类型3 以物质性质探究为主的综合实验(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－Ieq\o\al(－,3)(红棕色)；I2和Ieq\o\al(－,3)氧化性几乎相同。(1)将等体积的KI溶液加入到mmol铜粉和nmolI2(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Ⅰ0.01mol·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Ⅱ0.1mol·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Ⅲ4mol·L－1I2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 (1)①< ②ⅰ.除去Ieq\o\al(－,3)，防止干扰后续实验 ⅱ.[CuI2]－＋2NH3·H2O===[Cu(NH3)2]＋＋2H2O＋2I－、4[Cu(NH3)2]＋＋O2＋8NH3·H2O===4[Cu(NH3)4]2＋＋4OH－＋6H2O ③2Cu＋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Ieq\o\al(－,3)浓度小未能氧化全部的Cu) (2)铜、含nmolI2的4mol·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Ieq\o\al(－,3)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Ieq\o\al(－,3)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－Ieq\o\al(－,3)平衡逆向移动，可以除去Ieq\o\al(－,3)，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＋，离子方程式为[CuI2]－＋2NH3·H2O===[Cu(NH3)2]＋＋2H2O＋2I－、4[Cu(NH3)2]＋＋O2＋8NH3·H2O===4[Cu(NH3)4]2＋＋4OH－＋6H2O。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＋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；实验Ⅰ和实验Ⅱ中碘未完全反应，还剩余少量铜，说明铜与碘的反应为可逆反应或Ieq\o\al(－,3)的浓度小，未能氧化全部的铜。(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nmolI2的4mol·L－1的KI溶液。1．研究物质性质的基本方法和程序注意事项：(1)若探究影响物质性质的因素，首先应确定变量，其次是“定多变一”，即其他因素不变，只改变一种因素，看这种因素与探究的问题存在怎样的关系。(2)多角度辩证地看问题①研究反应物中各微粒的性质(即内因)。②研究反应条件的影响(如温度、浓度、环境中的其他物质)。2．物质性质综合实验探究题的审题思路强化证据意识：1．(2023·河南开封统考二模)某化学小组根据硫元素的化合价，预测SO2既有还原性又有氧化性，并设计实验进行探究。Ⅰ.探究SO2的还原性：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碘水溶液的棕黄色褪去bFe2(SO4)3溶液(1)a中反应的离子方程式为_____________________________________________________。(2)b中的实验现象为__________________________________________________________。将b所得溶液分成三份，进行如下实验。实验①向第一份溶液中加入K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀。实验②向第二份溶液中加入KSCN溶液，不变红，再加入新制的氯水，溶液变红。实验③向第三份溶液中先加入稀盐酸酸化，再加入BaCl2溶液，产生白色沉淀。上述实验不能证明SO2与Fe3＋发生了氧化还原反应的是____________，原因是______________________________________________________________________________________。Ⅱ.探究SO2的氧化性：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c3mol·L－1稀硫酸始终无明显变化d3mol·L－1稀盐酸铜片表面变黑，溶液变为棕色已知：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－。(3)证明d所得棕色溶液含有[CuCl3]2－：用滴管吸取少量棕色溶液，滴入蒸馏水中，出现白色沉淀。用平衡移动原理解释产生该现象的原因：___________________________________。(4)与c对比，d能发生反应的原因是_____________________________________________。(5)由实验Ⅱ可推知，该条件下SO2、CuCl、Cu2＋的氧化性由强到弱的顺序为___________。答案 (1)SO2＋I2＋2H2O===4H＋＋2I－＋SOeq\o\al(2－,4)(2)溶液变为浅绿色 实验③ 原溶液中含有SOeq\o\al(2－,4)(3)棕色溶液滴入蒸馏水后离子浓度减小，使CuCl(s)＋2Cl－(aq)[CuCl3]2－(aq)的Q>K，反应逆向移动，析出CuCl沉淀(4)Cl－与Cu＋结合成[CuCl3]2－，其氧化性弱于SO2，使Cu能够被SO2氧化(5)Cu2＋>SO2>CuCl解析 (1)a中溶液的棕黄色褪去，发生的反应为SO2＋I2＋2H2O===4H＋＋2I－＋SOeq\o\al(2－,4)。(2)b中硫酸铁溶液为棕黄色，通入二氧化硫后Fe3＋被还原，溶液变成浅绿色；若发生氧化还原反应，则生成Fe2＋，前两个实验结果能证明有Fe2＋的存在，实验③只能证明有硫酸根离子的存在，硫酸铁溶液中阴离子为硫酸根离子，无法证明硫酸根离子为氧化产物。(3)溶液中存在反应：CuCl(s)＋2Cl－(aq)[CuCl3]2－(aq)，滴入蒸馏水后离子浓度减小，使得Q>K，反应逆向移动，析出CuCl沉淀。(4)c和d的区别在于阴离子，所以从氯离子角度分析，Cl－与Cu＋结合成[CuCl3]2－，其氧化性弱于SO2，使Cu能够被SO2氧化。(5)氧化剂的氧化性强于氧化产物，在硫酸的作用下，c中二氧化硫不能将Cu2＋还原为Cu＋或Cu，在盐酸中氯离子与Cu＋结合，其氧化性强于Cu，能够被二氧化硫氧化。2．(2023·成都统考二模)某化学小组制取无水三氯化铁并研究其与铜的反应，设计如图实验。Ⅰ.制备无水三氯化铁实验装置如图(已知无水三氯化铁易潮解，易升华)。(1)试剂X可以是________；若缺少C装置其后果是_____________________________________________________________________________________________________(写一条)。(2)整个装置充满黄绿色气体后，才开始加热D装置的目的是________________________。(3)若实验过程中FeCl3沉积在D和E的导管之间，导致导管内径变小，除去沉积FeCl3的简易操作是_____________________________________________________________________。Ⅱ.探究三氯化铁与铜反应的实验如图：(已知CuCl、CuSCN是难溶于水的白色固体)(4)请从平衡角度说明红色褪去的可能原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)为了进一步研究白色沉淀进行如图实验。①蓝色溶液中可能含有的盐有Cu(NO3)2、______________________。②实验中CuSCN与过量稀HNO3反应生成白色沉淀B的阴离子，同时生成N2、NO和CO2气体。CuSCN与HNO3反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为________(已知SCN－中C为＋4价)。答案 (1)KMnO4 D装置中的铁粉与水蒸气反应(或无水三氯化铁潮解)(2)防止D装置中的铁粉与空气中的氧气和水蒸气反应 (3)加热D与E之间的导管(4)存在反应：Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3，加入铜粉，Cu与Fe3＋反应消耗Fe3＋，也可能消耗SCN－生成CuSCN，使上述平衡逆向移动，Fe(SCN)3浓度减小至红色褪去(5)①CuCl2、CuSO4 ②1∶4解析 (1)A为固液不加热装置制取氯气，则X可以是KMnO4；已