶液含I2。推测Cu2+做氧化剂，白色沉淀A是CuI。确认A的实验如下：a检验滤液无I2。溶液呈蓝色说明溶液含有_（填离子符号）。b白色沉淀B是_。c白色沉淀A与AgNO3溶液反应的离子方程式是_，说明氧化性Ag+Cu2+。编号实验1实验2实验3实验现象无明显变化a中溶液较快变棕黄色，b中电极上析出银；电流计指针偏转c中溶液较慢变浅黄色；电流计指针偏转（3）分析方案2中Ag+ 未能氧化I，但Cu2+氧化了I的原因，设计实验如下：（电极均为石墨，溶液浓度均为1mol/L，b、d中溶液pH4）a中溶液呈棕黄色的原因是_（用电
17、极反应式表示）。“实验3”不能说明Cu2+氧化了I。依据是空气中的氧气也有氧化作用，设计实验证实了该依据，实验方案及现象是_。方案2中，Cu2+能氧化I，而Ag+未能氧化I的原因：_。（资料：Ag+I=AgI K1=1.21016；2Ag+2I=2Ag+I2 K2=8.7108）【解析】（1）向酸化的AgNO3溶液插入铜丝，析出黑色固体，溶液变蓝，说明铜置换出了金属银，反应的离子方程式为Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+，说明氧化性Ag+Cu2+，故答案为：Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+；（2）经检验，中溶液不含I2，黄色沉淀是碘离子与银离子形成的碘化银沉淀，故答案为：AgI；中溶液含I2，说
18、明Cu2+做氧化剂，将碘离子氧化，本身被还原为Cu+，因此白色沉淀A是CuI。a检验滤液无I2。溶液呈蓝色说明溶液含有Cu2+，故答案为：Cu2+；b滤渣用浓硝酸溶解后，在上层清液中加入盐酸，生成的白色沉淀B为AgCl，故答案为：AgCl；c白色沉淀A与AgNO3溶液反应生成了Cu2+和灰黑色沉淀，灰黑色沉淀用浓硝酸溶解后的溶液中含有银离子，黄色沉淀为AgI，说明灰黑色沉淀中含有金属银，反应的离子方程式为CuI+2Ag+=Cu2+Ag+AgI，说明氧化性Ag+Cu2+，故答案为：CuI+2Ag+=Cu2+Ag+AgI；（3）碘化钾溶液与硝酸银溶液构成了原电池，a中溶液中的碘离子发生氧化反应生成
19、碘单质，溶液呈棕黄色，电极反应式为2I-2e-=I2，故答案为：2I-2e-=I2；“实验3”不能说明Cu2+氧化了I-。依据是空气中的氧气也有氧化作用，只需设计没有铜离子的情况下，也能看到相似的现象即可，可以设计实验：将d烧杯内的溶液换为pH4的1 mol/L Na2SO4溶液，c中溶液较慢变浅黄，电流计指针偏转，故答案为：将d烧杯内的溶液换为pH4的1mol/L Na2SO4溶液，c中溶液较慢变浅黄，电流计指针偏转；Ag+I=AgI K1=1.21016；2Ag+2I=2Ag+I2K2= 8.7108，K1K2，故Ag+更易与I-发生复分解反应，生成AgI。2Cu2+4I=2CuI+I2，
20、生成了CuI沉淀，使得Cu2+的氧化性增强，因此方案2中，Cu2+能氧化I，而Ag+未能氧化I，故答案为：K1K2，故Ag+更易与I-发生复分解反应，生成AgI。2Cu2+4I=2CuI+I2，生成了CuI沉淀，使得Cu2+的氧化性增强。【答案】（1）Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+（2） AgI Cu2+ AgCl CuI+2Ag+=Cu2+Ag+AgI（3）2I-2e-=I2将d烧杯内的溶液换为pH4的1mol/L Na2SO4溶液，c中溶液较慢变浅黄，电流计指针偏转 K1K2，故Ag+更易与I发生复分解反应，生成AgI 2Cu2+4I=2CuI+I2，生成了CuI沉淀，使得Cu2+的氧化
21、性增强4.（2018甘肃省师范附属中学期中）某兴趣小组探究SO2气体还原Fe3+、I2，它们使用的药品和装置如图所示：（1）SO2气体还原Fe3+的产物是_(填离子符号)，参加反应的SO2和Fe3+的物质的量之比是_。（2）下列实验方案适用于在实验室制取所需SO2的是_。ANa2SO3溶液与HNO3 BNa2SO3固体与浓硫酸C固体硫在纯氧中燃烧 D铜与热浓H2SO4（3）装置C的作用是_。（4）若要从A中所得溶液提取晶体，必须进行的实验操作步骤：蒸发、冷却结晶、过滤、自然干燥，在这一系列操作中没有用到的仪器有_(填序号)。A蒸发皿B石棉网C漏斗D烧杯E玻璃棒F坩埚（5）在上述装置中通入过量的
22、SO2，为了验证A中SO2与Fe3+发生了氧化还原反应，他们取A中的溶液，分成三份，并设计了如下实验：方案：往第一份试液中加入酸性KMnO4溶液，紫红色褪去。方案：往第二份试液中加入KSCN溶液，不变红，再加入新制的氯水，溶液变红。方案：往第三份试液中加入用稀盐酸酸化的BaCl2，产生白色沉淀。上述方案不合理的是_，原因是_。【解析】（1）根据反应SO2+2Fe3+2H2O=2Fe2+SO+4H+可知，SO2气体还原Fe3+的产物是Fe2+和SO；参加反应的SO2和Fe3+的物质的量之比是：12；综上所述，本题答案是：Fe2+和SO；12。（2）A硝酸具有强氧化性，把亚硫酸钠氧化成硫酸钠，得不
23、到二氧化硫，故A错误；B浓硫酸虽具有强氧化性，但不能氧化亚硫酸钠，和亚硫酸钠发生复分解反应生成二氧化硫气体，所以B选项是正确；C固体硫在纯氧中燃烧，操作不容易控制，故C错误；D铜与热浓H2SO4加热反应生成硫酸铜、二氧化硫，可以制备二氧化硫，所以D选项是正确；综上所述，本题答案是：BD。（3）二氧化硫是酸性氧化物具有刺激性气味，直接排放污染大气，能和碱反应生成盐和水，所以可用碱液处理二氧化硫，所以装置C的作用是吸收SO2尾气，防止污染空气；因此，本题正确答案是：吸收多余的二氧化硫，防止污染空气。(4)操作步骤：蒸发需用到A蒸发皿，E.玻璃棒，冷却结晶需用到烧杯，过滤需用到C.漏斗，D.烧杯，E
24、.玻璃棒，故不需要B.石棉网、F.坩埚；因此，本题正确答案是：BF。(5)二氧化硫有还原性，高锰酸钾有强氧化性，二氧化硫能与高锰酸钾发生氧化还原反应使高锰酸钾溶液褪色，Fe2+也使高锰酸钾溶液褪色，所以不合理的是方案，因为A的溶液中含有SO2，SO2也能使KMnO4溶液褪色；因此，本题正确答案是：方案，SO2也能使酸性高锰酸钾溶液褪色。【答案】(1)Fe2+和SO 12 （2）BD （3）吸收多余的二氧化硫，防止污染空气（4）BF（5）方案SO2也能使酸性高锰酸钾溶液褪色5.（2018宁夏回族自治区长庆中学月考）甲烷在加热条件下可还原氧化铜，气体产物除水蒸气外，还有碳的氧化物。某化学小组利用如
25、图装置探究其反应产物。查阅资料CO能与银氨溶液反应：CO2Ag(NH3)22OH=2Ag2NHCO2NH3。Cu2O为红色，不与Ag+反应，能发生反应：Cu2O2H=Cu2+CuH2O。（1）装置A中反应的化学方程式为_。（2）按气流方向各装置从左到右的连接顺序为A_。(填字母编号)（3）实验中滴加稀盐酸的操作为_。（4）已知气体产物中含有CO，则装置C中可观察到的现象是_；装置F的作用为_。（5）当反应结束后，装置D处试管中固体全部变为红色。设计实验证明红色固体中含有Cu2O：_。欲证明红色固体中是否含有Cu，甲同学设计如下实验：向少量红色固体中加入适量0.1molL1AgNO3溶液，发现溶
26、液变蓝，据此判断红色固体中含有Cu。乙同学认为该方案不合理，欲证明甲同学的结论，还需增加如下对比实验，完成表中内容。实验步骤(不要求写出具体操作过程)预期现象和结论_若观察到溶液不变蓝，则证明红色固体中含有Cu；若观察到溶液变蓝，则不能证明红色固体中含有Cu【解析】（1）A中Al4C3与盐酸发生复分解反应，反应方程式Al4C312HCl=3CH44AlCl3；因此本题答案是：Al4C312HCl=3CH44AlCl3。（2）A中反应后，需除去气体可能携带的HCl，故紧接着是F，然后将气体通入反应器D，随后通入B中，检验是否有水生成，再通入澄清石灰水E，检验二氧化碳，最后通入C中检验一氧化碳，最
27、后G收集尾气，故顺序为： FDBECG；综上所述，本题答案是：FDBECG。（3）滴加稀盐酸操作：先打开分液漏斗上口的玻璃塞（或先将分液漏斗上口的玻璃塞上的凹槽对准漏斗上的小孔），再将分液漏斗下面的旋塞打开，使稀盐酸缓慢滴下；综上所述，本题答案是：先打开分液漏斗上口的玻璃塞(或先使分液漏斗上口的玻璃塞的凹槽对准漏斗上的小孔)，再将分液漏斗下面的旋塞打开，使稀盐酸缓慢滴下。（4）根据题给信息可知，气体产物中含有CO，所以C中银氨溶液可被还原为银，试管内有黑色固体生成；反应产生的甲烷气体中含有HCl和H2O，为了不影响后续反应，利用F装置除去甲烷中的HCl和H2O；综上所述，本题答案是：试管内有黑
28、色固体生成(或试管内有银镜生成，除去甲烷中的HCl气体和水蒸气。（5）欲证明红色固体中是否含有Cu，甲同学设计如下实验：向少量红色固体中加入适量0.1molL1AgNO3溶液，发现溶液变蓝，据此判断红色固体中含有Cu；乙同学认为该方案不合理，欲证明甲同学的结论，还需增加如下对比实验：取少量红色固体，加入适量稀硫酸，若溶液变蓝色，说明溶液中含有Cu2+，则证明红色固体中含Cu2O；综上所述，本题答案是：取少量红色固体，加入适量稀硫酸，若溶液变为蓝色，则证明红色固体中含有Cu2O。取少量的Cu2O固体于试管中，加入适量的0.1molL1AgNO3溶液，若溶液不变蓝，则可排除红色固体中Cu2O的干扰，证明其中含有Cu；综上所述，本题答案是：取少量Cu2O固体于试管中，加入适量0.1molL1AgNO3溶液。【答案】（1）Al4C312HCl=3CH44AlCl3 （2）FDBECG （3）先打开分液漏斗上口的玻璃塞(或先使分液漏斗上口的玻璃塞的凹槽对准漏斗上的小孔)，再将分液漏斗下面的旋塞打开，使稀盐酸缓慢滴下试管内（4）有黑色固体生成(或试管内有银镜生成) 除去甲烷中的HCl气体和水蒸气（5）取少量红色固体，加入适量稀硫酸，若溶液变为蓝色，则证明红色固体中含有Cu2O取少量Cu2O固体于试管中，加入适量0.1molL1AgNO3溶液10
