控制变量思想在化学实验探究题中的应用教案

高考二轮复习控制变量思想在化学实验探究题中的应用一、教学目标[知识与技能]①了解控制对比实验条件的方法。

②能根据实验现象，观察、记录、分析或处理数据，得出正确结论。

[过程与方法] 通过实验过程的变量控制来培养学生设计、评价探究实验方案的能力和综合运用知识的能力。

[情感态度与价值观] ①培养学生运用控制变量思想分析解决化学问题。

②会用科学、辨证的观点分析、评价实验设计方案。

二、教学过程【创设情景 引入课题】高考化学实验探究题向来是高考试卷中的重要考试内容之一，方式方法灵活多样。

近几年的高考出现这样一种类型的化学实验探究题：以表格形式给出多组实验数据，让考生找出每组数据的变化对反应的影响；给出影响化学反应的几种因素，让考生设计实验分析各因素对反应的影响。

通过实验过程的变量控制来考查设计、评价探究实验方案的能力和综合运用知识的能力。

例如：(2011福建高考∙23节选) I 、磷、硫元素的单质和化合物应用广泛。

⑷在酸性溶液中，碘酸钾(KIO 3)和亚硫酸钠可发生如下反应：2IO 3－＋5SO 32－＋2H ＋===I 2＋5SO 42－＋H 2O生成的碘可以用淀粉溶液检验，根据反应溶液出现蓝色所需的时间来衡量该反应的速率。

某同学设计实验如下表所示：该实验的目的是_____________________；表中V 2=___________mL答案：由实验2可以看出混合液的总体积为50mL ，V 1为10mL ，V 2为40mL ，实验1和实验2可知实验目的是探究该反应速率与亚硫酸钠溶液浓度的关系；实验2和实验3可知实验目的是探究该反应速率与温度的关系。

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，即每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，把多因素的问题变成单因素的问题，这种方法叫控制变量法。

控制变量法是化学中常用的探究问题和分析解决问题的重要思想方法之一，应用这一思想方法可以使研究的问题简单化。

例题：(2010·福建质检25)无水氯化镁是制备某种催化剂的中间体，某研究性学习小组设计实验方案进行制取无水氯化镁等实验。

请填写下列空白：【实验一】利用下图实验装置(夹持和加热装置省略)，在HCl 气流中小心加热MgCl 2·6H2O 晶体制取无水氯化镁(无水氯化镁易吸水)。

烧瓶中发生的反应为：NaCl+H 2SO 4(浓)==NaHSO 4+HCl↑(1)试剂X 是_________________。

(2)该实验装置存在的一个缺陷是________________________。

【实验二】通过下列步骤，测定实验一所得产物中氯元素含量以确定产物是否含有结晶水： ①称取m 1g 样品置于烧杯中，充分溶解； ②加入足量硝酸银溶液，充分反应后，过滤； ③洗涤沉淀，干燥至恒重，称得沉淀质量为m 2g 。

(3)若步骤③的操作中未洗涤沉淀，将导致测得的氯元素含量_________(填“偏高”或“偏低”)。

(4)若测得m 1=10.40，m 2=28.70，则所得产品MgCl 2·nH2O 中n 的值为___。

【实验三】.一定条件下，氯化镁与四氯化钛的混合物可作烯烃聚合反应的催化剂。

为了探究温注：催化效果用单位时间内每克催化剂得到产品的质量来表示。

（1）表中ω= 。

（2）从实验1、2可以得出的结论是 。

（3）设计实验2、3的目的是 。

解析：这是一道控制变量思想融入化学实验探究的质检题，实验一中的两问比较简单，(1)问结合实验目的制取无水氯化镁，应防止无水氯化镁易吸水，故制取的HCl 气体应干燥，试剂X 是浓硫酸；(2)问结合绿色化学思想，应防止HCl 气体污染空气，故该实验装置缺少尾气吸收装置。

实验二中的两问是定量分析，应通过了解定量实验原理，然后结合实验原理解决问题。

(3)问：步骤③的操作中未洗涤AgCl 沉淀，则沉淀表面残留有硝酸银溶液与硝酸镁溶液，致使测得的氯元素含量偏高；(4)问：因n(Cl －)=28.70g/143.5g·mol-1=0.2mol ，n(MgCl 2)=0.1mol ，n=[(10.4/0.1)－95]/18=1/2。

实验三就是通过实验过程的变量控制来考查设计、评价探究实验方案的能力和综合运用知识的能力，实验探究的目的是分析温度、氯化镁固体的含水量以及粉碎方式等三种因素对该催化剂催化效果的影响，可通过观察表格有关信息，控制其他因素不变，研究其中一个改变因素来解答。

(5)问：实验3、4粉碎方式不变，温度分别为20℃、100℃，显然是温度的影响，故氯化镁固体中氯元素含量即氯化镁固体的含水量应保持不变，表中ω =74. 45；(6)问：观察表中信息可知实验1、2温度、粉碎方式均不变，故可以得出结论是氯化镁固体的含水量越高(或氯化镁固体中氯元素含量越低)，催化剂催化效果越差；(7)问：观察表中信息可知实验2、3温度、氯化镁固体的含水量均不变，故设计该实验的目的是探究粉碎方式对该催化剂催化效果的影响。

体验：1.(2010·宁德质检25节选)MnO 2是中学化学常用的试剂。

某课外兴趣小组做了以下与MnO2有关的实验。

[实验二] MnO 2对H 2O 2分解反应速率的影响。

⑶实验②、③说明： 。

⑷相对H 2O 2溶液质量分数、反应温度，能说明MnO 2对反应速率影响最为显著的实验 是 （写一组）。

参考答案：⑶问：在一定条件下，MnO 2用量越多，H 2O 2分解速率越快。

⑷问：①②；①③；②⑤；③⑤；④⑤中任写一组即可。

2.（厦门市2013届高三上学期质量检查20．节选）镍及其化合物与生产、生活密切相关。

（2）为了研究镍制备过程中的各种因素对镍催化剂损耗的影响，选择制造镍催化剂的条件有：干燥方式为喷雾干燥、烘箱干燥，粒度大小为40μm 和55μm ，实验温度为60℃和80℃。

设计下表实验，填写下列空白。

3.( 2009·安徽高考28) Fenton 法常用于处理含难降解有机物的工业废水，通常是在调节好pH 和Fe 2+浓度的废水中加入H 2O 2，所产生的羟基自由基能氧化降解污染物。

现运用该方法降解有机污染物p-CP ，探究有关因素对该降解反应速率的影响。

[实验设计]控制p-CP 的初始浓度相同，恒定实验温度在298K 或313K （其余实验条件见下表），设计如下对比试验。

(1)[数据处理]实验测得p-CP 的浓度随时间变化的关系如下图。

(2)请根据右上图实验①曲线，计算降解反应在50~150s 内的反应速率： v(p-CP)= mol·L -1·s -1 [解释与结论](3)实验①、②表明温度升高，降解反应速率增大。

但温度过高时反而导致降解反应速率减小，请从Fenton 法所用试剂H 2O 2的角度分析原因： 。

(4)实验③得出的结论是：pH 等于10时， 。

[思考与交流](5)实验时需在不同时间从反应器中取样，并使所取样品中的反应立即停止下来。

根据上图中的信息，给出一种迅速停止反应的方法： 。

参考答案： (1)② 313 3 6.0 0.30 ③探究溶液的pH 对降解反应速率的影响 (2)8.0×10- 6 (3)过氧化氢在温度过高时迅速分解。

(4)反应速率趋向于零(或该降解反应趋于停止)(5)将所取样品迅速加入到一定量的NaOH 溶液中，使pH 约为10(或将所取样品骤冷等其他合理答案均可)感悟：1.当多因素影响同时影响同一探究实验时，为准确探究某一因素对实验结果的影响，必须使其它因素保持不变，这样有助于快速探究该种因素对实验结果的影响情况。

新课程高考对控制变量法的一般程序、结果的处理以及通过处理结果获得结论的信息加工能力进行全方位的考查，就必须通过改变可能影响实验结果的多个因素中的任一个，其它可能因素保持不变的情况下进行实验，并将这个被改变的因素的实验效果与不改变任何因素的实验效果进行对比，从而来论证实验结论的正确与否。

2. 应用控制变量思想解题的关键：认真细致审题，明确影响因素，研究各因素对探究实验或探究问题有何影响；注意选择数据或设置实验的有效性，且变量要统一。

[练习]1. (2009福建卷)某探究小组利用丙酮的溴代反应(CH 3COCH 3+Br 2===CH 3COCH 2Br+ +HBr)来研究反应物浓度与反应速率的关系。

反应速率v(Br 2)通过测定溴的颜色消失所需的时分析实验数据所得出的结论不正确的是（ ）A ．增大[CH 3COCH 3]，v(Br 2)增大B ．实验②和③的v(Br 2)相等C ．增大[HCl]，v(Br 2)增大D ．增大[Br 2]，v(Br 2)增大2. “碘钟”实验中，3I －＋S 2O 82－＝I 3－＋2SO 42－的反应速率可以用I 3－与加入的淀粉溶液显蓝色的时间t 来度量，t 越小，反应速率越大。

某探究性学习小组在20℃进行实验，得到的数据如回答下列问题：（1）该实验的目的是。

（2）显色时间t 2＝ 。

（3）温度对该反应的反应速率的影响符合一般规律，若在40℃下进行编号③对应浓度的实验，显色时间t 2的范围为 （填字母）A ．<22.0sB ．22.0～44.0sC ．＞44.0sD ．数据不足，无法判断 （4）通过分析比较上表数据，得到的结论是 。

（1）研究反应物I －与S 2O 82－的浓度对反应速率的影响 （2）22.0s （3）A（4）反应速率与反应物起始浓度乘积成正比（或显色时间与反应物起始浓度乘积成反比）； 3.(2010·新课标全国高考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。

①请完成此实验设计，其中：V 1= ，V 6= ，V 9= ；V 1＝30，V 6＝10，V 9＝17.5。

4. 5.(2012·广东高考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、0.20 mol·L -1K 2S 2O 8、0.10 mol·L -1Na 2 S 2O 3等试剂，探究反应条件对化学反应速率的影响。

已知：S 2O 82－+2I －==2SO 42－+I 2(慢) I 2+2 S 2O 32－==2I －+S 4O 62－(快)(2)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：表中Vx=____mL ，理由是___________________。