广东省2015高考化学二轮复习专题15实验方案设计的变量控制导学案

1实验方案设计的变量控制专题【学习目标】学会利用控制变量确定研究因素及探究方法自然界和真实实验中发生的化学现象往往纷繁复杂，影响研究对象的因素通常也不是单一的，在这种情况下，只有对实验条件加以严格控制，实验才会有科学价值和意义，才能获得科学事实，取得科学发现，变量控制作为科学探究中的重要一环，如果在问题解决过程中无变量控制意识的话，得出的结论将是不精确，甚至是片面和错误的，最终只能凭借经验和主观臆断得出结论。那么，什么是控制变量法？一、“控制变量”的概念控制变量法是在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的因素或条件加以人为控制，使其中一些条件按照特定的要求发生变化或不发生变化。二、“控制变量”的思想方法当研究多个因素之间的关系时，往往先控制其他几个因素不变，集中研究其中一个因素的变化所产生的影响。课堂反馈练习1、（2009浙江27节选）超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，其反应为：2NO＋2CO催化剂2CO2＋N2。（5）研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。实验编号T/℃NO初始浓度/mol·L-1CO初始浓度/mol·L-1催化剂的比表面积/m2·g-1Ⅰ2801.20×10－35.80×10－382Ⅱ124Ⅲ350124①请在上表空格中填入剩余的实验条件数据。2、（2008广东20节选）某探究小组用HNO3与大理石反应过程中质量减小的方法，研究影响反应速率的因素。所用HNO3浓度为1.00mol·L-1、2.00mol·L-1，大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格，实验温度为298K、308K，每次实验HNO3的用量为25.0mL、大理石用量为10.00g。（1）请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号：实验编号T/K大理石规格HNO3浓度/mol·L-1实验目的①298粗颗粒2.00（Ⅰ）实验①和②探究HNO3浓度对该反应速率的影响；（Ⅱ）实验①和探究温度对该反应速率的影响；②③2④（Ⅲ）实验①和探究大理石规格（粗、细）对该反应速率的影响；）3、（2012广东31节选）碘在科研与生活中有重要应用。某兴趣小组用0.50mol·L-1KI、0.2％淀粉溶液、0.20mol·L-1K2S2O8、0.10mol·L-1Na2S2O3等试剂，探究反应条件对化学反应速率的影响。已知：S2O82－+2I－=2SO42－+I2(慢)I2+2S2O32－=2I－+S4O62－(快)⑵为探讨反应物浓度对化学反应速率的影响，设计的实验方案如下表：实验序号体积V/mLK2S2O8溶液水KI溶液Na2S2O3溶液淀粉溶液①10.00.04.04.02.0②9.01.04.04.02.0③8.0Vχ4.04.02.0表中Vχ=mL，理由是。4、（2014广东33）H2O2是一种绿色氧化还原试剂，在化学研究中应用广泛。（1）某小组拟在同浓度Fe3+的催化下，探究H2O2浓度对H2O2分解反应速率的影响。限选试剂与仪器：30%H2O2、0.1mol∙L-1Fe2(SO4)3、蒸馏水、锥形瓶、双孔塞、水槽、胶管、玻璃导管、量筒、秒表、恒温水浴槽、注射器②设计实验方案：在不同H2O2浓度下，测定____________________________________（要求所测得的数据能直接体现反应速率大小）。④参照下表格式，拟定实验表格，完整体现实验方案（列出所选试剂体积、需记录的待测物理量和所拟定的数据；数据用字母表示）。物理量V[0.1mol∙L-1Fe2(SO4)3]/mL……1a……2a……5、（2014.汕头模拟节选）铝及铝合金经过阳极氧化，铝表面能生成几十微米的较厚的氧化铝膜。某研究性学习小组对铝表面氧化膜的保护作用展开了研究，他们查阅有关资料得知：尽管铝表面致密的氧化膜能使铝与其周围的介质(空气、水等)隔绝，对铝制品起到保护作用，但铝制容器仍不能长期用来盛放和腌制咸菜。究其原因，该小组设计了一个实验以探究其中的原因。他们的实验过程如下：实验编号实验过程实验现象1取一小片铝片于试管中，加入1.0mol·L－1的盐酸2mL30秒时开始有少量气泡，然后产生气泡的速率加快，最后铝片消失2取一小片铝片于试管中，加入0.5mol·L－1的硫酸2mL55秒时开始有少量气泡，然后产生气泡的速率加快，最后铝片消失3取一小片铝片于试管中，加入氯化铜稀溶液3分钟左右表面产生少量气泡，且铝表面析出一些红色固体实验序号34取一小片铝片于试管中，加入硫酸铜稀溶液一直没有明显的变化你认为实验1、2中盐酸和硫酸的浓度分别为1.0mol·L－1、0.5mol·L－1的原因是________________________________________________________________________。【自我检测】1、（2014年广州市调研测试题33节选）某研究小组为了研究不同条件下金属铝粉在过量稀硫酸中的溶解性能，设计如下实验。已知：c(H2SO4)=4.5mol·L－1，反应均需要搅拌60min。编号温度/℃加入某盐H2SO4体积/mLH2O体积/mL铝粉加入量/g铝粉溶解量/g①20不加4002.00500.0307②80不加4002.00500.1184③t1不加20V12.0050﹨④t25mL0.01mol·L－1CuSO4溶液20V22.0050﹨（1）实验①和②的目的是。为了获得铝粉溶解量，还需要测量的数据是。（2）实验①和③是为了研究硫酸的浓度对该反应的影响，则t1=℃，V1=mL。（3）实验③和④是为了研究加入CuSO4溶液对该反应的影响，则t2=℃，V2=mL。研究表明，在相同条件下加入少量CuSO4有利于Al的溶解。原因是。2、（2010全国课标卷28节选）某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题：（5）为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。实验混合溶液ABCDEF4mol/LH2SO4/mL30V1V2V3V4V5饱和CuSO4溶液/mL00.52.55V620H2O/mLV7V8V9V10100①请完成此实验设计，其中：V1=，V6=，V9=；3、（2014届湛江十月调研题33节选）⑴硫代硫酸钠(Na2S2O3)俗称大苏打，照相业中用作定4影剂。某兴趣小组用0.20mol·L—1H2SO4、0.10mol·L—1Na2S2O3等试剂，探究反应条件对化学反应速率的影响。完成下面的实验设计表：实验编号T/KV水/mLV(Na2S2O3)/mLV(H2SO4)/mL实验目的①2981055实验①和②探究温度对该反应速率的影响。实验①和③探究对化学反应速率的影响。实验①和④探究对化学反应速率的影响。②3081055③298Vx105④2981055表中Vx=mL，理由是。4、（2015江门调研）石灰石(主要成分为CaCO3)是重要的工业原料。(3)为了研究在室温条件下CaCO3与盐酸的反应速率与c(H＋)浓度关系，设计实验方案:在不同盐酸浓度下，测定生成相同体积CO2所需要的时间。实验仪器任选，所需药品：2mol∙L-1HCI溶液(密度约为1g/mL)，蒸馏水。拟定以下表格，请补充填写实验方案(列出所选试剂体积、需记录的待测物理量和所拟定的数据；数据不能用数值表示时可用字母表示)。物理量实验序号V(CaCO3)/gV(2mol∙L-1HCI)/mLV(H2O)/mL1p2002p5、某研究性学习小组在网上收集到如下信息：Fe(NO3)3溶液可以蚀刻银，制作美丽的银饰。他们对蚀刻银的原因进行了如下探究：【实验】制备银镜，并与Fe(NO3)3溶液反应，发现银镜溶解。【提出假设】假设l：Fe3+具有氧化性，能氧化Ag。假设2：Fe(NO3)3溶液显酸性，在此酸性条件下NO3-能氧化Ag。【设计实验方案，验证假设】(2)甲同学从上述实验的生成物中检验出Fe2+，验证了假设1成立。请写出Fe3+氧化Ag的离子方程式：。(3)乙同学设计实验验证假设2，请帮他完成下表中内容（提示：NO3-在不同条件下的还原产物较复杂，有时难以观察到气体产生）。实验步骤（不要求写具体操作过程）预期现象和结论①②若银镜消失，假设2成立。若银镜不消失，假设2不成立。5……参考答案课堂反馈练习1、（2009浙江27节选）（5）①II：280、1.20×10－3、5.80×10－3Ⅲ：1.20×10－3、5.80×10－32、（2008广东20节选）（1）实验编号T/K大理石规格HNO3浓度/mol·L-1实验目的①298粗颗粒2.00⑵实验①和③⑶实验①和④②298粗颗粒1.00③308粗颗粒2.00④298细颗粒2.003、（2012广东31节选）(2)2.0保持溶液总体积相同，仅改变S2O82—的浓度而其它物质浓度不变。4、（2014广东33）（1）②收集到相同体积O2所需的时间（或：相同时间内所收集O2的体积）④方案1：收集到相同体积O2所需的时间物理量实验序号V[0.1mol/LFe2(SO4)3]/mLV(30%H2O2)/mLV(H2O)/mLV(O2)/mLt/min1abcd2acbd注意：☆“1”与“2”对比实验中溶液总体积不变☆氧气体积相同方案2：相同时间内所收集O2的体积物理量实验序号V[0.1mol/LFe2(SO4)3]/mLV(30%H2O2)/mLV(H2O)/mLt/minV(O2)/mL1abcd2acbd注意：☆“1”与“2”对比实验中溶液总体积不变☆时间相同5、（2014.汕头模拟节选）保持两溶液中氢离子浓度相同，探究氯离子和硫酸根离子对反应的影响。【自我检测】61、（2014年广州市调研测试题33节选）（1）其它条件不变，温度对稀硫酸溶解铝粉量的影响。反应60min后剩余铝粉的质量（2）20；20（3）20；15少量的Cu与Al构成原电池，使反应速率加快2、（2010全国课标卷28节选）(5)①V1=30V6=10V9=17.53、（2014届湛江十月调研题33节选）(1)实验编号实验目的①实验①和②探究温度对该反应速率的影响。实验①和③探究浓度对该反应速率的影响。（2′）实验①和④探究催化剂对该反应速率的影响。（2′）②③④表中Vx=5mL，（2分）理由是保持溶液总体积相同，仅改变S2O32—的浓度而其它物质浓度不变。（2分）4、（2015江门调研）（3）（共6分，合理即给分）物理量实验序号m(CaCO3)／gV（2mol∙L-1HCl）／mLV(H2O)／mLV（CO2）/mL（1分）t/s（1分）1p200qt12p10（1分）10（1分）qt2说明：（1）2mol∙L-1HCl溶液与蒸馏水的体积之和为20mL即可，如：x取值范围0＜x＜20时，用x和(20-x)也可。（2）q、t用其他字母表示也可以。5、（2）Ag+Fe3+=Ag++Fe2+（3）实验步骤（不要求写具体操作过程）预期现象和结论①测定上述实验用的Fe(NO3)3溶液的pH②配制相同pH的稀硝酸，将此溶液加入有银镜的试管内若银镜消失，假设2成立。若银镜不消失，假设2不成立。两空字母相同，1分两空字母相同，下标不同，1分物理量、单位要全对