2025年上學期高一化學探究性問題集錦（四）一、物質(zhì)的組成、結構與性質(zhì)探究1.碳酸鈉與碳酸氫鈉性質(zhì)比較及鑒別探究問題情境：廚房中常用的純堿（碳酸鈉）和小蘇打（碳酸氫鈉）外觀相似，如何通過實驗區(qū)分兩者？它們的熱穩(wěn)定性是否存在差異？實驗設計方向：方案1：取等質(zhì)量固體分別加入等量水中，測量溶解過程的溫度變化，觀察溶解度差異。方案2：向兩種固體中分別滴加相同濃度的鹽酸，對比反應速率及產(chǎn)生氣體的量。方案3：設計套管實驗，將兩種固體分別置于內(nèi)外試管中加熱，通過澄清石灰水是否變渾濁判斷分解產(chǎn)物。分析要點：碳酸鈉溶解時放熱明顯，碳酸氫鈉溶解吸熱；相同溫度下碳酸鈉溶解度大于碳酸氫鈉。碳酸氫鈉與鹽酸反應更劇烈，相同物質(zhì)的量時產(chǎn)生氣體體積相同，但碳酸氫鈉反應速率更快。碳酸氫鈉受熱分解生成二氧化碳，而碳酸鈉在酒精燈加熱條件下不分解，可通過氣體產(chǎn)物驗證熱穩(wěn)定性差異。拓展思考：如何設計實驗證明碳酸鈉溶液中是否混有碳酸氫鈉？可利用碳酸氫鈉與氯化鈣不反應而碳酸鈉反應生成沉淀的性質(zhì)，或通過控制滴加鹽酸的量觀察是否立即產(chǎn)生氣泡。2.鐵鹽與亞鐵鹽的相互轉化及檢驗探究問題情境：實驗室中硫酸亞鐵溶液長期放置后顏色變黃，某同學推測其被氧化為鐵鹽。如何設計實驗驗證這一猜想，并探究兩種價態(tài)鐵元素的轉化條件？實驗設計方向：檢驗方案：分別取少量溶液，滴加KSCN溶液觀察是否變紅（檢驗Fe3?），另取溶液加入酸性KMnO?溶液觀察紫紅色是否褪去（檢驗Fe2?）。轉化方案：向FeCl?溶液中加入鐵粉、銅片或維生素C，觀察溶液顏色變化；向FeCl?溶液中通入Cl?或加入H?O?，檢測Fe3?的生成。分析要點：Fe3?與KSCN反應生成血紅色絡合物，F(xiàn)e2?則無此現(xiàn)象；Fe2?能還原酸性KMnO?使其褪色，F(xiàn)e3?不能。Fe3?可被還原劑（如Fe、Cu、I?）還原為Fe2?，F(xiàn)e2?可被氧化劑（如Cl?、H?O?、MnO??）氧化為Fe3?，反應前后溶液顏色由黃色變?yōu)闇\綠色或反之。拓展思考：如何設計實驗證明Fe3?的氧化性強于Cu2?？可將銅片加入FeCl?溶液中，觀察銅片溶解且溶液變?yōu)樗{色，說明Fe3?能將Cu氧化為Cu2?。二、化學反應原理探究3.影響化學反應速率的因素探究——以過氧化氫分解為例問題情境：過氧化氫溶液在常溫下分解緩慢，但加入二氧化錳后迅速產(chǎn)生氣泡。除催化劑外，還有哪些因素會影響該反應的速率？如何通過實驗定量比較反應速率的差異？實驗設計方向：變量控制：設置濃度梯度（5%、10%、15%H?O?溶液）、溫度梯度（常溫、40℃、60℃）、催化劑種類（MnO?、FeCl?、CuO）及催化劑用量（0.1g、0.3g、0.5gMnO?）四組對比實驗。速率測定：通過排水法收集氣體，記錄產(chǎn)生50mL氧氣所需時間；或用壓力傳感器監(jiān)測密閉容器內(nèi)氣壓變化。分析要點：濃度越高、溫度越高，反應速率越快；催化劑能顯著加快反應速率，但不同催化劑的催化效率不同（如MnO?優(yōu)于FeCl?）。催化劑用量在一定范圍內(nèi)增加可加快反應速率，但超過閾值后影響減弱。數(shù)據(jù)處理：以反應時間的倒數(shù)（1/t）為縱坐標，濃度、溫度等為橫坐標繪制曲線，直觀反映變量對速率的影響。4.化學平衡移動原理探究——以乙酸乙酯水解為例問題情境：乙酸乙酯在酸性或堿性條件下均可發(fā)生水解反應，但完全水解所需時間不同。如何通過實驗探究該可逆反應的平衡移動方向？實驗設計方向：實驗方案：取三支試管，分別加入等量乙酸乙酯和蒸餾水，再向其中兩支試管分別加入稀硫酸和氫氧化鈉溶液，振蕩后置于70℃水浴中，每隔5分鐘觀察酯層厚度變化。檢測方法：通過測定溶液pH變化（酸性條件下水解生成乙酸使pH降低，堿性條件下生成的乙酸被中和pH變化較小）或酯層消失時間判斷反應程度。分析要點：酸性條件下水解為可逆反應，平衡時仍有部分酯未水解；堿性條件下由于OH?消耗生成的乙酸，平衡持續(xù)正向移動，最終酯完全水解。溫度升高能加快水解速率，但不影響平衡常數(shù)；增加水的用量（稀釋）也可促進水解平衡正向移動。拓展應用：解釋日常生活中用熱的純堿溶液清洗油污的原理——純堿（Na?CO?）水解使溶液呈堿性，促進油脂（高級脂肪酸甘油酯）完全水解為可溶的甘油和羧酸鹽。三、化學實驗技能與創(chuàng)新探究5.氫氧化鐵膠體的制備條件優(yōu)化探究問題情境：按教材方法制備氫氧化鐵膠體時，部分同學得到的是紅褐色沉淀而非膠體。如何通過實驗探究成功制備膠體的關鍵條件？實驗設計方向：變量探究：改變FeCl?溶液濃度（0.1mol/L、0.5mol/L、1mol/L）、滴加速度（逐滴加入vs快速倒入）、加熱溫度（沸騰前vs沸騰后）及攪拌與否等條件。膠體檢驗：用激光筆照射所得液體，觀察是否產(chǎn)生丁達爾效應；將液體裝入半透膜袋中，置于蒸餾水中滲析，檢驗袋外溶液是否含Cl?。分析要點：成功制備的關鍵條件：①用飽和FeCl?溶液逐滴加入沸水中；②滴加過程中不能攪拌（避免膠體粒子碰撞聚沉）；③繼續(xù)煮沸至溶液呈紅褐色即可停止（過度加熱會導致膠體聚沉）。若FeCl?濃度過高、滴加速度過快或攪拌，均會導致膠體粒子過大而形成沉淀。誤差分析：若實驗失敗，可從試劑純度（如FeCl?溶液是否變質(zhì)）、儀器潔凈度（內(nèi)壁是否有油污）等方面排查原因。6.基于氧化還原反應的電池設計探究問題情境：銅鋅原電池可將化學能轉化為電能，但電流持續(xù)時間較短。如何改進裝置或選擇不同電極材料，提高電池的效率和壽命？實驗設計方向：材料探究：嘗試用鎂-銅、鐵-銅、鋅-石墨等不同電極組合，以稀硫酸、硫酸銅溶液或水果（如檸檬、土豆）為電解質(zhì)，用電壓表測量電壓。裝置改進：對比單液電池（鋅片直接插入硫酸銅溶液）與雙液電池（用鹽橋連接ZnSO?和CuSO?溶液）的電流持續(xù)時間；在電極表面鍍一層金屬或添加催化劑（如活性炭）。分析要點：電極材料活潑性差異越大，電池電動勢越高（如鎂-銅組合電壓高于鋅-銅）；但活潑金屬易與電解質(zhì)直接反應導致自放電（如鋅-稀硫酸電池）。雙液電池通過鹽橋隔離氧化劑和還原劑，減少電極的化學腐蝕，延長電流持續(xù)時間；水果電池利用其含有的有機酸作為電解質(zhì)，可實現(xiàn)簡易供電。創(chuàng)新應用：設計“環(huán)保電池”——用鋁箔和石墨棒作電極，以廚房中的食醋為電解質(zhì)，驅動小型LED燈發(fā)光，體現(xiàn)化學與生活的聯(lián)系。四、化學與生活、社會探究7.食品中抗氧化劑的還原性探究——以維生素C為例問題情境：維生素C（VC）是常見的抗氧化劑，可防止食品氧化變質(zhì)。如何通過實驗驗證VC的還原性，并比較不同水果中VC含量的差異？實驗設計方向：還原性驗證：向酸性KMnO?溶液或FeCl?溶液中滴加VC溶液，觀察溶液顏色變化（KMnO?紫紅色褪去、FeCl?黃色變?yōu)闇\綠色）。含量測定：取等質(zhì)量的蘋果、橙子、獼猴桃等水果榨汁，用0.01mol/L的I?溶液進行滴定（淀粉溶液作指示劑），記錄消耗I?溶液的體積，計算VC含量（VC與I?按1:1反應）。分析要點：VC分子中的羥基（-OH）具有還原性，能被強氧化劑（如I?、KMnO?、Fe3?）氧化，自身轉化為脫氫抗壞血酸。滴定實驗中，當溶液由無色變?yōu)樗{色且半分鐘內(nèi)不褪色時達到終點，根據(jù)公式n(VC)=n(I?)=c×V計算含量，結果表明獼猴桃VC含量通常高于蘋果和橙子。生活啟示：VC易被氧化，因此富含VC的食物應避光、密封保存，烹飪時不宜過度加熱，以減少營養(yǎng)流失。8.水質(zhì)硬度的測定與軟化探究問題情境：硬水（含較多Ca2?、Mg2?）會導致燒水時產(chǎn)生水垢，如何通過實驗測定水樣的硬度并探究軟化方法？實驗設計方向：硬度測定：用移液管取50mL水樣，加入NH?-NH?Cl緩沖溶液（控制pH=10）和鉻黑T指示劑，用EDTA標準溶液滴定至溶液由酒紅色變?yōu)榧兯{色，記錄消耗體積。軟化方法：分別采用煮沸法（針對暫時硬水，Ca(HCO?)?受熱分解生成CaCO?沉淀）、離子交換法（用NaR型樹脂交換Ca2?、Mg2?）及加肥皂水法（觀察泡沫產(chǎn)生情況）。分析要點：EDTA與Ca2?、Mg2?形成穩(wěn)定的絡合物，滴定終點時鉻黑T指示劑由與金屬離子結合的酒紅色變?yōu)橛坞x態(tài)的純藍色，根據(jù)EDTA用量計算總硬度（以CaCO?mg/L表示）。暫時硬水（含HCO??）可通過煮沸軟化，永久硬水（含SO?2?、Cl?）需用離子交換或藥劑法（如加入Na?CO?生成沉淀）軟化；肥皂水（主要成分為硬脂酸鈉）與硬水反應生成不溶性的硬脂酸鈣/鎂，導致泡沫減少。實際應用：解釋工業(yè)鍋爐用水需預先軟化的原因——防止水垢沉積降低熱效率甚至引發(fā)爆炸，生活中使用凈水器（含離子交換樹脂）改善水質(zhì)。五、元素周期律與物質(zhì)性質(zhì)遞變探究9.第三周期元素性質(zhì)遞變規(guī)律的實驗驗證問題情境：根據(jù)元素周期律，第三周期元素（Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl）的金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強。如何通過實驗驗證這一規(guī)律？實驗設計方向：金屬性比較：Na、Mg、Al與水/酸反應：Na與冷水劇烈反應，Mg與沸水緩慢反應，Al與稀鹽酸反應速率小于Mg；最高價氧化物對應水化物的堿性：NaOH溶液（強堿性）、Mg(OH)?（中強堿，難溶）、Al(OH)?（兩性氫氧化物，既能溶于酸也能溶于強堿）。非金屬性比較：Si、P、S、Cl的氫化物穩(wěn)定性：HCl（穩(wěn)定，不易分解）>H?S（加熱易分解）>PH?（常溫易自燃）>SiH?（極不穩(wěn)定）；最高價含氧酸的酸性：HClO?（高氯酸，強酸）>H?SO?>H?PO?（中強酸）>H?SiO?（弱酸，難溶）。分析要點：金屬性越強，單質(zhì)與水/酸反應越劇烈，最高價氧化物對應水化物的堿性越強；非金屬性越強，氫化物越穩(wěn)定，最高價含氧酸的酸性越強。實驗中可通過pH試紙測定溶液酸堿性，或觀察與同種金屬的反應速率（如Cl?與Fe反應生成FeCl?，S與Fe反應生成FeS）。數(shù)據(jù)歸納：繪制第三周期元素原子半徑、最高價氧化物對應水化物pH值隨原子序數(shù)變化的曲線，直觀呈現(xiàn)周期性遞變規(guī)律。10.同主族元素性質(zhì)相似性與遞變性探究——以鹵素為例問題情境：氟、氯、溴、碘均屬于鹵族元素，它們的單質(zhì)及化合物性質(zhì)既有相似性也有遞變性。如何通過實驗比較Cl?、Br?、I?的氧化性強弱？實驗設計方向：置換反應：向NaBr溶液中滴加氯水，觀察溶液變?yōu)槌燃t色（生成Br?）；向KI溶液中滴加溴水，觀察溶液變?yōu)樽攸S色（生成I?）；再向上述溶液中加入CCl?振蕩，觀察有機層顏色（Br?的CCl?溶液為橙紅色，I?的為紫紅色）。與氫氣反應：對比Cl?（光照或點燃即可反應，生成的HCl穩(wěn)定）、Br?（加熱緩慢反應，HBr較不穩(wěn)定）、I?（持續(xù)加熱可逆反應，HI易分解）的反應條件及產(chǎn)物穩(wěn)定性。分析要點：氧化性：Cl?>Br?>I?，因此Cl?可置換出Br?、I?，Br?可置換出I?，反之則不能；鹵素單質(zhì)顏色逐漸加深（Cl?黃綠色→Br?深紅棕色→I?紫黑色），熔沸點逐漸升高，與氫氣反