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化学实验综合题系统探究
　　核心素养立意下的高考化学实验综合大题不仅要考查考生的实验 基本知识、基本技能的掌握情况，更注重考查考生的实验能力。基于 真实情境中的物质制备与纯化、物质组成与性质的实验探究是高考命 题的重要题型。试题突出考查了考生用正确的实验操作，完成规定 “学生实验”的操作能力；观察记录实验现象、分析实验结果、得出 正确结论的分析能力；初步处理实验过程中的相关安全问题的能力； 根据实验试题要求设计实验方案的探究能力等。综合实验探究大题， 以驱动性小题形式展开探究活动，凸显“宏—微—符”三重表征，融 合考查“知识—能力—素养”。
类型一　以“防”为主突破制备类综合实验
　硼氢化钠（NaBH4）是最常用的还原剂之一，反应常生成偏硼酸钠 （NaBO2），有关实验流程如图所示：
Ⅰ.氢化钠的制备
已知NaH能在潮湿的空气中自燃。甲同学用如图所示装置（每种装置 只选一次）来制取NaH。
A　
B　
碱石
灰或生石灰　
浓硫酸　
解析：根据分析，C装置中制取的氢气需要除杂和干燥，即除去水蒸 气和氯化氢气体，应选择碱石灰（或生石灰等）既可以吸收氯化氢也 可以吸收水分，D装置制得的NaH能在潮湿的空气中自燃，还需要在 D装置之后连接一个干燥装置，则实验装置的连接顺序为 C→A→D→B，A盛装的试剂X为碱石灰（或生石灰等），B中盛装的 试剂Y为浓硫酸。
解析：通入H2，点燃装置D处酒精灯之前的实验操作是验纯（或将装 置中空气排尽）；若省略该操作，氢气中混有空气，可能导致的后果 是爆炸（或仪器炸裂等）。
验纯或排尽
装置中的空气
爆炸或仪器炸裂等
Ⅱ.硼氢化钠的制备及纯度测定
将硼硅酸钠与氢化钠在450～500 ℃温度和（3.04～5.07）×105 Pa压 力下反应，生成硼氢化钠和硅酸钠。
（3）乙同学欲通过测定硼氢化钠与稀硫酸反应生成氢气的体积来确 定硼氢化钠样品的纯度（杂质只有氢化钠）。设计了以下4种装置， 从易操作性、准确性角度考虑，宜选装置 。
丁　
解析：由于量筒的精确度不高，不属于精密的测量仪器，则收集 的气体的体积准确度较低，硼氢化钠与稀硫酸反应时要确保反应 装置内外压强相同，能使分液漏斗内的反应液顺利流下，综上分 析应选择装置丁。
（4）称取4.04 g样品（杂质只有氢化钠），重复实验操作三次，测 得生成气体的平均体积为9.184 L（已折算为标准状况），则样品中 硼氢化钠的纯度为 ％（结果保留两位有效数字）。
94　
Ⅲ.硼氢化钠的性质检验
（5）碱性条件下，丙同学将NaBH4与CuSO4溶液反应可得到纳米铜 和NaBO2，其离子方程式为 。
＋6H2O
　　解决制备类实验，应通过产品的性质和反应物的性质思考是否有 “防”的对象，先思考需要“防”的对象，然后积累各种“防”所需 要注意的试剂选择和实验操作，有助于从“宏观”上快速突破制备类 综合题，尤其是有气体参与和溶液参与的无机制备类实验综合题，更 应“防”字当头，以“防”为解题线索。
1. 图解以“防”为主的制备类综合实验
2. 与“防”有关的试剂选择和可能的操作
反应物或产品的性质 “防” 可能的试剂与操作
溶液中溶质易水解 防水解 加酸或加碱抑制水解
易被氧化或易燃易爆 防O2 赶氧气，防止外界空气进入后干扰，液体煮沸或加入抗氧化剂
易水解（潮解）、遇空气发烟等 防H2O “前防水后防水”——在物质前后需要防止接触水蒸气
有毒气体 防直接排放 选择合适试剂，加尾气处理装置
温度变化影响，如分解、挥发、升华等 防温度过高或过低 进行合理的温度控制，如水浴、油浴、加热套
类型二　实验操作现象、原因的精准描述
（2021·全国乙卷27题节选）氧化石墨烯具有稳定的网状结构，在能 源、材料等领域有着重要的应用前景。通过氧化剥离石墨制备氧化石 墨烯的一种方法如下（装置如图所示）：
Ⅰ.将浓H2SO4、NaNO3、石墨粉末在c中混合，置于冰水浴中。剧烈搅拌下，分批缓慢加入KMnO4粉末，塞好瓶口。
Ⅱ.转至油浴中，35 ℃搅拌1小时。缓慢滴加一定量的蒸馏水，升温至98 ℃并保持1小时。
Ⅲ.转移至大烧杯中，静置冷却至室温。加入大量蒸馏水，而后滴加 H2O2至悬浊液由紫色变为土黄色。
Ⅳ.离心分离，稀盐酸洗涤沉淀。
Ⅴ.蒸馏水洗涤沉淀。
Ⅵ.冷冻干燥，得到土黄色的氧化石墨烯。
（1）步骤Ⅰ中，需分批缓慢加入KMnO4粉末并使用冰水浴，原因 是 。
解析：步骤Ⅰ中，分批缓慢加入KMnO4粉末是为了控制反应速率，防 止因体系温度过高而发生爆炸。
控制反应速率，防止因体系温度过高而发生爆炸
回答下列问题：
解析：该装置需控制反应体系温度为98 ℃，该温度接近水的沸点， 为了使反应物受热均匀，且便于控制反应温度，故采取油浴，不使用 热水浴。
需要
控制反应体系温度为98 ℃，该温度接近水的沸点，为了使反应物受
热均匀，且便于控制反应温度，采取油浴
解析：判断固体是否洗涤干净的具体操作为取最后一次洗涤液于试管 中，向其中加入盐酸酸化的氯化钡溶液，若无白色沉淀产生，则已洗 净，反之，则未洗净。
取少量最后一次洗涤液于试管中，向其中加
入盐酸酸化的氯化钡溶液，若无白色沉淀产生，则已洗净，反之，则
未洗净
解析：固体表面沾有的Cl－全部来自第Ⅳ步洗涤固体时加入的稀盐 酸，依据溶液呈电中性可知，若固体表面无H＋（即最后一次洗涤液 的pH＝7），则无Cl－。
固体
表面沾有的Cl－全部来自第Ⅳ步洗涤固体时加入的稀盐酸，依据溶液
呈电中性可知，若固体表面无H＋（即最后一次洗涤液的pH＝7），
则无Cl－
【题后归纳】
实验现象规范描述的答题模板
　　按“现象＋结论”的模式描述实验现象
①溶液中：颜色由××色变成××色；液面上升（或下降）；溶 液变浑浊；生成××色沉淀；产生大量气泡等。
②固体：固体表面产生大量气泡；固体逐渐溶解；颜色由××色 变成××色等。
③气体：生成××色××味的气体；气体由××色变成×× 色等。
1. 实验现象描述时的3个注意事项
（1）现象描述要全面：要从看、听、摸、闻四个方面进行描述。用 KMnO4溶液滴定Fe2＋溶液。滴定终点的现象是溶液由无色变成粉红 色且半分钟内不褪色。考生易漏答“半分钟内不变色”。
（2）现象描述要准确：要指明哪个仪器中出现什么现象，且要按 照现象的产生顺序进行描述；要注意只描述现象，不能以结论代 替现象。
2. 实验操作描述
（1）沉淀是否洗涤干净：取少量最后一次洗涤液→滴加试剂→描述 现象→得出结论。
（2）物质检验：取少量样品于试管中→加入适量（过量，少量）某 种试剂→加热、振荡等操作→……→根据现象，得出结论。
（3）汉字使用要规范，如“溢出”“逸出”，注意“光”和“火 焰”、“烟”和“雾”等的区别。
3. 实验操作的目的与作用
（1）恒压滴液漏斗上的支管的作用：保证反应容器（一般为圆底烧 瓶）内压强与恒压滴液漏斗内压强相等（平衡压强），使恒压滴液漏 斗内的液体顺利滴下。
（2）沉淀用乙醇洗涤的目的：减小固体的溶解损失；除去固体表面 吸附的杂质；乙醇挥发带走水分，使固体快速干燥。
（3）冷凝回流的作用及目的：防止××蒸气逸出而脱离反应体系， 提高××物质的转化率。
（4）“趁热过滤”的目的：防止降温过程中杂质析出，提高产品的 纯度；防止产品析出（去除杂质时），降低产品的产率。
（5）减压蒸馏（减压蒸发）的原因：减小压强，使液体沸点降低， 防止××物质（如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3等）受热分解。
（6）常用洗涤剂的作用
①蒸馏水，除去沉淀吸附的可溶性杂质。
②冷水，除去沉淀吸附的可溶性杂质，降低沉淀在水中的溶解度，减 少溶解损失。
③沉淀的饱和溶液，减少沉淀的溶解。
④有机溶剂（酒精、丙酮等），适用于易溶于水的固体，既能减少固 体的溶解，又能利用有机溶剂的挥发性除去固体表面的水分，产品易 干燥。
物质 熔点/℃ 沸点/℃ 水解性
POCl3 1.2 105.5 易水解
SOCl2 －104.5 76 易水解
PCl5 160（升华） 167 易水解
某小组在实验室模拟工业制亚硫酰氯设计如图实验。
解析：由题干信息可知，该反应放热，SOCl2沸点低（76 ℃），需保 持低温以防止SOCl2汽化挥发，故反应过程中C装置的烧瓶要放在冰 水浴中。
该反应
放热，SOCl2沸点低（76 ℃），保持低温防止SOCl2汽化挥发
解析：由题干信息可知，PCl5为固体，SO2为气体，POCl3和SOCl2均 为液体，则判断PCl5已与SO2完全反应的实验现象是固体完全消失 （或B、C装置导管口冒出气泡速率近似相等）。
固体完全消失（或B、C
装置导管口冒出气泡速率近似相等）
解析：利用POCl3和SOCl2二者沸点相差较大的特点，反应结束后， 从双颈烧瓶中的液体得到较纯净的亚硫酰氯需进行的操作是对C装置 双颈烧瓶中的液体进行蒸馏（或取出C装置双颈烧瓶中的液体进行蒸 馏）。
对C装置双颈烧瓶中的液体进行蒸馏（或取出C装置双
颈烧瓶中的液体进行蒸馏）
类型三　创新探究实验
某实验小组探究乙醛与银氨溶液反应产生银镜的条件。
解析：[明确实验目的]探究乙醛与银氨溶液反应产生银镜的条件。
CH3CHO＋2Ag
（NH3）2OH　 CH3COONH4＋2Ag↓＋3NH3＋H2O
（2）文献记载：碱性条件有利于银镜产生。该实验小组设计实验验 证该说法。
序号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
实验
试剂 5 mL NaOH溶液 5 mL浓氨水 5 mL H2O
混合液pH 10 10 8
现象 常温产生银镜 加热无银镜 加热才能产生银镜
①对比实验 和实验 ，证实了文献的说法。
解析：[提出猜想或假设]碱性条件有利于银镜产生。[设计实验探究] 分别向银氨溶液中加入5 mL NaOH溶液、5 mL浓氨水、5 mL水，再 向其中加入乙醛溶液，进行反应。[分析实验现象，归纳实验结论]从 题表中可以看出，实验Ⅲ作对照实验，但实验Ⅱ中没有银镜生成，则 应对比实验Ⅰ和实验Ⅲ，得出碱性条件有利于银镜产生。
Ⅰ　
Ⅲ　
CH3COO－＋Ag
加入浓氨水
OH－　
取棕
黑色沉淀Y，加入稀硝酸，产生无色气泡，气泡接触空气变为红棕
色，说明存在Ag
　　物质性质或原理探究类实验重在实验猜想与实验设计，解答过程 中需要根据所学化学原理进行推理探究，其探究流程如下：
1. （2022·全国甲卷27题节选）硫化钠可广泛用于染料、医药行业。 工业生产的硫化钠粗品中常含有一定量的煤灰及重金属硫化物等杂 质。硫化钠易溶于热乙醇，重金属硫化物难溶于乙醇。实验室中常用 95％乙醇重结晶纯化硫化钠粗品。回答下列问题：
粗
品含有难溶于乙醇的煤灰、重金属硫化物等固体，有“沸石”作用
停止加热，加快冷凝管内冷凝水的流速
（2）回流时间不宜过长，原因是 。
解析：回流时间不宜过长，原因是避免Na2S接触空气被氧化。
防止Na2S被氧化
（3）该实验热过滤操作时，用锥形瓶而不能用烧杯接收滤液，其原 因是 。 热过滤除去的杂质为 。若滤纸上析出大量晶 体，则可能的原因是 。
解析：该实验热过滤操作时，用锥形瓶而不能用烧杯接收滤液，其原 因是防止液体沿烧杯内壁流下过程中与空气接触使Na2S被氧化。煤 灰、重金属硫化物难溶于热乙醇，可以通过热过滤除去。若滤纸上析 出大量晶体，则可能的原因是热过滤时漏斗的温度过低。
防止液体沿烧杯内壁流下过程中与空气接触使Na2S被氧化
煤灰、重金属硫化物
热过滤时漏斗的温度过低
2. 某小组根据 SO2既有还原性又有氧化性，探究其能否实现 Cu2＋ →Cu 或 Cu→Cu2＋的转化。
已知：ⅰ.水合Cu＋既易被氧化也易被还原，因此水溶液中无法生成水合 Cu＋；
ⅱ.CuCl为白色固体，难溶于水，可溶于c（Cl－）较大的溶液生成 [CuCl3]2－，也可溶于氨水生成[Cu（NH3）2]＋（无色）。
Ⅰ.SO2与 Cu2＋的反应：向试管中通入足量 SO2（尾气处理装置已 略），记录如下。
装置 编号 试剂 实验现象
a 1 mol·L－1 CuSO4溶液 始终无明显变化
b 1 mol·L－1 CuCl2溶液 溶液变绿，进而变棕黄色，一段时间后出现白色沉淀
（1）CuCl2溶液呈酸性的原因 （用离子方程式解释）。
（2）将b所得沉淀过滤，充分洗涤，进行下列实验，证实该沉淀为 CuCl。
深蓝色溶液中含[Cu
（NH3）4]2＋，是无色溶液中的[Cu（NH3）2]＋被O2氧化的产物，说
明浓氨水溶解出了白色沉淀中的Cu＋
②ⅲ排除了干扰 Cl－检验的因素。
（3）进一步证实b中 SO2作还原剂，补全实验方案和预期现象：取b 中反应后的上层清液于试管中， 。
滴加BaCl2溶液，出现白色沉淀
综上所述，改变还原产物的价态或形态可以影响氧化还原反应能 否发生。
Cu＞SO2＞
CuCl
Ⅱ.SO2与 Cu 的反应：向试管中通入足量 SO2（尾气处理装置已 略），记录如下。
装置 编号 试剂 实验现象
c 3 mol·L－1 稀硫酸 始终无明显变化
d 3 mol·L－1 稀盐酸 铜片表面变黑，溶液变为棕色
棕色溶液滴入蒸馏水后离子浓度减小，CuCl（s）＋2Cl－
6
12
4H＋

4
2H2O
（6）经进一步检验，铜表面黑色沉淀为Cu2S。补全d中反应的离子 方程式。
解析：根据以上实验可知，在硫酸作用下，Cu＋不能单独存在，在盐 酸中，Cl－与Cu＋结合成[CuCl3]2－，其氧化性弱于SO2，使Cu 能够 被SO2氧化。
Cl－与Cu＋结合成[CuCl3]2 －，
其氧化性弱于SO2，使 Cu 能够被 SO2氧化

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