2026年高中化學(xué)競賽實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作實(shí)操試題一、實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)（共5題，每題8分，共40分）第1題（8分）某?；瘜W(xué)興趣小組擬探究鐵粉與硫酸銅溶液反應(yīng)的最佳溫度條件，以制備氫氣和硫酸亞鐵。請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、所需儀器與試劑、實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)期現(xiàn)象及數(shù)據(jù)處理方法。要求考慮溫度對反應(yīng)速率的影響，并設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)。第2題（8分）為測定某市自來水中的氯離子含量，需設(shè)計(jì)沉淀滴定實(shí)驗(yàn)。請選擇合適的沉淀劑（如AgNO?），設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，包括標(biāo)準(zhǔn)溶液配制、滴定操作、終點(diǎn)判斷及數(shù)據(jù)處理。要求說明為何選擇該沉淀劑，并計(jì)算樣品中氯離子濃度的表達(dá)式。第3題（8分）某研究性學(xué)習(xí)小組計(jì)劃通過電解飽和食鹽水制備氫氣和氯氣，并探究電極材料（石墨、鐵、鋅）對產(chǎn)物的影響。請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，包括實(shí)驗(yàn)裝置圖（文字描述即可）、電極材料選擇依據(jù)、安全措施及產(chǎn)物檢驗(yàn)方法。第4題（8分）為探究過氧化氫（H?O?）分解速率的影響因素，請?jiān)O(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)，比較不同催化劑（如MnO?、Fe2?溶液）及不同濃度H?O?對分解速率的影響。要求說明如何通過現(xiàn)象（如帶火星木條復(fù)燃時(shí)間）或數(shù)據(jù)（如產(chǎn)生氣泡速率）進(jìn)行判斷。第5題（8分）請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“鐵的生銹條件”，需包含有氧水、無氧水、酸性環(huán)境、中性環(huán)境四種條件對比實(shí)驗(yàn)。要求說明觀察指標(biāo)（如鐵片質(zhì)量變化、表面顏色），并解釋為何需設(shè)置無氧水對照組。二、實(shí)驗(yàn)操作與安全（共4題，每題10分，共40分）第6題（10分）在執(zhí)行“硫酸銅晶體析出”實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)加熱濃縮后冷卻結(jié)晶時(shí)，產(chǎn)品呈粉末狀而非晶體。請分析可能的原因（至少三點(diǎn)），并提出改進(jìn)操作的建議。第7題（10分）在進(jìn)行“濃硫酸稀釋”操作時(shí)，若操作不當(dāng)會導(dǎo)致沸騰飛濺。請列舉至少三種安全操作要點(diǎn)，并解釋為何需按“酸入水”順序進(jìn)行。第8題（10分）某實(shí)驗(yàn)要求使用移液管和容量瓶配制0.1mol/LNaOH溶液，但發(fā)現(xiàn)移液管尖端掛壁導(dǎo)致體積偏小。請分析此誤差對最終濃度的影響，并提出避免該問題的具體措施。第9題（10分）在進(jìn)行“碘升華”實(shí)驗(yàn)時(shí)，若溫度控制不當(dāng)可能失敗。請說明實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵溫度區(qū)間，并解釋過高或過低溫度分別會導(dǎo)致什么后果。三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與討論（共3題，每題12分，共36分）第10題（12分）某實(shí)驗(yàn)小組測定過氧化氫分解速率，記錄數(shù)據(jù)如下表（單位：mL/min）：|催化劑|濃度（mol/L）|第1分鐘產(chǎn)生氧氣體積|第3分鐘產(chǎn)生氧氣體積||-|--||||MnO?|0.1|20|50||MnO?|0.2|35|80||Fe2?溶液|0.1|10|30|請分析催化劑種類和濃度對反應(yīng)速率的影響，并計(jì)算不同條件下的反應(yīng)速率常數(shù)。第11題（12分）某實(shí)驗(yàn)測定食鹽水氯離子含量，滴定數(shù)據(jù)如下：-標(biāo)準(zhǔn)AgNO?溶液濃度：0.1mol/L-初讀數(shù)（滴定管）：10.00mL-終讀數(shù)（滴定管）：22.50mL-樣品體積：50.00mL請計(jì)算食鹽水氯離子濃度，并分析若讀取初讀數(shù)時(shí)視線偏高會導(dǎo)致結(jié)果偏高還是偏低，并說明原因。第12題（12分）某實(shí)驗(yàn)小組探究鐵生銹速率，記錄數(shù)據(jù)如下：|條件|第24小時(shí)質(zhì)量變化（g）|第48小時(shí)質(zhì)量變化（g）||--|-|-||空氣+水|+0.5|+1.2||鹽水+空氣|+1.8|+3.5||空氣+稀鹽酸|+0.2|+0.3|請解釋數(shù)據(jù)差異的原因，并說明為何“鹽水+空氣”條件下鐵生銹最快。四、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與改進(jìn)（共2題，每題14分，共28分）第13題（14分）現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室僅配備燒杯、量筒、玻璃棒、酒精燈，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)速率受濃度影響”？請?jiān)敿?xì)描述實(shí)驗(yàn)步驟、現(xiàn)象預(yù)測及數(shù)據(jù)記錄方式。第14題（14分）某學(xué)生嘗試用“排水集氣法”收集氫氣，但發(fā)現(xiàn)集氣瓶內(nèi)仍有水。請分析可能原因，并提出至少兩種改進(jìn)方案（如密封改進(jìn)、集氣前干燥處理），并說明原理。答案與解析一、實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)（每題8分）第1題答案：1.目的：探究溫度對鐵粉與硫酸銅反應(yīng)速率的影響，制備氫氣和硫酸亞鐵。2.儀器：燒杯、試管、酒精燈、溫度計(jì)、鐵粉、硫酸銅溶液、導(dǎo)氣管、集氣瓶。3.步驟：-對照組：常溫下混合鐵粉和硫酸銅溶液，觀察現(xiàn)象。-實(shí)驗(yàn)組：將混合物加熱至50℃、70℃、90℃，分別觀察反應(yīng)速率（如氣泡產(chǎn)生速率、鐵粉消耗量）。-驗(yàn)證產(chǎn)物：用pH試紙測溶液酸度，用氫氧化鈉檢驗(yàn)硫酸亞鐵。4.數(shù)據(jù)處理：記錄各溫度下反應(yīng)時(shí)間，繪制速率-溫度曲線。5.預(yù)期現(xiàn)象：溫度越高，反應(yīng)越劇烈。解析：實(shí)驗(yàn)需設(shè)置溫度梯度，對照組排除常溫影響，產(chǎn)物驗(yàn)證確保實(shí)驗(yàn)完整性。第2題答案：1.沉淀劑選擇：AgNO?（因AgCl沉淀溶解度極小，且生成白色沉淀便于觀察）。2.步驟：-配制標(biāo)準(zhǔn)AgNO?溶液（0.1mol/L）。-取自來水樣，滴加稀硝酸酸化（排除CO?2?干擾）。-用移液管加入過量AgNO?，靜置過濾。-用標(biāo)準(zhǔn)NaCl溶液滴定剩余AgNO?，以K?CrO?為指示劑（終點(diǎn)橙紅色）。3.表達(dá)式：c(Cl?)=(c(AgNO?)×V(AgNO?)-c(NaCl)×V(NaCl))/V(樣品)。解析：沉淀滴定需酸化排除干擾，終點(diǎn)選擇需基于Ag?與CrO?2?的顯色反應(yīng)。第3題答案：1.裝置圖（文字描述）：直流電源正極接陽極，負(fù)極接陰極，電解槽內(nèi)為飽和食鹽水，陽極產(chǎn)生Cl?，陰極產(chǎn)生H?。2.電極選擇依據(jù)：-石墨（惰性電極，適用于制備Cl?）。-鐵/鋅（活性電極，陽極溶解，但鐵更穩(wěn)定）。3.安全措施：-氯氣有毒，需通風(fēng)櫥；陽極附近用NaOH溶液吸收Cl?。-氫氣易燃，陰極附近遠(yuǎn)離火源。4.產(chǎn)物檢驗(yàn)：-Cl?：濕潤淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)；-H?：點(diǎn)燃聞爆鳴聲。解析：陽極反應(yīng)為2Cl?-2e?=Cl?↑，陰極反應(yīng)為2H?O+2e?=H?↑+2OH?。第4題答案：1.實(shí)驗(yàn)方案：-取三支試管，分別加入等量等濃度H?O?（如30%）。-加入MnO?、Fe2?溶液、空白對照。-觀察帶火星木條復(fù)燃時(shí)間或氣泡產(chǎn)生速率。2.預(yù)期現(xiàn)象：MnO?>Fe2?>空白。3.原理：MnO?為催化劑，F(xiàn)e2?為催化劑，空白為自分解速率極慢。解析：催化劑通過降低活化能加速反應(yīng)，濃度越高，碰撞頻率越大。第5題答案：1.實(shí)驗(yàn)方案：-四組試管，分別加入等量鐵片，分別置于：-空氣+水（中性）-無氧水（隔絕空氣）-酸性水（加稀鹽酸）-空氣+水（加NaCl）2.觀察指標(biāo)：表面銹蝕程度、質(zhì)量變化。3.原理：銹蝕需氧氣和水，酸性環(huán)境加速電化學(xué)腐蝕。解析：無氧水對照組驗(yàn)證氧氣必要性，酸性環(huán)境提供H?促進(jìn)電化學(xué)。二、實(shí)驗(yàn)操作與安全（每題10分）第6題答案：1.可能原因：-冷卻過快導(dǎo)致結(jié)晶核過多。-濃縮過度蒸發(fā)過多水分。-未使用玻璃棒攪拌導(dǎo)致結(jié)晶不均。2.改進(jìn)措施：-緩慢冷卻（如溫水?。?。-控制濃縮程度（保留原體積2/3）。-攪拌并緩慢滴加母液。解析：晶體生長依賴過飽和度，操作不當(dāng)會破壞平衡。第7題答案：1.安全要點(diǎn)：-將濃硫酸沿容器壁緩慢倒入水中，并攪拌。-穿實(shí)驗(yàn)服，戴護(hù)目鏡。-在通風(fēng)櫥操作。2.原理：濃硫酸稀釋會放熱，若“水入酸”會瞬間沸騰飛濺。解析：熱量傳導(dǎo)速率決定安全性，酸密度大，水浮于上。第8題答案：1.誤差影響：濃度偏高（因?qū)嶋H體積小于標(biāo)示）。2.改進(jìn)措施：-用洗耳球吹出掛壁液滴。-移液管垂直放入容器，避免接觸內(nèi)壁。-使用校準(zhǔn)合格的移液管。解析：體積誤差直接影響濃度，掛壁導(dǎo)致實(shí)際加入量減少。第9題答案：1.關(guān)鍵溫度：-碘升華：184℃（常壓下）。-需略高于此溫度（如200℃）。2.過高/過低后果：-過低：碘不升華，實(shí)驗(yàn)失敗。-過高：碘分解（生成I?O?）。解析：升華是物理變化，溫度控制需精確在相變點(diǎn)附近。三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與討論（每題12分）第10題答案：1.分析：-MnO?濃度越高，速率越快（0.2>0.1）。-MnO?>Fe2?（相同濃度下）。2.速率常數(shù)計(jì)算（以0.1mol/LMnO?為例）：-k=(ΔV/V)/Δt=(50mL/1000mL)/2min=0.025min?1。解析：速率常數(shù)反映催化劑活性，濃度越高活化位點(diǎn)越多。第11題答案：1.計(jì)算：-消耗AgNO?=(0.1mol/L×12.5mL)/1000=0.00125mol。-c(Cl?)=0.00125mol/0.05L=0.025mol/L。2.誤差分析：-初讀數(shù)偏高會導(dǎo)致V(AgNO?)偏小，結(jié)果偏低。解析：沉淀滴定需精確讀數(shù)，視線高度影響讀數(shù)準(zhǔn)確性。第12題答案：1.解釋：-鹽水提供電解質(zhì)環(huán)境，促進(jìn)電化學(xué)腐蝕。-空氣+水為中性，速率較慢。-稀鹽酸提供H?，加速腐蝕但不如鹽水全面。2.數(shù)據(jù)差異原因：-鹽水形成原電池，陰陽極反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。解析：電化學(xué)腐蝕速率受電解質(zhì)種類和濃度影響顯著。四、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與改進(jìn)（每題14分）第13題答案：1.實(shí)驗(yàn)步驟：-取三支試管，分別加入等量碳酸鈣粉末。-加入等體積稀鹽酸（1mol/L、2mol/L、3mol/L）。-用秒表計(jì)時(shí)，記錄產(chǎn)生100mLCO?所需時(shí)間。2.數(shù)據(jù)記錄：-鹽酸濃度（mol/L）|反應(yīng)時(shí)間（s）-1.0|...-2.0|...-3.0