突破10突破实验综合题
探究类实验
限时：45分钟
1.(全国卷I节选）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)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____________作为电解质。
(2)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________电极溶液中。
(3)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02mol·L1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2+)=________。
(4)根据(2)、(3)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为_______，铁电极的电极反应式为_______。因此，验证了Fe2+氧化性小于________，还原性小于________。
(5)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。检验活化反应完成方法是_______。
2.(长望浏宁四县市联考）甲同学向做过银镜反应的试管滴加0.1mol/L的Fe(NO3)3溶液（pH=2），发现银镜部分溶解，和大家一起分析原因：
甲同学认为：Fe3+具有氧化性,能够溶解单质Ag。
乙同学认为：Fe(NO3)3溶液显酸性，该条件下NO3也能氧化单质Ag。
丙同学认为：Fe3+和NO3均能把Ag氧化而溶解。
（1）生成银镜反应过程中银氨溶液发生（氧化、还原）反应。
（2）为得出正确结论，只需设计两个实验验证即可。
实验Ⅰ：向溶解了银镜的Fe(NO3)3的溶液中加入（填序号，①KSCN溶液、②K3[Fe(CN)6]溶液、③稀HCl），现象为，证明甲的结论正确。
实验Ⅱ：向附有银镜的试管中加入溶液，观察银镜是否溶解。
两个实验结果证明了丙同学的结论。
（3）丙同学又把5mLFeSO4溶液分成两份：第一份滴加2滴KSCN溶液无变化；第二份加入1mL0.1mol/LAgNO3溶液，出现白色沉淀，随后有黑色固体产生（经验证黑色固体为Ag颗粒），再取上层溶液滴加KSCN溶液变红。根据上述的实验情况，用离子方程式表示Fe3+、Fe2+、Ag+、Ag之间的反应关系。
（4）丁同学改用下图实验装置做进一步探究：
①K刚闭合时，指针向左偏转，此时石墨作，（填“正极”或“负极”）。此过程氧化性：Fe3+Ag+（填“”或“”）。
②当指针归零后，向右烧杯中滴加几滴饱和AgNO3溶液，指针向右偏转。此过程氧化性：Fe3+Ag+（填“”或“”）。
③由上述①②实验，得出的结论是：。
ⅱ.(SCN)2的性质与卤素单质相似
ⅲ.CuSCN溶于稀硝酸，发生反应CuSCN＋HNO3―→CuSO4＋N2↑＋CO2↑＋H2O(未配平)
(1)依据现象ⅰ可预测该反应的离子方程式为________________________________。
(2)该小组同学查阅资料认为现象ⅱ中的白色沉淀可能为CuSCN，设计实验进行验证。
实验Ⅱ：取少量实验Ⅰ中的白色沉淀于试管中__________________________________
(补充所加试剂及实验现象)，证明该白色沉淀为CuSCN。
(3)该小组同学继续探究白色沉淀的成因，进行如下实验。
实验Ⅲ：
在实验Ⅲ中：
①写出现象ⅰ中生成白色沉淀的离子方程式：________________________________。
②试剂A为____________。
③根据现象ⅲ结合化学用语及必要的文字解释Fe2＋能加快沉淀生成的原因：
________________________________________________________________________。
(4)有同学认为实验Ⅲ不能充分证明其结论，并补充实验Ⅳ：
取2mL0.1mol·L－1Fe2(SO4)3溶液，滴加3滴0.1mol·L－1KSCN溶液后，溶液变红，然后滴加2mL0.1mol·L－1CuSO4溶液于试管中，________________(补充实验现象)，说明白色沉淀不是由Fe3＋与SCN－反应生成，且Fe3＋不能加快CuSCN的生成。
(5)改变实验Ⅰ中铜的用量，设计实验Ⅴ：
该小组同学认为实验Ⅴ中现象ⅱ红色褪去与平衡移动有关，解释为___________________________________。
4.某实验小组的同学将光亮的镁条放入盛有适量滴有酚酞的饱和碳酸氢钠溶液的试管中，观察到迅速反应，产生大量气泡和白色不溶物，溶液由浅红色变为红色。将实验中收集到的气体点燃，能安静燃烧、产生淡蓝色火焰，可知气体成分为H2。该小组同学对反应中产生的白色不溶物进行如下猜测：
甲同学认为白色不溶物可能为Mg(OH)2；
乙同学认为白色不溶物可能为MgCO3；
丙同学认为白色不溶物可能是碱式碳酸镁[xMgCO3·yMg(OH)2]。
Ⅰ.请用图甲所示装置，选择必要的试剂，定性探究生成物的成分。
(1)装置B中试剂的化学式是____________，装置C中试剂名称是____________。
(2)能证明乙同学观点正确的实验现象是__________________。
Ⅱ.为进一步确定实验得到的固体产物的成分，可通过图乙所示装置的连接，进行定量分析来测定其组成。
(3)装置的连接顺序是____________________________________________________。
(4)装置C中碱石灰的作用是______________________________________________，
实验开始时和实验结束时都要通入处理过的过量的空气，其作用分别是：________________、____________________。
(5)充分加热实验中所得干燥、纯净的白色不溶物22.6g至不再产生气体为止，并使分解产生的气体全部通入装置B和D中。实验后装置B增重1.8g，装置D增重8.8g，试确定白色不溶物的化学式：____________________________________________________________。
(6)请结合化学用语和化学平衡移动原理解释Mg和饱和NaHCO3溶液反应产生大量气泡和白色不溶物的原因：__________________________________________________________________。
5.某小组设计实验探究重铬酸铵[(NH4)2Cr2O7]的部分性质：资料显示：
①(NH4)2Cr2O7呈橙红色，Cr2O3呈绿色，Cr3+呈绿色。
②Mg3N2遇水蒸气剧烈反应生成NH3。
(1)探究重铬酸铵分解产物是否有NH3(装置如图1所示)。
①气流从左至右，装置连接顺序D、________________________________。
②点燃E处酒精灯之前，先通入一段时间CO2，其目的是_______________能证明有水生成的实验现象是_________________。
③能说明D中分解反应已发生的实验依据是_______________。
④设计实验证明重铬酸铵分解生成了N2：取反应后E中残留固体于试管，滴加蒸馏水，____。
(3)探究(NH4)2Cr2O7的氧化性(按如图2装置进行实验)。为了探究(NH4)2Cr2O7与Na2S反应的氧化产物是否是SO42-，设计如下方案。连接K，观察到左烧杯中溶液由橙色逐渐变成绿色，电流计指针有明显偏转。实验完毕后，向右烧杯滴加BaCl2溶液，产生白色沉淀。
图2中负极的电极反应式为________________________(不考虑后续反应)。
1.
(1)KCl(2)石墨(3)0.09mol/L(4)Fe3++e-=Fe2+Fe-2e-=Fe2+Fe3+Fe
(5)取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反应完成
(1)Fe2+、Fe3+能与HCO3-反应，Ca2+能与SO42-反应，FeSO4、Fe2(SO4)3都属于强酸弱碱盐，水溶液呈酸性，酸性条件下NO3-能与Fe2+反应，根据题意“盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应”，盐桥中阴离子不可以选择HCO3-、NO3-，阳离子不可以选择Ca2+，另盐桥中阴、阳离子的迁移率（u∞）应尽可能地相近，根据表中数据，盐桥中应选择KCl作为电解质，故答案为：KCl。
(2)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极，则铁电极为负极，石墨电极为正极，盐桥中阳离子向正极移动，则盐桥中的阳离子进入石墨电极溶液中，故答案为：石墨。
(3)根据(3)的分析，铁电极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，石墨电极上未见Fe析出，石墨电极的电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe2+）增加了0.02mol/L，根据得失电子守恒，石墨电极溶液中c（Fe2+）增加0.04mol/L，石墨电极溶液中c（Fe2+）=0.05mol/L+0.04mol/L=0.09mol/L，故答案为：0.09mol/L。
(4)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+；电池总反应为Fe+2Fe3+=3Fe2+，根据同一反应中，氧化剂的氧化性强于氧化产物、还原剂的还原性强于还原产物，则验证了Fe2+氧化性小于Fe3+，还原性小于Fe，故答案为：Fe3++e-=Fe2+，Fe-2e-=Fe2+，Fe3+，Fe。
(5)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，发生的反应为Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4，要检验活化反应完成，只要检验溶液中不含Fe3+即可，检验活化反应完成的方法是：取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反应完成，故答案为：取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不变红，说明活化反应完成。
2.
（1）：银氨溶液变成银单质，被还原，发生还原反应；（2）：证明铁离子氧化银单质，只需要检验是否生成亚铁离子即可，可用K3[Fe(CN)6]溶液，现象为：产生蓝色沉淀；若证明酸性条件下硝酸根离子氧化银单质，则应该排除铁离子的干扰，同时要注意控制一个变量的思想，保持PH，硝酸根离子浓度和原试剂一致，故可选用pH=20.3mol/LKNO3或NaNO3溶液；（3）：结合（3）中的现象和（2）中的结论，可知铁离子和银单质的反应为可逆反应；（4）:刚开始为铁离子和银单质反应，铁离子做氧化剂，故左侧石墨电极为正极，铁离子氧化性大于银离子；指针为零时达到平衡，滴加饱和硝酸银溶液，平衡逆向移动，此时银离子做氧化剂，铁离子为氧化产物，故说明银离子氧化性大于铁离子；结合上述实验可得出结论：物质的氧化性与浓度有关，浓度的改变可导致平衡移动。
3.
(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)滴加稀硝酸，白色沉淀逐渐溶解，溶液变蓝并产生无色无味气体
(3)①2Cu2＋＋4SCN－===2CuSCN↓＋(SCN)2②2mL0.2mol·L－1FeSO4溶液
③2Fe2＋＋(SCN)2===2Fe3＋＋2SCN－，消耗了(SCN)2，促进平衡向生成白色沉淀方向移动
(4)缓慢生成白色沉淀
(5)Cu2＋和SCN－反应生成白色沉淀，c(SCN－)减小，促进平衡Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3向左移动
(1)根据“浅蓝绿色溶液”“白色沉淀”，可以判断铜被铁离子氧化成铜离子，离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。(2)利用信息ⅲ，如果白色沉淀是CuSCN，则它溶于稀硝酸生成硫酸铜并产生无色无味气体。(3)①根据信息ⅱ，(SCN)2具有类似卤素的性质，暗示SCN－具有还原性，(SCN)2具有氧化性。KSCN与CuSO4反应较慢，发生反应2Cu2＋＋4SCN－===2CuSCN↓＋(SCN)2。②探究Fe2＋对实验影响，必须设计对照实验，即探究KSCN与FeSO4反应是否显色，所以试剂A为2mL0.2mol·L－1硫酸亚铁溶液，排除了亚铁离子的干扰。③Fe2＋、Cu2＋与SCN－反应，抓住“瞬间”“局部溶液变红”“振荡后红色褪去”等关键信息，由此暗示：Fe2＋＋(SCN)2===2Fe3＋＋2SCN－，消耗了(SCN)2，促进生成白色沉淀。(4)分析(3)中实验，发现促进白色沉淀生成，也可能是硫酸亚铁生成的铁离子，需要证明铁离子是否能生成白色沉淀，是否能促进铜离子与硫氰根离子反应。由实验结论逆推实验现象：缓慢生成白色沉淀。说明两点：一是Cu2＋与SCN－生成白色沉淀；二是Fe3＋不能促进生成CuSCN。(5)铜量不足时，2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋，清液中含有Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋，向清液中加入KSCN溶液，发生有关反应：Fe3＋＋3SCN－≒Fe(SCN)3(溶液变为红色)，4SCN－＋2Cu2＋===2CuSCN↓＋(SCN)2(立即出现白色沉淀)，振荡促进反应Fe2＋＋(SCN)2===2Fe3＋＋2SCN－，生成的SCN－继续与Cu2＋结合生成沉淀，使c(SCN－)减小，促进平衡Fe3＋＋3SCN－≒Fe(SCN)3向左移动，也说明生成白色沉淀的平衡常数大于显色反应(络合反应)的平衡常数，导致优先发生沉淀反应。
4.
(1)CuSO4 澄清石灰水
(2)C中出现白色浑浊，B中白色固体不变蓝色
(3)CABDE
(4)防止空气中的水蒸气和CO2等气体进入装置而影响实验结果 驱除装置中原有的空气 将反应产生的气体全部赶入B、D中充分吸收
(5)2MgCO3·Mg(OH)2[或Mg3(OH)2(CO3)2]
(6)饱和碳酸氢钠溶液中存在平衡HCO3-≒H＋＋CO32-、H2O≒H＋＋OH－，Mg和H＋反应生成H2和Mg2＋：2H＋＋Mg===Mg2＋＋H2↑，Mg2＋与OH－、CO结合成2MgCO3·Mg(OH)2，CO、H＋和OH－的浓度均降低，促使两个平衡均正向移动，故产生大量气泡和白色不溶物
(1)Mg(OH)2加热分解得到氧化镁和水，MgCO3加热分解得到氧化镁和二氧化碳，若有氢氧化镁可用无水硫酸铜检验分解产生的水蒸气；若有碳酸镁，可用澄清的石灰水检验产生的二氧化碳，所以B装置中的试剂是无水硫酸铜，C装置中的试剂是澄清石灰水。
(2)乙同学认为白色不溶物可能为MgCO3，MgCO3加热分解得到氧化镁和二氧化碳，所以能证明乙同学观点正确的实验现象是澄清石灰水变浑浊，无水硫酸铜不变蓝。
(3)装置B吸收水，装置D用于吸收CO2，但也可能吸收水，故装置B在D之前，为保证实验结果准确，不能让空气中的CO2和H2O进入装置，且要保证生成的气体被全部吸收，故装置的连接顺序CABDE。
(4)装置C中碱石灰的作用是吸收空气中的CO2和H2O，防止对实验产生干扰；实验开始时和实验结束时都要通入处理过的过量的空气，其作用分别是开始时可以将装置中原有含水蒸气和CO2的空气排出以防止影响实验结果；结束时可以将装置中滞留的水蒸气和CO2赶入B、D装置充分吸收。
(5)D中碱石灰质量的增重8.8g就是生成的二氧化碳的质量，其物质的量为0.2mol，所以碳酸镁的物质的量为0.2mol，质量为16.8g；B增重的1.8g即为生成水的质量，其物质的量为0.1mol，则Mg(OH)2的物质的量为0.1mol，Mg(OH)2的质量为5.8g，所以碳酸镁和氢氧化镁质量共22.6g。碳酸镁和氢氧化镁的物质的量之比为0.2mol∶0.1mol＝2∶1，白色不溶物的化学式为Mg3(OH)2(CO3)2或2MgCO3·Mg(OH)2。
5.
（1）防倒吸(NH4)2Cr2O7分解不产生NH3
（2）F、C、E、C排尽装置内空气，避免空气中N2、O2与Mg反应F中白色粉末变蓝色D装置橙红色粉末变成绿色粉末用镊子夹一块湿润的红色石蕊试纸置于试管口上方，若试纸变蓝色
（3）S2+8OH－8e=SO+4H2O
(1)根据实验目的：产物是否有NH3，装置图中通过NH3溶于水，生成NH3·H2O，NH3·H2O为碱，能使酚酞变红，但NH3极易溶于水，能引起倒吸，因此干燥管的作用是防止倒吸；实验中，没有观察到B中颜色发生变化，说明没有NH3的产生；答案：防倒吸；(NH4)2Cr2O7分解不产生NH3；(2)①实验目的是探究(NH4)2Cr2O7N2↑+Cr2O3+4H2O的真实性，根据所给装置图，以及Mg3N2能与水反应，因此N2与Mg反应时需要干燥N2，空气中含有水蒸气，还要防止空气中水蒸气进入E中，连接顺序是D→F→C→E→C；答案：F、C、E、C；②利用镁与N2反应生成氮化镁证明有氨气的存在，空气中有氮气和氧气，能与金属Mg反应，因此点燃E处酒精灯中之前，先通一段时间CO2的目的：排尽装置内空气，避免空气中N2、O2与Mg反应；验证水的存在，通常用无水硫酸铜，白色变为蓝色，说明有水生成；答案：排尽装置内空气，避免空气中N2、O2与Mg反应；F中白色粉末变蓝色；③根据信息①，(NH4)2Cr2O7呈橙红色，Cr2O3呈绿色，如果D装置橙红色粉末变成绿色粉末或者F装置无色变为蓝色，可以说明D中分解反应已发生；答案：D装置橙红色粉末变成绿色粉末；④Mg3N2能与水反应生成Mg(OH)2和NH3，然后用湿润的红色石蕊试纸检验氨气，如果试纸变蓝，说明氨气生成，可以证明重铬酸铵分解生成了N2，操作是：取反应后E中残留固体于试管，滴加蒸馏水，用镊子夹一块湿润的红色石蕊试纸置于试管口上方，若试纸变蓝色，证明重铬酸铵分解生成了N2；答案：用镊子夹一块湿润的红色石蕊试纸置于试管口上方，若试纸变蓝色；(3)左烧杯中溶液由橙色变为绿色，+6价Cr转化成+3价Cr，说明发生了氧化还原反应，实验完毕后，向右烧杯滴加BaCl2溶液，产生白色沉淀，该白色沉淀为BaSO4，S的化合价升高，即右端电极为负极，负极反应式为S2+8OH－8e=SO42-+4H2O；答案：S2+8OH－8e=SO+4H2O。
