專項(xiàng)突破六探究與評(píng)價(jià)綜合型實(shí)驗(yàn)題的解題策略1.硝酸是一種特殊的酸,不僅具有酸性,而且不論稀硝酸還是濃硝酸都具有強(qiáng)氧化性。根據(jù)題圖所示裝置,以濃硝酸、銅片、稀硫酸、濃硫酸、濃NaOH溶液為藥品,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:(1)寫出濃硝酸與銅反應(yīng)的化學(xué)方程式:。(2)某化學(xué)實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)用裝置甲、丙、丁制備并收集干燥的二氧化氮?dú)怏w,且連接順序?yàn)閍defg。從環(huán)境保護(hù)角度考慮,該方案存在一定弊端。請(qǐng)你利用題目提供的裝置(可以重復(fù)使用)和實(shí)驗(yàn)試劑改進(jìn)該方案:。(3)另一同學(xué)利用提供的所有裝置同時(shí)收集到了干燥的二氧化氮和一氧化氮,裝置連接順序?yàn)閍。其中裝置乙的作用是。(4)隨著反應(yīng)的進(jìn)行,燒瓶中產(chǎn)生氣體的顏色由變?yōu)?最后反應(yīng)停止,但燒瓶中還留有銅片。該小組同學(xué)用題中提供的一種試劑和上述燒瓶中的殘液及剩余的銅片反應(yīng),又制取并收集到干燥的NO,該小組同學(xué)選用的試劑是,該反應(yīng)的離子方程式為。答案(1)Cu+4HNO3(濃) Cu(NO3)2+2NO2+2H2O(2)另取一個(gè)裝置丁,向其中加入濃NaOH溶液沒(méi)過(guò)f導(dǎo)管,連接在第一個(gè)裝置丁之后,吸收集氣裝置中逸出的二氧化氮(3)defgbch或defgcbh防止水槽中的水倒吸入二氧化氮的收集裝置中(4)紅棕色無(wú)色稀硫酸3Cu+2NO3-+8H+ 3Cu2+2NO+4H2O解析(2)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在收集二氧化氮時(shí),二氧化氮逸出會(huì)造成污染,可以在原裝置丁后,再連接一個(gè)裝置丁(內(nèi)盛堿液)以吸收尾氣。(3)裝置丙起到干燥二氧化氮的作用;假如裝置戊中的水倒吸,可以倒吸入裝置乙中,防止水倒吸入裝置丁中導(dǎo)致收集的二氧化氮與水反應(yīng)。(4)隨著反應(yīng)的進(jìn)行,濃硝酸逐漸變?yōu)橄∠跛?所以生成的氣體由紅棕色的NO2變?yōu)闊o(wú)色的NO,最后溶液中沒(méi)有氫離子,則反應(yīng)停止;過(guò)量的銅與濃硝酸反應(yīng)后溶液中的溶質(zhì)是Cu(NO3)2,該溶液中含有NO3-,因此向這種溶液中加入含氫離子的溶液(如稀硫酸),相當(dāng)于又產(chǎn)生了硝酸。2.甲同學(xué)對(duì)Cl2與FeCl2和KSCN混合溶液的反應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。操作現(xiàn)象.A中溶液變?yōu)檠t色.稍后,溶液由血紅色變?yōu)辄S色(1)B中反應(yīng)的離子方程式是。(2)A中溶液變?yōu)檠t色的原因是。(3)為了探究現(xiàn)象的原因,甲同學(xué)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)。取A中黃色溶液于試管中,加入NaOH溶液,有紅褐色沉淀生成,則溶液中一定存在。取A中黃色溶液于試管中,加入過(guò)量的KSCN溶液,最終得到血紅色溶液。甲同學(xué)的實(shí)驗(yàn)證明產(chǎn)生現(xiàn)象的原因是SCN-與Cl2發(fā)生了反應(yīng)。(4)甲同學(xué)猜想SCN-可能被Cl2氧化了,他又進(jìn)行了如下研究。資料顯示:SCN-的電子式為：S：CN-。甲同學(xué)認(rèn)為SCN-中碳元素沒(méi)有被氧化,理由是。取A中黃色溶液于試管中,加入用鹽酸酸化的BaCl2溶液,產(chǎn)生白色沉淀,由此證明SCN-中被氧化的元素有。甲同學(xué)又通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了SCN-中氮元素轉(zhuǎn)化為NO3-,他的實(shí)驗(yàn)方案是。若SCN-與Cl2反應(yīng)生成1 mol CO2,則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是mol。答案(1)Cl2+2OH- Cl-+ClO-+H2O(2)Fe2+被Cl2氧化生成Fe3+,Fe3+與SCN-反應(yīng)生成血紅色的Fe(SCN)3(3)Fe3+(4)SCN-中的碳元素呈最高價(jià)態(tài)+4價(jià)硫元素取足量銅粉于試管中,加入A中黃色溶液和一定量的稀鹽酸,加熱,觀察到試管上方有紅棕色氣體生成,證明SCN-中氮元素被氧化成了NO3-16解析(1)B裝置是用來(lái)吸收氯氣的,離子方程式為Cl2+2OH- Cl-+ClO-+H2O。(2)Fe2+被Cl2氧化生成Fe3+,Fe3+與SCN-反應(yīng)生成血紅色的硫氰化鐵。(3)取A中黃色溶液于試管中,加入NaOH溶液,有紅褐色沉淀生成,說(shuō)明原溶液中有Fe3+。(4)根據(jù)SCN-的電子式可知,SCN-中碳元素顯+4價(jià),硫元素顯-2價(jià),氮元素顯-3價(jià),碳元素已經(jīng)顯最高正價(jià),不能再被氧化;加入用鹽酸酸化的BaCl2溶液,產(chǎn)生白色沉淀,說(shuō)明白色沉淀為硫酸鋇,即溶液中有硫酸根離子,由此證明被氧化的元素有硫元素;SCN-+8Cl2+9H2O NO3-+SO42-+CO2+16Cl-+18H+,由方程式可知每生成1 mol二氧化碳轉(zhuǎn)移16 mol電子。3.甲烷在加熱條件下可還原氧化銅,氣體產(chǎn)物除水蒸氣外,還有碳的氧化物。某化學(xué)小組利用下圖裝置探究其反應(yīng)產(chǎn)物。查閱資料:CO能與銀氨溶液反應(yīng):CO+2Ag(NH3)2+2OH-2Ag+2NH4+CO32-+2NH3。Cu2O為紅色,不與Ag+反應(yīng),能發(fā)生反應(yīng):Cu2O+2H+Cu2+Cu+H2O。(1)裝置A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(2)按氣流方向各裝置從左到右的連接順序?yàn)锳(填字母編號(hào))。(3)實(shí)驗(yàn)中滴加稀鹽酸的操作為。(4)已知?dú)怏w產(chǎn)物中含有CO,則裝置C中可觀察到的現(xiàn)象是;裝置F的作用為。(5)當(dāng)反應(yīng)結(jié)束后,D裝置硬質(zhì)玻璃管中固體全部變?yōu)榧t色。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明紅色固體中含有Cu2O:。欲探究紅色固體中是否含有Cu,甲同學(xué)設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn):向少量紅色固體中加入0.1 molL-1 AgNO3溶液,發(fā)現(xiàn)溶液變藍(lán),據(jù)此判斷紅色固體中含有Cu。乙同學(xué)認(rèn)為該方案不合理,欲證明甲同學(xué)的結(jié)論,還需增加如下對(duì)比實(shí)驗(yàn),完成下表中內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)步驟(不要求寫出具體操作過(guò)程)預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論若觀察到溶液不變藍(lán),則證明紅色固體中含有Cu;若觀察到溶液變藍(lán),則不能證明紅色固體中含有Cu答案(1)Al4C3+12HCl3CH4+4AlCl3(2)FDBECG(3)先打開分液漏斗上口的玻璃塞(或先使分液漏斗上口玻璃塞的凹槽對(duì)準(zhǔn)漏斗上的小孔),再將分液漏斗下面的活塞打開,使鹽酸緩慢滴下(4)試管內(nèi)生成黑色固體除去甲烷中混有的HCl和水蒸氣(5)取少量紅色固體,加入適量稀硫酸,若溶液變藍(lán),則證明紅色固體中含有Cu2O取少量Cu2O固體,加入適量0.1 molL-1AgNO3溶液解析(1)Al4C3與HCl發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成AlCl3和CH4,故A中反應(yīng)為Al4C3+12HCl4AlCl3+3CH4。(2)B裝置用于檢驗(yàn)H2O,C裝置用于檢驗(yàn)CO,D裝置用于氧化CH4,E裝置用于檢驗(yàn)CO2,F裝置用于吸收CH4中混有的H2O和HCl,G裝置用于收集尾氣。注意氣體檢驗(yàn)順序:先檢驗(yàn)H2O,再檢驗(yàn)CO2(銀氨溶液呈堿性,故不能先檢驗(yàn)CO),最后檢驗(yàn)CO,故各裝置連接順序?yàn)锳FDBECG。(4)CO與Ag(NH3)2+反應(yīng)生成單質(zhì)Ag,故C裝置試管中可觀察到有黑色固體生成;F裝置用于吸收CH4中混有的H2O和HCl,防止對(duì)甲烷與氧化銅反應(yīng)的產(chǎn)物中H2O的檢驗(yàn)造成干擾。(5)由于Cu2O+2H+Cu2+Cu+H2O,故若有Cu2O生成,固體產(chǎn)物中加入稀H2SO4時(shí),溶液變藍(lán)色。欲探究紅色固體中是否含有Cu,須排除Cu2O的干擾。4.某化學(xué)興趣小組為研究過(guò)氧化鈉與SO2的反應(yīng)情況,進(jìn)行如下探究。(1)提出假設(shè)向一定量的過(guò)氧化鈉固體中通入足量的SO2,對(duì)反應(yīng)后的固體產(chǎn)物成分及反應(yīng)原理提出如下假設(shè)。假設(shè)一:反應(yīng)后固體中只有Na2SO3,證明SO2未被氧化;假設(shè)二:反應(yīng)后固體中只有Na2SO4,證明SO2完全被氧化;假設(shè)三:反應(yīng)后固體中,證明SO2部分被氧化。(2)定性研究為驗(yàn)證假設(shè)三,該小組進(jìn)行如下研究,請(qǐng)你完善表中內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)步驟(不要求寫出具體操作過(guò)程)預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論取適量反應(yīng)后的固體置于試管中,(3)定量研究通過(guò)測(cè)量氣體的體積判斷發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示:裝置B中所盛裝試劑的名稱為。裝置D的作用是。請(qǐng)畫出裝置E。實(shí)驗(yàn)測(cè)得裝置C中過(guò)氧化鈉的質(zhì)量增加了m1 g,裝置D的質(zhì)量增加了m2 g,裝置E中收集到的氣體為V L(已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下),利用上述有關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)將下列表格補(bǔ)充完整。SO2被氧化的程度V與m1或m2的關(guān)系未被氧化完全被氧化V=0部分被氧化答案(1)既有Na2SO3,又有Na2SO4(2)實(shí)驗(yàn)步驟(不要求寫出具體操作過(guò)程)預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論加少量水溶解,加入BaCl2溶液,再加入稀鹽酸加入BaCl2溶液有白色沉淀產(chǎn)生,加入稀鹽酸沉淀部分溶解。證明原固體中既有Na2SO3,又有Na2SO4(其他合理答案均可)(3)濃硫酸吸收未反應(yīng)的SO20<V<7m130或m1>30V7解析(1)結(jié)合假設(shè)一和假設(shè)二,很容易確定假設(shè)三是反應(yīng)后固體為Na2SO3和Na2SO4的混合物。(2)證明SO2部分被氧化,其反應(yīng)可能為2Na2O2+2SO2 2Na2SO3+O2,Na2O2+SO2 Na2SO4。為證明固體為Na2SO3和Na2SO4的混合物,實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)取少量固體溶解于水后再加入試劑,并且現(xiàn)象與結(jié)論要對(duì)應(yīng)。(3)定量研究中,裝置A制得的SO2氣體要先干燥,故裝置B中所盛試劑為濃硫酸,SO2在裝置C中與過(guò)氧化鈉反應(yīng),過(guò)量的SO2被裝置D中的堿石灰吸收,用裝置E收集可能生成的O2并測(cè)量其體積。若SO2完全被氧化,則只發(fā)生反應(yīng),V=0;若SO2未被氧化,則只發(fā)生反應(yīng),利用裝置C中過(guò)氧化鈉的質(zhì)量增加了m1 g,根據(jù)差量法,可求得V=7m130(此處注意m2 g是一個(gè)干擾數(shù)據(jù),因?yàn)闊o(wú)法知道裝置A中生成SO2氣體的量);則部分被氧化時(shí),發(fā)生反應(yīng)和,0<V<7m130。5.氮化鈣(Ca3N2)是一種重要的化學(xué)試劑,通常條件下為棕色易水解的固體。某小組在實(shí)驗(yàn)室制備氮化鈣并測(cè)定其純度,設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)(夾持裝置略去):.氮化鈣的制備。(1)加熱條件下,鈣和氮?dú)庵苽涞}的反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(2)按氣流由左到右的方向,上述裝置合理的連接順序?yàn)閕-e-f-(填儀器接口字母)。(3)按連接好的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)步驟如下:檢查裝置氣密性、加入藥品、點(diǎn)燃裝置A處酒精燈、熄滅裝置A處酒精燈(請(qǐng)按正確順序填入下列步驟的字母標(biāo)號(hào))。a.點(diǎn)燃裝置C處酒精燈,反應(yīng)一段時(shí)間b.打開分液漏斗活塞c.熄滅裝置C處酒精燈d.關(guān)閉分液漏斗活塞裝置B的作用為。裝置C中硬質(zhì)玻璃管中的現(xiàn)象為。(4)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明Ca3N2中混有鈣單質(zhì):。.測(cè)定氮化鈣的純度。.稱取4.0 g反應(yīng)后的固體,加入足量水,將生成的氣體全部蒸出并通入100.00 mL 1.00 mol/L的鹽酸中,充分反應(yīng)后,將所得溶液稀釋到200.00 mL;.取20.00 mL稀釋后的溶液,用0.2 mol/L NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定過(guò)量的鹽酸,到終點(diǎn)時(shí)消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液25.00 mL。(5)所取固體中氮化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為。答案(1)3Ca+N2 Ca3N2(2)g-h(或h-g)-a-b(或b-a)j-k(或k-j)-d-c(3)bacd防止空氣中水蒸氣進(jìn)入裝置,使Ca3N2變質(zhì)(其他合理答案也可)銀白色金屬逐漸變?yōu)樽厣?4)取混合物少量于潔凈試管中,加入適量水,將生成的氣體通過(guò)足量濃硫酸,再通過(guò)灼熱的CuO,黑色固體變紅,則Ca3N2中混有鈣單質(zhì)(其他合理答案也可)(5)92.5%解析(2)空氣除空氣中CO2和水蒸氣(裝置D)除空氣中氧氣(裝置A)制備Ca3N2(裝置C)緩沖氣流(裝置F)隔絕空氣中水蒸氣(裝置B)。(4)Ca3N2與水反應(yīng)生成Ca(OH)2和NH3,NH3也可以還原CuO,所以需將NH3先除去,否則無(wú)法證明H2的生成。(5)由可知吸收NH3后剩余的HCl的總物質(zhì)的量為0.2 mol/L0.025 L10=0.05 mol,吸收NH3消耗的HCl為0.1 mol-0.05 mol=0.05 mol,Ca3N22NH32HCl1 mol 2 moln(Ca3N2) 0.05 moln(Ca3N2)=0.025 mol,Ca3N2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.025mol148 g/mol4.0 g100%=92.5%。