化學(xué)探究與創(chuàng)新能力提升試題一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計與變量控制類試題（一）基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)型例題1：某學(xué)習(xí)小組用5%的H?O?溶液制取氧氣，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)速率較慢。請?jiān)O(shè)計實(shí)驗(yàn)探究影響該反應(yīng)速率的因素，要求寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)方案（含實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)期現(xiàn)象及結(jié)論）。分析要點(diǎn)：變量識別：從濃度、溫度、催化劑（種類/用量）等角度確定自變量，以“收集50mL氧氣所需時間”為因變量?？刂谱兞糠ǎ菏纠桨福喝?支相同試管，分別加入5mL5%H?O?溶液。試管1：常溫下不加催化劑；試管2：常溫下加入0.5gMnO?粉末；試管3：常溫下加入0.5gCuO粉末；試管4：水浴加熱至60℃，不加催化劑?，F(xiàn)象與結(jié)論：若試管2反應(yīng)最快，說明MnO?催化效果優(yōu)于CuO；若試管4比試管1快，證明溫度升高可加速反應(yīng)。（二）創(chuàng)新裝置設(shè)計例題2：利用如圖所示裝置（夾持儀器略）探究CO?與NaOH溶液的反應(yīng)。已知CO?與BaCl?溶液不反應(yīng)，而Na?CO?與BaCl?溶液反應(yīng)生成白色沉淀。問題：如何通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證明CO?與NaOH發(fā)生了反應(yīng)？若將NaOH溶液替換為水，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象有何不同？解答思路：間接驗(yàn)證法：關(guān)閉止水夾K，注入NaOH溶液后振蕩，打開K，若BaCl?溶液中產(chǎn)生白色沉淀，證明CO?與NaOH反應(yīng)生成了Na?CO?（CO?+2NaOH=Na?CO?+H?O，Na?CO?+BaCl?=BaCO?↓+2NaCl）。對比實(shí)驗(yàn)：若換為水，CO?溶解度較小，生成的Na?CO?濃度低，可能無明顯沉淀，或僅出現(xiàn)少量渾濁。二、物質(zhì)性質(zhì)探究類試題（一）未知物成分分析例題3：某白色固體可能含有Na?CO?、Na?SO?、NaCl、CaCl?中的一種或幾種。進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：①取少量固體溶于水，得到無色溶液；②向溶液中滴加過量Ba(NO?)?溶液，產(chǎn)生白色沉淀；③過濾，向沉淀中加入足量稀硝酸，沉淀部分溶解并產(chǎn)生氣泡。問題：原固體中一定含有哪些物質(zhì)？一定不含哪些物質(zhì)？如何進(jìn)一步驗(yàn)證可能存在的物質(zhì)？推理過程：沉淀溶解分析：步驟②沉淀部分溶解于稀硝酸，說明沉淀含BaCO?（溶于硝酸）和BaSO?（不溶），因此原固體必有Na?CO?和Na?SO?；因Na?CO?與CaCl?反應(yīng)生成CaCO?沉淀，而步驟①得到無色溶液，故一定不含CaCl?。Cl?的檢驗(yàn)：取步驟③的濾液，滴加AgNO?溶液和稀硝酸，若產(chǎn)生白色沉淀，證明含NaCl。（二）物質(zhì)氧化性/還原性探究例題4：某同學(xué)欲驗(yàn)證Fe3?的氧化性強(qiáng)于Cu2?，設(shè)計如下實(shí)驗(yàn)：方案1：將銅片插入FeCl?溶液中，觀察現(xiàn)象；方案2：將鐵絲插入CuSO?溶液中，觀察現(xiàn)象。問題：哪個方案能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?？寫出反?yīng)的離子方程式。若方案1中銅片部分溶解，溶液顏色變化為_______，證明Fe3?能氧化Cu。答案：方案1可行，離子方程式為2Fe3?+Cu=2Fe2?+Cu2?；方案2只能證明Fe的還原性強(qiáng)于Cu，無法比較Fe3?與Cu2?的氧化性。溶液由黃色變?yōu)樗{(lán)綠色（Fe2?為淺綠色，Cu2?為藍(lán)色，混合后呈藍(lán)綠色）。三、化學(xué)原理探究類試題（一）反應(yīng)速率與化學(xué)平衡例題5：在密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：N?(g)+3H?(g)?2NH?(g)ΔH＜0。實(shí)驗(yàn)測得不同條件下NH?的體積分?jǐn)?shù)隨時間變化如圖所示。問題：曲線a、b、c對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件可能有何差異？（寫出2種可能的條件）若在t?時刻對曲線a對應(yīng)的平衡體系升溫，畫出t?后NH?體積分?jǐn)?shù)的變化趨勢。分析：條件影響：曲線a達(dá)平衡最快，可能使用了催化劑或增大了壓強(qiáng)；曲線c平衡時NH?體積分?jǐn)?shù)最低，可能溫度較高（升溫平衡逆向移動）。圖像繪制：升溫后平衡逆向移動，NH?體積分?jǐn)?shù)逐漸減小，最終低于原平衡值。（二）電解質(zhì)溶液性質(zhì)例題6：用pH傳感器測定0.1mol/LNaClO溶液、CH?COONa溶液和Na?CO?溶液的pH，數(shù)據(jù)如下表：溶液NaClOCH?COONaNa?CO?pH10.38.811.6問題：結(jié)合pH數(shù)據(jù)，比較HClO、CH?COOH、H?CO?的酸性強(qiáng)弱。向NaClO溶液中通入少量CO?，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式（已知H?CO?的K??=4.3×10??，K??=5.6×10?11；HClO的K?=3.0×10??）。解答：鹽類水解規(guī)律：酸越弱，對應(yīng)鹽的水解程度越大，pH越高。酸性：CH?COOH＞HClO＞HCO??（因CO?2?對應(yīng)H?CO?的二級電離，Na?CO?水解程度大于NaClO）。強(qiáng)酸制弱酸：由于酸性H?CO?＞HClO＞HCO??，反應(yīng)為NaClO+CO?+H?O=HClO+NaHCO?（若生成Na?CO?，HClO會與CO?2?反應(yīng)生成HCO??）。四、工業(yè)流程與創(chuàng)新應(yīng)用（一）工藝流程分析例題7：以黃銅礦（主要成分為CuFeS?）為原料冶煉銅的主要流程如下：黃銅礦→焙燒→冰銅（Cu?S和FeS）→吹煉→粗銅→電解精煉→精銅問題：焙燒時生成Cu?S、FeS和SO?，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式。吹煉階段通入空氣，F(xiàn)eS轉(zhuǎn)化為FeO和SO?，Cu?S轉(zhuǎn)化為Cu?O和SO?，隨后Cu?O與Cu?S反應(yīng)生成Cu和SO?。寫出后兩步反應(yīng)的方程式。答案：2CuFeS?+O?$\frac{\underline{;高溫;}}{}$Cu?S+2FeS+SO?2FeS+3O?$\frac{\underline{;高溫;}}{}$2FeO+2SO?；2Cu?S+3O?$\frac{\underline{;高溫;}}{}$2Cu?O+2SO?；Cu?O+Cu?S$\frac{\underline{;高溫;}}{}$6Cu+SO?↑（二）綠色化學(xué)創(chuàng)新例題8：傳統(tǒng)合成苯甲醛的方法是苯甲醇氧化法，會產(chǎn)生大量含酸廢水。某研究團(tuán)隊(duì)采用電催化氧化法，以苯為原料，在酸性介質(zhì)中直接合成苯甲醛，其原理如圖所示（電極材料為Pt）。問題：寫出陽極的電極反應(yīng)式。與傳統(tǒng)方法相比，該工藝的優(yōu)點(diǎn)是什么？解答：陽極（氧化反應(yīng)）：C?H?+H?O-2e?=C?H?CHO+2H?優(yōu)點(diǎn)：原子利用率高（H?O中的O直接轉(zhuǎn)化為醛基）、無污染物排放、反應(yīng)條件溫和（常溫常壓）。五、跨學(xué)科綜合探究（一）化學(xué)與生物例題9：人體血液中存在H?CO?/NaHCO?緩沖體系，維持pH在7.35~7.45之間。當(dāng)劇烈運(yùn)動產(chǎn)生大量乳酸（HL，酸性）時，緩沖體系如何發(fā)揮作用？寫出相關(guān)離子方程式。答案：HL+HCO??=L?+H?CO?，H?CO?分解為CO?和H?O，通過呼吸排出CO?，從而維持pH穩(wěn)定。（二）化學(xué)與材料例題10：某新型鋰離子電池的正極材料為LiFePO?，充電時Li?從正極脫出，嵌入負(fù)極（石墨）。放電時的總反應(yīng)為LiFePO?+C?=Li???FePO?+Li?C?。問題：充電時，正極的電極反應(yīng)式為_______。若用該電池為電動汽車供電，行駛過程中電池能量轉(zhuǎn)化形式為_______。答案：LiFePO?-xe?=Li???FePO?+xLi?化學(xué)能→電能→機(jī)械能六、開放性探究試題例題11：某同學(xué)發(fā)現(xiàn)，向飽和Na?CO?溶液中通入CO?，會析出白色晶體。針對這一現(xiàn)象，提出2個合理的探究問題，并設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證其中一個問題。參考方向：問題1：析出的晶體成分是什么？（假設(shè)為NaHCO?，因NaHCO?溶解度小于Na?CO?）實(shí)驗(yàn)方案：取晶體溶于水，滴加CaCl?溶液，若無沉淀（Na?CO?會與CaCl?反應(yīng)），再滴加稀鹽酸產(chǎn)生氣泡，證明為NaHCO?。問題2：析出晶體的速率與通入CO?的速率是否有關(guān)？實(shí)驗(yàn)方案：控制溫度、溶液體積相同，分別以10mL/min和50mL/