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第75讲　以反应原理、物质性质探究为主的综合实验
[复习目标]　1.能运用化学反应原理分析影响化学变化的因素，学会运用变量控制的方法研究化学反应。
2.能根据文献和实际需要提出综合性的探究课题，根据假设提出多种探究方案，评价和优化方案，能用数据、图表、符号等处理实验信息。
类型一　物质性质的探究
物质性质探究类实验的类型
(1)根据物质性质设计实验方案
(2)根据物质的结构(或官能团)设计实验方案
1.为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
回答下列问题：
(1)由FeSO4·7H2O固体配制0.10 mol·L-1 FeSO4溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、　　　
　　　　(从下列图中选择，写出名称)。
(2)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择　　　　作为电解质。
阳离子 u∞×108/(m2·s-1·V-1) 阴离子 u∞×108/(m2·s-1·V-1)
Li+ 4.07 HC 4.61
Na+ 5.19 N 7.40
Ca2+ 6.59 Cl- 7.91
K+ 7.62 S 8.27
(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入　　　　电极溶液中。
(4)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02 mol·L-1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2+)=　　　　　　　　　　。
(5)根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为　　　　，
铁电极的电极反应式为　　　　。
因此，验证了Fe2+氧化性小于　　　　　　，还原性小于　　　　。
(6)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是　　　 　　　　。
2.(2024·湖北，18)学习小组为探究Co2+、Co3+能否催化H2O2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1.00 mol·L-1的CoSO4溶液，需要用到下列仪器中的　　　　　　(填标号)。
(2)实验Ⅰ表明　　　　　　　(填“能”或“不能”)催化H2O2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H2O2的分解，写出H2O2在实验Ⅲ中所发生反应的离子方程式　　　　　　　　　　　　、 　　　　　　　　　　　　。
(3)实验Ⅰ表明，反应2+H2O2+2H+2[Co(H2O)6]3++2H2O难以正向进行，利用化学平衡移动原理，分析Co3+、Co2+分别与配位后，正向反应能够进行的原因　　　 　　　　。
(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　　　　、 　　　　　。
实验Ⅳ：
类型二　原理探究
化学反应原理探究实验的类型
(1)对未知产物的探究
通过化学反应原理猜测可能生成哪些物质，对这些物质逐一进行检验，并测定其含量。
(2)对某一原理或规律及影响因素的探究
在对未知的反应机理或规律的研究中，如果有多个影响因素(如浓度、温度、压强、催化剂、颗粒物规格等)，通常采用变量控制法。人为控制其他因素完全相同，只有探究的因素不同，通过研究每个因素变化时的反应机理或规律，才能得出正确的反应机理或规律与多个影响因素之间的关系。
1.某小组为探究Mg与NH4Cl溶液的反应机理，常温下进行以下实验。实验中所取镁粉质量均为0.5 g，分别加入选取的实验试剂中，资料：①CH3COONH4溶液呈中性。②Cl-对该反应几乎无影响。
实验 实验试剂 实验现象
1 5 mL蒸馏水 反应缓慢，有少量气泡产生(经检验为H2)
2 5 mL 1.0 mol·L-1 NH4Cl溶液(pH=4.6) 剧烈反应，产生刺激性气味气体和灰白色难溶固体
(1)经检验实验2中刺激性气味气体为NH3，检验方法是　　　　。
用排水法收集一小试管产生的气体，经检验小试管中气体为H2。
(2)已知灰白色沉淀中含有Mg2+、OH-。为研究固体成分，进行实验：将生成的灰白色固体洗涤数次，至洗涤液中滴加AgNO3溶液后无明显浑浊。将洗涤后的固体溶于稀HNO3，再滴加AgNO3溶液，出现白色沉淀。推测沉淀中含有　　　　，灰白色固体可能是　　　　　(填化学式)。
(3)甲同学认为实验2比实验1反应剧烈的原因是NH4Cl溶液中c(H+)大，与Mg反应快。用化学用语解释NH4Cl溶液显酸性的原因是　　　　　　　　　　　　。
(4)乙同学通过实验3证明甲同学的说法不合理。
实验 实验装置
3
①X是　　　　　　　　。
②由实验3获取的证据为　　　 　　　　　　　　。
(5)为进一步探究实验2反应剧烈的原因，进行实验4。
实验 实验试剂 实验现象
4 5 mL NH4Cl乙醇溶液 有无色无味气体产生(经检验为H2)
依据上述实验，可以得出Mg能与N反应生成H2。乙同学认为该方案不严谨，需要补充的实验方案是　　　　　　　　　　　　。
(6)由以上实验可以得出的结论是　　　　　　　　　　　　　　　。
2.(2023·北京，19)资料显示，I2可以将Cu氧化为Cu2+。某小组同学设计实验探究Cu被I2氧化的产物及铜元素的价态。
已知：I2易溶于KI溶液，发生反应I2+I-(红棕色)；I2和氧化性几乎相同。
(1)将等体积的KI溶液加入到m mol铜粉和n mol I2(n>m)的固体混合物中，振荡。
实验记录如下：
c(KI) 实验现象
实验Ⅰ 0.01 mol·L-1 极少量I2溶解，溶液为淡红色；充分反应后，红色的铜粉转化为白色沉淀，溶液仍为淡红色
实验Ⅱ 0.1 mol·L-1 部分I2溶解，溶液为红棕色；充分反应后，红色的铜粉转化为白色沉淀，溶液仍为红棕色
实验Ⅲ 4 mol·L-1 I2完全溶解，溶液为深红棕色；充分反应后，红色的铜粉完全溶解，溶液为深红棕色
①初始阶段，Cu被氧化的反应速率：实验 Ⅰ　　　　(填“>”“<”或“=”)实验 Ⅱ。
②实验Ⅲ所得溶液中，被氧化的铜元素的可能存在形式有[Cu(H2O)4]2+(蓝色)或[CuI2]-(无色)，进行以下实验探究：
步骤a.取实验Ⅲ的深红棕色溶液，加入CCl4，多次萃取、分液。
步骤b.取分液后的无色水溶液，滴入浓氨水。溶液颜色变浅蓝色，并逐渐变深。
ⅰ.步骤a的目的是　　　　。
ⅱ.查阅资料，2Cu2++4I-2CuI↓+I2，[Cu(NH3)2]+(无色)容易被空气氧化。用离子方程式解释步骤b的溶液中发生的变化：　　　 　　　　　　　　　　　　。
③结合实验Ⅲ，推测实验Ⅰ和Ⅱ中的白色沉淀可能是CuI，实验Ⅰ中铜被氧化的化学方程式是
　　　　。
分别取实验Ⅰ和Ⅱ充分反应后的固体，洗涤后得到白色沉淀，加入浓KI溶液，　　　　　　　　　　　　　　　　　(填实验现象)，观察到少量红色的铜。分析铜未完全反应的原因是 　　　 　　　　。
(2)上述实验结果，I2仅将Cu氧化为+1价。在隔绝空气的条件下进行电化学实验，证实了I2能将Cu氧化为Cu2+。装置如图所示，a、b分别是　　　　。
(3)运用氧化还原反应规律，分析在上述实验中Cu被I2氧化的产物中价态不同的原因：
　　　 　　　　　　　　　　　　。
答案精析
类型一
提升关键能力
1.(1)烧杯、量筒、托盘天平　(2)KCl　(3)石墨
(4)0.09 mol·L-1　(5)Fe3++e-Fe2+　Fe-2e-Fe2+　Fe3+　Fe　(6)取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现红色，说明活化反应完成
2.(1)bc　(2)不能　吸收产生的H+，维持pH，促进反应正向进行　2Co2++10HC+H2O22[Co(CO3)3]3-+6H2O+4CO2↑　2H2O22H2O+O2↑　(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)CO2　O2
解析　实验Ⅰ中无明显变化，证明 不能催化H2O2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H2O2氧化为；实验Ⅳ中溶液先变蓝后变粉红，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H2O氧化为O2。(2)CoSO4溶液中存在大量的，向其中加入30%的H2O2后无明显变化，因此实验Ⅰ表明不能催化H2O2的分解。(4)实验Ⅳ中，A到B溶液变为蓝色，并产生气体，说明发生了+6H++3H2O+3CO2↑；B到C溶液变为粉红色，并产生气体，说明发生了4[Co+2H2O4[Co]2++O2↑+4H+，因此从A到C所产生的气体的分子式分别为CO2和O2。
类型二
提升关键能力
1.(1)将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，试纸变蓝　(2)Cl-
Mg(OH)Cl　(3)N+H2ONH3·H2O+H+　(4)①5 mL 1.0 mol·L-1 CH3COONH4溶液　②两试管反应剧烈程度相当　(5)取5 mL 无水乙醇，加入0.5 g 镁粉无明显变化　(6)NH4Cl水解产生的H+对反应影响小，N对反应影响大
2.(1)①<　②ⅰ.除去，防止干扰后续实验
ⅱ.[CuI2]-+2NH3·H2O[Cu(NH3)2]++2H2O+2I-、4[Cu(NH3)2]++O2+8NH3·H2O4[Cu(NH3)4]2++4OH-+6H2O　③2Cu+I22CuI(或2Cu+KI32CuI+KI)　白色沉淀逐渐溶解，溶液变为无色　铜与碘的反应为可逆反应(或浓度小未能氧化全部的Cu)　(2)铜、含n mol I2的4 mol·L-1的KI溶液　(3)在实验Ⅰ、实验Ⅱ、实验Ⅲ中Cu+可以进一步与I-结合生成CuI沉淀或[CuI2]-，Cu+浓度减小使得Cu2+氧化性增强，发生反应2Cu2++4I-2CuI↓+I2和2Cu2++6I-2[CuI2]-+I2
解析　(1)①I2在水中溶解度很小，铜主要被氧化，初始阶段，实验Ⅱ中I-的浓度比实验Ⅰ中I-的浓度更大，生成的速率更快，则实验Ⅱ中Cu被氧化的速率更快。②ⅰ.加入CCl4，I2+I-平衡逆向移动，可以除去，防止干扰后续实验。ⅱ.加入浓氨水后[CuI2]-转化为[Cu(NH3)2]+，无色的[Cu(NH3)2]+被氧化为蓝色的[Cu(NH3)4]2+。③结合实验Ⅲ，推测实验Ⅰ和Ⅱ中的白色沉淀可能是CuI，实验Ⅰ中铜被氧化的化学方程式是2Cu+I22CuI或2Cu+KI32CuI+KI；加入浓KI溶液，发生反应CuI+I-[CuI2]-，则可以观察到的现象是白色沉淀逐渐溶解，溶液变为无色。(2)要验证I2能将Cu氧化为Cu2+，需设计原电池负极材料a为Cu，b为含n mol I2的4 mol·L-1的KI溶液。(共68张PPT)
化学
大
一
轮
复
习
第十五章 第75讲
以反应原理、物质性质探究为主的综合实验
复习目标
1.能运用化学反应原理分析影响化学变化的因素，学会运用变量控制的方法研究化学反应。
2.能根据文献和实际需要提出综合性的探究课题，根据假设提出多种探究方案，评价和优化方案，能用数据、图表、符号等处理实验信息。
类型一　物质性质的探究
类型二　原理探究
课时精练
内容索引
类型一
物质性质的探究
物质性质探究类实验的类型
(1)根据物质性质设计实验方案
(2)根据物质的结构(或官能团)设计实验方案
1.为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
提升关键能力
回答下列问题：
(1)由FeSO4·7H2O固体配制0.10 mol·L-1 FeSO4溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、　　　 　　 　(从下列图中选择，写出名称)。
烧杯、量筒、托盘天平
(2)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择　　　　作为电解质。
阳离子 u∞×108/(m2·s-1·V-1) 阴离子 u∞×108/(m2·s-1·V-1)
Li+ 4.07 HC 4.61
Na+ 5.19 N 7.40
Ca2+ 6.59 Cl- 7.91
K+ 7.62 S 8.27
KCl
盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，两烧杯溶液中含有Fe2+、Fe3+和S，Ca2+与S生成微溶于水的CaSO4，Fe2+、Fe3+均与HC反应，酸性条件下N与Fe2+发生反应，故盐桥中不能含有Ca2+、HC和N。K+和Cl-的电迁移率(u∞)相差较小，故盐桥中应选择KCl作为电解质。
(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入
　　　电极溶液中。
(4)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02 mol·L-1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2+)=　　 　　。
石墨
0.09 mol·L-1
假设两个烧杯中溶液体积均为V L，铁电极反应式为Fe-2e-===Fe2+，一段时间后，铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02 mol·L-1，则电路中通过的电子为0.02 mol·L-1×V L×2=0.04V mol。石墨电极上未见Fe析出，则石墨电极反应式为Fe3++e-===Fe2+，据得失电子守恒可知，石墨电极生成的Fe2+为0.04V mol，故石墨电极溶液中c(Fe2+)==0.09 mol·L-1。
(5)根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为　 　　　 　，铁电极的电极反应式为　　　　　　 。因此，验证了Fe2+氧化性小于
　 ，还原性小于　　 。
Fe3++e-===Fe2+
Fe-2e-===Fe2+　
Fe3+
Fe
(6)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是_____________________________________________________
　　　 　　 　　。
取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现红色，说明活化反应完成
铁电极表面发生活化反应：Fe+Fe2(SO4)3===3FeSO4，活化反应完成后，溶液中不含Fe3+。
2.(2024·湖北，18)学习小组为探究Co2+、Co3+能否催化H2O2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1.00 mol·L-1的CoSO4溶液，需要用到下列仪器中的　 (填标号)。
bc
(2)实验Ⅰ表明　　　(填“能”或“不能”)催化H2O2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H2O2的分解，写出H2O2在实验Ⅲ中所发生反应的离子方程式________________________
____________________________、　 　　。
不能
吸收产生的H+，维持pH，促进
反应正向进行
2Co2++10HC+H2O2===
2[Co(CO3)3]3-+6H2O +4CO2↑
2H2O2　　　　　　　2H2O+O2↑
实验Ⅰ中无明显变化，证明 不能催化H2O2的分解；实验Ⅱ中溶液变为红色，证明；实验Ⅲ中溶液变为墨绿色，说明
的作用下易被H2O2氧化为；实验Ⅳ中溶液先变蓝后变粉红，并且前后均有气体生成，证明在酸性条件下，氧化性强，可以把H2O氧化为O2。CoSO4溶液中存在大量的，向其中加入30%的H2O2后无明显变化，因此实验Ⅰ表明不能催化H2O2的分解。
(3)实验Ⅰ表明，反应2+H2O2+2H+　　2[Co(H2O)6]3++2H2O难以正向进行，利用化学平衡移动原理，分析Co3+、Co2+分别与配位后，正向反应能够进行的原因___________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
　　 　 　　　　。
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；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　　　、　　。
实验Ⅳ：
CO2
O2
实验Ⅳ中，A到B溶液变为蓝色，并产生气体，说明发生了
+6H++3H2O===+3CO2↑；B到C溶液变为粉红色，并产生气体，说明发生了4[Co+2H2O===4[Co]2++O2↑+4H+，因此从A到C所产生的气体的分子式分别为CO2和O2。
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类型二
原理探究
化学反应原理探究实验的类型
(1)对未知产物的探究
通过化学反应原理猜测可能生成哪些物质，对这些物质逐一进行检验，并测定其含量。
(2)对某一原理或规律及影响因素的探究
在对未知的反应机理或规律的研究中，如果有多个影响因素(如浓度、温度、压强、催化剂、颗粒物规格等)，通常采用变量控制法。人为控制其他因素完全相同，只有探究的因素不同，通过研究每个因素变化时的反应机理或规律，才能得出正确的反应机理或规律与多个影响因素之间的关系。
1.某小组为探究Mg与NH4Cl溶液的反应机理，常温下进行以下实验。实验中所取镁粉质量均为0.5 g，分别加入选取的实验试剂中，资料：
①CH3COONH4溶液呈中性。②Cl-对该反应几乎无影响。
提升关键能力
实验 实验试剂 实验现象
1 5 mL蒸馏水 反应缓慢，有少量气泡产生(经检验为H2)
2 5 mL 1.0 mol·L-1 NH4Cl溶液(pH=4.6) 剧烈反应，产生刺激性气味气体和灰白色难溶固体
(1)经检验实验2中刺激性气味气体为NH3，检验方法是_______________
　　　 　。 用排水法收集一小试管产生的气体，经检验小试管中气体为H2。
实验 实验试剂 实验现象
1 5 mL蒸馏水 反应缓慢，有少量气泡产生(经检验为H2)
2 5 mL 1.0 mol·L-1 NH4Cl溶液(pH=4.6) 剧烈反应，产生刺激性气味气体和灰白色难溶固体
蕊试纸放在试管口，试纸变蓝
将湿润的红色石
(2)已知灰白色沉淀中含有Mg2+、OH-。为研究固体成分，进行实验：将生成的灰白色固体洗涤数次，至洗涤液中滴加AgNO3溶液后无明显浑浊。将洗涤后的固体溶于稀HNO3，再滴加AgNO3溶液，出现白色沉淀。推测沉淀中含有　　　，灰白色固体可能是　 　　　(填化学式)。
实验 实验试剂 实验现象
1 5 mL蒸馏水 反应缓慢，有少量气泡产生(经检验为H2)
2 5 mL 1.0 mol·L-1 NH4Cl溶液(pH=4.6) 剧烈反应，产生刺激性气味气体和灰白色难溶固体
Cl-
Mg(OH)Cl
将洗涤后的固体溶于稀HNO3，再滴加AgNO3溶液，出现白色沉淀，说明灰白色沉淀含有Cl-，结合已知灰白色沉淀中含有Mg2+、OH-和化合物中各元素化合价代数和为0，可推测灰白色固体可能是Mg(OH)Cl。
(3)甲同学认为实验2比实验1反应剧烈的原因是NH4Cl溶液中c(H+)大，与Mg反应快。用化学用语解释NH4Cl溶液显酸性的原因是______________
　　　　 。
实验 实验试剂 实验现象
1 5 mL蒸馏水 反应缓慢，有少量气泡产生(经检验为H2)
2 5 mL 1.0 mol·L-1 NH4Cl溶液(pH=4.6) 剧烈反应，产生刺激性气味气体和灰白色难溶固体
NH3·H2O +H+
N+H2O　　
(4)乙同学通过实验3证明甲同学的说法不合理。
实验 实验装置
3

①X是　 　　　。
5 mL 1.0 mol·L-1 CH3COONH4溶液
由上述(3)分析可知，NH4Cl溶液因水解呈酸性，故为了进行对照实验，必须找到一种含有相同阳离子即N且溶液显中性的试剂，由题干信息可知，X是5 mL 1.0 mol·L-1 CH3COONH4溶液。
实验 实验装置
3

②由实验3获取的证据为　 　　　。
两试管反应剧烈程度相当
乙同学通过实验3来证明甲同学的说法是不合理的，故由实验3获取的证据为两试管反应剧烈程度相当。
(5)为进一步探究实验2反应剧烈的原因，进行实验4。
实验 实验试剂 实验现象
4 5 mL NH4Cl乙醇溶液 有无色无味气体产生(经检验为H2)
依据上述实验，可以得出Mg能与N反应生成H2。乙同学认为该方案不严谨，需要补充的实验方案是_____________________________________
　　 。
取5 mL 无水乙醇，加入0.5 g 镁粉无明
显变化
依据上述实验，可以得出Mg能与N反应生成H2，乙同学认为该方案不严谨，故需要补充对照实验，在无N的情况下是否也能与Mg反应放出H2，故实验方案为取5 mL无水乙醇，加入0.5 g 镁粉无明显变化。
(6)由以上实验可以得出的结论是__________________________________
　　　 　　　 　。
NH4Cl水解产生的H+对反应影响小，
N对反应影响大
2.(2023·北京，19)资料显示，I2可以将Cu氧化为Cu2+。某小组同学设计实验探究Cu被I2氧化的产物及铜元素的价态。
已知：I2易溶于KI溶液，发生反应I2+I-　　(红棕色)；I2和氧化性几乎相同。
(1)将等体积的KI溶液加入到m mol铜粉和n mol I2(n>m)的固体混合物中，振荡。
实验记录如下：
c(KI) 实验现象
实验Ⅰ 0.01 mol·L-1 极少量I2溶解，溶液为淡红色；充分反应后，红色的铜粉转化为白色沉淀，溶液仍为淡红色
实验Ⅱ 0.1 mol·L-1 部分I2溶解，溶液为红棕色；充分反应后，红色的铜粉转化为白色沉淀，溶液仍为红棕色
实验Ⅲ 4 mol·L-1 I2完全溶解，溶液为深红棕色；充分反应后，红色的铜粉完全溶解，溶液为深红棕色
①初始阶段，Cu被氧化的反应速率：实验Ⅰ　　(填“>”“<”或“=”)实验Ⅱ。
<
I2在水中溶解度很小，铜主要被氧化，初始阶段，实验Ⅱ中I-的浓度比实验Ⅰ中I-的浓度更大，生成的速率更快，则实验Ⅱ中Cu被氧化的速率更快。
②实验Ⅲ所得溶液中，被氧化的铜元素的可能存在形式有[Cu(H2O)4]2+(蓝色)或[CuI2]-(无色)，进行以下实验探究：
步骤a.取实验Ⅲ的深红棕色溶液，加入CCl4，多次萃取、分液。
步骤b.取分液后的无色水溶液，滴入浓氨水。溶液颜色变浅蓝色，并逐渐变深。
ⅰ.步骤a的目的是　 　　 　。
除去，防止干扰后续实验
加入CCl4，I2+I-　　，防止干扰后续实验。
ⅱ.查阅资料，2Cu2++4I-===2CuI↓+I2，[Cu(NH3)2]+(无色)容易被空气氧化。用离子方程式解释步骤b的溶液中发生的变化：__________________
_______________________________________________________________
　 　　。
[CuI2]-+2NH3·H2O
===[Cu(NH3)2]++2H2O+2I-、4[Cu(NH3)2]++O2+8NH3·H2O===4[Cu(NH3)4]2+
+4OH-+6H2O
加入浓氨水后[CuI2]-转化为[Cu(NH3)2]+，无色的[Cu(NH3)2]+被氧化为蓝色的[Cu(NH3)4]2+。
③结合实验Ⅲ，推测实验Ⅰ和Ⅱ中的白色沉淀可能是CuI，实验Ⅰ中铜被氧化的化学方程式是　　　 　。 分别取实验Ⅰ和Ⅱ充分反应后的固体，洗涤后得到白色沉淀，加入浓KI溶液，
　　 　　　　(填实验现象)，观察到少量红色的铜。分析铜未完全反应的原因是__________________________________
　　　 　 。
2Cu+I2===2CuI(或2Cu+KI3===2CuI+KI)
白色沉淀逐渐溶解，溶液变为无色
铜与碘的反应为可逆反应(或浓度
小未能氧化全部的Cu)
结合实验Ⅲ，推测实验Ⅰ和Ⅱ中的白色沉淀可能是CuI，实验Ⅰ中铜被氧化的化学方程式是2Cu+I2===2CuI或2Cu+KI3===2CuI+KI；加入浓KI溶液，发生反应CuI+I-=== [CuI2]-，则可以观察到的现象是白色沉淀逐渐溶解，溶液变为无色。
(2)上述实验结果，I2仅将Cu氧化为+1价。在隔绝空气的条件下进行电化学实验，证实了I2能将Cu氧化为Cu2+。装置如图所示，a、b分别是　　 　　。
铜、含n mol I2的4 mol·L-1的KI溶液
要验证I2能将Cu氧化为Cu2+，需设计原电池负极材料a为Cu，b为含n mol I2的4 mol·L-1的KI溶液。
(3)运用氧化还原反应规律，分析在上述实验中Cu被I2氧化的产物中价态不同的原因：___________________________________________________
_______________________________________________________________
　　 　 　　　　。
在实验Ⅰ、实验Ⅱ、实验Ⅲ中Cu+可以进一步与I-结合生成CuI沉淀或[CuI2]-，Cu+浓度减小使得Cu2+氧化性增强，发生反应2Cu2+
+4I-===2CuI↓+I2和2Cu2++6I-===2[CuI2]-+I2
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4
1.
(1)将实验Ⅲ中的0.1 mol·L-1 CoCl2溶液替换为0.2 mol·L-1 NaCl溶液进行实验，电压表指针偏转幅度与实验Ⅲ相同　(2)4Co(OH)2+O2+2H2O===4Co(OH)3　(3)c(Co3+)
答案
1
2
3
4
2.
(1)制备Cl2　(2)向装置B中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液柱，若液柱高度保持不变
(3)圆底烧瓶　降低Cl2的溶解度，除去Cl2中的HCl　(4)2Fe(OH)3+10OH-+3Cl2===2+6Cl-+8H2O
(5)①4Fe+10H2O===4Fe(OH)3(胶体)+3O2↑+8OH-　②不合理，因为含Fe和Mn的溶液都呈紫色，该设计没有排除溶液稀释对溶液颜色变浅带来的影响
答案
1
2
3
4
3.
(1)分液漏斗、球形冷凝管　(2)pH计(或酸度计)　(3)Fe3+氧化了Cu
(4)向上层清液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，出现蓝色沉淀　HNO3　ⅰ　(5)a.催化　向“实验 Ⅱ”体系中加入适量FeSO4(其他亚铁盐亦可)固体，振荡，溶液出现蓝色
b.反应③的速率大于反应①
答案
1
2
3
4
4.
(1)五氧化二磷(或无水氯化钙)
(2)FeCl3·6H2O+6SOCl2　　　FeCl3+6SO2↑+12HCl↑
(3)SO2还原了FeCl3　(4)抑制FeCl3水解
(5)1　FeCl3溶液中含盐酸，盐酸与铁粉反应放出热量
1.探究Co(Ⅱ)的还原性
实验Ⅰ：粉红色的CoCl2溶液或CoSO4溶液在空气中久置，无明显变化。
实验Ⅱ：向0.1 mol·L-1 CoCl2溶液中滴入2滴酸性KMnO4溶液，无明显变化。
1
2
3
4
答案
实验Ⅲ：按如图所示装置进行实验，观察到电压表指针偏转。
(1)甲同学根据实验Ⅲ得出结论：Co2+可以被酸性KMnO4溶液氧化。乙同学补充实验Ⅳ，________________________________________________
__________________________________________________(补全实验操作及现象)，否定了该观点。
将实验Ⅲ中的0.1 mol·L-1 CoCl2溶液替换为0.2 mol·L-1 NaCl溶液进行实验，电压表指针偏转幅度与实验Ⅲ相同
1
2
3
4
答案
(2)探究碱性条件下Co(Ⅱ)的还原性，进行如下实验。
ⅱ中反应的化学方程式是　 　　　。
4Co(OH)2+O2+2H2O===4Co(OH)3
1
2
3
4
答案
(3)根据氧化还原反应规律解释还原性：Co(OH)2>Co2+。Co2+-e-===Co3+，在碱性条件，OH-与Co2+、Co3+反应，使c(Co2+)和c(Co3+)均降低，但
　　 　降低的程度更大，还原剂的还原性增强[已知：Ksp[Co(OH)2]=
5.9×10-15，Ksp[Co(OH)3]=1.6×10-44]。
c(Co3+)
1
2
3
4
答案
在CoCl2中，不仅Co2+具有还原性，Cl-也具有还原性。若要否定Co2+可以被酸性高锰酸钾溶液氧化的结论，需要设计实验验证题图装置中负极不是Co2+放电被氧化，故可将实验Ⅲ中0.1 mol·L-1 CoCl2溶液替换为0.2 mol·L-1 NaCl溶液进行实验，电压表指针偏转幅度与实验Ⅲ相同，说明负极是Cl-放电，而非Co2+。
2.(2024·重庆荣昌模拟预测)高铁酸钠(Na2FeO4)微溶于NaOH溶液，在碱性溶液中较稳定，溶液呈紫色，在酸性或中性溶液中快速产生O2。某化学兴趣小组利用如图所示装置(夹持装置略)制取Na2FeO4并探究有关性质。回答下列问题：
1
2
3
4
答案
(1)装置A的作用是　　　　　。
制备Cl2
1
2
3
4
答案
(2)检查装置B气密性的方法：关闭K1、K2，________________________
　 ，则装置气密性良好。
(3)盛放氯酸钾的仪器名称为　 　　，装置B中试剂的作用为_______
　　　 　。
向装置B中的长颈漏斗内注
入液体至形成一段液柱，若液柱高度保持不变
圆底烧瓶
降低Cl2
的溶解度，除去Cl2中的HCl
1
2
3
4
答案
装置B中试剂为饱和氯化钠溶液，其作用是降低Cl2的溶解度，除去Cl2中的HCl。
1
2
3
4
答案
(4)装置C中产生Na2FeO4的离子方程式为____________________________
　　　 　　 　　。
2Fe(OH)3+10OH-+3Cl2===
2+6Cl-+8H2O
Cl2通入过量氢氧化钠和氢氧化铁的混合液中制取高铁酸钠，反应的离子方程式为2Fe(OH)3+10OH-+3Cl2===2 +6Cl-+8H2O。
1
2
3
4
答案
(5)充分反应后，将装置C中所得混合物经净化处理后得到产品Na2FeO4，进行如下性质探究：
①净水作用：取适量样品溶于蒸馏水后，用一束光照射出现丁达尔效应，用离子方程式解释出现该现象的原因：____________________________
　　　 　　 。
4Fe+10H2O===4Fe(OH)3(胶体)+3O2↑+8OH-
1
2
3
4
答案
样品溶于蒸馏水后，出现丁达尔效应，说明产生了Fe(OH)3胶体，而中Fe为+6价，该过程一定发生了氧化还原反应，题干已知高铁酸钠在酸性或中性溶液中快速产生O2，说明-2价氧被氧化为0价，反应的离子方程式为4+10H2O===4Fe(OH)3(胶体)+3O2↑+8OH-。
1
2
3
4
答案
②强氧化性：将样品溶于NaOH制成稀溶液，取该溶液滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，振荡后溶液呈浅紫色，证明氧化性：>
。判断该实验设计是否合理并说明理由：_____________________
______________________________________________________________
　　 。
不合理，因为含Fe和Mn的溶液都呈紫色，该设计没有排除溶液稀释对溶液颜色变浅带来的影响
3.实验小组探究Cu和Fe(NO3)3溶液的反应原理。
(1)配制溶液
用Fe(NO3)3·9H2O标准试剂配制100 mL 0.500 mol·L-1Fe(NO3)3溶液，下列仪器中无需使用的有　 　　　　　　　　　(填名称)。
1
2
3
4
答案
分液漏斗、球形冷凝管
1
2
3
4
答案
题中用固体配制100 mL溶液用到的仪器有托盘天平、药匙、量筒、烧杯、玻璃棒、100 mL容量瓶、胶头滴管，所以用不到的仪器是分液漏斗、球形冷凝管。
(2)Fe(NO3)3溶液成分探究
甲同学认为溶质离子主要为Fe3+和N，乙同学认为还有H+，于是用
　　 　 (填仪器名称)测得0.500 mol·L-1Fe(NO3)3溶液的pH为1.10。
1
2
3
4
答案
pH计(或酸度计)
(3)提出假设
假设ⅰ：　　 　　，
发生：Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+
假设ⅱ：N将Cu氧化，发生：3Cu+2N+8H+===3Cu2++2NO↑+4H2O
Fe3+氧化了Cu
1
2
3
4
答案
Fe3+、酸性条件下的N均有强氧化性，所以对Cu和Fe(NO3)3反应原理提出假设，可能Fe3+氧化了Cu或N将Cu氧化。
(4)实验探究
实验Ⅰ：向0.500 mol·L-1 Fe(NO3)3溶液中加入过量铜粉并充分振荡，溶液变成深棕色，无气泡产生。实验小组通过实验证明了反应中有Fe2+生成，实验方案为　　 　 　　　 　。
实验Ⅱ：向pH=1.10的　　　　溶液中加入过量铜粉并充分振荡，无明显现象。综合“实验Ⅰ”和“实验Ⅱ”可知，假设　　　成立。
1
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3
4
答案
向上层清液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，出现蓝色沉淀
HNO3
ⅰ
实验Ⅰ探究Fe3+能否氧化Cu，实验Ⅱ探究酸性条件下HNO3能否氧化Cu，根据实验现象可知Fe3+氧化了Cu，N没有氧化Cu，所以假设ⅰ成立。
(5)查阅资料可知，铜粉与Fe(NO3)3溶液可能涉及的反应有
反应①：3Cu+2N+8H+===3Cu2++2NO↑+4H2O　K=1062.6；速率很慢
反应②：Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+　K=1014.7；速率较快
反应③：4Fe2++N+4H+===3Fe3++[Fe(NO)]2+(深棕色)+2H2O　K=1012.8；速率很快
反应④：[Fe(NO)2+](深棕色) ===Fe2++NO
a.对反应①来说，Fe2+起到的作用为　 　，为验证这一作用，设计实验方案为_____________________________________________________
　　 　　 。
1
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答案
催化
向“实验Ⅱ”体系中加入适量FeSO4(其他亚铁盐亦可)固体，
振荡，溶液出现蓝色
1
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3
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答案
由反应历程可知，反应①可由反应②③④得到，Fe2+先参与反应，然后又反应生成，Fe2+起催化作用，能加快反应速率。
b.“实验Ⅰ”反应中无论Cu过量多少，始终都能检测到Fe3+的存在，原因是　　　 　　　 　。
1
2
3
4
答案
反应③的速率大于反应①
4.(2024·西安一模)氯化铁常用于生物和矿物分析，可作为诊断试剂。某小组制备无水FeCl3并探究其性质。
实验(一)　制备无水FeCl3。
1
2
3
4
答案
资料显示：亚硫酰氯(SOCl2)沸点为77 ℃，SOCl2+H2O===SO2↑+2HCl↑。
操作：将FeCl3·6H2O和适量SOCl2混合共热制备无水FeCl3，装置如图所示。
(1)干燥管P中宜盛放　 　　　　　(填物质名称)。
五氧化二磷(或无水氯化钙)
1
2
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4
答案
(2)写出足量SOCl2和FeCl3·6H2O反应的化学方程式：
　　 　　
(3)反应完成后，取少量烧瓶中固体溶于蒸馏水中，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，简要分析其原因：　　　　　　　　。
FeCl3·6H2O+6SOCl2　　　FeCl3+6SO2↑+12HCl↑
SO2还原了FeCl3
实验(二)　测定Fe和FeCl3反应的热效应。
配制0.1 mol·L-1FeCl3溶液：取一定量FeCl3·6H2O固体溶于浓盐酸中，加蒸馏水稀释至指定体积。
(4)浓盐酸的作用是　　　　　　　　。
1
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3
4
答案
抑制FeCl3水解
(5)某小组设计两种方案测定Fe(s)+2FeCl3(aq)===3FeCl2(aq)　ΔH。
方案1：直接法
取100 mL 0.1 mol·L-1FeCl3溶液和5.6 g Fe反应，测量反应前、后溶液的温度计算反应热。
方案2：间接法
分别测定Fe(s)+CuCl2(aq)===Cu(s)+FeCl2(aq)　ΔH1和Cu(s)+2FeCl3(aq)===
2FeCl2(aq)+CuCl2(aq)　ΔH2，利用盖斯定律计算反应热。
其中，方案　　 (填“1”或“2”)不可靠，原因是__________________
　　 　　 　　　　。
1
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答案
1
FeCl3溶液中含盐酸，
盐酸与铁粉反应放出热量
返回第十五章　第75练　以反应原理、物质性质探究为主的综合实验
分值：50分
1.(6分)探究Co(Ⅱ)的还原性
实验Ⅰ：粉红色的CoCl2溶液或CoSO4溶液在空气中久置，无明显变化。
实验Ⅱ：向0.1 mol·L-1 CoCl2溶液中滴入2滴酸性KMnO4溶液，无明显变化。
实验Ⅲ：按如图所示装置进行实验，观察到电压表指针偏转。
(1)甲同学根据实验Ⅲ得出结论：Co2+可以被酸性KMnO4溶液氧化。乙同学补充实验Ⅳ，　　　 　　　 　　　 (补全实验操作及现象)，否定了该观点。
(2)探究碱性条件下Co(Ⅱ)的还原性，进行如下实验。
ⅱ中反应的化学方程式是　　　　。
(3)根据氧化还原反应规律解释还原性：Co(OH)2>Co2+。Co2+-e-Co3+，在碱性条件，OH-与Co2+、Co3+反应，使c(Co2+)和c(Co3+)均降低，但　　　　　降低的程度更大，还原剂的还原性增强[已知：Ksp[Co(OH)2]=5.9×10-15，Ksp[Co(OH)3]=1.6×10-44]。
2.(14分)(2024·重庆荣昌模拟预测)高铁酸钠(Na2FeO4)微溶于NaOH溶液，在碱性溶液中较稳定，溶液呈紫色，在酸性或中性溶液中快速产生O2。某化学兴趣小组利用如图所示装置(夹持装置略)制取Na2FeO4并探究有关性质。回答下列问题：
(1)装置A的作用是　　　　　。
(2)检查装置B气密性的方法：关闭K1、K2，　　　 　　　　，则装置气密性良好。
(3)盛放氯酸钾的仪器名称为　　　　　，装置B中试剂的作用为　　　　。
(4)装置C中产生Na2FeO4的离子方程式为　　　 　　　　。
(5)充分反应后，将装置C中所得混合物经净化处理后得到产品Na2FeO4，进行如下性质探究：
①净水作用：取适量样品溶于蒸馏水后，用一束光照射出现丁达尔效应，用离子方程式解释出现该现象的原因：　　　 　　　　。
②强氧化性：将样品溶于NaOH制成稀溶液，取该溶液滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，振荡后溶液呈浅紫色，证明氧化性：>。判断该实验设计是否合理并说明理由：　　　 　　　　。
3.(18分)实验小组探究Cu和Fe(NO3)3溶液的反应原理。
(1)配制溶液
用Fe(NO3)3·9H2O标准试剂配制100 mL 0.500 mol·L-1Fe(NO3)3溶液，下列仪器中无需使用的有　　　　　　　　　　(填名称)。
(2)Fe(NO3)3溶液成分探究
甲同学认为溶质离子主要为Fe3+和N，乙同学认为还有H+，于是用　　　　(填仪器名称)测得0.500 mol·L-1Fe(NO3)3溶液的pH为1.10。
(3)提出假设
假设ⅰ：　　　　，
发生：Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+
假设ⅱ：N将Cu氧化，发生：3Cu+2N+8H+3Cu2++2NO↑+4H2O
(4)实验探究
实验Ⅰ：向0.500 mol·L-1 Fe(NO3)3溶液中加入过量铜粉并充分振荡，溶液变成深棕色，无气泡产生。实验小组通过实验证明了反应中有Fe2+生成，实验方案为　　　 　　　　。
实验Ⅱ：向pH=1.10的　　　　　溶液中加入过量铜粉并充分振荡，无明显现象。综合“实验Ⅰ”和“实验Ⅱ”可知，假设　　　　　　成立。
(5)查阅资料可知，铜粉与Fe(NO3)3溶液可能涉及的反应有
反应①：3Cu+2N+8H+===3Cu2++2NO↑+4H2O　K=1062.6；速率很慢
反应②：Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+　K=1014.7；速率较快
反应③：4Fe2++N+4H+===3Fe3++[Fe(NO)]2+(深棕色)+2H2O　K=1012.8；速率很快
反应④：[Fe(NO)2+](深棕色) ===Fe2++NO
a.对反应①来说，Fe2+起到的作用为　　　　　　　，为验证这一作用，设计实验方案为　　　　 　　　　。
b.“实验Ⅰ”反应中无论Cu过量多少，始终都能检测到Fe3+的存在，原因是　　　 　　　　。
4.(12分)(2024·西安一模)氯化铁常用于生物和矿物分析，可作为诊断试剂。某小组制备无水FeCl3并探究其性质。
实验(一)　制备无水FeCl3。
资料显示：亚硫酰氯(SOCl2)沸点为77 ℃，SOCl2+H2O===SO2↑+2HCl↑。
操作：将FeCl3·6H2O和适量SOCl2混合共热制备无水FeCl3，装置如图所示。
(1)干燥管P中宜盛放　　　　　　(填物质名称)。
(2)写出足量SOCl2和FeCl3·6H2O反应的化学方程式：　　　　。
(3)反应完成后，取少量烧瓶中固体溶于蒸馏水中，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，简要分析其原因：　　　　　　　　　。
实验(二)　测定Fe和FeCl3反应的热效应。
配制0.1 mol·L-1FeCl3溶液：取一定量FeCl3·6H2O固体溶于浓盐酸中，加蒸馏水稀释至指定体积。
(4)浓盐酸的作用是　　　　　　　　。
(5)某小组设计两种方案测定Fe(s)+2FeCl3(aq) ===3FeCl2(aq)　ΔH。
方案1：直接法
取100 mL 0.1 mol·L-1FeCl3溶液和5.6 g Fe反应，测量反应前、后溶液的温度计算反应热。
方案2：间接法
分别测定Fe(s)+CuCl2(aq) ===Cu(s)+FeCl2(aq)　ΔH1和Cu(s)+2FeCl3(aq) ===2FeCl2(aq)+CuCl2(aq)　ΔH2，利用盖斯定律计算反应热。
其中，方案　　 (填“1”或“2”)不可靠，原因是　　　　 　　　　。
答案精析
1.(1)将实验Ⅲ中的0.1 mol·L-1 CoCl2溶液替换为0.2 mol·L-1 NaCl溶液进行实验，电压表指针偏转幅度与实验Ⅲ相同　(2)4Co(OH)2+O2+2H2O4Co(OH)3　(3)c(Co3+)
解析　在CoCl2中，不仅Co2+具有还原性，Cl-也具有还原性。若要否定Co2+可以被酸性高锰酸钾溶液氧化的结论，需要设计实验验证题图装置中负极不是Co2+放电被氧化，故可将实验Ⅲ中0.1 mol·L-1 CoCl2溶液替换为0.2 mol·L-1 NaCl溶液进行实验，电压表指针偏转幅度与实验Ⅲ相同，说明负极是Cl-放电，而非Co2+。
2.(1)制备Cl2　(2)向装置B中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液柱，若液柱高度保持不变　(3)圆底烧瓶　降低Cl2的溶解度，除去Cl2中的HCl　(4)2Fe(OH)3+10OH-+3Cl22+6Cl-+8H2O　(5)①4Fe+10H2O4Fe(OH)3(胶体)+3O2↑+8OH-　②不合理，因为含Fe和Mn的溶液都呈紫色，该设计没有排除溶液稀释对溶液颜色变浅带来的影响
解析　(3)装置B中试剂为饱和氯化钠溶液，其作用是降低Cl2的溶解度，除去Cl2中的HCl。(4)Cl2通入过量氢氧化钠和氢氧化铁的混合液中制取高铁酸钠，反应的离子方程式为2Fe(OH)3+10OH-+3Cl22+6Cl-+8H2O。(5)①样品溶于蒸馏水后，出现丁达尔效应，说明产生了Fe(OH)3胶体，而中Fe为+6价，该过程一定发生了氧化还原反应，题干已知高铁酸钠在酸性或中性溶液中快速产生O2，说明-2价氧被氧化为0价，反应的离子方程式为4+10H2O4Fe(OH)3(胶体)+3O2↑+8OH-。
3.(1)分液漏斗、球形冷凝管　(2)pH计(或酸度计)　(3)Fe3+氧化了Cu　(4)向上层清液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，出现蓝色沉淀　HNO3　ⅰ　(5)a.催化　向“实验Ⅱ”体系中加入适量FeSO4(其他亚铁盐亦可)固体，振荡，溶液出现蓝色
b.反应③的速率大于反应①
解析　(1)题中用固体配制100 mL溶液用到的仪器有托盘天平、药匙、量筒、烧杯、玻璃棒、100 mL容量瓶、胶头滴管，所以用不到的仪器是分液漏斗、球形冷凝管。(3)Fe3+、酸性条件下的N均有强氧化性，所以对Cu和Fe(NO3)3反应原理提出假设，可能Fe3+氧化了Cu或N将Cu氧化。(4)实验Ⅰ探究Fe3+能否氧化Cu，实验Ⅱ探究酸性条件下HNO3能否氧化Cu，根据实验现象可知Fe3+氧化了Cu，N没有氧化Cu，所以假设ⅰ成立。(5)a.由反应历程可知，反应①可由反应②③④得到，Fe2+先参与反应，然后又反应生成，Fe2+起催化作用，能加快反应速率。
4.(1)五氧化二磷(或无水氯化钙)　(2)FeCl3·6H2O+6SOCl2FeCl3+6SO2↑+12HCl↑　(3)SO2还原了FeCl3　(4)抑制FeCl3水解　(5)1　FeCl3溶液中含盐酸，盐酸与铁粉反应放出热量

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