精做03综合实验探究

题型简介

分析近几年高考试题，非选择题涉及的综合实验题是每年考查能力的综合压轴题，其综合性强、难度大，是一道拉分的主要试题。可以说此题的得分高低决定了化学学科的高考成败。高考综合实验题知识容量大、出题素材新、考查角度广、综合程度高，纵观近几年全国卷中的综合实验题：①涉及的题型有物质制备实验题、性质探究实验题、定量测定实验题等；②考查的角度有仪器的识别与应用、物质的制备、除杂与分离、物质的性质探究与验证、实验现象的分析与描述、实验结论的评价与计算。物质制备和定量实验是高考热点，物质制备主要以气体、无机物、有机物的制备为载体，考查学生常见化学仪器的使用，物质的分离与提纯等基本实验操作，以及实验条件的控制、产率的计算；而定量实验是将化学实验与化学计量有机的结合在一起测定物质化学组成与含量的探究性实验，是近几年高考命题的常考题型。设计中先通过实验测出相关的有效数据，然后经计算得出物质的组成与含量。由于定量实验目的性、实用性强，能给予学生较大的创造空间，更能激发学生的学习兴趣，培养学生严谨求实的科学态度。因此复习过程中注重定性实验拓展到定量实验的探讨。

试题前沿

①加热至50℃，铜丝表面产生无色气泡，液面上方有红棕色气体产生；

②通入O2并调节O2的量保持三颈烧瓶内压强不变，停止加热，反应继续进行，且越来越剧烈；

③反应停止后冷却至室温，待气囊变瘪，三颈烧瓶内红棕色气体消失时关闭K；

④将液体(含[CuCl2]－)转移至烧杯中用蒸馏水稀释，产生白色沉淀，过滤得氯化亚铜粗品；

⑤氯化亚铜粗品经洗涤、烘干，得到氯化亚铜。

回答下列问题：

(1)步骤①中铜丝表面产生无色气泡的反应的离子方程式是_____________。

(2)步骤②中停止加热后，反应越来越剧烈的原因是______________________。

(3)步骤③中三颈烧瓶内红棕色气体消失的原因是________________(结合化学方程式回答)。

(4)步骤④中产生白色沉淀的反应的离子方程是______________________。

(5)步骤④所得滤液经浓缩后可返回至三颈烧瓶继续使用，此时需向三颈烧瓶内补充的物质有______________________________________。

(6)步骤⑤中用蒸馏水洗涤氯化亚铜粗品时，表面会产生浅黄色固体CuOH，用化学平衡移动原理解释白色固体变黄的原因：___________________________________________。

应对策略

物质制备实验设计的注意事项

(1)“合理选择”是指仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。

①仪器的选择又包括发生装置(几种基本类型)、净化装置(除杂质的试剂与顺序)、反应装置、尾气处理装置等；

②药品的选择包括药品的种类、浓度、状态等；

③连接方式的选择指仪器的先后顺序，导管接口的连接等。

(2)“排除干扰”是指反应条件的控制、防止空气成分介入、副反应尽量避免、杂质的清除以及防止产物的挥发、水解等对实验的干扰。

(3)“操作准确”则要求熟悉主要仪器的性能、用途和典型的实验操作步骤。

二、物质性质探究实验设计

某学习小组通过如图所示装置探究MnO2与FeCl3·6H2O能否反应产生Cl2。

已知：FeCl3在37℃熔化，℃挥发。

实验一：点燃酒精灯，加热混合物。观察到的现象有①装置a中部分固体溶解，上方出现白雾；②稍后产生黄色气体，管壁附着黄色液滴；③装置b中溶液变蓝。

实验二：该小组继续研究现象②中黄色气体的成分。实验如下：加热FeCl3·6H2O，产生白雾和黄色气体。

(1)至此该小组大胆预测现象②中黄色气体含有________。

实验三：为进一步确认黄色气体是否含有Cl2，该小组在保持原有装置的基础上稍加变动即证实了Cl2的存在。

(2)该小组的方法是__________________________________________。

应对策略

1．探究型综合实验思维流程

(1)认真审题，明确实验目的，找出实验原理。

(2)根据实验原理选择仪器和药品，并设计出合理的实验装置和操作步骤。

(3)准确判断实验过程中的实验现象，并运用分析、计算、图表、推理等方法处理有关实验现象和数据，得出正确的结论。

2．解答探究型实验综合题的注意事项

(1)“合理选择”是指仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。仪器的选择又包括发生装置几种基本类型、净化装置除杂的试剂与顺序、反应装置、尾气处理装置等；药品的选择包括药品的种类、浓度、状态等；连接方式的选择指仪器的先后顺序，导管接口的连接顺序等。

(2)“排除干扰”是指反应条件的控制、防止空气成分介入、尽量避免副反应、杂质的清除以及防止产物的挥发、水解等对实验的干扰。

(3)“操作准确”则要求熟悉主要仪器的性能、用途和典型的实验操作步骤。

三、定量测定型实验设计

将硫铁矿(主要成分为FeS2)焙烧所得尾气中主要含N2、O2、气体X和少量的CO2、H2O。取标准状况下的VL尾气测定其中气体X含量的方案如下：

将尾气缓慢通入如图所示装置A中：

(1)装置A的名称是________，装置C的作用是______________________

____________________________________________________________。

(2)实验时先通入尾气，再通入一定量的氮气，通过装置B的增重计算气体X的体积分数，该方案是否合理：______(填“合理”或“不合理”)，理由是____________________(若方案合理，该空不必填写)。

将尾气缓慢通入装置D中，与足量试剂M充分反应后，再滴入过量试剂N，经过滤、洗涤、干燥、称量，得沉淀的质量为mg。

(3)进行沉淀洗涤的操作是_____________________________________。

(4)若试剂M、N分别是溴水、BaCl2溶液，写出气体X的体积分数的表达式：____________(用含m、V的代数式表示)。

(5)若试剂M是________，不用再滴加试剂N，观察到装置D中生成的无色气体在瓶口处变为红棕色。写出溶液中反应的离子方程式：_________________。

应对策略

1．定量测定型实验的思维流程

(1)巧审题，明确实验目的、原理,实验原理可从题给的化学情境或题目所给的实验目的并结合元素化合物的有关知识获取。在此基础上，依据可靠性、简捷性、安全性的原则，确定符合实验目的、要求的实验方案。

(2)想过程，理清操作先后顺序,根据由实验原理所确定的实验方案中的实验过程，确定实验操作的方法和步骤，把握各实验步骤的要点，理清实验操作的先后顺序。

(3)看准图，分析装置或流程作用,若题目中给出装置图，在分析解答过程中，要认真细致地分析图中各部分装置，并结合实验目的和原理，确定它们在实验中的作用。

(4)细分析，巧计算,在定性实验的基础上研究量的关系，根据实验现象和记录的数据，对实验数据进行筛选，通过分析、计算、推理等确定有关样品含量及化学式。

2．定量实验数据的处理方法

(1)看数据是否符合测量仪器的精确度特点，如用托盘天平测得质量的精确度为0.1g，若精确度值超过了这个范围，说明所得数据是无效的。

(2)看数据是否在误差允许范围内，若所得的数据明显超出误差允许范围，要舍去。

(3)看反应是否完全，是否是过量反应物作用下所得的数据，只有完全反应时所得的数据，才能进行有效处理和应用。

(4)看所得数据的测试环境是否一致，特别是气体体积数据，只有在温度、压强一致的情况下才能进行比较、运算。

(5)看数据测量过程是否规范、合理，错误和违反测量规则的数据需要舍去。

四、冷凝装置

咖啡因是一种生物碱(易溶于水及乙醇，熔点.5℃，℃以上开始升华)，有兴奋大脑神经和利尿等作用。茶叶中含咖啡因约1%~5%、单宁酸(Ka约为，易溶于水及乙醇)约3%~10%，还含有色素、纤维素等。实验室从茶叶中提取咖啡因的流程如下图所示。

索氏提取装置如图所示。实验时烧瓶中溶剂受热蒸发，蒸汽沿蒸汽导管2上升至球形冷凝管，冷凝后滴入滤纸套筒1中，与茶叶末接触，进行萃取。萃取液液面达到虹吸管3顶端时，经虹吸管3返回烧瓶，从而实现对茶叶末的连续萃取。回答下列问题：

(1)提取过程不可选用明火直接加热，原因是______________，与常规的萃取相比，采用索氏提取器的优点是______________。

(2)提取液需经“蒸馏浓缩”除去大部分溶剂。与水相比，乙醇作为萃取剂的优点是______________。“蒸馏浓缩”需选用的仪器除了圆底烧瓶、蒸馏头、温度计、接收管之外，还有______________(填标号)。

A．直形冷凝管B．球形冷凝管C．接收瓶D．烧杯

应对策略

原理：利用热交换原理使冷凝性气体冷却凝结为液体的一种玻璃仪器

按构造分常见的冷凝管共有4类：直形冷凝管(包括冷水冷凝和空气冷凝管)、球形冷凝管、蛇形冷凝管和韦氏分馏柱(刺形分馏柱)。冷凝管的用途一般有“冷凝回流”和“蒸馏(分馏)冷凝”两大类。

1．冷凝回流

有易挥发的液体反应物时，为避免反应物损耗和充分利用原料，要在发生装置设计冷凝回流装置，使该物质通过冷凝后由气态恢复为液态，从而回流并收集。实验室可通过在发生装置安装长玻璃管或冷凝回流管等实现(常见于有机化学实验中)。回流装置也常与其他装置相互结合使用(例如与分水器搭配使用见图g)。回流装置常用于重结晶、回流提取和某些加热化学反应。一般多用球形冷凝管和蛇形冷凝管，不用直行冷凝管。常见的回流装置如下图所示(a-f)

2．“蒸馏(分馏)冷凝”

冷水冷凝管——蒸出产物时使用(包括蒸馏和分馏)。多用于蒸馏蒸汽温度小于摄氏度的操作，不用于回流。使用时，将靠下端的连接口以塑胶管接上水龙头，当作进水口。因为进水口处的水温较低，而被蒸气加热过后的水温较高，较热的水因密度降低会自动往上流，有助于冷却水循环。

空气冷凝管——蒸出产物时使用(包括蒸馏和分馏)。当蒸馏物沸点超摄氏度时，一般使用空气冷凝管，以免直形冷凝管通冷水冷却导致玻璃温差过大而炸裂。

特别提示：蒸馏(分馏)冷凝操作中，冷凝管要有一定的倾斜度(一般与水平面成C)。因此冷凝管通常选用直行冷凝管，而不能用球形冷凝管或蛇形冷凝管，因为冷凝后的液体容易残留在半球形或蛇形弯管中，甚至液体凝固后易卡在玻璃球或蛇形弯管中。

五、晶体的洗涤和干燥

氯化亚铜(CuCl)是一种重要的化工产品。它不溶于H2SO4、HNO3和醇，微溶于水，可溶于浓盐酸和氨水，在潮湿空气中易水解氧化成绿色的碱式氯化铜[Cu2(OH)4-nCln]，n随着环境酸度的改变而改变。以海绵铜(主要成分是Cu和少量CuO)为原料，采用硝酸铵氧化分解技术生产CuCl的工艺过程如图：

操作1为马上再洗涤，然后在真空干燥机内于70℃干燥2h，冷却、密封包装。其中最合理的洗涤试剂__________

A.浓盐酸B.浓氨水C.无水乙醇D.水+乙醇

真空干燥的原因是___________。

应对策略

1．洗涤目的

(1)若滤渣是所需的物质，则洗涤的目的是：除去晶体表面的可溶性杂质，得到更纯净的晶体。

(2)若滤液是所需的物质，则洗涤的目的是：洗涤过滤所得到的残渣，把有用的物质如目标产物尽可能洗出来。

2．洗涤试剂的选择

3．洗涤操作

4．洗浄的标志

主要检验洗涤液中是否还含有沉淀表面吸附的离子。一般的检验方法：取少量最后一次的洗涤液，置于一洁净的试管中，滴加少量的检验试剂，若没有特征现象出现，说明沉淀洗涤干净。

5．干燥

六、酸碱中和滴定的扩展应用

硫代硫酸钠晶体(Na2S2O3·5H2O，M＝g·mol－1)可用作定影剂、还原剂。利用K2Cr2O7标准溶液定量测定硫代硫酸钠的纯度。测定步骤如下：

(1)溶液配制：称取1.g某硫代硫酸钠晶体样品，用新煮沸并冷却的蒸馏水在__________中溶解，完全溶解后，全部转移至mL的__________中，加蒸馏水至________。

(2)滴定：取0.mol·L－1的K2Cr2O7标准溶液20.00mL，硫酸酸化后加入过量KI，发生反应：Cr2O72-＋6I－＋14H＋===3I2＋2Cr3＋＋7H2O。然后用硫代硫酸钠样品溶液滴定至淡黄绿色，发生反应：I2＋2S2O===S4O62-＋2I－。加入淀粉溶液作为指示剂，继续滴定，当溶液________________________，即为终点。平行滴定3次，样品溶液的平均用量为24.80mL，则样品纯度为______%(保留1位小数)。

应对策略

(1)酸碱中和滴定(氧化还原滴定、沉淀滴定)包括溶液配制和滴定两个阶段，所用玻璃仪器分别是：烧杯、玻璃棒、一定容量的容量瓶、胶头滴管；酸(碱)式滴定管、锥形瓶、烧杯。其中只有酸(碱)式滴定管需要润洗。

(2)定量实验为减小实验误差均要进行平行实验(重复滴定2～3次)，必要时为防止环境对滴定造成误差，还需进行空白实验(不加待测物质进行滴定)。

(3)误差讨论应围绕待测物质含量的计算公式进行，分成操作造成的误差和样品本身的原因两方面。

七、检查装置气密性的答题规范

工业上常利用含硫废水生产Na2S2O3·5H2O，实验室可用如图装置(略去部分夹持仪器)模拟生产过程。

仪器组装完成后，关闭两端活塞，向装置B中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液柱，若________________________________________________________________，则整个装置气密性良好。

应对策略

气密性检查的两种常用方法

(1)微热法检查

封闭(关闭活塞、导管末端插入盛水的烧杯中等)、微热(双手捂热或用酒精灯稍微加热)、气泡(观察到导管口有气泡逸出)、水柱(移开双手或停止加热，观察到导管中液面上升形成一段稳定的水柱)。

(2)液差法检查

封闭(关闭活塞或用止水夹夹住橡皮管等)、液差(向×××容器中加水，使×××和×××形成液面差，停止加水，放置一段时间，液面差保持不变)。

八、描述实验现象的答题规范

元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(蓝紫色)、Cr(OH)4-(绿色)、Cr2O72-(橙红色)、CrO42-(黄色)等形式存在，Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：

Cr3＋与Al3＋的化学性质相似，在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量，可观察到的现象是____________________________________________________________。

应对策略

1．有关溶液的现象描述：

(1)颜色由……变成……；

(2)液面上升或下降(形成液面差)；

(3)溶液变浑浊或生成(产生)……(颜色)沉淀；

(4)溶液发生倒吸；

(5)产生大量气泡(或有气体从溶液中逸出)等。

2．有关固体物质的现象描述：

(1)……(固体)表面产生大量气泡；

(2)……(固体)逐渐溶解；

(3)……(固体)体积逐渐变小(变细)；

④……(固体)颜色由……变成……。

3．有关气体的现象描述：

(1)生成……色(味)气体；

(2)气体由……色变成……色；

(3)气体先变……后……(加深、变浅、褪色等)。

九、判断滴定终点的答题规范

用右图装置可以测定混合气中ClO2的含量：

Ⅰ.在锥形瓶中加入足量的碘化钾，用50mL水溶解后，再加入3mL稀硫酸；

Ⅱ.在玻璃液封装置中加入水，使液面没过玻璃液封管的管口；

Ⅲ.将一定量的混合气体通入锥形瓶中吸收；

Ⅳ.将玻璃液封装置中的水倒入锥形瓶中；

Ⅴ.用0.0mol·L－1硫代硫酸钠标准溶液滴定锥形瓶中的溶液(I2＋2S2O32-===2I－＋S4O62-)，指示剂显示终点时共用去20.00mL硫代硫酸钠溶液。

步骤Ⅴ中加入的指示剂通常为________，滴定至终点的现象是____________________。

应对策略

1．答题模板

当滴入最后一滴×××标准溶液后，溶液由×××色变成×××色，或溶液×××色褪去，且半分钟内不恢复原来的颜色

2．注意问题

回答下列问题：

如何验证“净化除杂”前的溶液中含有Fe2＋：_________________________________。

应对策略

以“Cl－检验”为例

答题模板：取样→滴加××试剂→描述现象→得出结论

规范描述:取少量溶液于一洁净试管中，滴入几滴硝酸酸化的AgNO3溶液，观察到有白色沉淀生成，说明溶液中含有Cl－。

(1)根据FeCl3的熔点和挥发温度，加热单一的物质FeCl3·6H2O也产生黄色气体，则黄色气体含有挥发的FeCl3。(2)将装置b中的溶液换成NaBr溶液，若黄色气体中含有Cl2，则可以氧化Br－。

　(1)FeCl3(2)将装置b中的溶液换成NaBr溶液

(1)由于乙醇易挥发，易燃烧，为防止温度过高使挥发出的乙醇燃烧，因此提取过程中不可选用明火直接加热；根据题干中的已知信息可判断与常规的萃取相比较，采用索式提取器的优点是使用溶剂量少，可连续萃取(萃取效率高)；

(2)乙醇是有机溶剂，沸点低，因此与水相比较乙醇作为萃取剂的优点是乙醇沸点低，易浓缩；蒸馏浓缩时需要冷凝管，为防止液体残留在冷凝管中，应该选用直形冷凝管，而不需要球形冷凝管，A正确，B错误；为防止液体挥发，冷凝后得到的馏分需要有接收瓶接收馏分，而不需要烧杯，C正确，D错误，答案选AC。

(1)乙醇易挥发，易燃使用溶剂量少，可连续萃取(萃取效率高)

(2)乙醇沸点低，易浓缩AC

操作1为马上再洗涤，目的是为了洗去表面的杂质，为快速干燥，要用酒精洗涤，然后在真空干燥机内于70℃干燥2h，冷却、密封包装，故合理选项是C；真空干燥的目的防止CuCl在潮湿空气中水解氧化。

C防止CuCl在潮湿空气中水解、氧化

液柱高度保持不变

蓝紫色溶液变浅，同时有灰蓝色沉淀生成，然后沉淀逐渐溶解形成绿色溶液

淀粉溶液　溶液由蓝色变为无色，且半分钟内颜色不再改变

取少量滤液于试管中，滴加几滴酸性KMnO4溶液，溶液紫色褪去，证明溶液中含有Fe2＋