第74講以性質為主的探究類綜合實驗[復習目標]1.能根據不同情景、不同類型實驗特點評價或設計解決問題的簡單方案。2.建立解答探究類綜合實驗的思維模型。類型一物質性質的探究1．物質性質探究類實驗的類型(1)根據物質性質設計實驗方案(2)根據物質的結構(或官能團)設計實驗方案2．物質性質探究類實驗的常見操作及原因操作目的或原因沉淀水洗除去××(可溶于水)雜質沉淀用乙醇洗滌a.減小固體的溶解度；b.除去固體表面吸附的雜質；c.乙醇揮發帶走水分，使固體快速干燥冷凝回流防止××蒸氣逸出脫離反應體系；提高××物質的轉化率控制溶液pH防止××離子水解；防止××離子沉淀；確保××離子沉淀完全；防止××溶解等“趁熱過濾”后，有時先向濾液中加入少量水，加熱至沸騰，然后再“冷卻結晶”稀釋溶液，防止降溫過程中雜質析出，提高產品的純度加過量A試劑使B物質反應完全(或提高B物質的轉化率等)溫度不高于××℃溫度過高××物質分解(如H2O2、濃硝酸、NH4HCO3等)或××物質揮發(如濃硝酸、濃鹽酸)或××物質氧化(如Na2SO3等)或促進××物質水解(如AlCl3等)減壓蒸餾(減壓蒸發)減小壓強，使液體沸點降低，防止××物質受熱分解(如H2O2、濃硝酸、NH4HCO3等)蒸發、反應時的氣體氛圍抑制××離子的水解(如加熱蒸發AlCl3溶液時需在HCl氣流中進行，加熱MgCl2·6H2O制MgCl2時需在HCl氣流中進行等)配制某溶液前先煮沸水除去溶解在水中的氧氣，防止××物質被氧化反應容器中用玻璃管和大氣相通指示容器中壓強大小，避免反應容器中壓強過大1．(2021·福建，12)NaNO2溶液和NH4Cl溶液可發生反應：NaNO2＋NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))N2↑＋NaCl＋2H2O。為探究反應速率與c(NaNO2)的關系，利用如圖裝置(夾持儀器略去)進行實驗。實驗步驟：往A中加入一定體積(V)的2.0mol·L－1NaNO2溶液、2.0mol·L－1NH4Cl溶液和水，充分攪拌。控制體系溫度，通過分液漏斗往A中加入1.0mol·L－1醋酸，當導管口氣泡均勻穩定冒出時，開始用排水法收集氣體，用秒表測量收集1.0molN2所需的時間，重復多次取平均值(t)。回答下列問題：(1)儀器A的名稱為________。(2)檢驗裝置氣密性的方法：關閉止水夾K，_________________________________________________________________________________________________________。(3)若需控制體系的溫度為36℃，采取的合理加熱方式為__________________。(4)每組實驗過程中，反應物濃度變化很小，忽略其對反應速率測定的影響。實驗數據如表所示。實驗編號V/mLt/sNaNO2溶液NH4Cl溶液醋酸水14.0V14.08.03342V24.04.0V315038.04.04.04.083412.04.04.00.038①V1＝________，V3＝________。②該反應的速率方程為v＝k·cm(NaNO2)·c(NH4Cl)·c(H＋)，k為反應速率常數。利用實驗數據計算得m＝________(填整數)。③醋酸的作用是_________________________________________________________。(5)如果用同濃度的鹽酸代替醋酸進行實驗1，NaNO2與鹽酸反應生成HNO2，HNO2分解產生等物質的量的兩種氣體，反應結束后，A中紅棕色氣體逐漸變淺，裝置中還能觀察到的現象有____________________。HNO2分解的化學方程式為________________________________________________________________________________________________。答案(1)錐形瓶(2)通過分液漏斗往A中加水，一段時間后水難以滴入，則氣密性良好(3)水浴加熱(4)①4.06.0②2③作催化劑，加快反應速率(5)量筒中收集到無色氣體，導管里上升一段水柱2HNO2=NO↑＋NO2↑＋H2O解析(4)①為探究反應速率與c(NaNO2)的關系，NH4Cl濃度不變，根據數據3和4可知溶液總體積為20.0mL，故V1為4.0；根據變量單一可知V2為6.0，V3為6.0。②濃度增大化學反應速率加快，根據實驗1和實驗3數據分析，實驗3的c(NaNO2)是實驗1的2倍，實驗1和實驗3所用的時間比eq\f(334,83)≈4，根據分析可知速率和NaNO2濃度的平方成正比，故m＝2。(5)HNO2分解產生等物質的量的兩種氣體，根據氧化還原反應可知反應的化學方程式為2HNO2=NO↑＋NO2↑＋H2O，反應結束后量筒收集到NO，因為NO2溶于水生成NO，A中紅棕色氣體逐漸變淺，錐形瓶內壓強降低，導管里上升一段水柱。2．(2023·江西上饒統考一模)碘化亞銅(CuI)是重要的有機催化劑。某學習小組用如圖裝置制備CuI，并設計實驗探究其性質。已知：碘化亞銅(CuI)是白色固體，難溶于水，易與KI形成K[CuI2]，實驗裝置如圖1所示。(1)儀器D的名稱是____________。(2)實驗完畢后，用圖2所示裝置分離CuI的突出優點是_______________________。(3)某同學向裝置C的燒杯中傾倒NaOH溶液時，不慎將少量溶液濺到皮膚上，處理的方法是________________________________________________________________________。(4)裝置B中發生反應的離子方程式是______________________________________________________________________________________________________________。(5)小組同學設計下表方案對CuI的性質進行探究：實驗實驗操作及現象Ⅰ取少量CuI放入試管中，加入KI溶液，白色固體溶解得到無色溶液；加水，又生成白色沉淀Ⅱ取少量CuI放入試管中，加入NaOH溶液，振蕩，產生磚紅色沉淀。過濾，向所得上層清液中滴加淀粉溶液，無明顯變化；將磚紅色沉淀溶于稀硫酸，產生紅色固體和藍色溶液①在實驗Ⅰ中“加水，又生成白色沉淀”的原理是___________________________________________________________________________________________________。②根據實驗Ⅱ，CuI與NaOH溶液反應的化學方程式是_______________________________________________________________________________________________。(6)測定CuI樣品純度。取agCuI樣品與適量NaOH溶液充分反應后，過濾；在濾液中加入足量的酸化的雙氧水，滴幾滴淀粉溶液，用bmol·L－1Na2S2O3標準溶液滴定至終點，消耗Na2S2O3溶液的體積為VmL[已知：滴定反應為I2＋2S2Oeq\o\al(2－,3)=S4Oeq\o\al(2－,6)(無色)＋2I－]。該樣品純度為________(用含a、b、V的代數式表示)。如果其他操作均正確，僅滴定前盛標準溶液的滴定管用蒸餾水洗凈后沒有用標準溶液潤洗，測得結果________(填“偏高”“偏低”或“無影響”)。答案(1)恒壓滴液漏斗(2)過濾速率快(3)立即用大量水沖洗，再涂上稀硼酸溶液(4)2Cu2＋＋SO2＋2I－＋2H2O=2CuI↓＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋(5)①無色溶液中存在平衡：I－＋CuI[CuI2]－，加水，平衡向逆反應方向移動，轉化成更多的CuI，因其難溶于水而析出②2CuI＋2NaOH=Cu2O＋2NaI＋H2O(6)eq\f(191bV,10a)%偏高解析(2)圖2裝置有抽氣泵，可以降低布氏漏斗下部的氣體壓強，布氏漏斗上部氣體壓強為大氣壓強，由于上部壓強大于下部壓強，混合物質中的液體在重力及上下氣體壓強作用下可以迅速過濾，分離得到CuI固體，即該裝置的優點是過濾速率快。(4)在裝置B中SO2、CuSO4、KI發生氧化還原反應制取CuI，根據得失電子守恒、電荷守恒、原子守恒，結合物質的拆分原則，可知該反應的離子方程式為2Cu2＋＋SO2＋2I－＋2H2O=2CuI↓＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋。(6)agCuI樣品與適量NaOH溶液充分反應：2CuI＋2NaOH=Cu2O＋2NaI＋H2O，過濾后，向濾液中加入足量的酸化的雙氧水，發生反應：2I－＋H2O2＋2H＋=I2＋2H2O，再以淀粉溶液為指示劑，用標準Na2S2O3溶液滴定，發生反應：I2＋2S2Oeq\o\al(2－,3)=S4Oeq\o\al(2－,6)(無色)＋2I－，當恰好反應完全時，溶液藍色褪去。根據反應方程式可得關系式：2CuI～2NaI～I2～2Na2S2O3，n(CuI)＝n(Na2S2O3)＝bV×10－3mol，則樣品中CuI的純度為eq\f(bV×10－3mol×191g·mol－1,ag)×100%＝eq\f(191bV,10a)%。如果其他操作均正確，僅滴定前盛標準溶液的滴定管用蒸餾水洗凈后沒有用標準液潤洗，會因標準溶液被稀釋而使其濃度變小，CuI反應產生的NaI溶液消耗標準溶液體積偏大，最終使測得的結果偏高。類型二反應產物、反應機理的探究1．解答產物確定題的思路分析由性質確定反應產物是解此類題目的根本思路，而題目中所涉及的物質，一般分為兩類。第一類常見的熟悉物質要注意物質的特殊性質，比如顏色、狀態、氣味、溶解性等物理性質，或能與哪些物質反應生成特殊的沉淀、氣體等化學性質第二類能類比遷移的陌生物質雖然平時接觸不多，但其某種組成成分、結構成分(如離子、原子團、官能團等)必然學過，則可以考慮與其結構相似的物質的性質，進而推斷其具體組成2.文字表述題的各種答題規范(1)沉淀洗滌是否完全的檢驗答題模板取少許最后一次洗滌液，滴入少量……溶液(試劑)，若……(現象)，表示已經洗滌完全。解答此類題目要注意四個得分點：取樣＋試劑＋現象＋結論。取樣要取“少許最后一次”洗滌液試劑選擇合理的試劑現象須有明顯的現象描述結論根據現象得出結論(2)實驗操作的原因、目的、作用的答題要點答題要素明確實驗目的：做什么明確操作目的：為什么這樣做明確結論：這樣做會有什么結果？理由是什么得分點及關鍵詞操作：怎么“做”，為什么這樣“做”作用：須有明確的結論、判斷、理由(3)實驗現象的準確、全面描述答題要素現象描述要全面：看到的、聽到的、觸摸到的、聞到的現象描述要準確：如A試管中……B處有……按“現象＋結論”格式描述，忌現象結論不分、由理論推現象、指出具體生成物的名稱得分點及關鍵詞溶液中：顏色由……變成……，液面上升或下降(形成液面差)，溶液變渾濁，生成(產生)……沉淀，溶液發生倒吸，產生大量氣泡(或有氣體從溶液中逸出)，有液體溢出等固體：表面產生大量氣泡，逐漸溶解，體積逐漸變小，顏色由……變成……等氣體：生成……色(味)氣體，氣體由……色變成……色，先變……后……(加深、變淺、褪色)等(4)試劑的作用的答題模板答題要素試劑的作用是什么？要達到的目的是什么得分點及關鍵詞作用類：“除去”“防止”“抑制”“使……”等，回答要準確作用—目的類：“作用”是“……”，“目的”是“……”，回答要準確全面1．(2023·北京，19)資料顯示，I2可以將Cu氧化為Cu2＋。某小組同學設計實驗探究Cu被I2氧化的產物及銅元素的價態。已知：I2易溶于KI溶液，發生反應I2＋I－Ieq\o\al(－,3)(紅棕色)；I2和Ieq\o\al(－,3)氧化性幾乎相同。(1)將等體積的KI溶液加入到mmol銅粉和nmolI2(n>m)的固體混合物中，振蕩。實驗記錄如下：c(KI)實驗現象實驗Ⅰ0.01mol·L－1極少量I2溶解，溶液為淡紅色；充分反應后，紅色的銅粉轉化為白色沉淀，溶液仍為淡紅色實驗Ⅱ0.1mol·L－1部分I2溶解，溶液為紅棕色；充分反應后，紅色的銅粉轉化為白色沉淀，溶液仍為紅棕色實驗Ⅲ4mol·L－1I2完全溶解，溶液為深紅棕色；充分反應后，紅色的銅粉完全溶解，溶液為深紅棕色①初始階段，Cu被氧化的反應速率：實驗Ⅰ________(填“>”“<”或“＝”)實驗Ⅱ。②實驗Ⅲ所得溶液中，被氧化的銅元素的可能存在形式有[Cu(H2O)4]2＋(藍色)或[CuI2]－(無色)，進行以下實驗探究：步驟a.取實驗Ⅲ的深紅棕色溶液，加入CCl4，多次萃取、分液。步驟b.取分液后的無色水溶液，滴入濃氨水。溶液顏色變淺藍色，并逐漸變深。ⅰ.步驟a的目的是_______________________________________________________。ⅱ.查閱資料，2Cu2＋＋4I－=2CuI↓＋I2，[Cu(NH3)2]＋(無色)容易被空氣氧化。用離子方程式解釋步驟b的溶液中發生的變化：_________________________________________。③結合實驗Ⅲ，推測實驗Ⅰ和Ⅱ中的白色沉淀可能是CuI，實驗Ⅰ中銅被氧化的化學方程式是________________________________________________________________________。分別取實驗Ⅰ和Ⅱ充分反應后的固體，洗滌后得到白色沉淀，加入濃KI溶液，______________(填實驗現象)，觀察到少量紅色的銅。分析銅未完全反應的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)上述實驗結果，I2僅將Cu氧化為＋1價。在隔絕空氣的條件下進行電化學實驗，證實了I2能將Cu氧化為Cu2＋。裝置如圖所示，a、b分別是___________________________。(3)運用氧化還原反應規律，分析在上述實驗中Cu被I2氧化的產物中價態不同的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)①<②ⅰ.除去Ieq\o\al(－,3)，防止干擾后續實驗ⅱ.[CuI2]－＋2NH3·H2O=[Cu(NH3)2]＋＋2H2O＋2I－、4[Cu(NH3)2]＋＋O2＋8NH3·H2O=4[Cu(NH3)4]2＋＋4OH－＋6H2O③2Cu＋I2=2CuI(或2Cu＋KI3=2CuI＋KI)白色沉淀逐漸溶解，溶液變為無色銅與碘的反應為可逆反應(或Ieq\o\al(－,3)濃度小未能氧化全部的Cu)(2)銅、含nmolI2的4mol·L－1的KI溶液(3)在實驗Ⅰ、實驗Ⅱ、實驗Ⅲ中Cu＋可以進一步與I－結合生成CuI沉淀或[CuI2]－，Cu＋濃度減小使得Cu2＋氧化性增強，發生反應2Cu2＋＋4I－=2CuI↓＋I2和2Cu2＋＋6I－=2[CuI2]－＋I2解析(1)①I2在水中溶解度很小，銅主要被Ieq\o\al(－,3)氧化，初始階段，實驗Ⅱ中I－的濃度比實驗Ⅰ中I－的濃度更大，生成Ieq\o\al(－,3)的速率更快，則實驗Ⅱ中Cu被氧化的速率更快。②ⅰ.加入CCl4，I2＋I－Ieq\o\al(－,3)平衡逆向移動，可以除去Ieq\o\al(－,3)，防止干擾后續實驗。ⅱ.加入濃氨水后[CuI2]－轉化為[Cu(NH3)2]＋，無色的[Cu(NH3)2]＋被氧化為藍色的[Cu(NH3)4]2＋。③結合實驗Ⅲ，推測實驗Ⅰ和Ⅱ中的白色沉淀可能是CuI，實驗Ⅰ中銅被氧化的化學方程式是2Cu＋I2=2CuI或2Cu＋KI3=2CuI＋KI；加入濃KI溶液，發生反應CuI＋I－=[CuI2]－，則可以觀察到的現象是白色沉淀逐漸溶解，溶液變為無色。(2)要驗證I2能將Cu氧化為Cu2＋，需設計原電池負極材料a為Cu，b為含nmolI2的4mol·L－1的KI溶液。2．某化學小組實驗探究SO2與AgNO3溶液的反應。實驗一：用如圖裝置制備SO2，并將足量SO2通入AgNO3溶液中，迅速反應，得到無色溶液A和白色沉淀B(省略夾持、加熱儀器)。(1)制備的SO2中會混有少量的SO3，原因可能為______________________________________________________________________________________________________。為了排除SO3的干擾，試劑a可以為________(填字母)。a．濃硫酸b．飽和Na2SO3溶液c．飽和NaHS溶液d．飽和NaHSO3溶液實驗二：驗證白色沉淀B的成分。分析：沉淀B可能為Ag2SO3、Ag2SO4或兩者混合物。滴加氨水可釋出其陰離子，便于后續檢驗。相關反應為①Ag2SO3＋4NH3·H2O=2[Ag(NH3)2]＋＋SOeq\o\al(2－,3)＋4H2O；②Ag2SO4＋4NH3·H2O=2[Ag(NH3)2]＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H2O。流程如下：(2)欲檢驗溶液C中加入的Ba(NO3)2是否已經過量，請簡述實驗方法：__________________________________________________________________________________。(3)沉淀D中主要含BaSO3，理由是________________________________________________________________________________________________________________。向濾液E中加入H2O2溶液，產生的現象是__________________________________________________________________________________________________________，可進一步證實B中含Ag2SO3。實驗三：探究SOeq\o\al(2－,4)的產生途徑。猜想1：實驗一中，SO2在AgNO3溶液中被氧化生成Ag2SO4，隨沉淀B進入D。猜想2：實驗二中，SOeq\o\al(2－,3)被氧化為SOeq\o\al(2－,4)進入D。(4)取少量溶液A，滴加過量鹽酸，產生白色沉淀。靜置后，取上層清液再滴加BaCl2溶液，未出現白色沉淀，可判斷猜想1不合理。理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)不同反應的速率也有所不同。將實驗一所得混合物放置一段時間，也會有SOeq\o\al(2－,4)生成，同時生成單質Ag。請從化學反應速率的角度分析原因：________________________________________________________________________________________________。(6)實驗探究可知，SOeq\o\al(2－,3)在________(填“酸性”“中性”或“堿性”)溶液中更易被氧化為SOeq\o\al(2－,4)。答案(1)濃硫酸或硫酸銅受熱分解產生SO3ad(2)往上層清液中繼續滴加Ba(NO3)2溶液，若無沉淀產生，表明Ba(NO3)2已過量，否則未過量(3)BaSO3易溶于鹽酸，而BaSO4不溶于鹽酸，加入過量稀鹽酸后，只有少量沉淀剩余，則表明大部分沉淀為BaSO3有白色沉淀生成(4)Ag2SO4溶解度大于BaSO4，沒有BaSO4時，必定沒有Ag2SO4(5)SO2與AgNO3溶液反應生成Ag2SO3和H＋，同時生成少量Ag2SO4，既能發生沉淀反應，又能發生氧化還原反應，但沉淀反應的速率比氧化還原反應快(6)堿性解析(1)制備的SO2中會混有少量的SO3，燒瓶內沒有SO2催化氧化的催化劑，則不是SO2氧化生成，原因可能為濃硫酸或硫酸銅受熱分解產生SO3。為了排除SO3的干擾，試劑a可以為濃硫酸或飽和NaHSO3溶液，故選ad。(2)欲檢驗溶液C中加入的Ba(NO3)2是否已經過量，可檢驗溶液中是否含有SOeq\o\al(2－,4)。(3)濾液E中含有亞硫酸，加入H2O2溶液后，被氧化為硫酸，與Ba2＋反應生成BaSO4白色沉淀。(4)取少量溶液A，滴加過量鹽酸，產生AgCl白色沉淀。靜置后，取上層清液再滴加BaCl2溶液，未出現BaSO4白色沉淀，則表明溶液中不含有SOeq\o\al(2－,4)，可判斷猜想1不合理。(5)將實驗一所得混合物放置一段時間，也會有SOeq\o\al(2－,4)生成，同時生成單質Ag，則起初未生成Ag2SO4，從而表明生成Ag2SO4的反應速率慢。(6)實驗探究可知，酸性溶液中一段時間后才生成SOeq\o\al(2－,4)，而堿性溶液中，SOeq\o\al(2－,3)中混有SOeq\o\al(2－,4)，從而表明SOeq\o\al(2－,3)在堿性溶液中更易被氧化為SOeq\o\al(2－,4)。反應機理類探究性實驗解題流程課時精練1．(2020·全國卷Ⅰ，27)為驗證不同化合價鐵的氧化還原能力，利用下列電池裝置進行實驗。回答下列問題：(1)由FeSO4·7H2O固體配制0.10mol·L－1FeSO4溶液，需要的儀器有藥匙、玻璃棒、________________________________________________________________________________________________________________________________________________(從下列圖中選擇，寫出名稱)。(2)電池裝置中，鹽橋連接兩電極電解質溶液。鹽橋中陰、陽離子不與溶液中的物質發生化學反應，并且電遷移率(u∞)應盡可能地相近。根據下表數據，鹽橋中應選擇________作為電解質。陽離子u∞×108/(m2·s－1·V－1)陰離子u∞×108/(m2·s－1·V－1)Li＋4.07HCOeq\o\al(－,3)4.61Na＋5.19NOeq\o\al(－,3)7.40Ca2＋6.59Cl－7.91K＋7.62SOeq\o\al(2－,4)8.27(3)電流表顯示電子由鐵電極流向石墨電極。可知，鹽橋中的陽離子進入________電極溶液中。(4)電池反應一段時間后，測得鐵電極溶液中c(Fe2＋)增加了0.02mol·L－1。石墨電極上未見Fe析出。可知，石墨電極溶液中c(Fe2＋)＝____________________________。(5)根據(3)、(4)實驗結果，可知石墨電極的電極反應式為__________________，鐵電極的電極反應式為________________。因此，驗證了Fe2＋氧化性小于________，還原性小于________。(6)實驗前需要對鐵電極表面活化。在FeSO4溶液中加入幾滴Fe2(SO4)3溶液，將鐵電極浸泡一段時間，鐵電極表面被刻蝕活化。檢驗活化反應完成的方法是_______________________________________________________________________________________。答案(1)燒杯、量筒、托盤天平(2)KCl(3)石墨(4)0.09mol·L－1(5)Fe3＋＋e－=Fe2＋Fe－2e－=Fe2＋Fe3＋Fe(6)取活化后溶液少許于試管中，加入KSCN溶液，若溶液不出現紅色，說明活化反應完成解析(2)鹽橋中陰、陽離子不與溶液中的物質發生化學反應，兩燒杯溶液中含有Fe2＋、Fe3＋和SOeq\o\al(2－,4)，Ca2＋與SOeq\o\al(2－,4)生成微溶于水的CaSO4，Fe2＋、Fe3＋均與HCOeq\o\al(－,3)反應，酸性條件下NOeq\o\al(－,3)與Fe2＋發生反應，故鹽橋中不能含有Ca2＋、HCOeq\o\al(－,3)和NOeq\o\al(－,3)。K＋和Cl－的電遷移率(u∞)相差較小，故鹽橋中應選擇KCl作為電解質。(4)假設兩個燒杯中溶液體積均為VL，鐵電極反應式為Fe－2e－=Fe2＋，一段時間后，鐵電極溶液中c(Fe2＋)增加了0.02mol·L－1，則電路中通過的電子為0.02mol·L－1×VL×2＝0.04Vmol。石墨電極上未見Fe析出，則石墨電極反應式為Fe3＋＋e－=Fe2＋，據得失電子守恒可知，石墨電極生成的Fe2＋為0.04Vmol，故石墨電極溶液中c(Fe2＋)＝eq\f(0.05mol·L－1×VL＋0.04Vmol,VL)＝0.09mol·L－1。(6)鐵電極表面發生活化反應：Fe＋Fe2(SO4)3=3FeSO4，活化反應完成后，溶液中不含Fe3＋。2．(2023·廣州模擬)某小組從電極反應的角度研究物質氧化性和還原性的變化規律。(1)實驗室以MnO2和濃鹽酸為原料制取氯氣的化學方程式為MnO2＋4HCl(濃)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋2H2O＋Cl2↑。該反應的氧化產物是________。將該反應設計成原電池，氧化反應為2Cl－－2e－=Cl2↑，還原反應為________________________________________________。(2)當氯氣不再逸出時，固液混合物A中仍存在MnO2和鹽酸。小組同學分析認為隨著反應的進行，MnO2的氧化性和Cl－的還原性均減弱，為此進行探究。實驗任務探究離子濃度對MnO2氧化性的影響提出猜想猜想a：隨c(H＋)減小，MnO2的氧化性減弱。猜想b：隨c(Mn2＋)增大，MnO2的氧化性減弱。查閱資料電極電勢(φ)是表征氧化劑的氧化性(或還原劑的還原性)強弱的物理量。電極電勢越大，氧化劑的氧化性越強；電極電勢越小，還原劑的還原性越強。驗證猜想用0.10mol·L－1H2SO4溶液、0.10mol·L－1MnSO4溶液和蒸餾水配制混合液(溶液總體積相同)，將MnO2電極置于混合液中測定其電極電勢φ，進行表中實驗1～3，數據記錄如表。實驗序號V(H2SO4)/mLV(MnSO4)/mLV(H2O)/mL電極電勢/V120200φ12mn10φ23201010φ3①根據實驗1和2的結果，猜想a成立。補充數據：m＝________，n＝________。②根據實驗1和3的結果，猜想b成立。判斷依據是________(用電極電勢關系表示)。探究結果固液混合物A中仍存在MnO2和鹽酸的原因是隨著反應進行，溶液中c(H＋)減小、c(Mn2＋)增大，MnO2氧化性減弱。③根據上述探究結果，小組同學作出如下推斷：隨c(Cl－)增大，Cl－還原性增強。實驗驗證在固液混合物A中加入____________(填化學式)固體，加熱。證明推斷正確的實驗現象是_______________________________________________________________。答案(1)Cl2MnO2＋2e－＋4H＋=2H2O＋Mn2＋(2)①1020②φ1<φ3③NaCl又產生黃綠色氣體解析(2)①分析表格數據，實驗1為對比實驗，而實驗3改變了MnSO4溶液的體積，實驗1和實驗3組合研究Mn2＋濃度對電極電勢的影響。那么實驗2和實驗1組合可以研究H＋濃度的影響，所以改變H2SO4溶液的體積而不改變MnSO4溶液的體積，同時保證總體積為40mL，則m＝10、n＝20。②隨著Mn2＋濃度增大MnO2氧化性減弱，電極電勢降低，即φ1<φ3。③已知溶液中c(H＋)減小、c(Mn2＋)增大，MnO2氧化性減弱，保證單一變量，只改變Cl－的量，可加入NaCl固體，若加熱又產生黃綠色氣體，說明Cl－的濃度增大其還原性增強。3．(2023·天津河東區一模)某小組同學設計如下實驗裝置制備高鐵酸鉀K2FeO4(夾持裝置略)，同時探究制備的適宜條件，已知：常溫下，K2FeO4為紫色固體，微溶于KOH溶液。(1)裝置A反應中的氧化劑為_______________________________________________。(2)進一步設計如下對比實驗，探究在不同試劑a對K2FeO4產率的影響。已知實驗中，溶液總體積、FeCl3和Fe(NO3)3的物質的量、Cl2的通入量均相同。實驗編號試劑a實驗現象ⅰFeCl3溶液和少量KOH無明顯現象ⅱFeCl3溶液和過量KOH得到紫色溶液，無紫色固體ⅲFe(NO3)3溶液和過量KOH得到深紫色溶液，有紫色固體①對比實驗ⅰ與ⅱ現象，提出假設；“實驗ⅱ溶液堿性較強，增強＋3價鐵的還原性”，驗證此假設的實驗裝置如圖所示：當通入Cl2，電壓表示數為V1；再向右側燒杯中加入的試劑為________，電壓表示數為V2；且觀察V1________(填“>”“<”或“＝”)V2，證明上述假設成立。②配平實驗ⅲ中反應的離子方程式：eq\x()Fe3＋＋eq\x()Cl2＋eq\x()eq\x()FeOeq\o\al(2－,4)＋eq\x()Cl－＋eq\x()③實驗ⅱ中K2FeO4的產率比實驗ⅲ的低，其原因可能是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)隨著反應的發生，裝置B中不斷有白色片狀固體產生。①結合化學用語解釋該現象：_____________________________________________________________________________________________________________________。②若拆除裝置B，而使K2FeO4的產率降低的原因是__________________________________________________________________________________________________。(4)向實驗ⅱ所得紫色溶液中繼續通入Cl2，溶液紫色變淺，K2FeO4的產率降低。可能原因是通入的Cl2消耗了KOH，寫出該反應的離子方程式：_________________________________________________________________________________________________。(5)綜上可知制備K2FeO4，所需的適宜條件是________________________________________________________________________________________________________。答案(1)KMnO4(2)①KOH<②2316OH－268H2O③反應存在平衡16OH－＋2Fe3＋＋3Cl22FeOeq\o\al(2－,4)＋6Cl－＋8H2O，當為FeCl3時增加了Cl－濃度，使平衡逆向移動，產率降低(3)①吸入的HCl增加了Cl－濃度，使NaCl(s)Na＋(aq)＋Cl－(aq)平衡逆向移動，產生NaCl晶體②HCl與KOH反應，溶液堿性減弱，＋3價鐵的還原性減弱，產率降低(4)2OH－＋Cl2=Cl－＋ClO－＋H2O(5)Fe(NO3)3溶液和過量KOH、適量Cl2解析(2)①本實驗探究堿性較強會增強Fe3＋的還原性，只需改變Fe3＋溶液的堿性即可，即向右池中加入KOH，觀察到電壓增大。②Fe3＋被Cl2氧化為FeOeq\o\al(2－,4)，而Cl2變為Cl－，按化合價升降守恒配平，由于堿性環境需要加入OH－，該反應為16OH－＋2Fe3＋＋3Cl22FeOeq\o\al(2－,4)＋6Cl－＋8H2O。③對比兩個實驗的變量，結合平衡16OH－＋2Fe3＋＋3Cl22FeOeq\o\al(2－,4)＋6Cl－＋8H2O分析，Cl－增加使平衡逆向移動，所以實驗ⅱ產率較低。(5)過量的Cl2和Cl－均會降低產率，而KOH會增加產率，所以所需的適宜條件是Fe(NO3)3溶液和過量KOH、適量Cl2。4．某小組為探究Mg與NH4Cl溶液的反應機理，常溫下進行以下實驗。實驗中所取鎂粉質量均為0.5g，分別加入選取的實驗試劑中，資料：①CH3COONH4溶液呈中性。②Cl－對該反應幾乎無影響。實驗實