题型专练 1 反应原理实验探究题

（1） 简易量热计需使用温度计测量反应前后温度，因此缺少的玻璃仪器是温度计；实验3的终止温度与起始温度差远小于实验1、2，误差过大，故实验3的数据不予采用。

（2） 实验1、2的平均起始温度 $ {t}_{始}=\dfrac{\dfrac{24.2+24.0}{2}+\dfrac{23.9+24.1}{2}}{2}℃=24.05℃ $ ，平均终止温度 $ {t}_{末}=\dfrac{27.5+27.4}{2}℃=27.45℃ $ ，温度差 $ {\rm \mathrm{\Delta }t=3.4℃} $ ， $ {\rm n({\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O})=(0.05×0.5)\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}=0.025\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}} $ ，溶液总质量 $ {\rm m=(50+50)\mathrm{m}\mathrm{L}×1\mathrm{g}\cdot {\mathrm{c}\mathrm{m}}^{-3}=100\mathrm{g}} $ ，则生成 $ 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 水放出的热量 $ {\rm =\dfrac{4.18×100×3.4×{10}^{-3}}{0.025}\mathrm{k}\mathrm{J}} $ 。

（3） ① 实验1、2的目的是探究浓度对化学反应速率的影响，则仅 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{O}}_{4}} $ 溶液浓度不同，其他条件均相同，故 $ {\rm {T}_{1}=25} $ 、 $ {\rm {V}_{1}=2} $ ，反应时 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{O}}_{4}} $ 溶液浓度：实验 $ 1 < $ 实验2，反应物浓度越大，反应速率越快，则 $ {t}_{1} > {t}_{2} $ 。

② 实验1、3只有温度不同，所以实验的目的是探究温度对化学反应速率的影响。

③ 实验3、4中 $ {t}_{3} > {t}_{4} $ ，即化学反应速率：实验 $ 3 < $ 实验4，且除了实验4中加了 $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{L}{\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}} $ 溶液外，两个实验其他条件都相同，说明 $ {\rm {\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}} $ 起催化作用。

④ 反应速率 $ {\rm v({\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}}_{4})=\dfrac{\dfrac{0.001\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}×4\mathrm{m}\mathrm{L}}{10\mathrm{m}\mathrm{L}}}{{t}_{4}\mathrm{s}}=\dfrac{0.0004}{{t}_{4}}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\cdot {\mathrm{s}}^{-1}} $ 。

（4） $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}} $ 与稀硫酸酸化的 $ {\rm {\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}}_{4}} $ 溶液反应生成 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{M}\mathrm{n}}^{2+}} $ 和 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ，反应的离子方程式为 $ {\rm 5{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}+{\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}}^{-}{}_{4}+8{\mathrm{H}}^{+}\xlongequal{}5{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}+{\mathrm{M}\mathrm{n}}^{2+}+4{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ；由实验可知，硫酸浓度较大时，高锰酸钾溶液褪色，说明溶液酸性较强时， $ {\rm {\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}}_{4}} $ 与氯离子发生反应，故酸性越强， $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}} $ 越容易被 $ {\rm {\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}}_{4}} $ 氧化，对 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}} $ 检测的干扰越大。

（1） ①试管Ⅰ中，已知 $ {\rm n({\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2})=1×{10}^{-3}\mathrm{L}×0.1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}=1×{10}^{-4}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} ，1} $ 滴约 $ {\rm 0.05\mathrm{m}\mathrm{L}} $ ， $ {\rm n(\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H})\approx 0.1×{10}^{-3}\mathrm{L}×2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}=2×{10}^{-4}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}} $ ，由反应 $ {\rm {\mathrm{M}\mathrm{g}}^{2+}+2{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\xlongequal{}\mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}↓.} $ 可知，二者基本反应完全，生成白色沉淀 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}} $ ，当向其中加入 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{3}} $ 溶液时，由于 $ {\rm {K}_{\mathrm{s}\mathrm{p}}[\mathrm{F}\mathrm{e}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{3}]=4.0×{10}^{-38}} $ 远小于 $ {\rm {K}_{\mathrm{s}\mathrm{p}}[\mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}]=1.8×{10}^{-11}} $ ，所以白色沉淀 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}} $ 转化为红褐色沉淀 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{3}} $ ，选 $ {\rm \mathrm{A}} $ 。②试管Ⅱ中，当向 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}} $ 中加入 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{4}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 溶液时，铵根离子与 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}} $ 电离出的 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ 结合生成弱电解质 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}\cdot {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ，使 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}} $ 的沉淀溶解平衡正向移动，最终使 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}} $ 完全溶解得无色溶液，故选 $ {\rm \mathrm{D}} $ 。

（2） 氯化铁是强酸弱碱盐，水解得到氢氧化铁和 $ {\rm \mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ ， $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{3}} $ 溶液显酸性的原因为 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}+3{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}⇌\mathrm{F}\mathrm{e}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{3}+3{\mathrm{H}}^{+}.} $ 。

（3） 结合（1）可知，试管Ⅰ中 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}} $ 转化为红褐色沉淀 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{3}} $ ，发生反应： $ {\rm 2{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}(\mathrm{a}\mathrm{q})+3\mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}(\mathrm{s})⇌2\mathrm{F}\mathrm{e}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{3}(\mathrm{s})+3{\mathrm{M}\mathrm{g}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{q}).} $ ， $ 25℃ $ 时，该反应的平衡常数 $ {\rm K=\dfrac{{c}^{3}({\mathrm{M}\mathrm{g}}^{2+})}{{c}^{2}({\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+})}=\dfrac{{c}^{3}({\mathrm{M}\mathrm{g}}^{2+}){c}^{6}({\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-})}{{c}^{2}({\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}){c}^{6}({\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-})}=\dfrac{{K}_{\mathrm{s}\mathrm{p}}^{3}[\mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}]}{{K}_{\mathrm{s}\mathrm{p}}^{2}[\mathrm{F}\mathrm{e}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{3}]}=\dfrac{{\left(1.8×{10}^{-11}\right) ^ {3}}}{{\left(4.0×{10}^{-38}\right) ^ {2}}}=3.645×{10}^{42}} $ 。

（4） 加入氯化铵溶液使试管Ⅱ中沉淀溶解即 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}} $ 的沉淀溶解平衡正向移动，则可能是由 $ {\rm {\mathrm{M}\mathrm{g}}^{2+}} $ 或 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ 浓度减小引起的。猜想1为 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}^{+}{}_{4}} $ 结合 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}} $ 电离出的 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ ，使 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}} $ 的沉淀溶解平衡正向移动。考虑到 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{4}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 因水解而呈酸性，生成的 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 也可与 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}} $ 电离出的 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ 结合生成水，使 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}} $ 的沉淀溶解平衡正向移动，故猜想2为 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{4}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 水解出的 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 与 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}} $ 电离出的 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ 结合成水，使 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}} $ 的沉淀溶解平衡正向移动。

（5） 由于醋酸铵溶液 $ {\rm (\mathrm{p}\mathrm{H}=7)} $ 呈中性，能使 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}} $ 沉淀溶解，说明不是铵根离子水解呈酸性导致 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}} $ 溶解；当加入弱碱性的 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{4}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 和氨水混合液 $ {\rm (\mathrm{p}\mathrm{H}=8)} $ 时，沉淀也溶解，说明猜想2是错误的， $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}} $ 沉淀溶解的根本原因是 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}^{+}{}_{4}} $ 与 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}} $ 电离出的 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ 结合生成弱电解质 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}\cdot {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ，促进 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_{2}} $ 沉淀溶解平衡正向移动，最终得无色溶液，即猜想1是正确的。

（1） 已知溶液 $ {\rm \mathrm{X}} $ 中存在 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}+3{\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{N}}^{-}⇌\mathrm{F}\mathrm{e}{(\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{N})}_{3}.} $ ，当加入铁粉后，单质铁会与铁离子发生反应： $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}+2{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}\xlongequal{}3{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}} $ ，这一反应会消耗溶液中的 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}} $ ，从而使 $ {\rm c({\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+})} $ 降低，浓度商 $ {\rm Q=\dfrac{c[\mathrm{F}\mathrm{e}{(\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{N})}_{3}]}{c({\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+})\cdot {c}^{3}({\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{N}}^{-})}} $ ，当 $ {\rm c({\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+})} $ 降低时，会使 $ {\rm Q > K} $ ，此时平衡会向逆反应方向移动，导致 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}{(\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{N})}_{3}} $ 的浓度降低，溶液红色变浅。

（2） ① 向 $ {\rm 2\mathrm{m}\mathrm{L}} $ 溶液 $ {\rm \mathrm{X}} $ 中滴加5滴 $ {\rm \mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 溶液时，溶液体积发生变化，因此，根据控制变量法，需要设置一组对照实验排除溶液体积变化对溶液颜色的影响。

② 在向 $ {\rm 2\mathrm{m}\mathrm{L}} $ 溶液 $ {\rm \mathrm{X}} $ 中滴加5滴 $ {\rm 3\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 溶液后，溶液中会存在浓度极高的 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}} $ ，由于溶液中 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}} $ 的浓度极高，会导致 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}+4{\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}⇌{[{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{4}]}^{-}.} $ 正向进行的程度很大，生成大量黄色的 $ {\rm {[{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{4}]}^{-}} $ ，同时消耗大量的 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}} $ ，从而使 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}+3{\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{N}}^{-}⇌\mathrm{F}\mathrm{e}{(\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{N})}_{3}.} $ 平衡逆向移动，导致溶液的红色变浅，当两个反应均达到平衡时，红色的 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}{(\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{N})}_{3}} $ 与黄色的 $ {\rm {[{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{4}]}^{-}} $ 混合，使得溶液呈橙色。

（3） 由题图可知，加入的 $ {\rm \mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 溶液浓度越高，达到新平衡时溶液的透光率就越高， $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}{(\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{N})}_{3}} $ 浓度越小，说明随着加入的 $ {\rm \mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 溶液浓度的增加， $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}{(\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{N})}_{3}} $ 的浓度会随之减小，即化学平衡逆向移动程度增大。

【模型建构】

解答探究型实验题的基本程序

发现问题 $ \to $ 提出猜想 $ \to $ 设计验证方案 $ \to $ 观察实验现象 $ \to $ 得出结论

（1）发现问题

观察实验现象时，发现不符合实验预期的现象，对此进行实验探究。

（2）提出猜想

所谓猜想就是根据已有知识提出可能导致“异常现象”出现的原因。有一些问题的猜想不止一种，只能通过实验进行验证。

（3）设计验证方案

提出猜想后，结合已学知识和相关资料设计出科学、合理、安全的实验验证方案。实验设计中的关键是对试剂的选择和实验条件的调控。

（4）观察实验现象，得出结论

根据设计的实验方案，结合实验现象进行推理分析或计算分析得出结论。