歸類分析，各個擊破

江已舒

回顧近幾年的高考，可以看出化學實驗綜合題是高考的重要題型和必考題型。該類試題以儀器的組裝、實驗的改進、評價和設計等為考查方向，在考查考生基本實驗方法的同時，更加注重考生綜合運用知識分析和解決問題、實驗操作、實驗設計和創新等能力。本文將對該類試題進行總結、探究，幫助考生把握實驗復習的方向，提高實驗復習的有效性。

一、無機化合物的制備實驗

大部分物質制備型實驗題是以陌生物質的制備為載體，考查實驗相關知識和考生綜合分析問題的能力，是主觀大題的難點。

例1 （2017·新課標卷Ⅲ）綠礬是含有一定量結晶水的硫酸亞鐵，在工農業生產中具有重要的用途。某化學興趣小組對綠礬的一些性質進行探究?；卮鹣铝袉栴}。

（1）在試管中加入少量綠礬樣品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液顏色無明顯變化。再向試管中通入空氣，溶液逐漸變紅。由此可知： 、

。

（2）為測定綠礬中結晶水含量，將石英玻璃管（帶兩端開關K1和K2）（設為裝置A）稱重，記為m1 g。將樣品裝入石英玻璃管中，再次將裝置A稱重，記為m2 g。按圖1連接好裝置進行實驗。

①儀器B的名稱是______________。

②將下列實驗操作步驟正確排序：________________（填標號）；重復上述操作步驟，直至A恒重，記為m3 g。

a. 點燃酒精燈，加熱 b. 熄滅酒精燈 c. 關閉K1和K2 d. 打開K1和K2，緩緩通入N2 e. 稱量A f. 冷卻到室溫

③根據實驗記錄，計算綠礬化學式中結晶水數目x=______（列式表示）。若實驗時按a、d次序操作，則使x__________（填“偏大”“偏小”或“無影響”）。

（3）為探究硫酸亞鐵的分解產物，將（2）中已恒重的裝置A接入如圖2所示的裝置中，打開K1和K2，緩緩通入N2，加熱。實驗后反應管中殘留固體為紅色粉末。

①C、D中的溶液依次為______（填標號）。C、D中有氣泡冒出，并可觀察到的現象分別為__________________。

a.品紅 b. NaOH c. BaCl2 d. Ba（NO3）2 e.濃H2SO4

②寫出硫酸亞鐵高溫分解反應的化學方程式________。

【解析】本題以綠礬為載體考查無機物的性質實驗方案的探究。

（1）樣品溶于水后滴加KSCN溶液，溶液顏色無明顯變化，說明樣品中無Fe3+；再向試管中通入空氣，溶液逐漸變紅，說明溶液中生成了Fe3+，即硫酸亞鐵易被空氣氧化為硫酸鐵。

（2）①根據儀器構造可知B是干燥管。②因為要防止綠礬被氧化，所以加熱之前要先通入N2，等反應充分之后，先停止加熱，繼續通入N2，直至A冷卻至室溫，之后關閉K1、K2，稱量A的質量，所以實驗操作順序應為dabfce。③樣品的質量為（m2-m1）g，加熱后，剩余的固體是硫酸亞鐵，其質量為（m3-m1）g，生成水的質量為（m2-m3）g，根據加熱前后的硫酸亞鐵的物質的量相等，可得出=，解得x=。

若實驗時按a、d次序操作，在加熱過程中，部分硫酸亞鐵被空氣氧化為硫酸鐵，導致m3增加，使測得生成的水的質量偏小，生成的硫酸亞鐵的質量偏大，因此x偏小。

（3）①最終得到紅色粉末，說明有氧化鐵生成，即在分解過程中發生了氧化還原反應，根據元素守恒定律可知一定有SO2生成，這說明硫酸亞鐵分解生成氧化鐵、SO2和SO3。SO3溶于水生成硫酸，硫酸和鋇離子結合生成白色沉淀硫酸鋇，因為硝酸鋇在酸性溶液中有氧化性，能氧化SO2，所以應該用氯化鋇溶液來檢驗，檢驗SO2則用品紅溶液，C、D中的溶液依次為氯化鋇溶液和品紅溶液。實驗現象是C中的溶液變渾濁，產生白色沉淀，D中的品紅溶液褪色。②根據以上分析可知硫酸亞鐵高溫分解生成氧化鐵、SO2和SO3，根據電子守恒和原子守恒，可得此反應的方程式為2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑。

【答案】（1）樣品中沒有Fe3+ Fe2+易被氧氣氧化為Fe3+

（2）①干燥管 ②dabfce ③ 偏小 （3）①c、

a 生成白色沉淀、品紅溶液褪色 ②2FeSO4Fe2O3+SO2↑+ SO3↑

【思維建模】

【解題方法】解答綜合性實驗設計與評價題的基本流程：原理→反應物質→儀器裝置→現象→結論→作用意義→聯想。具體分析如下。

①實驗是根據什么性質和原理設計的？實驗的目的是什么？

②所用各物質名稱、狀態、替代物（根據實驗目的和相關的化學反應原理，進行全面的分析、比較和推理，并合理選擇）。

③有關裝置：性能、使用方法、適用范圍、注意問題、是否有替代裝置可用、儀器規格等。

④有關操作：技能、操作順序、注意事項或操作錯誤的后果。

⑤實驗現象：自下而上，自左而右，全面觀察。

⑥實驗結論：直接結論或導出結論。

二、物質的性質探究

探究實驗題一般設計成實驗報告的形式，結構特點一般為：①探究的課題（目的）；②提供的信息，必需的材料，或限制條件；③探究的過程，包括假設或猜想、探究方案、實驗報告及一系列的探究問題等；④結論及分析。該題型以其創新、靈活的特點成為每年高考的熱點題型，試題將元素化合物知識與化學實驗知識巧妙地融合在一起，增加了題目的新穎度和難度，能充分考查考生的發散思維能力和分析問題的能力?？忌挥徐`活運用已有元素化合物的知識，才能使考查的復雜問題簡單化，符合新課標強調的“探究學習”“自主學習”。

例2 （2016·北京卷）以Na2SO3溶液和不同金屬的硫酸鹽溶液作為實驗對象，探究鹽的性質和鹽溶液間反應的多樣性。

（1）經檢驗，現象Ⅰ中的白色沉淀是Ag2SO3。用離子方程式解釋現象Ⅰ： 。

（2）經檢驗，現象Ⅱ的棕黃色沉淀中不含SO42-，含有Cu+、Cu2+和SO32-。

已知：Cu+Cu+Cu2+，Cu2+CuI↓（白色）+I2。

①用稀H2SO4證實沉淀中含有Cu+的實驗現象是 。

②通過下列實驗證實，沉淀中含有Cu2+和SO32-。

a.白色沉淀A是BaSO4，試劑1是。

b.證實沉淀中含有Cu2+和SO42-的理由是。

（3）已知：Al2（SO3）3在水溶液中不存在。經檢驗，現象Ⅲ的白色沉淀中無SO42-，該白色沉淀既能溶于強酸，又能溶于強堿，還可使酸性KMnO4溶液褪色。

①推測沉淀中含有亞硫酸根和。

②對于沉淀中亞硫酸根的存在形式提出兩種假設：i. 被Al（OH）3所吸附；ii. 存在于鋁的堿式鹽中。對假設ii設計了對比實驗，證實了假設ii成立。

a.將對比實驗方案補充完整。

步驟一：

步驟二：（按圖5形式呈現）。

b.假設ii成立的實驗證據是。

（4）根據實驗，亞硫酸鹽的性質有 。鹽溶液間反應的多樣性與有關。

【解析】第一步，明確實驗的目的本實驗的目的有兩個：一是探究Na2SO3的性質；二是探究鹽溶液之間反應的多樣性。

第二步，明確論證原理。①根據題給信息Cu+Cu+Cu2+可知，棕黃色沉淀若含有Cu+，Cu+在稀硫酸作用下會有紅色的銅生成。②根據題給信息Cu2+CuI↓（白色）+I2可知，棕黃色沉淀若含有Cu2+，加入KI后會有白色沉淀（CuI）生成；所得溶液中加入淀粉溶液，溶液不變藍，說明生成的I2被SO32-還原，SO32-被氧化為SO42-。

第三步，分析題干信息。①經檢驗，現象Ⅱ的棕黃色沉淀中不含SO42-，含有Cu+、Cu2+和SO32-。②Cu+Cu+Cu2+，Cu2+CuI↓（白色）+I2。③已知：Al2（SO3）3在水溶液中不存在。④經檢驗，現象Ⅲ的白色沉淀中無SO42-。⑤該白色沉淀既能溶于強酸，又能溶于強堿，還可使酸性KMnO4溶液褪色。

第四步，確定信息方案。步驟1：向2 mL 0.1 mol/L的Al2（SO4）3溶液中滴加稍過量的Na2SO3溶液，生成堿式亞硫酸鋁沉淀，然后再向沉淀中滴加V1體積的稀NaOH溶液至沉淀恰好溶解，此時溶液中的溶質為NaAlO2和Na2SO3。步驟2：取等體積等物質的量濃度的Al2（SO4）3溶液與過量稀氨水反應生成不含SO32-的Al（OH）3沉淀，然后再向沉淀中滴加同濃度的稀NaOH溶液至沉淀恰好溶解，并記錄體積為V2，此時溶液中的溶質為NaAlO2；比較V1和V2的大小，可推知假設ⅱ成立。

第五步，得出最終結論。根據實驗，亞硫酸鹽有溶解性（Ag2SO3沉淀、Na2SO3、堿式亞硫酸鋁），氧化還原性（SO32-被I2、酸性高錳酸鉀氧化）、在水溶液中的酸堿性。鹽溶液間反應的多樣性與兩種鹽溶液中陰、陽離子的性質和溶液的酸堿性有關。

【答案】（1）2Ag++SO32-=Ag2SO3↓（2）①析出紅色固體 ②a.HCl和BaCl2溶液 b.在I-的作用下，Cu2+轉化為白色沉淀CuI，SO32-轉化為SO42- （3）①Al3+、OH- ②a.

b.V1明顯大于V2 （4）亞硫酸鹽的溶解性、還原性、在水溶液中的酸堿性 兩種鹽溶液中陰、陽離子的性質和反應條件

【解題方法】

三、化工流程型實驗

這種類型的問題一般以化學工業為背景來探究一種化學物質的制備方法和性質。原理是陌生的，物質是陌生的，實驗裝置是陌生的，但是實驗方法是學習過的。對于此類題型出現的定量計算是實驗題的難點，一般可以脫離實驗原理的背景，就事論事，擺脫實驗中大量信息的干擾。

例3 高鐵酸鈉（Na2FeO4）具有很強的氧化性，是一種新型的綠色凈水消毒劑。工業上可以通過次氯酸鈉氧化法制備高鐵酸鈉，生產過程如圖7所示。

回答下列問題。

（1）經過步驟①后，加入NaOH固體的原因是 。

（2）步驟②反應的離子方程式是。

（3）從溶液Ⅰ中分離出Na2FeO4后，還有副產品Na2SO4、NaCl，則步驟③中反應的離子方程式為 。

（4）將一定量的Na2FeO4投入pH不同的污水中（污水中其余成分均相同），溶液中Na2FeO4的濃度變化如圖8中曲線Ⅰ、Ⅱ所示，則曲線Ⅰ比曲線Ⅱ對應的污水pH

（填“高”或“低”）。

（5）通過計算得知Na2FeO4的消毒效率（以單位質量得到的電子數表示）比氯氣的 （填“高”或“低”），用高鐵酸鈉代替氯氣作凈水消毒劑的優點是 （答出兩點即可）。

【解析】（1）根據題意可知，Na2FeO4只在堿性環境中穩定存在，加入NaOH固體可以調節溶液pH，使溶液顯堿性。

（2）在酸性條件下H2O2將Fe2+氧化為Fe3+，自身還原為H2O，反應的離子方程式為2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++ 2H2O。

（3）步驟③中參加反應的離子有Fe3+、ClO-和OH-，除生成FeO42-和Cl-外，還有H2O，故反應的離子方程式為2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O。

（4）Na2FeO4在堿性環境中穩定存在，污水的pH越高，Na2FeO4的濃度越大，故曲線Ⅰ比曲線Ⅱ對應的污水pH高。

（5）1 g Na2FeO4能得到電子的物質的量為mol≈

0.018 mol，1 g Cl2能得到電子的物質的量為 mol≈0.028 mol，

故Na2FeO4的消毒效率比氯氣低。

【答案】（1）Na2FeO4只在堿性環境中穩定存在，加入NaOH固體可以調節溶液pH，使溶液顯堿性 （2）2Fe2++

H2O2+2H+=2Fe3++2H2O （3）2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O （4）高 （5）低 既能消毒殺菌又能凈水（或無毒、方便保存等）

【思維建模】

【解題方法】解答本題的關鍵：一是仔細閱讀工藝流程圖，結合反應原理和物質的性質，弄清楚每一步流程的相關反應和目的；二是書寫信息型離子方程式時，要先找出作氧化劑和還原劑的離子，并判斷出產物，然后根據電荷守恒、離子守恒和原子守恒配平方程式；三是氧化還原反應計算一定要采用得失電子守恒法，這樣才快捷準確；四是對實驗方案的評價一般從步驟多少、原料利用率、環境影響及操作是否簡單可行等方面入手分析。

四、定量實驗綜合題

定量實驗是將化學實驗與化學計量有機地結合在一起，測定物質化學組成與含量的探究性實驗，是近幾年高考的?？碱}型。設計中先通過實驗測出相關的有效數據，然后經計算得出物質的組成與含量。由于定量實驗目的性、實用性強，因此在復習過程中考生應注重將定性實驗拓展到定量實驗的探討。

例4 摩爾鹽在工業上有重要的用途，其是由一種陰離子、兩種陽離子組成的晶體，某學習小組按如下實驗測定摩爾鹽樣品的組成。步驟如下。

①稱取3.920 g摩爾鹽樣品配制250 mL溶液。

②取少量配制溶液，加入KSCN溶液，無明顯現象。

③另取少量配制溶液，加入過量濃氫氧化鈉溶液并加熱，產生使濕潤的紅色石蕊試紙變藍的氣體和紅褐色沉淀。

④定量測定如圖10所示。

圖10

滴定實驗結果記錄如表3所示。

表3

實驗次數 第一次 第二次 第三次

消耗高錳酸鉀溶液體積/mL 10.32 10.02 9.98

完成下列填空。

（1）步驟①中需要的定量儀器為 、 。

（2）步驟②的目的是 ，產生紅褐色沉淀的離子方程式 。

（3）步驟④中操作X為 （按操作順序填寫）。

（4）步驟④中酸性高錳酸鉀溶液能否用碘的酒精溶液代替？ （填“能”或“不能”），請說明理由 。

（5）步驟④若在滴定過程中，待測液久置，消耗高錳酸鉀溶液的體積將 （填“偏大”“偏小”或“不變”）。

（6）通過上述實驗測定結果，推斷摩爾鹽化學式為 。

【解析】（1）稱取3.920 g摩爾鹽樣品，精確到0.001 g，需要電子天平，配制250 mL溶液需要精確定量儀器250 mL容量瓶。

（2）KSCN溶液是檢驗鐵離子的試劑，遇到鐵離子會生成紅色溶液，加入后無明顯現象說明無鐵離子，證明鹽中為亞鐵離子，亞鐵離子在空氣中被氧氣氧化生成氫氧化鐵紅褐色沉淀。

（3）步驟④中白色懸濁液得到白色固體，分離實驗方法為過濾、洗滌、干燥等步驟。

（4）碘單質氧化性弱，不能氧化亞鐵離子。

（5）待測液久置，會導致空氣中氧氣氧化亞鐵離子，亞鐵離子減少，則消耗標準高錳酸鉀溶液體積減小。

（6）根據題中實驗步驟及數據可知，滴定亞鐵離子用去的高錳酸鉀溶液的體積的數據中，第一次誤差較大，為偶然誤差應去掉，所以高錳酸鉀溶液的體積為mL=

10.00 mL，根據高錳酸鉀的物質的量可以確定亞鐵離子的物質的量，根據白色固體0.4660 g可以確定硫酸根離子的物質的量，利用電荷守恒可知銨根離子的物質的量，由樣品的質量及硫酸根離子、亞鐵離子及銨根離子的質量確定結晶水的質量，據此可計算出銨根離子、亞鐵離子、硫酸根離子、結晶水的物質的量之比，從而確定摩爾鹽的組成。

【答案】（1）電子天平 250 mL容量瓶 （2）確定紅褐色沉淀中的鐵元素在摩爾鹽中是以亞鐵離子形式存在 4Fe2++8OH-+O2+2H2O=4Fe（OH）3↓ （3）過濾、洗滌、干燥或烘干（冷卻） （4）不能 碘單質與亞鐵離子不反應

（5）偏小 （6）（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O或（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O

【解題方法】

表4

巧審題，明確實驗目的、原理 實驗原理可從題目給的化學情境（或題目所給的實驗目的）并結合元素化合物的有關知識獲取。在此基礎上，依據可靠性、簡捷性、安全性的原則，確定符合實驗目的和要求的實驗方案

想過程，理清操作先后順序 根據由實驗原理所確定的實驗過程，確定實驗操作的方法和步驟，把握各實驗步驟的要點，理清實驗操作的先后順序

看準圖，分析裝置或流程作用 若題目中給出裝置圖，在分析解答過程中，要認真細致地分析圖中的各部分裝置，并結合實驗目的和原理，確定它們在實驗中的作用

細分析，得出正確的實驗結論 在定性實驗的基礎上研究量的關系，根據實驗現象和記錄的數據，對實驗數據進行篩選，通過分析、計算、推理等確定有關樣品含量及化學式