例析氧化还原实验探究题命题视角.pdf

高考全关注图B p H 时A l(OH)的溶解度为 m o lLC浓度均为 m o lL的A l和F e可通过分步沉淀进行分离D A l、C u混合溶液中c(C u)m o lL时二者不会同时沉淀由点a(,)可以得出F e与OH的浓度,进 一 步 推 算 得 出Ks p(F e(OH),选项A错误根据图示可以得出p H时A l的浓度为 m o lL,A l(OH)的溶解度为 m o lL也可以通过如下计算得出:由点(,)可知,p H,p OH,则Ks p(A l(OH)c(A l)c(OH),p H时,A l(OH)的溶解度为 ()m o lL m o lL,选项B错误根据图示,m o lL的A l,p H大约为 ,此时F e已经完全沉淀,所以浓度均为 m o lL的A l和F e可通过调节溶液的p H,分步沉淀进行分离,该问题也可以借助图像分别得出Ks p(F e(OH)与Ks p(A l(OH)的大小,通过计算得出二者可以分步沉淀进行分离,选项C正确选项D中,A l浓度未知,所以在A l、C u混合溶液中,c(C u)m o lL时,二者有可能会同时沉淀,选项D错误答案为C该化学试题创新试题呈现方式,要求学生能够挖掘出试题提供的图形中的信息,深度挖掘数据客观全面地提取有效信息,才能够顺利解答出该问题该试题考查了学生从图中提取和加工实验数据的能力(本文系安徽省电教课题“双减 背景下高中智慧作业设计策略研究”(AH ),安徽宿州市教科研课题“双新背景下高中化学单元作业设计研究”(J KY )阶段性成果)(完)例析氧化还原实验探究题命题视角陈建托(首都师范大学附属中学)北京市高考(或等级性考试)化学命题注重对学生科学探究能力的考查,试卷压轴题以实验探究题形式呈现而氧化还原实验探究题因其具有很强的综合性、复杂性,命题视角丰富灵活,是命题的热点之一本文研究北京市近几年高考题、模拟题与氧化还原相关的实验探究题,分析命题视角,期望给予高三复习和备考一定的帮助氧化性、还原性变化物质的氧化性或还原性与浓度、p H相关还原反应中,增大反应物浓度或降低生成物浓度,氧化剂的氧化性增强;氧化反应中,增大反应物浓度或降低生成物浓度,还原剂的还原性增强以M n O氧化性为例,电 极 反 应 为M n O H e M n HO,增大c(M n O)或c(H),M n O氧化性增强,反之减弱;增大c(M n),M n O氧化性减弱,反之增强 氧化性、还原性影响因素探究探究物质氧化性、还原性影响因素常采取的办法是控制变量进行对比实验,设计实验时要控制浓度、温度等条件一致,保证单一变量,勿引入多余干扰因素例某小组探究卤素参与的氧化还原反应,从高考全关注电极反应角度分析物质氧化性和还原性的变化规律()浓盐酸与M n O混合加热生成氯气氯气不再逸出时,固液混合物A中仍存在盐酸和M n O反应的离子方程式是电极反应式:还 原 反 应:M n O e H M n HO氧化反应:根据电极反应式,分析A中 仍存在盐酸 和M n O的原因随c(H)降低或c(M n)浓度升高,M n O氧化性减弱随c(C l)降低,补充实验证实了中的分析,如表所示表实验操作试剂产物较浓HS O有氯气a有氯气a b无氯气a是,b是分析固液混合物A中反应不再进行,可能是氧化剂氧化性减弱,或者还原剂还原性减弱 中假设涉及种 变 量,c(H)、c(M n)、c(C l),增 大c(H)、c(C l)有利于产生氯气,增大c(M n)不利于产生氯气分析如表所示表试剂产物对应变量选取物质影响较浓HS O有氯气H 增强M n O氧化性a有氯气C lN a C l固体增强C l还原性a b无氯气M nM n S O固体减弱M n O氧化性注意:为保证单一变量,浓硫酸不可替换为浓盐酸或HC l气体,b不可选用M n C l固体、M n(NO)固体或M n(OH)固体 沉淀反应或配位反应对物质氧化性或还原性的影响反应物或产物发生沉淀反应或配位反应引起物质浓度改变,影响物质氧化性或还原性,进而影响氧化还原反应的进行例化学变化是有条件的某小组同学探究I与金属阳离子的氧化还原反应,实验过程如表所示表实验现象编号溶液X m o lLC u(NO)s后溶液由浅蓝色变为 黄色并产生浑浊,离心分离后上层溶液为黄色(经检测有I),固体 为 白 色(C u I)m o lLA g NO迅速变浑浊,离心分离后 上层溶液为无色(经检测无I),固体为黄色(A g I)已 知:相 同 浓 度 的 稀 溶 液 中 氧 化 性:A gF eC u()实 验中C u与I反 应 的 离 子 方 程 式是()该小组同学进一步分析认为,实验发生氧化还原反应的原因是,实验没有发生氧化还原反应的原因是分析实验中C u与I反应的离子方程式是C u I C u I I对于C ueC u,C u与I生成C u I沉淀,产物浓度迅速降低,C u的氧化性增强,促进氧化还原反应进行对于A geA g,A g和I生成A g I沉淀,反应物浓度迅速降低,A g的氧化性减弱,不利于氧化还原反应进行例金能与浓硝酸发生微弱反应生成A u,短时间几乎观察不到金溶解金易溶于“王水”V(浓硝酸)V(浓盐酸)已知:A u C lHHA u C l分析“王水”溶金的原理:分析对于A u eA u,生成HA u C l或A u C l,降低c(A u)的浓度,增强A u的还原性,使A u与HNO的氧化还原反应能够进行完全例在 处 理NO废 气 的 过 程 中,催 化 剂C o(NH)会逐渐失活变为C o(NH)某小组为解决这一问题,实验研究C o()和C o()之间的相互转化资料:Ks pC o(OH),Ks pC o(OH)C o NHC o(NH),K ;C o NHC o(NH),K ()根 据 氧 化 还 原 反 应 规 律 解 释:还 原 性高考全关注C o(OH)C o C oeC o,在碱性条件下,OH与C o、C o反应,使c(C o)和c(C o)均降低,但降低的程 度更大,还 原 剂 的 还 原 性增强()催化剂C o(NH)的失活与再生结合数据解释C o(NH)能被氧化为C o(NH)而失活的原因:分析()对于C oeC o,OH与C o、C o反 应,使c(C o)和c(C o)均 降 低,但Ks pC o(OH)更小,c(C o)降低的程度更大,还原剂的还原性增强()对于C oeC o,NH与C o、C o反应,使c(C o)和c(C o)均降低,但KK,c(C o)降低的程度远大于c(C o),还原剂的还原性增强,C o(NH)能被氧化物质干扰进行氧化还原相关实验,体系中可能会有其他物质干扰,影响核心反应排除物质干扰常用种方法 直接除去干扰物质如果干扰物质容易除去,则直接除去干扰物质进行实验如 年北京卷中探究S O与可溶性钡盐的反应,存在种干扰,一是装置中的空气,可以在实验前通入一段时间氮气除去;二是铜与浓硫酸反应挥发的 硫 酸 酸 雾,可 以 通 过 饱 和N a H S O溶 液 洗 气除去 替换干扰因素,进行对比实验对于不容易直接除去的干扰物质,可以替换干扰因素进行对比实验同样需要控制单一变量,确保其他微粒的种类和浓度以及温度、p H等条件与原实验一致例探究C o()的还原性实验粉红色的C o C l溶液或C o S O溶液在空气中久置,无明显变化实验向 m o lLC o C l溶液中滴入滴酸性KM n O溶液,无明显变化实验按如图所示装置进行实验,观察到电压表指针偏转甲同学根据实验得出结论:C o可以被酸性KM n O溶液氧化乙同学补充实验,(补全实验操作及现象),否定了该观点图分析实验欲探究C o与KM n O溶液的反应,但有C l干扰一方面可以替换C l进行对比实验,将实验中的 m o lLC o C l溶液替换为 m o lLC o S O溶液,指针几乎不偏转;另一方面,也可以替换C o进行对比实验,将实验中的 m o lLC o C l溶液替换为 m o lLN a C l溶液进行实验,指针偏转幅度与实验相同竞争反应在发生氧化还原反应的同时还可能存在其他反应类型的竞争,即体系为多反应体系,如表所示表反应体系可能的反应类型F e C lN aS氧化还原、沉淀、水解C uN aSO氧化还原、配位、HSOS OA g NO氧化还原(氧化剂存在多种可能)、沉淀S OF e C l氧化还原、配位 双液电池避免非氧化还原反应干扰对于多反应体系,若需要进行氧化还原反应避免其他反应类型,可以采用双液电池装置,如图所示例如,探究硫酸铜溶液与硫化钠溶液的氧化还原反应,若二者直接接触会立即产生C u S沉淀而影响氧化还原反应的进行,运用双液电池装置可以避免种物质直接接触,进而避免沉淀反应图 配位反应避免氧化还原反应或沉淀反应例如,F e C l溶液与N aS溶液混合制备F eS,高考全关注可能发生氧化还原反应,加入N a F将F e络合,降低c(F e)进而降低F e氧化性,可以避免氧化还原反应,从而制得F eS再如,年北京等级性考试,铁黄(F e OOH)纯度可以通过产品的耗酸量确定,如图所示图本题 为 返 滴 定 法,用N a OH溶 液 滴 定 剩 余HS O但是溶液b中存在F e,会与N a OH反应生成沉淀干扰滴定,加入过量N aCO将F e络合,可以避免F e与N a OH反应 反应主次、快慢、先后反应主次、快慢和先后涉及反应速率与反应限度等问题下面举例分析几种情况)先A再B若体系中可以进行A、B种反应,且先进行A,过一段时间再进行B,一般是A反应的速率快,B反应的限度大(平衡常数大)例如,年北京卷中探究S O与A g NO溶液的反应,二者先进行复分解反应(A gS OHOA gS O H),将混合物放置一段时间,有A g和S O生成,即二者反应生成A gS O的速率更快,生成A g和S O的限度更大结合数据分析:二者发生氧化还原反应的K ,发生复分解反应的K ,发生氧化还原反应的趋势远大于复分解反应但复分解反应的活化能很小,反应速率快,氧化还原反应的速率慢,故先发生复分解反应,放置一段时间则会进行限度更大的氧化还原反应)A多B少体系中同时进行A、B种反应,A反应的比例高于B反应,一般是A反应的速率相对快,B反应的速率相对慢例如,室 温下,在反应 器中加 入 过 量 的 铁 粉 与m L m o lLHNO,生成 m L H以及少量NH,是因为此条件下H的还原速率大于NO的还原速率仅改变实验温度,重复实验 时生成H的 体 积 为 m L,时 生 成H的 体 积 为 m L,这是因为随着温度升高H和NO的还原速率都在增大,但NO的还原速率增大更多若室温下,在反应器中加入过量的铁粉与m Lm o lLHNO,则生 成NO,几 乎 没 有H生 成,这 是 因 为HNO浓度增大,NO的还原速率剧增,远远大于H的还原速率,以至于产物变为NO,得不到H)连续反应体系中A反应生成M物质,B反应消耗M物质(即M为中间产物)若M有积累,则A反应速率快;若M几乎无积累,则B反应速率快例如,年北京卷中C l通入 m L N a OH溶液(加入滴 m o lLM n S O溶液),未得到绿色溶液(M n O呈现绿色)溶液中存在以下反应:M n O OH M n OO HO M n OC l OHO M n OC l OH未得到绿色溶液即M n O几乎 没有积累,则M n O的消耗速率(反应)快于生成速率(反应)氧化还原产物多样化因反应物浓度、相对用量(滴加顺序)或p H等因素的改变,反应产物有多种可能例如,年北京卷中探究不同条件下氯气与二价锰化合物的反应,二价锰化合物在中性或弱酸性条件下只能被氧化到M n O,在碱性条件下可以被氧化到更高价态(M n O或M n O)再如,HO在酸性环境中滴加适量KM n O溶液,产生大量气泡,紫色褪去(生 成M n);HO在碱性环境 中滴加适 量KM n O溶液,产生大量气泡,紫色褪去,生成棕褐色固体(M n O)氧化还原相关实验探究题大多以素养立意为命题导向,强化实验情境、基础知识、实验能力及学科思想之间的高度联系题目一般具有完整的逻辑,可从以下几个环节进行分析推理:)明确目的;)识别变量和干扰;)设计并进行实验,实现变量控制和排除干扰;)结合反应原理进行分析解释题目分析模型如图所示图(完)