2025年下學(xué)期高二化學(xué)小組合作探究試題（二）一、實(shí)驗(yàn)探究題：基于氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)制備與性質(zhì)驗(yàn)證背景：高鐵酸鉀（K?FeO?）是一種新型綠色消毒劑，具有強(qiáng)氧化性，在水處理中可同時實(shí)現(xiàn)殺菌、脫色、除污等功能。某化學(xué)興趣小組擬通過次***酸鈉氧化法制備K?FeO?，并探究其性質(zhì)。任務(wù)1：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計（小組分工：查閱資料組+方案設(shè)計組）（1）資料收集：結(jié)合《化學(xué)反應(yīng)原理》中“氧化還原反應(yīng)”“沉淀溶解平衡”等知識，分析以下制備原理：堿性條件下，ClO?可將Fe3?氧化為FeO?2?：3ClO?+2Fe3?+10OH?=2FeO?2?+3Cl?+5H?OK?FeO?在水中的溶解度：0℃時為1.9×10?3g/100mL，且隨溫度升高而增大；在濃KOH溶液中溶解度顯著降低。（2）實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計：實(shí)驗(yàn)儀器：燒杯、分液漏斗、布氏漏斗、抽濾瓶、電子天平、恒溫水浴鍋、pH計。實(shí)驗(yàn)藥品：Fe(NO?)?·9H?O固體、NaClO溶液（有效氯含量≥5%）、6mol/LKOH溶液、0.1mol/LH?SO?溶液、蒸餾水。核心步驟（用流程圖表示）：graphTDA[溶解Fe(NO?)?·9H?O]-->B[滴加NaClO溶液，控制pH=10-11]B-->C[攪拌反應(yīng)30min，溫度控制在25℃]C-->D[加入飽和KOH溶液，靜置結(jié)晶]D-->E[抽濾，用冰水洗滌沉淀]E-->F[干燥，得到K?FeO?粗產(chǎn)品]任務(wù)2：實(shí)驗(yàn)操作與數(shù)據(jù)記錄（小組分工：實(shí)驗(yàn)操作組+數(shù)據(jù)記錄組）（1）關(guān)鍵操作：滴加NaClO溶液時，需用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至10-11，若pH<10，會生成紅褐色沉淀，其成分是______（填化學(xué)式）；若pH>12，ClO?會發(fā)生歧化反應(yīng)生成Cl?和ClO??，寫出該反應(yīng)的離子方程式：______。抽濾后用冰水洗滌沉淀的目的是______。（2）數(shù)據(jù)記錄：|實(shí)驗(yàn)序號|Fe(NO?)?·9H?O用量（g）|NaClO溶液體積（mL）|反應(yīng)溫度（℃）|產(chǎn)品質(zhì)量（g）|產(chǎn)率（%）||----------|-------------------------|----------------------|----------------|----------------|-----------||1|5.0|20|25|1.2|？||2|5.0|25|25|1.5|？||3|5.0|20|35|0.9|？|任務(wù)3：數(shù)據(jù)分析與誤差討論（小組分工：數(shù)據(jù)分析組+誤差分析組）（1）產(chǎn)率計算：根據(jù)反應(yīng)方程式，計算實(shí)驗(yàn)1的理論產(chǎn)量（K?FeO?摩爾質(zhì)量為198g/mol），并填入表中（保留1位小數(shù)）。（2）條件優(yōu)化：對比實(shí)驗(yàn)1-3，得出提高產(chǎn)率的最佳條件是______。（3）誤差分析：實(shí)驗(yàn)3產(chǎn)率偏低的原因可能是______（填字母）。A.溫度過高導(dǎo)致K?FeO?分解B.抽濾時未用冰水洗滌C.NaClO溶液濃度不足任務(wù)4：性質(zhì)探究（小組分工：性質(zhì)探究組+現(xiàn)象記錄組）取少量K?FeO?粗產(chǎn)品，進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)：|實(shí)驗(yàn)操作|現(xiàn)象|結(jié)論||----------|------|------||向酸性K?FeO?溶液中滴加MnSO?溶液|溶液紫色褪去，生成紅褐色沉淀|K?FeO?具有______性，還原產(chǎn)物為______||向K?FeO?溶液中通入SO?氣體|溶液由紫紅色變?yōu)闇\綠色|離子方程式：______|二、綜合探究題：基于化學(xué)平衡原理的工業(yè)流程分析背景：工業(yè)上用菱錳礦（主要成分為MnCO?，含F(xiàn)eCO?、MgCO?等雜質(zhì)）制備MnSO?·H?O的工藝如下：graphLR菱錳礦粉碎-->酸浸[加入H?SO?酸浸]-->過濾1[濾渣1：SiO?等]過濾1-->氧化[加入MnO?氧化]-->調(diào)pH[加入CaCO?調(diào)pH=5-6]-->過濾2[濾渣2：Fe(OH)?等]過濾2-->除Mg2?[加入MnF?]-->過濾3[濾渣3：MgF?]-->蒸發(fā)結(jié)晶[MnSO?·H?O]任務(wù)1：反應(yīng)原理分析（小組分工：原理分析組）（1）酸浸反應(yīng)：寫出MnCO?與H?SO?反應(yīng)的離子方程式：。若酸浸時H?SO?過量，會導(dǎo)致后續(xù)除雜步驟中（填“Fe3?”或“Mg2?”）更難除去。（2）氧化除鐵：MnO?將Fe2?氧化為Fe3?的離子方程式為______。已知Ksp[Fe(OH)?]=4×10?3?，當(dāng)溶液pH=6時，c(Fe3?)=______mol/L（保留1位有效數(shù)字）。任務(wù)2：工藝條件優(yōu)化（小組分工：條件優(yōu)化組）（1）正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計：為探究酸浸溫度、H?SO?濃度對Mn2?浸出率的影響，設(shè)計如下實(shí)驗(yàn)：|實(shí)驗(yàn)序號|溫度（℃）|H?SO?濃度（mol/L）|浸出率（%）||----------|-----------|---------------------|-------------||1|60|1.0|75||2|80|1.0|92||3|60|1.5|88||4|80|1.5|98|根據(jù)數(shù)據(jù)，最佳酸浸條件為______。解釋溫度升高導(dǎo)致浸出率提高的原因：______。（2）除鎂工藝：已知Ksp(MgF?)=7.4×10?11，當(dāng)溶液中c(Mg2?)=0.01mol/L時，加入MnF?固體至c(F?)=______mol/L，可使Mg2?沉淀完全（離子濃度≤10??mol/L視為沉淀完全）。任務(wù)3：綠色化學(xué)評價（小組分工：環(huán)保評估組）（1）廢水處理：工藝中產(chǎn)生的酸性廢水（pH=2）需處理后排放，若采用Ca(OH)?中和，當(dāng)pH調(diào)至7時，溶液中c(Ca2?)=mol/L（已知Ksp[Ca(OH)?]=5.5×10??）。（2）資源循環(huán)：濾渣2的主要成分為Fe(OH)?，可用于制備鐵紅（Fe?O?），寫出其煅燒分解的化學(xué)方程式：。三、開放探究題：基于有機(jī)化學(xué)的生活情境分析背景：某小組同學(xué)在廚房中發(fā)現(xiàn)，用食醋（主要成分為CH?COOH）浸泡水垢（含CaCO?和Mg(OH)?）時，產(chǎn)生大量氣泡，且浸泡時間越長，水垢溶解越徹底。為探究其原理，設(shè)計如下實(shí)驗(yàn)：任務(wù)1：反應(yīng)速率影響因素探究（小組分工：變量控制組）（1）提出假設(shè)：影響食醋溶解水垢速率的因素可能有______（至少寫出2種）。（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計：選擇其中一個因素設(shè)計對比實(shí)驗(yàn)，寫出實(shí)驗(yàn)方案（包括操作、現(xiàn)象、結(jié)論）。任務(wù)2：有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理分析（小組分工：機(jī)理推導(dǎo)組）（1）酸性比較：已知CH?COOH的Ka=1.8×10??，H?CO?的Ka1=4.3×10??，解釋食醋能溶解CaCO?的原因：。（2）產(chǎn)物檢驗(yàn)：設(shè)計實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證水垢溶解后溶液中含有CH?COO?：（簡述操作及現(xiàn)象）。任務(wù)3：拓展應(yīng)用討論（小組分工：應(yīng)用拓展組）（1）生活建議：若用白醋（CH?COOH濃度約5%）浸泡水壺水垢，簡述提高溶解效率的操作方法：。（2）工業(yè)遷移：工業(yè)上用CH?COOH代替HCl清洗金屬表面的鐵銹（Fe?O?），其優(yōu)點(diǎn)是。四、合作探究總結(jié)與反思小組貢獻(xiàn)：每位成員需說明自己在任務(wù)中的具體分工（如查閱資料、操作儀器、計算產(chǎn)率等），并評價組內(nèi)協(xié)作過程中的優(yōu)勢與不足。問題改進(jìn)：結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出1-2條優(yōu)化K?FeO?