活動項(xiàng)目(三)　側(cè)重考查創(chuàng)新能力的探究型實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)意圖：以科學(xué)探究的基本過程：提出問題→猜想假設(shè)→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)→收集證據(jù)→形成結(jié)論→交流討論作為試題命制思路，在半開放性的實(shí)驗(yàn)探究方案中，考查學(xué)生聯(lián)系元素化合物的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)問題、探索規(guī)律、證據(jù)推理、科學(xué)論證與創(chuàng)新思維的能力。活動項(xiàng)目(三)側(cè)重考查創(chuàng)新能力的探究型實(shí)驗(yàn)?zāi)承〗M同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)制備一氯化硫(S2Cl2)，將氯氣通入熔融的硫黃中反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后并未觀察到裝置B中出現(xiàn)金黃色液體，而是得到了不明深色液體。欲探究其原因，確定未知液體組成，該組同學(xué)設(shè)計(jì)方案如下，實(shí)驗(yàn)裝置與相關(guān)信息如圖表所示。物質(zhì)色態(tài)熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃其他性質(zhì)S2Cl2金黃色液體－122138遇水分解生成S、SO2和HCl；100℃以上部分分解成硫和氯；能被Cl2氧化為SCl2SCl2暗紅色液體－7659受熱易分解，蒸餾時(shí)需加少量穩(wěn)定劑S淡黃色固體113445易溶于S2Cl21．提出假設(shè)

原理解釋(用化學(xué)方程式表示)假設(shè)一S2Cl2部分氧化，生成少量SCl2溶于S2Cl2S2Cl2＋Cl2===2SCl2假設(shè)二S2Cl2部分水解，生成少量S溶于S2Cl2①________________________________________假設(shè)三②______________________形成的深色混合液

提示：①2S2Cl2＋2H2O===3S↓＋SO2↑＋4HCl②S2Cl2既發(fā)生氧化也發(fā)生水解(或S、SCl2同時(shí)溶于S2Cl2)2．設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證假設(shè)探究Ⅰ:操作現(xiàn)象結(jié)論組裝蒸餾儀器，取適量樣品于①________(填儀器名稱)，加入少量穩(wěn)定劑，加熱，收集59℃餾分觀察到②____________________________________S2Cl2部分氧化，液體中混有SCl2探究Ⅱ:(1)取少量裝置D中的溶液于試管，加入足量稀鹽酸，振蕩③_____________D溶液中檢測到⑤_____(填離子符號)(2)向上述溶液中加入足量④________(填化學(xué)式)溶液，振蕩試管內(nèi)出現(xiàn)少量白色沉淀3．形成結(jié)論：假設(shè)____(填“一”“二”或“三”)成立。提示：三4．交流討論：(1)對于探究Ⅱ，同學(xué)A也采用蒸餾法：將溫度升高到138℃以上，待SCl2和S2Cl2全部蒸出后，觀察燒瓶內(nèi)有淡黃色固體剩余，即判斷S2Cl2部分水解。你認(rèn)為是否合理，原因是______________________________________________________________________________________________________________。(2)同學(xué)B查閱資料發(fā)現(xiàn)，不斷攪拌混合物，能同時(shí)減少兩種雜質(zhì)含量，提高S2Cl2產(chǎn)品純度，請用化學(xué)方程式解釋其原因____________________________________________________________________________________。提示：(1)不合理，部分S2Cl2可能受熱分解產(chǎn)生S(2)SCl2＋S===S2Cl2[類題遷移](2023·北京西城區(qū)一模)研究小組探究高銅酸鈉(NaCuO2)的制備和性質(zhì)。資料：高銅酸鈉為棕黑色固體，難溶于水。實(shí)驗(yàn)Ⅰ.向2mL1mol·L－1NaClO溶液中滴加1mL1mol·L－1CuCl2溶液，迅速產(chǎn)生藍(lán)綠色沉淀，振蕩后得到棕黑色的濁液a，將其等分成2份。(1)藍(lán)綠色沉淀中含有OH－。用離子方程式表示NaClO溶液顯堿性的原因：__________________________________________________________________________________________________________________。(2)探究棕黑色沉淀的組成。實(shí)驗(yàn)Ⅱ.將一份濁液a過濾、洗滌、干燥，得到固體b。取少量固體b，滴加稀H2SO4，沉淀溶解，有氣泡產(chǎn)生，得到藍(lán)色溶液。①另取少量固體b進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了NaCuO2中鈉元素的存在，實(shí)驗(yàn)操作的名稱是__________。②進(jìn)一步檢驗(yàn)，棕黑色固體是NaCuO2。NaCuO2與稀H2SO4反應(yīng)的離子方程式是__________________________________。(3)探究實(shí)驗(yàn)條件對NaCuO2制備的影響。實(shí)驗(yàn)Ⅲ.向另一份濁液a中繼續(xù)滴加1.5mL1mol·L－1CuCl2溶液，沉淀由棕黑色變?yōu)樗{(lán)綠色，溶液的pH約為5，有Cl2產(chǎn)生。①對Cl2的來源，甲同學(xué)認(rèn)為是NaCuO2和Cl－反應(yīng)生成了Cl2，乙同學(xué)認(rèn)為該說法不嚴(yán)謹(jǐn)，提出了生成Cl2的其他原因：_________________________________________________________________________。②探究“繼續(xù)滴加CuCl2溶液，NaCuO2能氧化Cl－”的原因。ⅰ.提出假設(shè)1：c(Cl－)增大，Cl－的還原性增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)證明假設(shè)成立。操作和現(xiàn)象是取少量NaCuO2固體于試管中，__________________。ⅱ.提出假設(shè)2：__________________________，經(jīng)證實(shí)該假設(shè)也成立。(4)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)Ⅳ.向1mL1mol·L－1NaClO溶液中滴加0.5mL1mol·L－1CuSO4溶液，迅速生成藍(lán)色沉淀，振蕩后得到棕黑色濁液。濁液放置過程中，沉淀表面緩慢產(chǎn)生氣泡并出現(xiàn)藍(lán)色固體，該氣體不能使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍(lán)。NaCuO2放置過程中產(chǎn)生氣體的化學(xué)方程式是___________________________________________________________。(5)通過以上實(shí)驗(yàn)，對于NaCuO2化學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識是____________________________。(6)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，制備在水溶液中穩(wěn)定存在的NaCuO2，應(yīng)選用的試劑是NaClO溶液、__________________和____________________。(2)①鈉元素的焰色試驗(yàn)為黃色，可以通過焰色試驗(yàn)證明鈉元素的存在；②NaCuO2與稀H2SO4反應(yīng)生成硫酸銅、硫酸鈉、氧氣、水，反應(yīng)的離子方程式是4NaCuO2＋12H＋===4Cu2＋＋4Na＋＋O2↑＋6H2O。(6)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，NaCuO2在堿性條件下較穩(wěn)定，則可以用NaClO溶液、CuSO4溶液和NaOH溶液制備在水溶液中穩(wěn)定存在的NaCuO2。(2)①焰色試驗(yàn)②4NaCuO2＋12H＋===4Cu2＋＋4Na＋＋O2↑＋6H2O(3)①pH減小，ClO－也可能氧化Cl－生成Cl2

②滴加濃NaCl溶液，產(chǎn)生使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍(lán)的氣體c(H＋)增大，NaCuO2的氧化性增強(qiáng)(4)4NaCuO2＋6H2O===4Cu(OH)2＋O2↑＋4NaOH(5)具有強(qiáng)氧化性，能與H＋、H2O反應(yīng)

(6)CuSO4溶液NaOH溶液1.(2021·遼寧等級考)Fe/Fe3O4磁性材料在很多領(lǐng)域具有應(yīng)用前景，其制備過程如下(各步均在N2氛圍中進(jìn)行)：①稱取9.95gFeCl2·4H2O(Mr＝199)，配成50mL溶液，轉(zhuǎn)移至恒壓滴液漏斗中。②向三頸燒瓶中加入100mL14mol·L－1KOH溶液。③持續(xù)磁力攪拌，將FeCl2溶液以2mL·min－1的速度全部滴入三頸燒瓶中，100℃下回流3h。④冷卻后過濾，依次用熱水和乙醇洗滌所得黑色沉淀，在40℃干燥。⑤管式爐內(nèi)焙燒2h，得產(chǎn)品3.24g。部分裝置如圖：回答下列問題：(1)儀器a的名稱是________；使用恒壓滴液漏斗的原因是________________________________________________________________________。(2)實(shí)驗(yàn)室制取N2有多種方法，請根據(jù)元素化合物知識和氧化還原反應(yīng)相關(guān)理論，結(jié)合下列供選試劑和裝置，選出一種可行的方法，化學(xué)方程式為________________________________，對應(yīng)的裝置為________(填標(biāo)號)?？晒┻x擇的試劑：CuO(s)、NH3(g)、Cl2(g)、O2(g)、飽和NaNO2(aq)、飽和NH4Cl(aq)可供選擇的發(fā)生裝置(凈化裝置略去)：(3)三頸燒瓶中反應(yīng)生成了Fe和Fe3O4，離子方程式為_________________________。(4)為保證產(chǎn)品性能，需使其粒徑適中、結(jié)晶度良好，可采取的措施有________。A．采用適宜的滴液速度B．用鹽酸代替KOH溶液，抑制Fe2＋水解C．在空氣氛圍中制備D．選擇適宜的焙燒溫度(5)步驟④中判斷沉淀是否已經(jīng)用水洗滌干凈，應(yīng)選擇的試劑為____________________；使用乙醇洗滌的目的是_____________________________________________________。(6)該實(shí)驗(yàn)所得磁性材料的產(chǎn)率為________(保留3位有效數(shù)字)。解析：(1)根據(jù)儀器的構(gòu)造與用途可知，儀器a的名稱是球形冷凝管；恒壓滴液漏斗在使用過程中可保持氣壓平衡，使液體順利流下。(2)實(shí)驗(yàn)室中制備少量氮?dú)獾幕驹硎怯眠m當(dāng)?shù)难趸瘎被蜾@鹽氧化，常見的可以是將氨氣通入灼熱的氧化銅中反應(yīng)，其化學(xué)方程式為2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O，可選擇氣體通入硬質(zhì)玻璃管與固體在加熱條件下發(fā)生反應(yīng)，即選擇A裝置。還可利用飽和NaNO2(aq)和飽和NH4Cl(aq)在加熱下發(fā)生氧化還原反應(yīng)制備氮?dú)?，反?yīng)的化學(xué)方程式為NH4Cl＋NaNO2NaCl＋2H2O＋N2↑，可選擇液體與液體加熱制備氣體型，所以選擇B裝置。(3)三頸燒瓶中FeCl2溶液與100mL14mol·L－1KOH溶液發(fā)生反應(yīng)生成了Fe和Fe3O4，根據(jù)氧化還原反應(yīng)的規(guī)律可知，該反應(yīng)的離子方程式為4Fe2＋＋8OH－===Fe↓＋Fe3O4↓＋4H2O；(4)結(jié)晶度受反應(yīng)速率與溫度的影響，所以為保證產(chǎn)品性能，需使其粒徑適中、結(jié)晶度良好，可采取的措施有采用適宜的滴液速度、選擇適宜的焙燒溫度，A、D項(xiàng)符合題意；若用鹽酸代替KOH溶液，生成的Fe和Fe3O4均會溶解在鹽酸中，因此得不到該晶粒，故B不選；若在空氣氛圍中制備，則亞鐵離子容易被空氣氧化，故C不選。(5)因?yàn)榉磻?yīng)后溶液中有氯離子，所以在步驟④中判斷沉淀是否已經(jīng)用水洗滌干凈，需取最后一次洗滌液，加入稀硝酸酸化后，再加入硝酸銀溶液，若無白色沉淀生成，則證明已洗滌干凈；乙醇易溶于水，易揮發(fā)，所以最后使用乙醇洗滌的目的是除去晶體表面水分，便于快速干燥。實(shí)驗(yàn)記錄如下：

c(KI)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)Ⅰ0.01mol·L－1極少量I2溶解，溶液為淡紅色；充分反應(yīng)后，紅色的銅粉轉(zhuǎn)化為白色沉淀，溶液仍為淡紅色實(shí)驗(yàn)Ⅱ0.1mol·L－1部分I2溶解，溶液為紅棕色；充分反應(yīng)后，紅色的銅粉轉(zhuǎn)化為白色沉淀，溶液仍為紅棕色實(shí)驗(yàn)Ⅲ4mol·L－1I2完全溶解，溶液為深紅棕色；充分反應(yīng)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(yīng)速率：實(shí)驗(yàn)Ⅰ____(填“>”“<”或“＝”)實(shí)驗(yàn)Ⅱ。(2)實(shí)驗(yàn)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(lán)色)或[CuI2]－(無色)，進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)探究：步驟a.取實(shí)驗(yàn)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(lán)色，并逐漸變深。ⅰ.步驟a的目的是________________________________________。ⅱ.查閱資料，2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I(xiàn)2，[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(fā)生的變化：________________________________________________________________________________________________________________________。(3)結(jié)合實(shí)驗(yàn)Ⅲ，推測實(shí)驗(yàn)Ⅰ和Ⅱ中的白色沉淀可能是CuI，實(shí)驗(yàn)Ⅰ中銅被氧化的化學(xué)方程式是___________________________。分別取實(shí)驗(yàn)Ⅰ和Ⅱ充分反應(yīng)后的固體，洗滌后得到白色沉淀，加入濃KI溶液，______________________________(填實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象)，觀察到少量紅色的銅。分析銅未完全反應(yīng)的原因是_______________________。(4)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，I2僅將Cu氧化為＋1價(jià)。在隔絕空氣的條件下進(jìn)行電化學(xué)實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了I2能將Cu氧化為Cu2＋。裝置如圖所示，a、b分別是___________________________。(5)運(yùn)用氧化還原反應(yīng)規(guī)律，分析在上述實(shí)驗(yàn)中Cu被I2氧化的產(chǎn)物中價(jià)態(tài)不同的原因：__________________________________________________________________________________________________________。(3)結(jié)合實(shí)驗(yàn)Ⅲ，推測實(shí)驗(yàn)Ⅰ和Ⅱ中的白色沉淀可能是CuI，實(shí)驗(yàn)Ⅰ中銅被氧化的化學(xué)方程式是2Cu＋I(xiàn)2===2CuI或2Cu＋KI3===2Cu