04 第49讲 探究性综合实验-（配套练习）【高考快车道】2027年高考化学大一轮总复习

**基本信息** 聚焦探究性综合实验，涵盖物质性质与反应原理探究，通过实验设计、现象分析及数据处理，适配高中化学一轮复习，提升实验综合能力。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |综合实验题|4道|物质制备（NaNO₂）、性质探究（N₃⁻）、反应速率（S₂O₈²⁻与I⁻）、氧化还原、实验设计与评价|情境贴近工业（食品添加剂）和真实实验现象，问题梯度从方程式书写到原理探究，融合科学探究与实践、科学思维素养，汇编自多校联考，契合高考实验命题趋势|

第49讲　探究性综合实验 　 　　　　　 　　　　　 　　　　 考点一　物质性质探究实验 1.[2025·湖南邵东一中等学校联考] 现代食品工业中,食品添加剂的使用满足了人们对食品多样化的需求。亚硝酸钠(NaNO2)就是食品添加剂之一,但它有一定毒性,使用时必须严格控制其用量。 Ⅰ.【制备NaNO2】某兴趣小组用如图所示装置制备NaNO2并对其性质作如下探究(A中加热装置已略去)。 (1)装置A三颈烧瓶中发生反应的化学方程式为　　　　　　 　　　　 　　　　　　　　　。  (2)B装置中水的作用有①吸收挥发出的硝酸蒸气,②　　　　　　　　　　　　　;铜的作用是　　　　　　　　 　　　　　　。  (3)为保证制得的亚硝酸钠的纯度,C装置中盛放的试剂可能是　　　　(填字母)。  A.P2O5 B.碱石灰 C.无水CaCl2 D.生石灰 (4)E装置可将NO转化为N,反应的离子方程式是　　　　　　 　　　　　　。  Ⅱ.【探究NaNO2性质】某小组以亚硝酸钠(NaNO2)溶液为研究对象,探究N的性质。 实验 滴管中试剂 试管中试剂 编号及现象 1%酚酞溶液 1 mol·L-1 NaNO2溶液 实验a:溶液变为浅红色,微热后红色加深 1 mol·L-1 NaNO2溶液 0.1 mol·L-1 KMnO4 溶液 实验b:开始无明显变化,向溶液中滴加稀硫酸后紫红色褪去 KSCN溶液 1 mol·L-1 FeSO4溶液(pH=3) 实验c:无明显变化 1 mol·L-1 NaNO2溶液 1 mol·L-1FeSO4溶液(pH=3) 实验d:溶液先变黄,后迅速变为棕色,滴加KSCN溶液变红 资料:[Fe(NO)]2+在溶液中呈棕色。 (5)结合化学用语解释实验a“微热后红色加深”的原因是　　　　 　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (6)实验b证明N具有　　　 　性。  (7)经验证:实验d中的棕色物质是NO与Fe2+络合反应的产物,则实验d证明N具有 　　　　　　性。  (8)另一小组同学设计如图所示实验,将K闭合后电流表指针发生偏转,向左侧滴加醋酸溶液后偏转幅度增大。本实验结论是　　　　　　　　　 　　　 　　　　　　　　　　　　　　。  考点二　反应原理探究实验 2.实验小组探究(NH4)2S2O8溶液与KI溶液的反应: [资料] ①(NH4)2S2O8是强电解质,具有强氧化性;S2易被还原为S。 ②I2可与Na2S2O3发生反应:2S2+I2S4+2I-。 ③在溶液中I2-淀粉复合物必须有足够的浓度才能显示明显的蓝色。 Ⅰ.实验小组设计了下列实验验证了(NH4)2S2O8溶液与KI溶液的反应: 编号 1-1 1-2 实验 操作 现象 无明显现象 溶液立即变蓝 (1)实验1-1的目的是　　　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　。  (2)请用离子方程式表示实验1-2中的化学反应:　　 　　　　　。  Ⅱ.实验小组发现,KI溶液中若含有Na2S2O3,溶液并不会立刻变蓝,而会等待一段时间后再变蓝。为了解释这一现象,甲同学对此提出两种猜想: (3)猜想1:其他条件相同时,(NH4)2S2O8与Na2S2O3反应速率　　 　　(填“>”或“<”)(NH4)2S2O8与KI的反应速率,使溶液中S2浓度降低,化学反应速率变慢。  猜想2:其他条件相同时,(NH4)2S2O8与Na2S2O3不反应。(NH4)2S2O8与KI反应速率　　　　(填“>”或“<”)I2与Na2S2O3的反应速率。  (4)根据资料②可知Na2S2O3的还原性　　 　　(填“强于”或“弱于”)KI,甲同学认为,该事实可以用来作为　　 　　(填“猜想1”或“猜想2”)的依据。  Ⅲ.为了进一步研究Na2S2O3的作用,小组同学分别向两支试管中依次加入下列试剂,并记录变色时间,如表所示。 编号 2-1 2-2 0.2 mol·L-1 KI溶液 2 mL 2 mL 0.01 mol·L-1 Na2S2O3溶液 0 mL 0.8 mL 淀粉溶液 2滴 2滴 0.2 mol·L-1 (NH4)2S2O8溶液 0.2 mL 2 mL ① ② 0.2 mL 变色时间 立即 10 s (5)请补全表格中信息:①　　　　、②　　　　。  (6)乙同学根据现有数据证明Ⅱ中猜想1不成立,理由是　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  Ⅳ.查阅文献表明Ⅱ中猜想2成立。 (7)下列说法正确的是　　　　(填字母)。  A.增加溶液中Na2S2O3浓度,Na2S2O3的初始反应速率会增加 B.增加溶液中Na2S2O3浓度,溶液变蓝时间可能增加 C.增加溶液中Na2S2O3浓度,溶液可能无法变蓝 D.升高溶液温度,溶液开始变蓝时间可能增加 (8)结合实验2-2的数据,计算10 s内的S2消耗的速率v(S2)=　　　 　mol·L-1·s-1。  3.[2025·安徽太湖一中等学校联考] 某小组研究Cu与浓硝酸反应时发现如下现象: 装置与试剂 现象 Cu片完全溶解,反应放热,产生红棕色气体,得到绿色溶液A 该溶液长时间放置后得到蓝色溶液B,反应后溶液体积几乎不变 (1)Cu与浓硝酸反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)甲同学猜测溶液A不是蓝色而呈绿色与溶解了NO2有关,于是向溶液B中通入NO2,然后再持续通入一段时间N2,观察到现象:　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　,证实猜测合理。  甲同学为深入研究溶液A呈绿色的原因,查得如下资料并提出了新的假设: 资料ⅰ:NO2溶于水部分发生歧化反应:2NO2+H2OHNO2+HNO3 资料ⅱ:N能与Cu2+络合:Cu2+(蓝色)+4N[Cu(NO2)4]2-(绿色) 资料ⅲ:HNO2是弱酸,加热或遇强酸发生分解:3HNO2HNO3+2NO↑+H2O 假设一:A中形成了[Cu(NO2)4]2-使溶液呈绿色。 为了验证假设一的合理性,甲同学进行了如下实验: 【实验一】 操作 现象 ①向20.0 mL 0.5 mol·L-1 Cu(NO3)2蓝色溶液中通入少量NO2气体 溶液呈绿色 ②向20.0 mL水中通入与①中等量的NO2气体 溶液呈无色 (3)操作②的目的是　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　。  (4)乙同学向①所得溶液中滴加浓硫酸,使溶液中c(H+)达约8 mol·L-1,观察到有无色气体放出(遇空气变为红棕色),溶液很快变回蓝色。利用平衡移动原理解释溶液变蓝的原因:     　 。  (5)综合甲、乙两位同学的实验,假设一不成立。请说明理由:　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  乙同学查得如下资料并提出来另一种假设: 资料ⅳ:浓硝酸中溶有NO2时呈黄色:水或稀硝酸中通入少量NO2时呈无色 假设二:A中浓硝酸溶解了NO2所得黄色溶液与Cu2+的蓝色复合形成了绿色。 为验证假设二的合理性,乙同学进行了如下实验: 【实验二】 操作 现象 ①配制与溶液A等pH的HNO3溶液,取20.0 mL,通入NO2气体 溶液呈黄色 ②加入　　 　   溶液变为绿色 ③　　　   溶液立即变回蓝色 (6)操作②中加入的试剂为　　　　　　　　　,操作③进一步证明了假设二的合理性,写出该操作:　　　　　　。溶液变回蓝色可能的原因是　　　　　　　　　　 　　　 　　(用化学方程式表示)。  4.[2025·湖北沙市中学检测] Na2O2具有强氧化性,H2具有还原性,某探究小组的同学学习氧化还原反应的知识后推测Na2O2与H2可以发生反应。为了验证他们的猜想,设计了如图所示的实验进行验证。 Ⅰ.实验探究: (1)利用装置A制取H2,装有稀盐酸的仪器名称为　　　　 　　,B装置里面盛放的试剂可以是　 　　(填序号),作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  A.浓硫酸 B.碱石灰 C.无水氯化钙 D.无水硫酸铜 (2)下面是实验过程中的重要步骤,选出正确的操作顺序:　　　　　　　　　　(填序号)。  ①用小试管收集气体,并检验其纯度 ②组装好实验装置,检查装置的气密性 ③加热装有Na2O2的硬质玻璃管,使其逐渐熔化,反应一段时间 ④打开止水夹K1和K2,通过分液漏斗向A中滴加稀盐酸 ⑤停止加热,充分冷却后,关闭止水夹K1和K2 (3)在实验过程中观察到C中淡黄色固体逐渐变成白色,无水硫酸铜未变成蓝色,则Na2O2与H2反应的化学方程式为　 。  (4)若只用水和酚酞溶液　　 　　(填“能”或“不能”)检验C中Na2O2是否反应完全。  Ⅱ.数据处理: (5)实验结束以后,该小组的同学还想测定C装置内白色固体中未反应完的Na2O2含量。 操作流程如下: ①白色固体中Na2O2的质量分数为　　　　　　　　　　　　(用含m1和m2的式子表示)。  ②若在转移溶液的过程中,不小心将溶液溅到蒸发皿外面,则测得Na2O2的质量分数　　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)  学科网（北京）股份有限公司 $ 第49讲　探究性综合实验 1.(1)C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O (2)将NO2转化为NO　与稀硝酸反应生成NO (3)BD (4)3Mn+4H++5NO3Mn2++5N+2H2O (5)N发生水解反应N+H2OHNO2+OH-,温度升高水解平衡正向移动,碱性增强,溶液红色加深 (6)还原 (7)氧化 (8)N在一定条件下体现氧化性,氧化性强弱与溶液酸碱性有关 [解析] (1)在装置A三颈烧瓶中浓硝酸与C在加热时发生氧化还原反应,化学方程式为C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。(2)装置B中NO2与水发生反应生成NO:3NO2+H2O2HNO3+NO,产生的硝酸再与Cu发生反应:3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,即B装置的作用是①吸收挥发出的硝酸蒸气,②将NO2转化为NO;铜的作用是与稀硝酸反应生成NO。(3)装置A三颈烧瓶中C和浓HNO3在加热时反应生成CO2、NO2和H2O,CO2和H2O都能与Na2O2反应,为保证制得NaNO2的纯度,装置C中盛放的试剂应既能吸水又能吸收CO2,P2O5和无水CaCl2只能吸水不能吸收CO2,碱石灰和生石灰既能吸水又能吸收CO2,故选BD。(4)E装置可将NO转化为N,即Mn具有强氧化性,把NO氧化为N,反应的离子方程式是3Mn+4H++5NO3Mn2++5N+2H2O。(5)根据实验a的现象说明NaNO2为强碱弱酸盐,N发生水解反应N+H2OHNO2+OH-,温度升高水解平衡正向移动,碱性增强,溶液红色加深,所以在1 mol·L-1 NaNO2溶液中滴加酚酞溶液,溶液变为浅红色,微热后红色加深。(6)根据实验b说明NaNO2溶液与KMnO4 溶液在酸性条件下发生氧化还原反应而使KMnO4 溶液的紫红色褪去,即KMnO4被还原,说明N具有还原性。(7)经验证:实验d中的棕色物质是NO与Fe2+络合反应的产物,NO中N元素化合价为+2价,N中N元素化合价为+3价,则实验d证明N具有氧化性。(8)将K闭合后电流表指针发生偏转,由图可知,该装置构成了原电池,a、b电极分别产生NO和Fe3+,向左侧滴加醋酸后偏转幅度增大,说明N在一定条件下体现氧化性,氧化性强弱与溶液酸碱性有关。 2.(1)作对比实验,证明(NH4)2S2O8将KI氧化为碘单质,排除氧气氧化I-的干扰 (2)S2+2I-2S+I2 (3)>　< (4)强于　猜想1 (5)蒸馏水　2.8 mL (6)在实验2-2中与Na2S2O3完全反应后的溶液中,n(S2)仍高于实验2-1中的起始n(S2),溶液应该立即变成蓝色,所以猜想1不成立 (7)BC　(8)8×10-5 [解析] (1)实验1-1的目的是作对比实验,证明(NH4)2S2O8将KI氧化为碘单质而使淀粉溶液变蓝色,排除氧气氧化I-的干扰。(2)实验1-2中(NH4)2S2O8溶液与KI溶液反应生成I2而使淀粉溶液变蓝色,反应的离子方程式为S2+2I-2S+I2。(3)KI溶液中若含有Na2S2O3,溶液并不会立刻变蓝,而会等待一段时间后再变蓝,可能的原因为猜想1:(NH4)2S2O8与Na2S2O3反应速率大于(NH4)2S2O8与KI的反应速率,使溶液中S2浓度降低,化学反应速率变慢;猜想2:其他条件相同时,(NH4)2S2O8与Na2S2O3不反应,而(NH4)2S2O8与KI反应速率小于I2与Na2S2O3的反应速率,所以溶液并不会立刻变蓝。(4)根据资料② I2可与Na2S2O3发生反应:2S2+I2S4+2I-,还原剂的还原性强于还原产物,所以Na2S2O3的还原性强于KI,该事实可验证猜想1:其他条件相同时,(NH4)2S2O8与Na2S2O3(还原性强于KI)反应速率大于(NH4)2S2O8与KI的反应速率,使溶液中S2浓度降低,化学反应速率变慢。(5)表格中①为蒸馏水,根据控制变量法,为了使溶液的总体积相同,2-1应加入2.8 mL蒸馏水。(6)在实验2-2中与Na2S2O3完全反应后的溶液中,n(S2)仍高于实验2-1中的起始n(S2),溶液应立即变成蓝色,所以猜想1不成立。(7)由猜想2可知,S2与I-反应生成I2后再与S2反应,S2的初始反应速率由I2浓度决定,实验2-2增加溶液中Na2S2O3浓度,Na2S2O3初始反应速率不会增加,A错误;由猜想2可知,增加溶液中Na2S2O3浓度,溶液变蓝时间可能增加,B正确;增加溶液中Na2S2O3浓度,将生成的碘单质完全反应,溶液可能无法变蓝,C正确;升高溶液温度,反应速率加快,溶液开始变蓝时间可能减小,D错误。(8)根据反应S2+2I-2S+I2和2S2+I2S4+2I-得到关系式:S2~I2~2S2,实验2-2中出现蓝色时,S2消耗完,所以|Δn(S2)|=|Δn(S2)|=×0.01×0.8×10-3mol=4×10-6 mol,v(S2)==8×10-5 mol·L-1·s-1。 3.(1)Cu+4H++2NCu2++2H2O+2NO2↑ (2)通入NO2后溶液呈绿色,通入一段时间N2后溶液变蓝 (3)证明NO2溶于水时没有颜色变化,排除这一因素在①中的干扰 (4)加入浓硫酸后,温度升高且c(H+)增大,HNO2分解导致c(HNO2)下降,均引起平衡HNO2N+H+逆向移动,c(N)下降,Cu2+(蓝色)+4N[Cu(NO2)4]2- (绿色)平衡逆向移动,溶液颜色由绿色变为蓝色 (5)加酸且升温后,溶液变为蓝色,说明酸性较强的热溶液A中N不能大量存在,因此[Cu(NO2)4]2-也不能大量存在,[Cu(NO2)4]2- 的形成不是溶液A呈绿色的主要原因 (6)0.01 mol Cu(NO3)2　加水稀释　3NO2+H2O2HNO3+NO [解析] (1)Cu与浓硝酸反应的离子方程式为Cu+4H++2NCu2++2H2O+2NO2↑。(2)甲同学猜测溶液A不是蓝色而呈绿色与溶解了NO2有关,于是向溶液B中通入NO2,溶液变成绿色,然后再持续通入一段时间N2,目的是将NO2吹出,进一步确认NO2的影响,因此通入一段时间N2后溶液又变成蓝色则证明猜测合理。(3)操作②是对比实验,可证明NO2溶于水时没有颜色变化,排除这一因素在①中的干扰。(4)结合资料可知,由于加入浓硫酸后,温度升高且c(H+)增大,引起平衡HNO2N+H+逆向移动,HNO2分解导致c(HNO2)下降,同时产生无色气体,c(N)下降,Cu2+(蓝色)+4N[Cu(NO2)4]2- (绿色)平衡逆向移动,所以溶液颜色由绿色变为蓝色。(5)根据题干信息,所用Cu和HNO3的量中HNO3过量,根据方程式可知,绿色溶液A存有大量HNO3,酸性较强,而加浓硫酸后溶液变为蓝色,说明酸性较强的溶液中,N不能大量存在,因此 也不能大量存在,[Cu(NO2)4]2- 的形成不是溶液A呈绿色的主要原因,故假设一不成立。(6)根据控制变量法,操作②中加入的试剂应与实验一相同,即为 20.0 mL 0.5 mol·L-1 Cu(NO3)2溶液,应加入0.01 mol Cu(NO3)2;根据资料ⅳ,稀硝酸中溶有少量NO2时呈无色,因此可采用加水稀释的方法,发生反应的化学方程式为3NO2+H2O2HNO3+NO。 4.(1)分液漏斗　B　干燥H2,并除去挥发出的HCl气体 (2)②④①③⑤　(3)Na2O2+H22NaOH (4)能 (5)①×100%　②偏小 [解析] (1)根据仪器的结构特点知,装有稀盐酸的仪器的名称为分液漏斗;A装置制得的H2中混有HCl和H2O(g),HCl和H2O(g)会与Na2O2反应,干扰Na2O2与H2的反应,故B装置的作用是干燥H2,并除去挥发出的HCl气体;浓硫酸、无水氯化钙只能干燥H2,不能除去HCl;无水硫酸铜用于检验H2O(g),不用于干燥气体,且不能除去HCl;碱石灰既能干燥H2,又能吸收HCl气体;故B装置中盛放的试剂可以是B。(2)该实验是与气体有关的实验,故先组装好实验装置,检查装置的气密性;由于要加热H2和Na2O2,同时要排除空气中CO2和H2O(g)对实验的干扰,故接着打开止水夹K1和K2,通过分液漏斗向A中滴加稀盐酸,利用H2排出装置中的空气;用小试管收集气体,检验其纯度确定空气是否排尽;然后加热装有Na2O2的硬质玻璃管,使其逐渐熔化,反应一段时间;停止加热,充分冷却后,关闭止水夹K1和K2;即正确的操作顺序为②④①③⑤。(3)在实验过程中观察到C中淡黄色固体逐渐变成白色,无水硫酸铜未变成蓝色,说明反应没有生成H2O,则Na2O2与H2加热反应生成NaOH,反应的化学方程式为Na2O2+H22NaOH。(4)取C中反应的固体少量于试管中,加水后滴加酚酞溶液,若溶液先变红后褪色,说明Na2O2没有反应完全;若溶液仅变红不褪色说明Na2O2反应完全;即只用水和酚酞溶液能检验C中Na2O2是否反应完全。(5)①装置C中的样品加入足量的水发生反应2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑,经操作1、溶液转移、操作2,得固体产品NaOH的质量为m2 g;根据 2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑　　　 增加的质量 2×78 g　　　　　　4×40 g　　 4×40 g-2×78 g=4 g m(Na2O2)　　　　　　　　　　　　　(m2-m1)g 列式=,解得m(Na2O2)=39(m2-m1) g,白色固体中Na2O2的质量分数为×100%。②若在转移溶液的过程中,不小心将溶液溅到蒸发皿外面,导致m2偏小,则测得Na2O2的质量分数偏小。 学科网（北京）股份有限公司 $