1、专题课堂十一 探究型实验与工艺流程分析1探究型实验的常见类型(1)对未知产物的探究通过化学反应原理猜测可能生成哪些物质，对这些物质逐一进行检验来确定究竟含有哪些物质。虽然探究型实验主要考查学生的探究能力，但在问题中常常包含了对实验基础知识的考查。如：考点一 探究型实验要 点 突 破常见物质分离的提纯方法：结晶法、蒸馏法、过滤法、升华法、萃取法、渗析法等。常见气体的制备、净化、干燥、收集等方法。熟悉重点的操作：气密性检查、测量气体体积、防倒吸、防污染等。(2)物质性质的探究在探究过程中往往可以利用对比实验，即设置几组平行实验来进行对照和比较，从而研究和揭示某种规律，解释某种现象形成的原因或证明某
2、种反应机理。无机物、有机物性质的探究，必须在牢牢掌握元素化合物知识的基础上，大胆猜想，细心论证。脱离元素化合物知识，独立看待实验问题是不科学的，只有灵活运用已有的元素化合物知识，才能变探究型实验为验证型实验，使复杂问题简单化。2探究型实验的基本程序解答探究型实验题的基本程序可用以下流程图表示：提出问题提出猜想设计验证方案观察实验现象得出结论(1)提出问题要提出问题，首先得发现问题，对题给信息进行对比、质疑，通过思考提出值得探究的问题。此外，实验中出现的特殊现象也是发现问题、提出问题的重要契机。(2)提出猜想所谓猜想就是根据已有知识对问题的解决提出的几种可能的情况。有一些问题，结论有多种可能(这
3、就是猜想)，只能通过实验进行验证。(3)设计验证方案提出猜想后，就要结合题给条件，设计出科学、合理、安全的实验方案，对可能的情况进行探究。实验设计中，关键点是对试剂的选择和实验条件的调控。(4)观察实验现象，得出结论根据设计的实验方案，根据实验现象进行推理分析或计算分析得出结论。【示例1】(2013四川理综，9)为了探究AgNO3的氧化性和热稳定性，某化学兴趣小组设计了如下实验。.AgNO3的氧化性将光亮的铁丝伸入AgNO3溶液中，一段时间后将铁丝取出。为检验溶液中Fe的氧化产物，将溶液中的Ag除尽后，进行了如下实验。可选用的试剂KSCN溶液、K3Fe(CN)6溶液、氯水。典 例 示 范(1)
4、请完成下表：【实验结论】Fe的氧化产物为Fe2和Fe3.AgNO3的热稳定性用下图所示的实验装置A加热AgNO3固体，产生红棕色气体，在装置D中收集到无色气体。当反应结束后，试管中残留固体为黑色。(2)装置B的作用是_。(3)经小组讨论并验证该无色气体为O2，其验证方法是_。(4)【查阅资料】Ag2O和粉末状的Ag均为黑色；Ag2O可溶于氨水。【提出设想】试管中残留的黑色固体可能是：i.Ag；.Ag2O；.Ag和Ag2O【实验验证】该小组为验证上述设想，分别取少量黑色固体放入试管中，进行了如下实验。【实验评价】根据上述实验，不能确定固体产物成分的实验是_(填实验编号)。【实验结论】根据上述实验
5、结果，该小组得出AgNO3固体热分解的产物有_。思维启迪(1)掌握Fe2和Fe3的检验方法。(2)分析可能发生的反应及各装置的作用。(3)根据信息及假设，利用实验验证，得到结论。解析(1)Fe3遇KSCN显血红色；铁氰化钾与Fe2显特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀。(2)AgNO3加热分解生成的红棕色气体为NO2，易溶于水，所以B的作用为安全瓶，由于两侧的导管较短，故不可能倒吸到A中。(3)使带火星的木条复燃的气体为O2。(4)根据信息，Ag2O可溶于氨水，由实验a知，黑色固体不溶，则得出黑色固体为(Ag)，而不是和。由实验b知，有气体生成，则一定含有Ag，故不能判断出黑色固体成分。综上，AgNO3热
6、分解的产物有NO2、O2和Ag。答案(1)溶液变红K3Fe(CN)6溶液 生成蓝色沉淀(2)安全瓶(防倒吸)(3)用玻璃片盖住集气瓶口并取出，正放在桌面上，然后将带余烬的木条伸入集气瓶，若复燃证明是O2(4)bAg、NO2、O2【示例2】(2013重庆，9)某研究小组利用如图装置探究温度对CO还原Fe2O3的影响(固定装置略)(1)MgCO3的分解产物为_。(2)装置C的作用是_，处理尾气的方法为_。(3)将研究小组分为两组，按如图装置进行对比实验，甲组用酒精灯、乙组用酒精喷灯对装置D加热，反应产物均为黑色粉末(纯净物)，两组分别用产物进行以下实验。乙组得到的黑色粉末是_。甲组步骤1中反应的离
7、子方程式为_。乙组步骤4中，溶液变红的原因为_；溶液褪色可能的原因及其验证方法为_。从实验安全考虑，如图装置还可采取的改进措施是_。解析(1)MgCO3分解生成MgO和CO2。(2)该实验的目的是探究温度对CO还原Fe2O3的影响，可以推断，MgCO3分解生成的CO2进入装有Zn粉的硬质玻管反应生成CO，装置C将没有参加反应的CO2除去，以免干扰CO还原Fe2O3的反应产物的检验，装有无水CaCl2的U形管干燥CO；CO有毒，没有参加反应的CO不能直接排到空气中，应该用点燃或接一个气球等方法处理，以免造成空气污染。由步骤1，乙组取黑色粉末加入稀盐酸，粉末溶解，且有气泡产生，可知乙组得到的黑色粉
8、末中一定含有Fe粉；由步骤2的实验现象可知，步骤1所得溶液中含有Fe2；由步骤3的实验现象，说明步骤1所得溶液中不含有Fe3；由步骤4的实验现象，Fe2被氧化为Fe3，Fe3遇SCN显红色，后溶液红色褪去，可能因为SCN被Cl2氧化，可向褪色后的溶液中再滴加足量KSCN溶液，若溶液呈红色，说明之前溶液褪色的原因是SCN被Cl2氧化。综上所述，乙组得到的黑色粉末是Fe粉。从实验安全的角度考虑，可在装置B、C之间添加一个安全装置或装置E，以防止因发生倒吸而导致实验失败。应 用 体 验提出假设(1)部分学生认为Na2S2O3与Na2SO4结构相似，化学性质也相似，因此室温时Na2S2O3溶液的pH_
9、7(填“”、“”或“”)。(2)部分学生由S元素化合价推测Na2S2O3与SO2性质相似，均具有较强的_。实验探究取适量Na2S2O3晶体，溶于水中制成Na2S2O3溶液，进行如下探究(填写表中空格)。实验结论(6)探究：_。(7)探究：_。问题讨论(8)甲同学向“探究”反应后的溶液中滴加硝酸银溶液，观察到有白色沉淀产生，并据此认为氯水可将Na2S2O3氧化。你认为该方案是否正确并说明理由_。(9)请你重新设计一个实验方案，证明Na2S2O3被氯水氧化。你的方案是_。2(2013北京理综，28)某学生对SO2与漂粉精的反应进行实验探究：(1)Cl2和Ca(OH)2制取漂粉精的化学方程式是_。(
10、2)pH试纸颜色的变化说明漂粉精溶液具有的性质是_。(3)向水中持续通入SO2，未观察到白雾。推测现象i的白雾由HCl小液滴形成，进行如下实验：a用湿润的碘化钾淀粉试纸检验白雾，无变化；b.用酸化的AgNO3溶液检验白雾，产生白色沉淀。实验a目的是_。由实验a、b不能判断白雾中含有HCl，理由是_。(4)现象中溶液变为黄绿色的可能原因：随溶液酸性的增强，漂粉精的有效成分和Cl发生反应。通过进一步实验确认了这种可能性，其实验方案是_。(5)将A瓶中混合物过滤、洗涤，得到沉淀X。向沉淀X中加入稀HCl，无明显变化。取上层清液，加入BaCl2溶液，产生白色沉淀。则沉淀X中含有的物质是_。用离子方程式
11、解释现象中黄绿色褪去的原因：_。解析(1)Cl2和Ca(OH)2生成氯化钙、次氯酸钙与水；(2)pH试纸先变蓝(约为12)，说明溶液呈碱性，后颜色褪去，说明具有漂白性；(3)反应中生成Cl2，用湿润的碘化钾淀粉试纸检验白雾中是否含有Cl2，排除Cl2干扰；白雾中含有SO2，在酸性环境下被氧化为硫酸，故SO2可以使酸化的AgNO3溶液产生白色沉淀；(4)向漂粉精溶液中逐滴滴入硫酸，观察溶液颜色是否变为黄绿色；1探究类实验题的一般命题思路是：发现问题提出猜想设计验证方案具体实施实验观察现象分析数据总结归纳得出结论。2探究类试题一般有以下几种命题形式：探究化学反应机理、探究化学实验中的反常现象、探究
12、对经典问题的质疑、探究未知物的成分、探究物质的性质、探究化学反应的条件以及探究化学反应的现象等等。探究型实验题的命题思路和形式1无机化工流程题的主线化学工艺流程题就是把化工生产过程中的重要生产工序和主要流程，用框图形式表示出来，并围绕生产流程中涉及的有关化学知识和原理设置问题，形成与化工生产紧密联系的化学工艺试题。其流程主线可表示为：考点二 工业流程分析要 点 突 破2无机化工流程题的结构化学工艺流程题的结构分为题引、题干和题设三部分。题引就是用引导性的语言，简单介绍该工艺生产的目的、原料、产品，有时还提供相关表格、图像等参考数据或信息；题干主要是用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出
13、来；题设是根据生产过程中涉及的化学知识设计成系列问题，要求考生依据化学原理进行分析解答。3无机化工流程题的特点(1)试题源于社会实际，充分利用生产、生活中的鲜活实例为载体，使问题情境真实，体现化学学科与工业生产和日常生活的紧密联系，能激发学生学习化学的兴趣。(2)以解决化学实际问题作思路进行设问，考查学生运用化学反应原理及相关知识解决化工生产中实际问题的能力，培养学生理论联系实际、学以致用的学习品质。(3)试题内容丰富，涉及的化学知识面广、综合性强、思考容量大，考查学生化学知识的掌握情况和应用化学知识解决有关问题的能力。(4)试题新颖，信息阅读量大，考查学生的阅读能力、资料收集处理能力和知识迁
14、移能力。4工艺流程术语与操作(1)常见操作或名词(2)通常用到的表述词汇和所要考虑的答题角度(3)化工生产的主要实验操作【示例3】(2013安徽化学卷，27)二氧化铈(CeO2)一种重要的稀土氧化物。平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2以及其他少量可溶于稀酸的物质)。某课题组以此粉末为原料回收铈，设计实验流程如下：典 例 示 范(1)洗涤滤渣A的目的是为了除去_(填离子符号)，检验该离子是否洗净的方法是_。(2)第步反应的离子方程式是_，滤渣B的主要成分是_。(3)萃取是分离稀土元素的常用方法，已知化合物TBP作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来，T
15、BP_(填“能”或“不能”)与水互溶。实验室进行萃取操作时用到的主要玻璃仪器有_、烧杯、玻璃棒、量筒等。(4)取上述流程中得到的Ce(OH)4产品0.536 g，加硫酸溶解后，用0.100 0 molL1FeSO4标准溶液滴定至终点时(铈被还原为Ce3)，消耗25.00 mL标准溶液，该产品中Ce(OH)4的质量分数为_。解析(1)滤渣洗涤的目的是除去表面吸附的离子，本题中的离子有Fe3、Cl，而主要除去Fe3，否则在后续实验中被沉淀使产品不纯；(2)根据流程第反应是氧化还原反应，二氧化硅不溶于酸；(3)萃取剂与原溶剂不能互溶；(4)根据Ce(OH)4 Fe2208 g1 mol m0.125
16、103m0.52 g，纯度为0.52/0.53697.0%3(2013深圳一模，32)水钴矿中除SiO2外，还有9.24%CoO、2.78%Fe2O3、0.96%MgO、0.084%CaO。从中提取钴的主要工艺流程如下：应 用 体 验(1)在一定浓度的H2SO4溶液中，钴的浸出率随时间、温度的变化如图所示。考虑生产成本和效率，最佳的浸出时间为_小时，最佳的浸出温度为_。(2)请配平下列除铁的化学方程式：解析(1)读图可知，升高温度，钴的浸出率逐渐增大，60 时生产效率太低，90 时的浸出率与120 时的浸出率相差不明显，但是120 时生产成本远远大于90 时生产成本；因此最佳浸出温度为90，而
17、最佳浸出时间为12 h。(2)观察可知，该反应不涉及氧化还原反应，可以设Na2Fe6(SO4)2(OH)12的计量数为1，根据铁原子守恒可得Fe2(SO4)3的计量数为3；根据硫原子守恒可得Na2SO4的计量数为5，根据钠原子守恒可得Na2CO3的计量数为6，根据碳原子守恒可得CO2的计量数为6，根据氢原子守恒可得H2O的计量数为6。4(2012福建，24)(1)电镀时，镀件与电源的_极连接。(2)化学镀的原理是利用化学反应生成金属单质沉积在镀件表面形成镀层。若用铜盐进行化学镀铜，应选用_(填“氧化剂”或“还原剂”)与之反应。某化学镀铜的反应速率随镀液pH变化如图所示。该镀铜过程中，镀液pH控制在12.5左右。据图中信息，给出使反应停止的方法：_。(3)酸浸法制取硫酸铜的流程示意图如下5(2014广州调研，32)以地下卤水(主要含NaCl，还有少量Ca2、Mg2)为主要原料生产亚硫酸钠的新工艺如下，同时能得到用作化肥的副产品氯化铵。已知以下四种物质的溶解度曲线如图所示：(1)“除杂”时，先加入适量石灰乳过滤除去Mg2，再通入CO2并用少量氨水调节pH，过滤除去Ca2，“废渣”的主要成分为_、_。(2)“滤渣1”的化学式为_。(3)在“滤液1”中加入盐酸的目的是_。“滤渣2”的化学式为_。解答无机化工流程试题的程序1审题步骤2解题思路
