關(guān)鍵能力練3科學探究與創(chuàng)新(20分鐘22分)新高考要求學生能進行實驗探究,如實觀察、記錄實驗現(xiàn)象,能根據(jù)實驗現(xiàn)象形成初步結(jié)論,從而促進學生學習方式的轉(zhuǎn)變,培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實踐能力,要求學生合理組織、調(diào)動相關(guān)知識,實施探究或?qū)嶒灥幕顒?采用嚴謹求真、實證性的邏輯思維方法發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題,并尋求有效的問題解決方案。1.(6分)(實驗探究—物質(zhì)的性質(zhì))為研究“影響金屬與鹽酸反應(yīng)劇烈程度的因素”,某興趣小組進行如下探究。(1)【提出問題】金屬與鹽酸反應(yīng)劇烈程度受哪些因素的影響?【作出假設(shè)】Ⅰ.可能與金屬本身的性質(zhì)有關(guān);Ⅱ.可能與鹽酸的濃度有關(guān);Ⅲ._可能與溫度有關(guān)(或金屬的表面積大小)_(請你填寫一個合理的猜想)。

【解析】(1)影響金屬與鹽酸反應(yīng)的劇烈程度的因素有金屬本身的性質(zhì)、鹽酸的濃度、金屬與酸的接觸面積、溫度等。(2)【實驗探究】實驗所用金屬均已用砂紙打磨。實驗①:為探究猜想Ⅰ,小李同學分別在兩支試管中放入相同質(zhì)量的鋅粒和鐵片,然后分別加入同體積、同濃度的稀鹽酸,觀察到放鋅粒的試管中立即產(chǎn)生大量氣泡,放鐵片的試管中只產(chǎn)生少量氣泡,由此得出結(jié)論,金屬活動性:Zn>Fe。你認為上述方案是否合理:__不合理_(填“合理”或“不合理”),理由是__沒有控制鋅和鐵的表面積大小相同__。

實驗②:為探究猜想Ⅱ,小劉同學利用圖甲裝置進行對照實驗,將等質(zhì)量且過量的鋅粒分別與等體積、濃度分別為5%、15%的稀鹽酸反應(yīng)。其中注射器的作用是

__測量產(chǎn)生氣體的體積_,該裝置氣密性的檢查方法是__B__(填標號)。A.打開分液漏斗活塞,拉動注射器活塞一段距離,錐形瓶的水中有氣泡產(chǎn)生,說明氣密性良好B.關(guān)閉分液漏斗活塞,推動(或拉動)注射器活塞一段距離,松手后又回到原來位置,說明氣密性良好實驗③:小劉同學還用壓強傳感器替換注射器進行數(shù)字化實驗,測得兩次實驗壓強隨時間的變化關(guān)系曲線如圖乙所示。請你根據(jù)該圖中信息寫出1條合理結(jié)論:鹽酸的濃度越大,反應(yīng)越劇烈(合理即可)_。

【解析】(2)采用控制變量的實驗,探究金屬與鹽酸反應(yīng)劇烈程度的影響因素,實驗①不合理,沒有控制鋅和鐵的表面積大小相同;實驗②中注射器可以測量產(chǎn)生的氣體的體積,實驗中記錄下相同時間內(nèi)產(chǎn)生氣體的體積或產(chǎn)生相同體積的氣體所用的時間,來比較反應(yīng)的快慢;檢查裝置氣密性時,要形成密閉裝置,再改變裝置內(nèi)的壓強,形成壓強差,即可證明氣密性良好,選B;從圖像上可看出,相同時間內(nèi),15%的鹽酸產(chǎn)生的壓強更大,即相同時間內(nèi),濃度越大,產(chǎn)生的氣體越多,可得出鹽酸的濃度越大,反應(yīng)越劇烈。2.(8分)(設(shè)計實驗—探究驗證)某學習小組擬設(shè)計實驗探究“鐵與硝酸酸化的AgNO3溶液的反應(yīng)”?！咎岢鰡栴}】向純凈鐵粉中加入2mL0.1mol·L-1硝酸酸化的AgNO3溶液(pH≈2),振蕩,靜置,觀察到溶液呈淺綠色,逐漸變成棕黃色,并伴有黑色沉淀生成。由此說明反應(yīng)過程中先生成Fe2+,后Fe2+被氧化成Fe3+。氧化Fe、Fe2+的氧化劑是什么?【設(shè)計實驗】實驗Ⅰ.探究Fe2+的來源提出假設(shè)假設(shè)1:Fe被酸性條件下的NO3-假設(shè)2:__________?__________;

假設(shè)3:鐵被AgNO3和“H++NO3-對照實驗:取兩支試管,標記甲、乙,分別加入等量純鐵粉,甲中加入2mL0.1mol·L-1AgNO3溶液;乙中加入2mL硝酸酸化的NaNO3溶液(pH≈2)。一段時間后,向試劑中滴加K3[Fe(CN)6]溶液,實驗現(xiàn)象如下:試劑溶液顏色加入鐵氰化鉀溶液甲無色溶液橙紅色沉淀,未觀察到藍色沉淀乙綠色藍色沉淀(1)假設(shè)2:______________________(補充完整)。

(2)甲中產(chǎn)生的“橙紅色沉淀”是一種銀鹽,它的化學式可能是________________________________________。

(3)根據(jù)上述實驗可得出結(jié)論:常溫下Fe和AgNO3溶液反應(yīng)極慢,Fe2+來自____________________(用離子方程式表示)。已知乙中藍色沉淀含有K+,寫出產(chǎn)生藍色沉淀的離子方程式為____________________。

實驗Ⅱ.探究Fe3+的來源對照實驗:取兩支試管標記為丙、丁,分別加入2mL0.1mol·L-1新制的FeSO4溶液,再在丙試管滴加10滴0.1mol·L-1AgNO3溶液;在丁試管中滴加10滴硝酸酸化的0.1mol·L-1NaNO3溶液(pH≈2)。充分反應(yīng)后,向上層清液中滴加KSCN溶液,實驗現(xiàn)象如下:試劑溶液顏色加入硫氰化鉀溶液丙黃色,伴有少量黑色顆粒深紅色溶液,伴有白色沉淀丁淺綠色極淺紅色(4)丙中產(chǎn)生的黑色顆粒是________。

(5)如果在AgNO3溶液中滴加KSCN溶液會產(chǎn)生丙中部分現(xiàn)象,由此推知丙中白色沉淀是________(填化學式)。

(6)實驗結(jié)論:鐵粉和0.1mol·L-1硝酸酸化的AgNO3溶液(pH≈2)反應(yīng)的實質(zhì)是____________________。

【解析】(1)可能是AgNO3氧化Fe粉生成Fe2+,所以假設(shè)2:Fe被AgNO3氧化。(2)[Fe(CN)6]3-與Ag+結(jié)合得到Ag3[Fe(CN)6]。(3)根據(jù)實驗現(xiàn)象可知Fe2+主要由“H++NO3-”氧化Fe生成,反應(yīng)離子方程式為3Fe+2NO3-+8H+===3Fe2++2NO↑+4H2O;KFe[Fe(CN)6]是藍色沉淀,產(chǎn)生藍色沉淀的離子方程式為K++Fe2++[Fe(CN)6]3-===KFe[Fe(CN(4)根據(jù)實驗現(xiàn)象知Ag+氧化Fe2+生成Fe3+,離子方程式為Fe2++Ag+===Ag↓+Fe3+,黑色顆粒是銀。(5)在AgNO3溶液中滴加KSCN溶液會產(chǎn)生丙中部分現(xiàn)象,溶液顯深紅色應(yīng)是Fe3+和SCN-反應(yīng)的結(jié)果,則該部分現(xiàn)象應(yīng)是“伴有白色沉淀”,白色沉淀是AgSCN。(6)根據(jù)實驗現(xiàn)象知,鐵粉與硝酸酸化的AgNO3溶液反應(yīng),HNO3先氧化鐵粉生成Fe2+,Fe2+被Ag+氧化生成Fe3+,本身被還原成銀。答案:(1)Fe被AgNO3氧化(2)Ag3[Fe(CN)6](3)3Fe+2NO3-+8H+===3Fe2++2NO↑+4HK++Fe2++[Fe(CN)6]3-===KFe[Fe(CN)6]↓(4)銀(或Ag)(5)AgSCN(6)硝酸氧化Fe,Ag+氧化Fe2+3.(8分)(實驗探究—物質(zhì)性質(zhì)型)某小組探究Cu與Fe3+的反應(yīng),進行如下實驗。已知:[CuCl3]2-(無色)CuCl↓(白色)+2Cl-、[CuCl3]2-+SCN-CuSCN↓(白色)+3Cl-項目試劑x實驗現(xiàn)象Ⅰ5mL0.05mol·L-1Fe2(SO4)3溶液(pH=2)溶液變?yōu)闇\藍色,30min時,銅粉有較多剩余Ⅱ5mL0.1mol·L-1FeCl3溶液(pH=2)溶液變?yōu)樗{色,30min時,銅粉完全溶解(1)Ⅰ、Ⅱ中,反應(yīng)后的溶液均變?yōu)樗{色,推測有Cu2+生成。分別取少量反應(yīng)后的溶液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,均產(chǎn)生藍色沉淀。Ⅰ中反應(yīng)的離子方程式是_______________________________________________。

(2)30min內(nèi),Cu被氧化的反應(yīng)速率:Ⅰ________(填“>”“<”或“=”)Ⅱ。

(3)研究Ⅱ的反應(yīng)過程,設(shè)計下列裝置進行實驗。不同時間取左側(cè)燒杯中的溶液,滴加KSCN溶液,取樣時間與實驗現(xiàn)象如下(不考慮O2的作用)。序號?、ⅱ＂と訒r間/min1103040現(xiàn)象產(chǎn)生白色沉淀產(chǎn)生白色沉淀,較1min時量多產(chǎn)生白色沉淀,較10min時量少無白色沉淀產(chǎn)生經(jīng)檢驗,白色沉淀為CuSCN。ⅰ~ⅳ中,分別取右側(cè)燒杯中的溶液,滴加KSCN溶液,溶液紅色依次變淺。①NaCl溶液的濃度是________mol·L-1。

②根據(jù)ⅰ、ⅱ中“產(chǎn)生白色沉淀”“溶液紅色變淺”,推測Cu轉(zhuǎn)化為[CuCl3]2-,Cu與FeCl3溶液反應(yīng)的離子方程式是_______________________。

③由ⅲ、ⅳ可知,30min后主要反應(yīng)的離子方程式是_______________________。

(4)對比Ⅰ和Ⅱ,結(jié)合ⅰ~ⅳ,Cl-在Cu與Fe3+反應(yīng)中的作用是__________________。

(5)研究Cl-的濃度對銅粉溶解的影響,進行以下實驗:試管中加入5mL0.05mol·L-1Fe2(SO4)3和0.1mol·L-1NaCl的混合溶液。充分反應(yīng)后,銅粉有少量剩余,溶液變?yōu)樗{色,有少量白色沉淀,經(jīng)檢驗白色沉淀是CuCl。則銅粉未完全溶解的原因是_______________________。

【解析】(1)Ⅰ中,將Fe2(SO4)3溶液加到不足量的銅粉中,充分振蕩,溶液變?yōu)闇\藍色,證明發(fā)生Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+。(2)30min內(nèi),Ⅱ中溶液變?yōu)樗{色,銅粉完全溶解,反應(yīng)速率快,Cu被氧化的反應(yīng)速率:Ⅰ<Ⅱ。(3)經(jīng)檢驗,白色沉淀為CuSCN。ⅰ~ⅳ中,分別取右側(cè)燒杯中的溶液,滴加KSCN溶液,溶液紅色依次變淺,說明c(Fe3+)越來越小。①控制左側(cè)c(Cl-)與右側(cè)相同,NaCl溶液的濃度是0.3mol·L-1。②根據(jù)ⅰ、ⅱ中“產(chǎn)生白色沉淀”“溶液紅色變淺”,推測Cu轉(zhuǎn)化為[CuCl3]2-,Cu與FeCl3溶液反應(yīng)的離子方程式是Cu+Fe3++3Cl-===[CuCl3]2-+Fe2+。③由ⅲ、ⅳ知,30min后+1價銅被氧化為Cu2+,主要反應(yīng)的離子方程式是[CuCl3]2-+Fe3+===Cu2++Fe2++3Cl-。(4)對比Ⅰ和Ⅱ,結(jié)合ⅰ~ⅳ,Cl-在Cu與Fe3+反應(yīng)中的作用是作催化劑。(5)研究Cl-的濃度對銅粉溶解的影響,銅粉未完全溶解的原因是c(Cl-)小,反應(yīng)會生成CuCl,CuCl覆蓋在銅粉表面,阻止反應(yīng)繼續(xù)進行。答案:(1)Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+(2)<(3)①0.3②Cu+Fe3++3Cl-===[CuCl3]2-+Fe2+③[CuCl3]2-+Fe3+===Cu2++Fe2++3Cl-(4)作催化劑(5)c(Cl-)小,反應(yīng)會生成CuCl,CuCl覆蓋在銅粉表面,阻止反應(yīng)繼續(xù)進行【加固訓練】(實驗探究—物質(zhì)性質(zhì)型)某小組同學探究FeCl3溶液與Na2SO3溶液發(fā)生反應(yīng)的類型。假設(shè)ⅰ:僅發(fā)生相互促進的水解反應(yīng)2Fe3++3SO32-+6H2O2Fe(OH)3(膠體)+3H2SO假設(shè)ⅱ:僅發(fā)生氧化還原反應(yīng);假設(shè)ⅲ:同時發(fā)生相互促進的水解反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)?！緦嶒炋骄俊?0.00mL0.10mol·L-1FeCl3溶液與10.00mL0.10mol·L-1Na2SO3溶液反應(yīng)20min。(1)該小組同學通過_丁達爾效應(yīng)_證明了反應(yīng)后的溶液中存在Fe(OH)3膠體。

【解析】(1)通過丁達爾效應(yīng)可以驗證溶液中存在膠體。(2)假設(shè)ⅱ中發(fā)生氧化還原反應(yīng)的離子方程式是_2Fe3++SO32-+H2O===2Fe2++SO42-可向反應(yīng)后的溶液中滴加__BD__(填字母)證明發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。

A.NaOH溶液B.K3[Fe(CN)6]溶液C.酸性KMnO4溶液D.鹽酸酸化的BaCl2溶液【解析】(2)SO32-被Fe3+氧化為SO42-,離子方程式是2Fe3++SO32SO42-+2H+。若反應(yīng)后的溶液中存在Fe2+或SO42-,則證明發(fā)生了氧化還原反應(yīng),Fe3+、Fe2+都能與NaOH溶液反應(yīng)生成沉淀,且Fe(OH)3是紅褐色沉淀,無法證明Fe2+的存在,A錯誤;K3[Fe(CN)6]溶液能與Fe2+形成藍色沉淀,B正確;酸性KMnO4溶液能氧化SO32-,無法證明Fe2+的存在,C錯誤;鹽酸酸化的BaCl2溶液可以排除S【實驗結(jié)論】(3)定量實驗進一步證明假設(shè)ⅱ成立。該小組同學設(shè)計如下實驗,測定Na2SO3的氧化百分率。向20.00mL0.10mol·L-1FeCl3溶液與10.00mL0.10mol·L-1Na2SO3溶液反應(yīng)20min后的溶液中,先加入10.00mL0.10mol·L-1碘溶液充分反應(yīng),再用0.10mol·L-1Na2S2O3標準液滴定剩余的碘(已知:I2+2S2O32-===2I-+S4①滴定實驗使用的指示劑是_淀粉溶液_。

②I2能與指示劑結(jié)合,但解離較慢,導致終點滯后。因此,實驗時加指示劑的適宜時機是__臨近滴定終點(答案合理即可)__。

③多次平行實驗,消耗Na2S2O3標準液的平均體積是18.30mL,則Na2SO3的氧化百分率是__91.5%__。

若在滴定過程中有少量Na2S2O3標準液遇酸分解,則實驗測定Na2SO3的氧化百分率_偏大_(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。

【解析】(3)①滴定剩余的碘用淀粉溶液作指示劑。②I2能與指示劑結(jié)合,但解離較慢,導致終點滯后,因此臨近滴定終點時再滴加指示劑,防止終點滯后。③多次平行實驗,消耗Na2S2O3標準液的平均體積是18.30mL,根據(jù)I2+2S2O32-===2I-+S4O62-,可知剩余的n(I2)=12