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猜想型实验题的思维流程

[典例剖析]　漂白粉是生产生活中常用的消毒剂和杀菌剂。

实验室有一瓶密封不严的漂白粉样品，其中肯定存在CaCl_{2，请设计实验，探究该样品中可能存在的其他固体物质。}

(1)提出合理假设。

假设1：该漂白粉未变质，只含有________；

假设2：该漂白粉全部变质，只含有________；

假设3：该漂白粉部分变质，既含有______，又含______。

(2)设计实验方案，进行实验。请写出实验步骤、预期现象和结论。

限选用的仪器和药品：试管、滴管、带导管的单孔塞、蒸馏水、自来水、1 mol·L^－1盐酸、品红溶液、新制澄清石灰水。(提示：不必检验Ca^2＋和Cl^－)

[思路点拨]第一步　明确目的原理

设计实验探究漂白粉变质后物质的成分，涉及反应：

①2Ca(OH)₂＋2Cl₂===CaCl₂＋Ca(ClO)₂＋2H₂O。

②Ca(ClO)₂＋H₂O＋CO₂===CaCO₃↓＋2HClO。

第二步　提出合理假设

根据假设3提供的物质及反应原理判断样品中可能含有Ca(ClO)₂或CaCO₃或二者的混合物。

第三步　寻找验证方法

用CaCO₃与盐酸反应产生使澄清石灰水变浑浊的CO₂来验证CaCO₃的存在。

用Ca(ClO)₂与盐酸反应生成能使品红溶液退色的HClO来验证Ca(ClO)₂的存在。

第四步　设计操作步骤

①固体样品中加入稀盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水中(用于检验CO₂)。

②向步骤①反应后的溶液中滴入1～2滴品红溶液，振荡(用于检验HClO)。

第五步　分析得出结论

若步骤①中石灰水未变浑浊，则说明样品中无CaCO₃，即假设1成立。

若步骤①中石灰水变浑浊，且步骤②中品红溶液不退色，说明CaCO₃存在，不存在Ca(ClO)₂，即假设2成立。

若步骤①中石灰水变浑浊，且步骤②中品红溶液退色，说明有CaCO₃和Ca(ClO)₂存在，即假设3成立。

答案　(1)Ca(ClO)₂CaCO₃Ca(ClO)₂CaCO₃

(2)

典题探究

1．绿矾(FeSO₄·xH₂O)是生血片的主要成分。某研究性学习小组拟对绿矾热分解产物进行探究。

实验猜想

猜想1：生成Fe₂O₃、SO₂、H₂O；

猜想2：生成Fe、Fe₂O₃、SO₂、H₂O；

猜想3：生成Fe₂O₃、SO₂、SO₃、H₂O；

……

实验探究

请回答下列问题：

(1)实验操作的先后顺序是________(填字母)。

a．熄灭酒精灯，冷却

b．先检查装置的气密性，后加入药品

c．点燃酒精灯，加热

d．在“气体入口”处通入干燥的N₂

其中操作d的作用是_________________。

(2)在实验过程中，观察到A中固体变红色，B中无水CuSO₄____________________，C中试纸的颜色变化是______________。

(3)反应结束后，取A中固体进行实验，实验操作及现象如下：

①将固体加入盛有足量稀硫酸的试管中，固体完全溶解，且无气体放出；

②取①中溶液滴入适量KMnO₄溶液中，KMnO₄溶液不退色；

③取①中溶液滴入KSCN溶液中，溶液变红色。

由此得出结论：红色固体为________。

(4)D中有白色沉淀生成，该沉淀的化学式为________________。有同学认为还应该增加一个实验，取D中沉淀，加入一定量的盐酸以确定其组成，从而确定FeSO₄·xH₂O的分解产物，你认为是否需要？说明你的理由：__________________________________。

实验结论

(5)硫酸亚铁晶体加热分解的化学方程式为__________________________________。

实验改进

(6)有同学对上述实验装置进行了改进，设计出如图所示装置，认为该装置也可以验证硫酸亚铁晶体热分解的产物。

①G中的现象是____________________，反应的离子方程式为_________________。

②H中球形干燥管的作用是__________。

答案　(1)bdca　排净装置内的空气，防止Fe^2＋被空气中的氧气氧化而干扰实验

(2)由白色变蓝色　蓝色变红色

(3)Fe₂O₃

(4)BaSO₄、BaSO₃　不需要；Fe元素的化合价升高，则必有S元素的化合价降低，根据原子守恒和得失电子守恒，可知只有部分S元素的化合价降低，则进入D中的气体为SO₃和SO₂

(5)2(FeSO₄·xH₂O)△Fe₂O₃＋SO₂↑＋SO₃↑＋2xH₂O

(6)①高锰酸钾溶液退色　5SO₂＋2MnO－4＋2H₂O===2Mn^2＋＋5SO2－4＋4H^＋②防倒吸

解析　(1)该实验需要探究是否有气体生成，故首先应检查装置的气密性；Fe^2＋具有还原性，易被空气中的氧气氧化，影响探究结果，故应在“气体入口”处通入干燥的N₂，排净装置内的空气；点燃酒精灯，对样品进行加热，实验结束时，熄灭酒精灯，进行冷却。故实验操作的先后顺序是bdca。(2)加热时，FeSO₄·xH₂O首先会失去结晶水，然后FeSO₄分解。B中无水CuSO₄用于检验水的生成，吸水后固体由白色变成蓝色；C中收集到酸性气体，该气体会使湿润的蓝色石蕊试纸变红。(3)由实验①可知，没有气体放出，可能的原因有两个：一是A中固体没有单质Fe，二是有单质Fe与Fe₂O₃，二者反应生成Fe^2＋；由实验②可知，溶液中不存在Fe^2＋，则可知A中固体没有单质Fe；由实验③和固体颜色可知，A中固体应为Fe₂O₃。(4)由(3)可知，Fe元素的化合价升高，则必有S元素的化合价降低，根据原子守恒和得失电子守恒可知，只有部分S元素的化合价降低，从而可知进入D中的气体为SO₃和SO₂，因此D中的白色沉淀为BaSO₄和BaSO₃，不需要再经过实验验证。(6)②SO₂有毒，不能排放到空气中，应用NaOH溶液吸收。若直接将导管插入溶液中，容易引起倒吸，故用球形干燥管防止倒吸。

2．工业上从废铅蓄电池的铅膏回收铅的过程中，可用碳酸盐溶液与处理后的铅膏(主要成分为PbSO₄)发生反应：PbSO₄(s)＋CO2－3(aq)PbCO₃(s)＋SO2－4(aq)。某课题组以PbSO₄为原料模拟该过程，探究上述反应的实验条件及固体产物的成分。

(1)上述反应的平衡常数表达式：K＝________。

(2)室温时，向两份相同的PbSO₄样品中分别加入同体积、同浓度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液均可实现上述转化，在________溶液中PbSO₄转化率较大，理由是_______________。

(3)查阅文献：上述反应还可能生成碱式碳酸铅[2PbCO₃·Pb(OH)₂]，它和PbCO₃受热都易分解生成PbO。该课题组对固体产物(不考虑PbSO₄)的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：

假设一：全部为PbCO₃；

假设二：_______________________________；

假设三：______________________________。

(4)为验证假设一是否成立，课题组进行如下研究。

①定性研究：请你完成下表中内容。

②定量研究：取26.7 mg的干燥样品，加热，测得固体质量随温度的变化关系如下图。某同学由图中信息得出结论：假设一不成立。你是否同意该同学的结论，并简述理由：________________________________________________________________________。

答案　(1)^2－₄^2－₃

(2)Na₂CO₃Na₂CO₃溶液中的c(CO2－3)大

(3)全部为2PbCO₃·Pb(OH)₂　为PbCO₃和2PbCO₃·Pb(OH)₂的混合物　(4)①

②同意；若全部为PbCO₃时，26.7 mg样品完全分解后最终固体质量应为22.3 mg(或不同意，实验最终得到固体的质量与全部为PbCO₃分解所得固体质量相差不大，可能是实验过程中产生的误差引起的)(本题属于开放性试题，答案合理均可)

解析　(1)根据PbSO₄(s)＋CO2－3(aq)PbCO₃(s)＋SO2－4(aq)知，化学平衡常数表达式为K＝^2－₄^2－₃。(2)Na₂CO₃溶液中c(CO2－3)较大，根据平衡移动原理，可知Na₂CO₃溶液中PbSO₄转化率较大。(3)根据题中信息，提出另外两种假设。假设二：全部为碱式碳酸铅[2PbCO₃·Pb(OH)₂]；假设三：为PbCO₃和2PbCO₃·Pb(OH)₂的混合物。(4)①因为PbCO₃受热分解不产生水，而2PbCO₃·Pb(OH)₂受热分解产生水，所以可利用此不同设计实验方案。②因为PbCO₃△PbO＋CO₂↑，所以可以利用固体加热前后质量的改变量来确定结论。

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