文档文本内容
6-2 实验过程调控探究实验
实验情境真实：以实际研究或工业应用为背景，突出化学与生活、环境的联系。
信息结构复杂：常结合装置图、数据表、曲线图、颜色变化、气体检测等多维度信息。
设问层层递进：从现象描述、方程式书写，到原理分析、实验设计、误差分析等，逐步深入。
考查综合能力：不仅考查基础知识，更侧重实验设计、信息整合、推理与解释能力。
答案开放性强：部分设问需学生基于证据提出假设、设计方案或解释异常现象。
考查维度
具体内容
考查方式示例
知识理解
化学方程式、离子方程式书写；化学平衡、配位化
学、氧化还原反应等基本原理
写方程式、解释颜色变化、分
析平衡移动
实验操作
仪器识别、装置连接、试剂选择、条件控制
选择仪器、接口连接、除杂干
燥、防倒吸等
信息提取
从图表、现象、数据中提取有效信息
分析曲线变化、判断产物、计
算转化率
推理与解释
基于现象推断反应机理、解释实验设计意图、分析
异常现象
解释“为什么过量”、分析
“浓度变化原因”
实验设计
设计对比实验、控制变量、验证假设
设计步骤验证pH 对反应速率的
影响
计算与误差
基于实验数据的定量计算、误差分析
计算氧化率、分析未通氮气对
结果的影响
1.
粗读抓主题
o
明确实验目的：探究什么？验证什么？
o
识别关键物质：反应物、产物、催化剂、指示剂等。
2.
细读抓细节
o
逐段、逐图、逐表提取信息。
o
标记颜色变化、气体产生、沉淀生成、pH 变化等现象。
o
注意“已知”信息，常为解题关键。
3.
联系原理分析
o
将现象与化学原理（氧化还原、平衡移动、配位、水解等）对接。
o
建立“现象—原理—结论”的逻辑链。
4.
规范作答
o
方程式配平、状态标注。
o
解释类答案需条理清晰、因果明确。
o
设计实验需控制变量、步骤具体、可操作。
知识模块
常考具体内容
溶液配制
仪器选择（容量瓶、胶头滴管）、步骤、误差分析
氧化还原反应
价态判断、方程式配平、氧化剂/还原剂强弱比较、常见氧化还原体系（如CO、NO₃⁻
等）
化学平衡
平衡移动原理（勒夏特列原理）、浓度、温度、催化剂对平衡的影响
配位化学
配离子形成、颜色变化、稳定性比较、配位平衡移动
实验装置
气体制备与净化、收集方法、尾气处理、防倒吸、干燥装置
离子反应
离子方程式书写、离子检验、常见离子性质（如Fe²⁺、Fe³⁺、NH₄⁺等）
实验设计方法
控制变量法、对比实验、空白实验、平行实验
易错点
说明与提醒
忽略反应条件
写方程式时遗漏“酸性/碱性”“加热”“催化剂”等条件
误读实验现象
将“无明显变化”等同于“不反应”，忽略颜色变化的顺序和对应离子
配平错误
尤其是氧化还原反应、离子方程式未配平电荷或原子数目
平衡移动原理应用错误
混淆“浓度”“压强”“温度”对平衡的影响，或误用“促进/抑制”表述
装置连接顺序混乱
未按“制备→净化→干燥→反应→收集/检验”的逻辑顺序连接
设计实验时变量控制不当
对比实验中未做到“单一变量”，或未说明“等量”“相同条件”
计算过程缺失单位或公式
计算题未写公式、未带单位，或计算过程跳跃导致丢分
语言表述不严谨
使用口语化表达，未用化学术语；结论表述绝对化（如“一定”“必然”）
【典例】
【审题】
1．（2024·湖北·高考真题）学习小组为探究
、
能否催化
的分解及相关性质，室温下进行了实验I~Ⅳ。
实验I
实验Ⅱ
实验Ⅲ
无明显变化
溶液变为红色，伴有
气泡产生
溶液变为墨绿色，并持
续产生能使带火星木条
复燃的气体
已知：
为粉红色、
为蓝色、
为红色、
为墨绿色。回答下列问
题：
（1）配制
的
溶液，需要用到下列仪器中的
(填标号)。
1.
抓主题：探究 Co²⁺、Co³⁺ 能否催
化 H₂O₂ 分解，涉及配合物颜色变
化。
2.
提取信息：
o
已知颜色：Co(H₂O)₆²⁺（粉
红）、Co(H₂O)₆³⁺（蓝）、
CoCO₃（红）、Co(CO₃)₃³⁻
（墨绿）。
o
实验现象：
I：无变化 → Co²⁺ 不催
化。
II：变红 + 气泡 → 生成
CoCO₃，HCO₃⁻ 过量。
III：墨绿 + 气体（O₂）→
Co³⁺ 配合物催化。
3.
对接原理：
o
颜色变化反映配体交换
（H₂O → CO₃²⁻）。
o
HCO₃⁻ 过量防止生成沉
a．
b．
c．
d．
（2）实验I 表明
(填“能”或“不能”)催
化
的分解。实验Ⅱ中
大大过量的原因是
。实验Ⅲ初步表明
能催化
的分解，写出
在实验Ⅲ中所发生反应的离子方程式 、
。
（3）实验I 表明，反应
难以正
向进行，利用化学平衡移动原理，分析
、
分别与
配位后，正向反应能够进行的原因 。
实验Ⅳ：
（4）实验Ⅳ中，A 到B 溶液变为蓝色，并产生气体；B 到C 溶液
变为粉红色，并产生气体。从A 到C 所产生的气体的分子式
分别为 、 。
【答案】（1）bc
（2） 不能 提供过量的碳酸氢根，通过平衡移动，促使
水合钴离子转化为碳酸合钴离子，同时防止碳酸钴生成
（3）实验Ⅲ的现象表明，Co3+、Co2+分别与
配位时，
更易与
反应生成
（该反应
为快反应），导致
几乎不能转化为
，这样使得
的浓度减小的幅度远
淀，促进配合物形成。
o
催化机理：Co³⁺ 配合物更
易与 H₂O₂ 反应，推动
Co²⁺ 氧化。
4.
答题关键：
o
（2）中“HCO₃⁻ 过量”需
从平衡移动和防沉淀两个
角度回答。
o
（3）需用“生成物浓度减
小，平衡正向移动” 解
释。
o
（4）气体判断需结合氧化
还原反应（酸性条件下
Co³⁺ 氧化 Cl⁻）。
远大于
减小的幅度，根据化学平衡移动原理，
减小生成物浓度能使化学平衡向正反应方向移动，因此，上
述反应能够正向进行
（4）
【解析】本题探究
、
能否催化
的分解及相关性
质。实验Ⅰ中无明显变化，证明
不能催化
的分解；实验Ⅱ中溶液变为红色，证明
易转化为
；实验Ⅲ中溶液变为墨绿色，说明
更易与
反应生成
，并且初
步证明
在
的作用下易被
氧化为
；实验Ⅳ中溶液先变蓝后变红，并且前后均有
气体生成，证明在酸性条件下，
易转化为
，
氧化性强，可以把
氧化
为
。
（1）配制1.00 mol·L-1的CoSO4溶液，需要用到容量瓶、胶头滴
管等等，因此选bc。
（2）CoSO4溶液中存在大量的
，向其中加入30%
的
后无明显变化，因此，实验I 表明
不能
催化
的分解。实验Ⅱ中发生反应的离子方程式为
，因
此，
大大过量的原因是：为保证
转化为
，提供过量的碳酸氢根，通过平衡移动，促使
水合钴离子转化为碳酸合钴离子，同时防止碳酸钴生成。实
验Ⅲ的实验现象表明在
的作用下
能与
反应生成
，然后
能催化
的分解，因此，
在实验Ⅲ中所发生反应的离子方
程式为
、
。
（3）实验I 表明，反应
难以正
向进行。实验Ⅲ的现象表明，Co3+、Co2+分别与
配位
时，
更易与
反应生成
（该
反应为快反应），导致
几乎不能转化为
，这样使得
的浓度减小的幅度远
远大于
减小的幅度，根据化学平衡移动原理，
减小生成物浓度能使化学平衡向正反应方向移动，因此，上
述反应能够正向进行。
（4）实验Ⅳ中，A 到B 溶液变为蓝色，并产生气体，说明发生了
；B 到
C 溶液变为粉红色，并产生气体，说明发生了
，因此
从A 到C 所产生的气体的分子式分别为
和
。
1．（2022·福建·高考真题）某兴趣小组设计实验探究
，催化空气氧化
的效率。回答下列
问题：
步骤Ⅰ 制备
在通风橱中用下图装置制备
(加热及夹持装置省略)，反应方程式：
（1）装置A 中盛放甲酸的仪器的名称是 。
（2）从B、C、D 中选择合适的装置收集
，正确的接口连接顺序为
a→_______→_______→_______→_______→h(每空填一个接口标号)。
步骤Ⅱ 检验
将
通入新制银氨溶液中，有黑色沉淀生成。
（3）该反应的化学方程式为 。
步骤Ⅲ 探究
催化空气氧化
的效率
将一定量
与空气混合，得到
体积分数为1%的气体样品。使用下图装置(部分加热及夹持装置省
略)，调节管式炉温度至
，按一定流速通入气体样品。(已知：
是白色固体，易吸水潮解：
)
（4）通入
(已折算为标况)的气体样品后，继续向装置内通入一段时间氮气，最终测得U 形管内生
成了
。
①能证明
被空气氧化的现象是 ；
②
被催化氧化的百分率为 ；
③若未通入氮气，②的结果将 (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
（5）探究气体与催化剂接触时长对催化氧化效率的影响时，采用 方法可以缩短接触时长。
（6）步骤Ⅲ装置存在的不足之处是 。
【答案】（1）分液漏斗
（2）a→d→e→c→b
（3）
（4） 石灰水变浑浊 60% 偏大
（5）增大气体样品流速
（6）尾气出口未加防潮装置(或其他相似表述)
【解析】在通风橱中用下图装置制备一氧化碳，用A 装置制取一氧化碳，该气体中含有甲酸蒸气，故用
水除去甲酸，再用B 装置排水收集一氧化碳气体，排出的水用E 中的烧杯接收。根据气体样品通过
氢氧化钠吸收空气中的二氧化碳，浓硫酸吸水，一氧化碳在H 中被氧气氧化生成二氧化碳，二氧化
碳能被石灰水吸收，J 中的浓硫酸吸收气体中的水蒸气，干燥的一氧化碳和
，进而测定生成的
碘的质量，计算一氧化碳的被氧化的百分率。据此解答。
（1）装置A 中盛放甲酸的仪器为分液漏斗。
（2）用C 除去甲酸，B 收集一氧化碳，E 接收排出的水，故接口连接顺序为a→d→e→c→b→h。
（3）一氧化碳和银氨溶液反应生成黑色的银，同时生成碳酸铵和氨气，方程式为：
。
（4）一氧化碳被氧气氧化生成二氧化碳，能使澄清的石灰水变浑浊。碘的物质的量为
，则结合方程式分析，还有0.002mol 一氧化碳未被氧气氧化，11.2L 气体为
0.5mol 其中一氧化碳为0.005mol，则被氧化的一氧化碳为0.005-0.002=0.003mol，则被氧化的百分
率为
。如果没有通入氮气则计算的未被氧化的一氧化碳的物质的量减少，则被
氧化的百分率增大。
（5）增大气流速率可以提高催化效率。
（6）：
是白色固体，易吸水潮解，但该装置出气口未加防潮装置。
2．（2011·安徽·高考真题）地下水中硝酸盐造成的氮污染已成为一个世界性的环境问题。文献报道某课
题组模拟地下水脱氮过程，利用Fe 粉和KNO3溶液反应，探究脱氮原理及相关因素对脱氮速率的影
响。
（1）实验前：①先用0.1 mol·L－1H2SO4洗涤Fe 粉，其目的是 ，然后用蒸馏水洗涤至中性；②
将KNO3溶液的pH 调至2.5；③为防止空气中的O2对脱氮的影响，应向KNO3溶液中通入
（写化学式）。
（2）如图表示足量Fe 粉还原上述KNO3溶液过程中，测出的溶液中相关离子浓度、pH 随时间的变化关
系（部分副反应产物曲线略去）。请根据图中信息写出t1时刻前该反应的离子方程式
。t1时刻后，若反应仍在进行，溶液中
的浓度在增大，Fe2+的浓度却没有增大，可能的原因是
。
（3）该课题组对影响脱氮速率的因素提出了如下假设，请你完成假设二和假设三
假设一：溶液的pH；假设二： ；假设三： ；
（4）请你设计实验验证上述假设一，写出实验步骤及结论。（已知：溶液中的
浓度可用离子色谱
仪测定） 。
【答案】（1） 去除铁粉表面的氧化物等杂质 N2
（2） 4Fe+
+10H+=4Fe2++
+3H2O 生成的Fe2+水解(或生成的Fe2+与溶液中的OH-结合)
（3） 温度 铁粉颗粒大小
（4）实验步骤：①分别取等体积、等浓度的KNO3溶液于不同的试管中；②调节溶液呈酸性且pH 各不
相同，并通入N2；③分别向上述溶液中加入足量等质量的同种Fe 粉；④用离子色谱仪测定相同反
应时间时各溶液中的
浓度。
结论：若pH 不同的KNO3溶液中，测出的
浓度不同，表明pH 对脱氢速率有影响，否则无影响。
【解析】本实验的目的，利用Fe 粉和KNO3溶液反应，探究脱氮原理及相关因素对脱氮速率的影响。从
图中可以看出，随着反应的进行，在时间t1前，
不断减小，
不断增大，Fe2+、pH 都在不断
增大，则表明Fe、
、H+不断消耗，且不断生成Fe2+、
；在t1至120min 内，
浓度不断
减小、
浓度不断增大，表明反应继续进行，但Fe2+稳中略降，pH 稳中略升，则表明在此期间
生成的Fe2+都发生反应转化为其它微粒，同时生成H+，且H+的生成量基本满足
还原为
的
消耗量。
（1）①Fe 粉具有较强的还原性，易被空气中的O2氧化，则实验前用0.1 mol·L－1H2SO4洗涤Fe 粉的目
的是：去除铁粉表面的氧化物等杂质；②将KNO3溶液的pH 调至2.5；③为防止空气中的O2对脱氮
的影响，应使用对
还原反应无影响的试剂排出O2，所以应向KNO3溶液中通入N2。答案为：
去除铁粉表面的氧化物等杂质；N2；
（2）由分析可知，Fe、
、H+为反应物，Fe2+、
为生成物，依据得失电子守恒原理及质量守恒
定律，可写出t1时刻前该反应的离子方程式：4Fe+
+10H+=4Fe2++
+3H2O。t1时刻后，溶液
中
的浓度仍在增大，而Fe2+的浓度却没有增大，则表明生成的Fe2+发生了水解反应，所以可能
的原因是：生成的Fe2+水解(或生成的Fe2+与溶液中的OH-结合)。答案为：4Fe+
+10H+=4Fe2++
+3H2O；生成的Fe2+水解(或生成的Fe2+与溶液中的OH-结合)；
（3）从反应方程式可以看出，铁粉、H+浓度、温度是影响脱氮速率的外界因素，所以假设一：溶液的
pH；假设二：温度；假设三：铁粉颗粒大小。答案为：温度；铁粉颗粒大小；
（4）研究影响反应速率的因素时，通常需做对比实验，且只允许存在一个变量，所以实验中H+浓度不
同，其它微粒的量相同，通过测定溶液中
的浓度，确定pH 对脱氢速率的影响，则实验步骤：
①分别取等体积、等浓度的KNO3溶液于不同的试管中；②调节溶液呈酸性且pH 各不相同，并通
入N2；③分别向上述溶液中加入足量等质量的同种Fe 粉；④用离子色谱仪测定相同反应时间时各
溶液中的
浓度。结论：若pH 不同的KNO3溶液中，测出的
浓度不同，表明pH 对脱氢速
率有影响，否则无影响。答案为：实验步骤：①分别取等体积、等浓度的KNO3溶液于不同的试管
中；②调节溶液呈酸性且pH 各不相同，并通入N2；③分别向上述溶液中加入足量等质量的同种Fe
粉；④用离子色谱仪测定相同反应时间时各溶液中的
浓度。结论：若pH 不同的KNO3溶液
中，测出的
浓度不同，表明pH 对脱氢速率有影响，否则无影响。
3．（2013·重庆·高考真题）某研究小组利用如图装置探究温度对CO 还原Fe2O3的影响(固定装置略)
（1）MgCO3的分解产物为 。
（2）装置C 的作用是 ，处理尾气的方法为 。
（3）将研究小组分为两组，按图装置进行对比实验，甲组用酒精灯、乙组用酒精喷灯对装置D 加热，
反应产物均为黑色粉末(纯净物)，两组分别用产物进行以下实验。(Fe2+遇K3[Fe(CN)6]溶液会生成蓝
色沉淀)
步骤
操作
甲组现象
乙组现象
1
取黑色粉末加入稀盐酸
溶解，无气泡
溶解，有气泡
2
取步骤1 中溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液
蓝色沉淀
蓝色沉淀
3
取步骤1 中溶液，滴加KSCN 溶液
变红
无现象
4
向步骤3 溶液中滴加新制氯水
红色褪去
先变红，后褪色
①乙组得到的黑色粉末是 。
②甲组步骤1 中反应的离子方程式为 。
③乙组步骤4 中，溶液变红的原因为 ；溶液褪色可能的原因及其验证方法为 。
④从实验安全考虑，题图装置还可采取的改进措施是 。
【答案】（1）MgO、CO2
（2） 除CO2 点燃
（3） Fe Fe3O4+8H+=2Fe3++Fe2++4H2O Fe2+被氧化成Fe3+，Fe3+遇SCN-显红色 假设
SCN-被Cl2氧化，向溶液中加入KSCN 溶液，若出现红色，则假设成立 在装置BC 之间添加装
置E 防倒吸
【解析】碳酸镁分解生成氧化镁和二氧化碳，二氧化碳和锌反应生成CO，利用氢氧化钠溶液除去
CO2，利用无水氯化钙干燥CO，CO 和氧化铁反应生成铁和CO2，澄清石灰水检验CO2，据此解
答。
（1）类比CaCO3的煅烧分解，可推知MgCO3分解生成MgO 和CO2；
（2）因为后面要通过F 检验CO 与Fe2O3反应的产物CO2，所以装置C 除去CO 中的CO2；尾气中含有
有毒气体CO，采用点燃的方法可除去CO。
（3）①分析乙组现象，乙与盐酸反应产生气体，该气体是氢气，说明黑色粉末为Fe。
②分析甲组现象，可知甲组反应后含有+2 价铁和+3 价铁，为Fe3O4，与盐酸反应生成Fe3+、Fe3+和
H2O，反应的离子方程式为Fe3O4+8H+=2Fe3++Fe2++4H2O。
③因为步骤4 加入了新制氯水，能把Fe2+氧化为Fe3+，遇SCN‾变红：新制氯水具有强氧化性，所以溶液
褪色的原因可能是：新制氯水氧化了SCN‾，检验方法是再加入KSCN 溶液，若出现红色，说明原
来的SCN‾被氧化，假设成立。
④因为CO2易与NaOH 反应，直接用导管通入可能发生倒吸，所以在装置BC 之间添加防倒吸装置。
