第十章 第1讲 探究型实验题
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第1讲探究型实验题
热点一探究型实验题
1.对未知产物的探究
通过化学反应原理猜测可能生成哪些物质,对这些物质逐一进行检验来确定究竟含有哪些物质。虽然探究性实验主要考查学生的探究能力,但在问题中常常包含了对实验基础知识的考查。如:
(1)常见物质分离的提纯方法:结晶法、蒸馏法、过滤法、升华法、萃取法、渗析法
等。
(2)常见气体的制备、净化、干燥、收集等方法。
(3)熟悉重点的操作:气密性检查、测量气体体积、防倒吸、防污染等。
2.物质性质的探究
(1)在探究过程中往往可以利用对比实验,即设置几组平行实验来进行对照和比较,
从而研究和揭示某种规律,解释某种现象形成的原因或证明某种反应机理。
(2)无机物、有机物性质的探究,必须在牢牢掌握元素化合物知识的基础上,大胆猜
想,细心论证。脱离元素化合物知识,独立看待实验问题是不科学的,只有灵活运用已有的元素化合物知识,才能变探究型实验为验证型实验,使复杂问题简单化。
(2012·安徽理综,28)工业上从废铅蓄电池的铅膏回收铅的过程中,可用碳酸盐溶液与处理后的铅膏(主要成分为PbSO4)发生反应:PbSO4(s)+CO2-3 (aq) PbCO3(s)+SO2-4(aq)。某课题组用PbSO4为原料模拟该过程,探究上述反应的实验条件及固体产物的成分。
(1)上述反应的平衡常数表达式:K=____________________________________。
(2)室温时,向两份相同的PbSO4样品中分别加入同体积、同浓度的Na2CO3和
NaHCO3溶液均可实现上述转化,在________溶液中PbSO4转化率较大,理由是_______________________________________________________________。
(3)查阅文献:上述反应还可能生成碱式碳酸铅[2PbCO3·Pb(OH)2],它和PbCO3受热
都易分解生成PbO。该课题组对固体产物(不考虑PbSO4)的成分提出如下假设,请你完成假设二和假设三:
假设一:全部为PbCO 3;
假设二:_____________________________________________________________; 假设三:_____________________________________________________________。 (4)为验证假设一是否成立,课题组进行如下研究。 ①定性研究:请你完成下表中内容。
图:
某同学由图中信息得出结论:假设一不成立。你是否同意该同学的结论,并简述理由:__________________________________________________________________。 解析 突破本题的难点在于溶解平衡的应用和对数据的处理。
(1)反应的平衡常数是用各反应物和生成物的浓度来表示的,固体和纯液体的浓度是一定值,不出现在表达式中,故K =c (SO 2-
4)c (CO 2-3)(或[SO 2-
4]
[CO 2-3]
)。 (2)在溶液中Na 2CO 3能完全电离生成CO 2-
3,
而NaHCO 3是弱酸的酸式盐,溶液中的HCO -
3微弱电离生成CO 2-
3,故两者同浓度时,Na 2CO 3溶液中CO 2-
3浓度大,PbSO 4
转化率较大。
(3)根据原题的描述可知,PbSO 4在转化时能生成PbCO 3,也能生成碱式碳酸铅,故所得产物有三种可能情况:一是全部为碳酸铅,二是全部为碱式碳酸铅,三是两者都有。
(4)①因为PbCO 3分解生成PbO 和CO 2,碱式碳酸铅分解生成PbO 、CO 2和H 2O ,故只要分析产物中是否有H 2O 生成就可以判断假设一是否成立。
②同意,若全部为PbCO 3时,26.7 mg 完全分解后最终固体质量应为22.3 mg(或:不同意,实验最终得到固体的质量与全部为PbCO 3时分解所得固体质量相差不大,可能是实验过程中产生的误差引起的)。 答案 (1)c (SO 2-
4)c (CO 2-3)(或[SO 2-
4][CO 2-3]
) (2)Na 2CO 3 Na 2CO 3溶液中的c (CO 2-
3)大
(3)全部为2PbCO 3·Pb(OH)2
PbCO 3和2PbCO 3·Pb(OH)2 (4)①
3或:不同意,实验最终得到固体的质量与全部为PbCO 3时分解所得固体质量相差不大,可能是实验过程中产生的误差引起的) (本题属于开放性试题,合理答案均可)
【典例2】 某同学用如图1所示的装置来探究CO 2、SO 2与澄清石灰水的反应,结果通入CO 2可以看到先浑浊后澄清的现象,但通入SO 2看不到浑浊现象。
经思考后该同学改用如图2所示的装置,将气体收集在注射器中,缓慢地将气体通入澄清石灰水中,都能看到石灰水先变浑浊再澄清的现象,且通入SO 2时产生的现象明显且快。
(1)对比分析两组实验,你认为用图1所示的装置实验时,通入SO 2不能出现浑浊的原因可能是___________________________________________________________。 (2)用图2所示的装置实验时,以相同速率通入CO 2和SO 2,SO 2产生浑浊、澄清的现象比CO 2快的原因是_________________________________________________。 (3)用图1所示的装置进行SO 2与澄清石灰水反应的实验若存在缺陷,其改进方法是(若你认为该装置没有缺陷,此空可以不填)________________________________。 解析 对比图1实验和图2实验:气体进入澄清石灰水的速率——前者快,后者慢;现象——前者是只有通入CO 2时石灰水才出现先变浑浊后澄清的现象,后者是通入SO 2时石灰水先变浑浊后澄清的速率快。由图2实验现象可知,CO 2、SO 2与石灰水反应的现象相同,仅有速率差异。根据图2实验从而想到图1实验现象不同的原因仍为反应速率问题,即SO 2溶解和与澄清石灰水反应较快,沉淀存在时间极短而不易观察。
答案 (1)SO 2在水中溶解度大且气体发生装置产生SO 2的速率快,SO 2直接与Ca(OH)2反应生成了可溶于水的酸式盐[Ca(HSO 3)2]而观察不到沉淀 (2)SO 2溶于水