2014高考化学强化复习五 科学探究与实验设计
【例题】
某科研小组用MnO2和浓盐酸制备Cl2时，利用刚吸收过少量SO2的NaOH溶液对其尾气进行吸收处理。
（1）请完成SO2与过量NaOH溶液反应的化学方程式：SO2+2NaOH = ________________． （2）反应Cl2+Na2SO3+2 NaOH==2NaCl+Na2SO4+H2O中的还原剂为 。
?（3）吸收尾气一段时间后，吸收液（强碱性）中肯定存在Cl?、OH?和SO2。 4请设计实验，探究该吸收液中可能存在的其他阴离子（不考虑空气的CO2的影响）。 ．．．①提出合理假设 假设1：只存在SO32-；
假设2：既不存在SO32-也不存在ClO?；假设3：___________。
②设计实验方案，进行实验。请在答题卡上写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂：．．3moL?L-1H2SO4、1moL?L-1NaOH、0.01mol?L-1KMnO4、淀粉-KI溶液、紫色石蕊试液。
实验步骤 预期现象和结论 步骤1：取少量吸收液于试管中，滴加3 moL?L-1 H2SO4至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于A、B试管中。 步骤2： 步骤3： 【分析】
题目的意思是用吸收了少量SO2的NaOH溶液再与Cl2反应，这里需要对溶液的成分有清晰的认识，在与Cl2反应前，溶液中先发生的反应是SO2+2NaOH =Na2SO3+H2O，所以溶液的溶质可认为是较少的Na2SO3和大量的
NaOH。再向其中通入
Cl2，题目给出了一个反应
Cl2+Na2SO3+2NaOH==2NaCl+Na2SO4+H2O（反应Ⅰ），但Cl2本身也可与NaOH发生反应Cl2+2NaOH==NaCl+ NaClO+H2O（反应Ⅱ），考虑到NaClO仍然会氧化Na2SO3，所以可以认为先发生反应Ⅰ，若Na2SO3消耗完，剩余的Cl2再发生反应Ⅱ。
当我们关注Cl2、Na2SO3、NaOH这三种物质的量的时候，就很容易分析出这么几种可能：①Cl2
很少，只发生了反应Ⅰ且Na2SO3未消耗完，溶液的溶质为NaOH、NaCl、Na2SO4、Na2SO3；②Cl2适量，只发生了反应Ⅰ且Na2SO3恰好消耗完，溶液的溶质为NaOH、NaCl、Na2SO4；③Cl2较多，发生了反应Ⅰ后还发生了反应Ⅱ，但题目提示溶液仍然保持强碱性即NaOH不会被Cl2消耗完，故溶液的溶
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质为NaOH、NaCl、Na2SO4、NaClO。
第（3）小题，提出合理假设时要依据探究目的“该吸收液中可能存在的其他阴离子”，所以假设的对象就只是SO32和ClO。且经过分析不会出现两者共存的情况。
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实验设计第一步中已将溶液酸化，可认为要检验的对象是H2SO3或HClO。H2SO3的检验可以考虑利用其还原性（溶液中并无其他还原性离子干扰），可选用KMnO4溶液作试剂；HClO的检验可以考虑利用其氧化性（溶液中并无其他氧化性离子干扰），可选用淀粉-KI溶液作试剂；HClO的检验还可以考虑利用其漂白性，题目中提供了紫色石蕊溶液可用。
由于两者的检验互不干扰，都是简单的试管实验，所以先检验谁都可以。 答案：
⑴Na2SO3 ＋ H2O ⑵Na2SO3 ⑶①只存在ClO②
实验步骤 步骤2：向A试管中滴加1～2滴0.01 mol·L1 KMnO4溶液。 －－
预期现象和结论 ⑴若溶液褪色，则假设1成立； ⑵若溶液不褪色，则假设2或3成立 。 ⑴若溶液变蓝色，则假设3成立； ⑵若溶液不变蓝色，结合步骤2中的⑵，则假设2成立。 步骤3：向B试管中滴加1～2滴淀粉－KI溶液。 或
实验步骤 步骤2：向A试管中滴加1～2滴0.01 mol·L1 KMnO4溶液。 －预期现象和结论 ⑴若溶液褪色，则假设1成立； ⑵若溶液不褪色，则假设2或3成立 。 ⑴若溶液先变红后褪色，则假设3成立； ⑵若溶液变红后不褪色，结合步骤2中的⑵，则假设2成立。 步骤3：向B试管中滴加1～2滴紫色石蕊溶液。 【拓展】
（一）试题考点的定位
2007～2010年实验探究题涉及的元素化合物知识载体有：Fe、Al、Cu、铁的氧化物与酸溶液的反应，Fe置换Cu的反应，Al与碱溶液的反应，Fe3与KSCN溶液的反应，Fe2、SO32与硝酸、KMnO4
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溶液的反应，SO2、Cl2与NaOH溶液的反应，ClO氧化I的反应，HClO漂白紫色石蕊的反应。以上述例题为例，涉及的SO32和ClO的检验方法并没有在教材中明确提出过，而且能使KMnO4溶液褪色
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的物质不只是SO32，能使淀粉－KI溶液变蓝或使石蕊溶液褪色的也不只是HClO。从物质检验角度看，
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其中只有Fe3与KSCN溶液的反应是严格的离子检验方法，所以这类试题的知识落点并不是一般意义
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上说的离子检验，而是常见无机物的性质在具体情境下的灵活运用。
但仅仅熟悉了物质的性质也不一定能答好，该题型还重点考查思维的逻辑性和严密性以及书面表
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达能力。解答此类试题时，首先要对科学合理的假设引起足够关注，这关系到整个探究的方向是否正确；其次是局部问题的解决方案；然后是各个局部方案的规划和整合；最后才是实验报告的书写。答案应逻辑清晰、层次分明。
（二）常见无机物性质的梳理
考纲中列举出要求掌握的元素有Na、Al、Fe、Cu、H、C、N、O、Si、S、Cl等，则相关的物质或离子如下，请从溶解性、复分解反应、氧化还原反应、特殊现象反应几个角度对它们的常见性质进行梳理，并能指出常用哪些试剂来体现这些性质。
单质：Na、Al、Fe、Cu、H2、C、N2、O2、O3、Si、S、Cl2；
氧化物：Na2O、Al2O3、Fe2O3、FeO、Fe3O4、CuO、CO、CO2、NO、NO2、SiO2、SO2、SO3； 酸：H2CO3、HNO3、H2SiO3、H2SO3、H2SO4、HCl、HClO； 碱：NaOH、Al(OH)3、Fe(OH)3、Fe(OH)2、Cu(OH)2、NH3?H2O；
离子：Na、Al3、Fe3、Fe2、Cu2、NH4、H、CO32、NO3、SiO32、SO32、SO42、S2、
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Cl、ClO。
（三）通过评分标准反思答题策略
2011年广州市“一模”33题答案和评分标准如下： （1）NaClO和FeSO4均无剩余；（3分） 评分说明：
①意思相同即可得分。但只写“均无剩余”而无指明物质，扣2分。 ②答“NaClO和FeSO4可能均无剩余”得0分。 （2）Na、Fe3 （4分）
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评分说明： ①漏写得2分。
②多写H+、SO42或Cl合扣2分。
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③多写Fe2+或ClO，得0分。
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（3）（9分）
实验步骤 预期现象和结论 步骤2：向A试管中滴加1～2滴0.01 （1）若溶液紫红色褪去，则假设1成立； mol·L1 KMnO4溶液。 －（2）若溶液呈紫红色，则假设2或3成立。 （1）若石蕊先变红后褪色，则假设2成立； （2）若石蕊变红后不褪色，结合步骤2中的（2），则假设3成立。 步骤3：向B试管中滴加1～2滴紫色石蕊溶液。 评分说明：
①验证第一个假设成立占4分，验证第二和第三个假设占5分。 ②方案方面的扣分点：
假设1的验证用KSCN和H2O2为试剂，用颜色加深的方法来判断，得3分。 假设2的验证用淀粉－KI溶液为试剂，用溶液变蓝色的方法来判断，得0分。 ③步骤方面的扣分点：
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试剂用量用“少量”代替“1～2滴”，不扣分。
试剂用量未说明或用“足量”“适量”“1～2mL”等不当词语，扣1分。 ④现象方面的扣分点：
用“溶液无色”“溶液颜色无变化”“否则…”“反之则…”等不当表述，扣1分。 ⑤结论方面的扣分点：
“假设？成立”描述成“溶液中含有××离子”，扣1分。 “假设？成立”描述成“××有剩余”，不扣分。 ⑥错别字方面的扣分点：
“滴加”“褪色”“紫红色”等关键词有错别字，扣1分。
思考：①为什么不能用用淀粉－KI溶液检验ClO？应如何对待干扰？②为什么不能用“足量”“适量”“1～2mL”等代替“少量”？试剂的用量如何选择？
在实际问题的解决中，某反应是否适合用于物质的鉴定是依具体情况而定的，主要思考的问题是现象是否明显、是否有干扰、操作是否简便，而不是首先考虑是否为常用方法。利用沉淀反应时应防止其他离子也生成沉淀；利用氧化性（还原性）时防止有其他氧化性（还原性）物质干扰；预处理时防止新引入物质造成干扰，防止破坏待测物质造成干扰。有干扰而又无法通过变换方法来排除，则必须进行干扰物质的分离。
试剂的用量和浓度也会影响检验的成败。试剂的用量和浓度本质上决定于操作的目的。若为分离则应过量；若为检验，考虑到待检验物质的含量可能较少，一般使用少量或几滴；若需要观察褪色的，则试剂应稀一些确保能反应完；若需要观察产生颜色或沉淀的，试剂应浓一些确保现象明显；若目的是调节pH等，试剂应稀一些；若不希望溶液被明显稀释，试剂应浓一些。
（四）变式训练
（2008年广东卷改）某种催化剂为铁的氧化物。请完成对该催化剂中铁元素的价态的探究。限选实验仪器与试剂：烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管夹、3 mol·L-1H2SO4、3％ H2O2、6 mol·L-1HNO3、0.01 mol·L-1KMnO4、NaOH稀溶液、0.1 mol·L-1Kl、20％ KSCN、蒸馏水。 （1）提出合理假设
假设1： ； 假设2： ； 假设3： 。
（2）设计实验方案证明你的假设，在下表中写出实验操作步骤、预期现象与结论。
实验操作 步骤1： 步骤2： 步骤3：
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