三年高考2016 - 2018高考化学试题分项版解析专题21化学实验设计与探究含解析

专题21 化学实验设计与探究

1．【2018北京卷】实验小组制备高铁酸钾（K2FeO4）并探究其性质。

资料：K2FeO4为紫色固体，微溶于KOH溶液；具有强氧化性，在酸性或中性溶液中快速产生O2，在碱性溶液中较稳定。

（1）制备K2FeO4（夹持装置略）

①A为氯气发生装置。A中反应方程式是________________（锰被还原为Mn）。 ②将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。_______ ③C中得到紫色固体和溶液。C中Cl2发生的反应有 3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH（2）探究K2FeO4的性质

①取C中紫色溶液，加入稀硫酸，产生黄绿色气体，得溶液a，经检验气体中含有Cl2。为证明是否K2FeO4氧化了Cl而产生Cl2，设计以下方案：

方案Ⅰ 取少量a，滴加KSCN溶液至过量，溶液呈红色。 用KOH溶液充分洗涤C中所得固体，再用KOH溶液将K2FeO4方案Ⅱ 溶出，得到紫色溶液b。取少量b，滴加盐酸，有Cl2产生。 i．由方案Ⅰ中溶液变红可知a中含有______离子，但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl氧化，还可能由________________产生（用方程式表示）。

ii．方案Ⅱ可证明K2FeO4氧化了Cl。用KOH溶液洗涤的目的是________________。

②根据K2FeO4的制备实验得出：氧化性Cl2________FeO4（填“＞”或“＜”），而方案Ⅱ实验表明，Cl2和FeO4的氧化性强弱关系相反，原因是________________。

③资料表明，酸性溶液中的氧化性FeO4＞MnO4，验证实验如下：将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，振荡后溶液呈浅紫色，该现象能否证明氧化性FeO4＞MnO4。若能，请说明理由；若

1

2??2??2?2?－

－

－

2+

2K2FeO4+6KCl+8H2O，另外还有________________。

不能，进一步设计实验方案。 理由或方案：________________。

【答案】 2KMnO4+16HClCl2+2OH

?

2MnCl2+2KCl +5Cl2↑+8H2O

2?

+

3+

?

Cl+ClO+H2O Fe 4FeO4+20H

2?

??3+

4Fe+3O2↑+10H2O 排除ClO的干扰 > 溶液的酸碱

3+

?

性不同 若能，理由：FeO4在过量酸的作用下完全转化为Fe和O2，溶液浅紫色一定是MnO4的颜色（若不能，方案：向紫色溶液b中滴加过量稀H2SO4，观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色） 【解析】

3

、KOH，用饱和食盐水除去HCl，除杂装置B为；③ C中Cl2发生的主要反应有

3Cl2+2Fe（OH）3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O，还有Cl2与KOH的反应，Cl2与KOH反应的化学方程式为Cl2+2KOH=KCl+KClO+H2O，反应的离子方程式为Cl2+2OH=Cl+ClO+H2O；（2）①根据上述制备反应，C的紫色溶液中含有K2FeO4、KCl，还可能含有KClO等；I.方案I加入KSCN溶液，溶液变红说明a中含Fe。但Fe的产生不能判断K2FeO4与Cl发生了反应，根据题意K2FeO4在酸性或中性溶液中快速产生O2，自身被还原成Fe，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，可能的反应为

4FeO4+20H=3O2↑+4Fe+10H2O；II.产生Cl2还可能是ClO+Cl+2H=Cl2↑+H2O，即KClO的存在干扰判断；K2FeO4微溶于KOH溶液，用KOH溶液洗涤的目的是除去KClO、排除ClO的干扰，同时保持K2FeO4稳定存在；②制备K2FeO4的原理为3Cl2+2Fe（OH）3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O，在该反应中Cl元素的化合价由0价降至-1价，Cl2是氧化剂，Fe元素的化合价由+3价升至+6价，Fe（OH）3是还原剂，K2FeO4为氧化产物，根据同一反应中，氧化性：氧化剂

2--+

3+

-2-+

3+

--+

3+

3+

-3+

---

氧化产物，得出氧化性Cl2

2-

FeO4；方案II的反应为

2-

2FeO4+6Cl+16H=2Fe+3Cl2↑+8H2O，实验表明，Cl2和FeO4氧化性强弱关系相反；对比两个反应的条件，制备K2FeO4在碱性条件下，方案II在酸性条件下；说明溶液的酸碱性的不同影响物质氧化性的强弱。 ③该小题为开放性试题。若能，根据题意K2FeO4在足量H2SO4溶液中会转化为Fe和O2，最后溶液中不存在FeO4，溶液振荡后呈浅紫色一定是MnO4的颜色，说明FeO4将Mn氧化成MnO4，所以该实验方案能证明氧化性FeO4

2-2--2-2+

-3+

MnO4。（或不能，因为溶液b呈紫色，溶液b滴入MnSO4和H2SO4的混合溶液中，c（FeO4）

2

-2-

变小，溶液的紫色也会变浅；则设计一个空白对比的实验方案，方案为：向紫色溶液b中滴加过量稀H2SO4，观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色）。

考点定位：考查实验方案设计与评价、物质的分离和提纯、常见离子的检验。

【试题点评】思路点拨：与气体有关的制备实验装置的连接顺序一般为：气体发生装置→除杂净化装置→制备实验装置→尾气吸收。进行物质性质实验探究是要排除其他物质的干扰。尤其注意最后一空为开放性答案，要注重多角度思考。

2．【2017新课标3卷】绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题：

（1）在试管中加入少量绿矾样品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气，溶液逐渐变红。由此可知：______________、_______________。

（2）为测定绿矾中结晶水含量，将石英玻璃管（带两端开关K1和K2）（设为装置A）称重，记为m1 g。将样品装入石英玻璃管中，再次将装置A称重，记为 m2 g。按下图连接好装置进行实验。

①仪器B的名称是____________________。

②将下列实验操作步骤正确排序___________________（填标号）；重复上述操作步骤，直至A恒重，记为m3 g。

a．点燃酒精灯，加热

b．熄灭酒精灯

e．称量A

c．关闭K1和K2

f．冷却到室温

d．打开K1和K2，缓缓通入N2

③根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水数目x=________________（列式表示）。若实验时按a、d次序操作，则使x__________（填“偏大”“偏小”或“无影响”）。

（3）为探究硫酸亚铁的分解产物，将（2）中已恒重的装置A接入下图所示的装置中，打开K1和K2，缓缓通入N2，加热。实验后反应管中残留固体为红色粉末。

3

①C、D中的溶液依次为______（填标号）。C、D中有气泡冒出，并可观察到的现象分别为______。 a．品红

b．NaOH

c．BaCl2

d．Ba(NO3)2

e．浓H2SO4

②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式_____________________。 【答案】（1）样品中没有Fe （2）①干燥管 ② dabfce ③

3+

Fe易被氧气氧化为Fe

2+3+

76(m2?m3)

9(m3?m1)偏小

（3）①c、a 生成白色沉淀、褪色 ②2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑

②由于装置中含有空气，空气能氧化硫酸亚铁，所以加热前需要排尽装置中空气，利用氮气排出空气，为了使生成的水蒸气完全排除，应该先熄灭酒精灯，再冷却，然后关闭K1和K2，最后称量，即正确的排序是dabfce。

③样品的质量是（m2－m1）g，加热后剩余固体是硫酸亚铁，质量为（m3－m1）g，生成水的质量为（m2－

m3）g，

FeSO4·xH2O

△ FeSO4 + xH2O

152 18x （m3－m1）g （m2－m3）g 则：

76(m2?m3)15218x?，解得：x?；

(m3?m1)g(m2?m3)g9(m3?m1)若实验时按a、d次序操作，在加热过程中部分硫酸亚铁被空气氧化为硫酸铁，导致m3增加，使测得生成的水偏小，生成的硫酸亚铁偏大，因此x偏小。

（3）①最终得到红色粉末，说明有氧化铁生成，即分解过程发生了氧化还原反应，根据化合价变化可知一定有SO2生成，这说明硫酸亚铁分解生成氧化铁、SO2和三氧化硫。三氧化硫溶于水生成硫酸，硫酸和钡离子结合生成白色沉淀硫酸钡，由于硝酸钡在酸性溶液中有氧化性，能氧化SO2，所以应该用氯化钡，检验SO2用品红溶液，所以C、D的溶液依次为氯化钡溶液和品红溶液，实验现象是C中溶液变浑浊，产生白色沉淀，D中品红溶液褪色。

②根据以上分析可知硫酸亚铁高温分解生成氧化铁、SO2和SO3，根据电子守恒和原子守恒得此反应的方

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