2025年上學期高二化學探究性問題集錦（一）一、物質結構與性質探究問題1：基于元素周期律的陌生物質性質預測背景：第119號元素Uue（類鈁）尚未被正式發(fā)現，但其在元素周期表中的位置已被理論預測。探究任務：（1）根據元素周期律推測Uue單質與水反應的劇烈程度，并寫出化學方程式；（2）設計實驗驗證Uue氫氧化物的堿性強弱（提示：可類比同主族元素化合物性質遞變規(guī)律）；（3）分析Uue在化合物中可能呈現的化合價，解釋其與同周期元素的差異。分析要點：同主族元素從上到下金屬性增強，與水反應劇烈程度遞增（如Cs與水爆炸式反應）；氫氧化物堿性強弱可通過pH測定、與鹽溶液反應生成沉淀的溶解度等實驗驗證；第七周期元素可能存在"惰性電子對效應"，需考慮6d軌道與7s軌道的能量差異對化合價的影響。問題2：配合物結構對顯色反應的影響實驗情境：向FeCl?溶液中滴加KSCN溶液顯血紅色，再加入NaF溶液后紅色褪去，生成無色的[FeF?]3?。探究任務：（1）畫出[Fe(SCN)?]3?和[FeF?]3?的空間構型，指出中心離子的雜化方式；（2）通過對比實驗證明配合物穩(wěn)定性差異（提示：改變溶液pH或加入其他配位劑）；（3）解釋為何SCN?與Fe3?的配位能力強于F?，但F?能取代SCN?形成更穩(wěn)定的配合物。分析要點：Fe3?為3d?構型，與SCN?形成內軌型配合物（d2sp3雜化），與F?形成外軌型配合物（sp3d2雜化）；可通過測定不同配位數配合物的穩(wěn)定常數（K穩(wěn)）或電導率變化驗證穩(wěn)定性；配位原子電負性（F>N）與d軌道分裂能（Δ?）的關系影響配合物穩(wěn)定性。二、化學反應原理探究問題3：影響化學反應速率的多因素分析實驗設計：以H?O?分解反應（2H?O?=2H?O+O?↑）為研究對象，提供MnO?、FeCl?、CuSO?三種催化劑及不同濃度的H?O?溶液。探究任務：（1）設計四組對照實驗，分別探究催化劑種類、濃度、溫度、pH對反應速率的影響；（2）用排水法收集30s內生成的O?體積，繪制速率-時間曲線，分析曲線斜率變化的原因；（3）對比不同催化劑的催化效率，計算活化能（提示：使用阿倫尼烏斯方程）。分析要點：催化劑通過降低活化能加快反應速率，但不改變平衡常數；濃度升高使單位體積內活化分子數增加，但反應后期因反應物消耗速率下降；溫度對速率的影響需考慮溫度升高導致的H?O?分解副反應。問題4：沉淀溶解平衡的移動與應用實際問題：工業(yè)廢水中含CrO?2?（有毒），需轉化為Cr(OH)?沉淀除去。已知Ksp[Cr(OH)?]=6.3×10?31，Ksp[BaCrO?]=1.2×10?1?。探究任務：（1）計算Cr3?完全沉淀（濃度≤10??mol/L）時的pH范圍；（2）設計方案：先加入BaCl?溶液生成BaCrO?沉淀，再用稀鹽酸溶解回收Cr3?，寫出離子方程式并解釋原理；（3）若廢水中同時含SO?2?，如何避免BaSO?沉淀對BaCrO?測定的干擾？分析要點：沉淀完全時c(OH?)=3√(Ksp/c(Cr3?))，需控制pH>5.6；BaCrO?在酸性條件下溶解：2BaCrO?+2H?=2Ba2?+Cr?O?2?+H?O，再用還原劑將Cr?O?2?還原為Cr3?；利用BaCrO?與BaSO?的Ksp差異，通過控制Cl?濃度形成AgCl沉淀分離SO?2?。三、元素化合物性質探究問題5：鋁及其化合物的兩性探究實驗試劑：Al片、AlCl?溶液、NaAlO?溶液、稀鹽酸、NaOH溶液、氨水。探究任務：（1）設計實驗證明Al(OH)?的兩性，比較Al(OH)?與氨水反應和與NaOH反應的差異；（2）向AlCl?溶液中滴加NaOH溶液至過量，繪制沉淀量-體積曲線，寫出各階段離子方程式；（3）用pH傳感器監(jiān)測AlCl?溶液中逐滴加入NaAlO?溶液的pH變化，解釋"雙水解"現象。分析要點：Al(OH)?只能溶于強酸強堿，與氨水反應生成NH?AlO?（可溶性配合物）；沉淀曲線分三階段：Al3?+3OH?=Al(OH)?↓、Al(OH)?+OH?=AlO??+2H?O；Al3?與AlO??雙水解的離子方程式：Al3?+3AlO??+6H?O=4Al(OH)?↓，pH變化呈現先升后降趨勢。問題6：Fe2?與Fe3?的相互轉化及檢驗實驗情境：提供FeSO?溶液、FeCl?溶液、KSCN溶液、H?O?溶液、KI溶液、淀粉溶液等試劑。探究任務：（1）設計實驗驗證Fe2?的還原性（如與酸性KMnO?反應）和Fe3?的氧化性（如與Cu反應）；（2）用兩種方法鑒別Fe2?和Fe3?，比較靈敏度差異（提示：鄰二氮菲比色法與KSCN顯色法）；（3）探究溶液pH對Fe2?氧化速率的影響，解釋為何在酸性條件下Fe2?更穩(wěn)定。分析要點：Fe2?在酸性條件下被MnO??氧化為Fe3?（5Fe2?+MnO??+8H?=5Fe3?+Mn2?+4H?O）；鄰二氮菲與Fe2?形成橙紅色配合物（ε=1.1×10?L·mol?1·cm?1），靈敏度高于KSCN法；Fe2?在中性條件下易發(fā)生水解：4Fe2?+O?+2H?O+8OH?=4Fe(OH)?↓，酸性條件抑制水解。四、化學與生活、環(huán)境探究問題7：水體中溶解氧（DO）的測定與影響因素實驗方法：采用碘量法測定水樣中DO：①MnSO?+2NaOH=Mn(OH)?↓（白色）；②2Mn(OH)?+O?=2MnO(OH)?（棕色）；③MnO(OH)?+2I?+4H?=Mn2?+I?+3H?O；④I?+2S?O?2?=2I?+S?O?2?。探究任務：（1）測定自來水、池塘水、工業(yè)廢水的DO值，計算溶解氧飽和度（已知25℃時DO飽和值為8.28mg/L）；（2）探究溫度、藻類生長、有機物污染對DO的影響，設計對比實驗方案；（3）分析DO值與水體富營養(yǎng)化的關系，提出改善水體質量的建議。分析要點：DO測定誤差主要來源于水樣采集時的攪動（需用虹吸法避免氣泡）和還原性物質干擾（需加入疊氮化鈉消除NO??影響）；溫度升高DO溶解度降低，藻類光合作用可使DO過飽和（>100%），有機物分解消耗DO導致"黑臭水體"；可通過曝氣增氧、投放微生物菌劑等方法提高DO值。問題8：食品添加劑中防腐劑的含量測定實驗背景：山梨酸鉀（C?H?KO?）是常用食品防腐劑，可通過酸堿滴定法測定其含量（pKa=4.76）。探究任務：（1）用0.1mol/LNaOH標準溶液滴定山梨酸鉀溶液，選擇合適的指示劑（甲基橙/酚酞）并說明理由；（2）測定某飲料中山梨酸鉀含量（國標限值：0.075g/kg），計算滴定終點誤差；（3）比較山梨酸鉀與苯甲酸鈉的防腐效果，分析為何在酸性食品中山梨酸鉀更優(yōu)。分析要點：山梨酸為弱酸，滴定終點溶液呈堿性（pH≈8.5），應選酚酞作指示劑（變色范圍8.2-10.0）；終點誤差計算需考慮CO?對NaOH標準溶液的影響（需用煮沸冷卻的蒸餾水配制溶液）；山梨酸鉀在pH<5時未解離度高，抑菌效果是苯甲酸鈉的3倍，且熱穩(wěn)定性更好（分解溫度>270℃）。五、實驗設計與評價問題9：乙酸乙酯制備實驗的優(yōu)化傳統(tǒng)方案：乙醇與乙酸在濃H?SO?催化下加熱回流（CH?COOH+C?H?OH?CH?COOC?H?+H?O）。探究任務：（1）指出傳統(tǒng)裝置的缺陷（如原料利用率低、副反應多），設計改進方案（如使用分水器、固體酸催化劑）；（2）通過正交實驗法探究最佳反應條件（溫度、催化劑用量、醇酸比）；（3）用氣相色譜分析粗產物中乙酸乙酯的純度，計算產率（已知乙酸乙酯密度0.902g/cm3）。分析要點：分水器可及時分離生成的水，使平衡正向移動（產率提高15%-20%）；副反應包括乙醇分子間脫水生成乙醚（140℃）和分子內脫水生成乙烯（170℃）；固體酸催化劑（如Hβ分子篩）可減少設備腐蝕，且易于回收重復使用。問題10：基于綠色化學理念的實驗改進問題情境：銅與濃硝酸反應（Cu+4HNO?(濃)=Cu(NO?)?+2NO?↑+2H?O）會產生有毒的NO?氣體。探究任務：（1）設計一套"即開即停"的微型實驗裝置，實現NO?的制備、收集與吸收一體化；（2）用NaOH溶液吸收NO?，對比不同吸收方式（噴泉實驗/緩慢通入）的吸收率；（3）提出將NO?轉化為硝酸的循環(huán)利用方案，寫出相關化學反應方程式。分析要點：微型裝置可使用注射器控制反應啟停，用裝有Na?CO?溶液的氣球吸收尾氣；噴泉實驗能使NO?被充分吸收（2NO?+2NaOH=NaNO?+NaNO?+H?O），吸收率達95%以上；循環(huán)利用方案：3NO?+H?O=2HNO?+NO，2NO+O?=2NO?，實現硝酸再生。六、跨學科綜合探究問題11：化學能與電能的轉化效率研究實驗裝置：提供Zn-Cu原電池（1mol/LH?SO?電解質）、電流傳感器、電勢差計等儀器。探究任務：（1）測量電池的開路電壓（E?）和工作電壓（E），計算能量轉化效率（η=E/E?×100%）；（2）改變電極間距、電解質濃度、溫度等條件，繪制η-影響因素關系曲線；（3）對比單液原電池與雙液原電池（鹽橋）的電流衰減速率，分析極化現象產生的原因。分析要點：理論E?=1.10V（Zn2?/Zn：-0.76V，Cu2?/Cu：+0.34V），實際工作電壓因內阻（R內）下降至0.8-0.9V；電極間距減小使R內降低，但易發(fā)生濃差極化（需攪拌溶液或使用多孔電極）；鹽橋可消除液接電勢，使電流穩(wěn)定時間延長2-3倍（從30min延長至90min）。問題12：生物體內的化學平衡調節(jié)實例分析：人體血液中的酸堿平衡（pH=7.35-7.45）主要通過H?CO?-NaHCO?緩沖體系維持。探究任務：（1）計算該緩沖溶液的pH值（已知H?CO?的pKa?=6.35，c(HCO??)/c(H?CO?)=20:1）；（2）模擬劇烈運動后乳酸（HLac，pKa=3.86）進入血液，分析緩沖體系的調節(jié)機制；（3）設計實驗驗證血液緩沖能力（用磷酸緩沖液模擬，加入HCl/NaOH后測pH變化）。分析要點：根據亨德森-哈塞爾巴赫方程：pH=pKa?+lg(c(HCO??)/c(H?CO?))=6.35+lg20≈7.65（需結合CO?溶解平衡校正）；乳酸與HCO??反應：HLac+HCO??=Lac?+H?