化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究能力（設(shè)計(jì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)）水平測評(píng)試題一、基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題（共40分）（一）物質(zhì)性質(zhì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)（15分）題目1：某學(xué)習(xí)小組欲設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證二氧化硫的還原性。提供的試劑有：濃硫酸、亞硫酸鈉固體、酸性高錳酸鉀溶液、品紅溶液、氫氧化鈉溶液、銅片、蒸餾水。請完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式；選擇合適的發(fā)生裝置（固液加熱型/固液不加熱型）并說明理由；設(shè)計(jì)完整的實(shí)驗(yàn)裝置流程圖（需包含氣體發(fā)生、凈化、驗(yàn)證、尾氣處理環(huán)節(jié)）；預(yù)期觀察到的現(xiàn)象及對應(yīng)的推理依據(jù)；若改用銅與濃硫酸反應(yīng)制備二氧化硫，對比亞硫酸鈉法的優(yōu)缺點(diǎn)。（二）離子檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（15分）題目2：現(xiàn)有一無色溶液，可能含有Fe3?、NH??、Na?、SO?2?、CO?2?、Cl?中的若干種離子。請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證溶液中離子的存在情況，要求：基于離子共存原則先排除不可能存在的離子并說明理由；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟（包含試劑選擇、用量控制、操作順序）；寫出關(guān)鍵離子反應(yīng)的離子方程式；說明如何避免干擾離子的影響（至少列舉2種干擾情形及排除方法）。（三）基本操作規(guī)范驗(yàn)證（10分）題目3：某學(xué)生進(jìn)行中和滴定實(shí)驗(yàn)（用已知濃度的NaOH溶液滴定未知濃度的鹽酸），實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：|實(shí)驗(yàn)序號(hào)|待測液體積(mL)|NaOH標(biāo)準(zhǔn)液濃度(mol/L)|滴定前讀數(shù)(mL)|滴定后讀數(shù)(mL)||----------|----------------|-----------------------|----------------|----------------||1|25.00|0.1000|0.20|24.80||2|25.00|0.1000|0.50|25.10||3|25.00|0.1000|0.00|22.60|請回答：計(jì)算該鹽酸的物質(zhì)的量濃度（寫出計(jì)算過程，結(jié)果保留四位有效數(shù)字）；分析第三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)異常的可能原因（至少列舉3種）；若用酚酞作指示劑，描述滴定終點(diǎn)的判斷方法及注意事項(xiàng)。二、進(jìn)階探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題（共60分）（一）反應(yīng)原理探究實(shí)驗(yàn)（20分）題目4：已知草酸（H?C?O?）受熱分解產(chǎn)物可能有CO?、CO、H?O。請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證草酸分解的產(chǎn)物成分，要求：寫出草酸分解的可能化學(xué)方程式（需配平）；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置圖并標(biāo)注各部分儀器名稱及試劑；說明各試劑的作用及選擇依據(jù)；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟（包含加熱順序、氣體通入時(shí)長等關(guān)鍵控制條件）；列出至少3種可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗的操作失誤。（二）實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化設(shè)計(jì)（20分）題目5：某研究小組欲探究影響過氧化氫分解速率的因素（催化劑種類、濃度、溫度）。提供0.5%、1%、2%的H?O?溶液，MnO?粉末、CuO粉末，溫度計(jì)，秒表，水槽等器材。請?jiān)O(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)方案：提出明確的探究問題（需包含自變量和因變量）；設(shè)計(jì)三組對照實(shí)驗(yàn)（每組僅改變一個(gè)變量），寫出具體實(shí)驗(yàn)步驟；預(yù)期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格（包含必要的原始數(shù)據(jù)和計(jì)算欄目）；用控制變量法分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性；若需測定O?生成速率，除排水法測體積外，還可設(shè)計(jì)哪些物理量的測量方案？（至少列舉2種）。（三）定量分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（20分）題目6：現(xiàn)有含雜質(zhì)的碳酸鈉樣品（雜質(zhì)不與酸反應(yīng)），要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測定樣品中Na?CO?的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（精確到0.1%）。提供的試劑和儀器：稀鹽酸、濃硫酸、堿石灰、無水氯化鈣、托盤天平、分液漏斗、干燥管、錐形瓶、酒精燈等。選擇合理的實(shí)驗(yàn)方法（氣體法/沉淀法/滴定法）并說明選擇依據(jù)；畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖并標(biāo)注各部分作用；寫出實(shí)驗(yàn)操作的關(guān)鍵步驟（包含樣品稱量、反應(yīng)控制、數(shù)據(jù)測量等環(huán)節(jié)）；推導(dǎo)出質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算公式（用字母表示各物理量）；分析實(shí)驗(yàn)誤差來源（至少列舉4種）并提出改進(jìn)措施。三、綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題（共50分）（一）工業(yè)流程模擬實(shí)驗(yàn)（25分）題目7：以黃銅礦（主要成分為CuFeS?）為原料制備膽礬（CuSO?·5H?O）的簡易流程如下：礦石粉碎→焙燒→酸浸→過濾→除雜→蒸發(fā)結(jié)晶→產(chǎn)品請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)M"酸浸"環(huán)節(jié)的最佳條件，要求：寫出焙燒時(shí)CuFeS?與O?反應(yīng)的化學(xué)方程式（生成Fe?O?、CuO和SO?）；選擇合適的酸浸試劑（稀硫酸/稀鹽酸/硝酸）并說明理由；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究酸濃度、溫度、浸取時(shí)間對銅浸出率的影響（要求用正交實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)3因素3水平實(shí)驗(yàn)方案）；描述測定銅離子濃度的方法（包含標(biāo)準(zhǔn)溶液配制、滴定步驟、指示劑選擇）；若浸出液中含有Fe3?，設(shè)計(jì)除雜方案并寫出離子反應(yīng)方程式。（二）跨模塊綜合實(shí)驗(yàn)（25分）題目8：結(jié)合電化學(xué)與氧化還原反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證犧牲陽極的陰極保護(hù)法。提供的材料：鐵釘、銅片、鋅片、導(dǎo)線、電流表、燒杯、NaCl溶液、K?[Fe(CN)?]溶液、酚酞試液。畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖（包含電極材料選擇、連接方式）；寫出電極反應(yīng)式（陽極和陰極）；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟驗(yàn)證保護(hù)效果（需包含空白對照組）；預(yù)期實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及對應(yīng)的電化學(xué)原理分析；若將NaCl溶液換為海水，預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的變化并解釋原因；如何通過實(shí)驗(yàn)證明電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕的速率差異？四、實(shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)與改進(jìn)（共50分）（一）實(shí)驗(yàn)方案糾錯(cuò)（20分）題目9：某同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證"氯水的漂白性"，實(shí)驗(yàn)步驟如下：①取2mL新制氯水于試管中，滴加2滴紫色石蕊試液，觀察到溶液先變紅后褪色；②另取2mL新制氯水，加入少量活性炭，振蕩后靜置，溶液褪色；③加熱褪色后的溶液，觀察到溶液恢復(fù)紅色；④得出結(jié)論：氯水中H?使石蕊變紅，HClO使石蕊褪色。請指出該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤之處（至少4處），并提出改進(jìn)方案。（二）實(shí)驗(yàn)裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)（30分）題目10：針對傳統(tǒng)乙酸乙酯制備實(shí)驗(yàn)中存在的原料利用率低、產(chǎn)物易揮發(fā)等問題，請?jiān)O(shè)計(jì)一套微型化、綠色化的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，要求：對比傳統(tǒng)裝置，列出改進(jìn)裝置的3個(gè)核心創(chuàng)新點(diǎn)；畫出改進(jìn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖（標(biāo)注儀器名稱和試劑）；說明改進(jìn)裝置如何實(shí)現(xiàn)：提高乙酸轉(zhuǎn)化率（從平衡移動(dòng)角度分析）；減少有機(jī)試劑揮發(fā)（至少2種措施）；簡化產(chǎn)物分離步驟；設(shè)計(jì)產(chǎn)物純度檢驗(yàn)方案（至少包含2種定性檢驗(yàn)和1種定量分析方法）；計(jì)算該改進(jìn)方案的綠色化學(xué)評(píng)估指標(biāo)（原子利用率、能耗降低率、三廢排放量）。五、實(shí)驗(yàn)探究報(bào)告撰寫（共50分）題目11：根據(jù)以下實(shí)驗(yàn)背景材料，完成實(shí)驗(yàn)探究報(bào)告的核心部分。背景：某未知白色固體可能是Na?SO?、Na?SO?或兩者的混合物。已知：2Na?SO?+O?=2Na?SO?（常溫下緩慢氧化）。要求：撰寫"探究白色固體成分"的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包含：提出合理的假設(shè)（至少3種可能組成）；設(shè)計(jì)定性分析方案（鑒別SO?2?和SO?2?的存在）；設(shè)計(jì)定量測定方案（測定樣品中Na?SO?的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理方法；實(shí)驗(yàn)反思（包含實(shí)驗(yàn)安全注意事項(xiàng)、環(huán)境保護(hù)措施、實(shí)驗(yàn)方案的局限性）。（注：全卷共5道大題11道小題，滿分250分，考試時(shí)間180分鐘。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需考慮可行性、安全性、經(jīng)濟(jì)性原則，涉及定量實(shí)驗(yàn)需給出誤差分析。）本文通過多