1、中考总复习系列丛书化学思想方法的应用第九讲 控制变量法【题型特点】当研究多个因素之间的关系时，往往先控制保持一个或多个量不变，调整另一个或多个量改变，来探究这些量之间的关系。控制变量的实验往往同时有对比实验，对比实验不同条件下的不同实验现象，运用对比分析的方法找出不同条件对实验结果的影响。控制变量法是化学中常用的探究问题和分析解决问题的科学方法之一，这一方法可以使研究的问题简单化。通过控制变量法可以对影响实验结果的多个因素逐一进行探究，然后再总结出结论，这一思想是初中化学中的一种主要探究方式。【主要考查内容】1.物质燃烧条件的探究；2.铁锈蚀条件的探究；3.酸（及碱）溶液具有相似化学性质的原因
2、；【必备知识梳理】1. 铁钉锈蚀条件的探究设计方案 一周以后的实验现象 结论把洁净的铁钉放在干燥的试管中,并放入用棉花包裹的氯化钙干燥剂,用橡皮塞密封试管口。铁钉表面无变化 铁钉生锈不只是与氧气有关系.把洁净的铁钉全部浸在盛有煮过蒸馏水的试管中，将植物油滴在水面上密封。铁钉表面无变化 铁钉生锈不只是与水有关系2. (1)探究燃烧条件的实验装置. （2）实验设计中运用的实验方法A.对比实验法：铜片上的白磷和红磷是一组对比实验，是为了说明燃烧需要温度达到可燃物的着火点。 铜片上的白磷和水中的白磷是一组对比实验，是为了说明需要与氧气接触。B.控制变量法：把白磷放在水中，通过液封二隔绝空气，是为了提供
3、燃烧所需的任意条件而控制另一个条件。3.酸和碱的组成定义 通式 物质酸 在水溶液中解离出的阳离子全部是 H+的化合物酸 H+ +酸根离子 H2SO4、HCl、HNO3碱 在水溶液中解离出的阴离子全部是 OH-的化合物碱 OH-+金属离子 NaOHKOH、Ca(OH)2【典型例题】把洁净的铁钉一半浸入试管中的蒸馏水里，将试管敞口放置铁钉表面有铁锈生成 铁生锈是铁与水和氧气共同作用的结果例 1：（2017河北省）某同学根据铜绿的成分 Cu(OH)2CO3作出猜想：金属铜锈蚀的条件除有氧气和水外，还必须有二氧化碳。为证明“必须有二氧化碳”，需要进行如图所示实验中的（ ）A甲和乙 B甲和丁 C乙和丁
4、D丙和丁【解析】甲试管的铜片与氧气、水和二氧化碳同时接触发生了锈蚀；乙中的铜片与二氧化碳和水接触，没有锈蚀，说明铜的锈蚀与氧气有关；丙中的铜片与二氧化碳和氧气接触，没有锈蚀，说明铜的锈蚀与水有挂；丁中的铜片与氧气和水接触没有锈蚀，说明了铜的锈蚀与二氧化碳有关。由以上分析可知，通过实验甲与丁的对比得出：铜的锈蚀必须有二氧化碳参与【答案】B2.（2017连云港）控制变量、设计对比实验是实验探究的重要方法。 实验 l 中同时向烧杯中加入一粒相同大小的品红，发现整杯水变红的时间热水比冷水短。这是因为_ _。 实验 2 中使用铜片是为了对比 _不同。 实验 3 是大小形状相同的 Mg、Zn、Fe、Cu
5、四种金属同时投入到盐酸中发生的现象，金属周围的黑点表示生成的气体。下列结论不正确的是 _。（填字母）a铜不能发生置换反应b四种金属中金属活动性最强的是 Mg c等质量的锌和铁分别与足量的盐酸反应生成气体质量：Zn 比 Fe 多【解析】）升高温度可以加快分子的运动速率，所以实验 1 中同时向烧杯中加入一粒相同大小的品红，发现整杯水变红的时间热水比冷水短，这是因为：受热的情况下，分子能量增大，运动速率加快；白磷的着火点低，先燃烧，红磷的着火点高，后燃烧，所以实验 2 中使用铜片是为了对比可燃物的着火点不同；在金属活动性顺序中，只有排在氢前的金属才可以和稀酸溶液反应生成氢气，而且越靠前的金属活动性就
6、越强，和稀酸溶液反应时现象就越剧烈，所以 a铜不能发生酸发生反应，铜可以将硝酸银中的银置换出来，所以不能说铜不会发生置换反应，故错误；b镁表面的气泡产生最剧烈，所以四种金属中金属活动性最强的是 Mg，故正确；c每 65 份质量的锌会生成2 份质量的氢气，每 56 份质量的铁会生成 2 份质量的氢气，所以等质量的锌和铁分别与足量的盐酸发生生成气体质量：Zn 比 Fe 少，故错误。故选：ac【答案】受热的情况下，分子能量增大，运动速率加快。可燃物燃烧所需的最低温度（或可燃物的着火点）。a 、c 例 3.（2017安徽）某研究小组为探究“影响铁制品锈蚀快慢的因素” ，取同浓度的稀氨水和稀醋酸用下图装
7、置完成表中实验，回答下列问题。（1）铁锈的主要成分是_ _（填化学式） 。（2）实验和可探究_ _ 因素对铁制品锈蚀快慢的因素；欲探究试剂酸碱性对铁制品锈蚀快慢的影响，应选择的实验是 （填实验序号） 。（3）根据表中实验现象得出的结论是 （写出 1 点即可） 。（4）影响铁制品锈蚀快慢受除上述因素外，还有 （写出 1 点即可） ，请设计实验方案 。【解析】 （1）铁锈的主要成分是氧化铁，氧化铁表示为 Fe2O3；（2）实验和温度不同，其他条件完全相同，故探究的是温度对铁制品锈蚀快慢的影响；欲探究试剂酸碱性对铁制品锈蚀快慢的影响，那么应采用可知变量法，即试剂酸碱性不同，其他条件要完全相同，故可选
8、择实验或；（3）由表格信息可知，相同条实验序号 实验温度/ 25 25 70 70试剂 稀氨水 稀醋酸 稀氨水 稀醋酸出现铁锈所需时间1 天未见锈蚀5 分钟1 天未见锈蚀1 分钟件下，酸性越强，金属生锈越快；（4）酸的 浓度会影响铁制品锈蚀快慢。可在相同条件下，取两份浓度不同的醋酸 分别在 25时，比较铁钉生锈时间。【答案】（1）Fe 2O3（2）温度，或。 （3）相同条件下，酸性越强，金属生锈越快。 （4）酸的浓度；相同条件下，取两份浓度不同的醋酸分别在 25时，观察铁钉生锈时间。【分类突破】1. 下列实验没有体现控制变量思想方法的是（ ）A探究影响反应速率的因素 B探究温度对溶质溶解速率的
9、影响C探究影响铁生锈的有关因素 D探究可燃物燃烧的条件【解析】A若用此实验来探究影响化学反应速率的因素，大理石与碳酸钙的纯度不同、颗粒大小不同；所用酸的种类也不同，不符合控制变量的思想方法；B此实验探究温度对溶质溶解速率的影响，水的体积相同、硝酸钾的质量相同，只有水的温度不同，则该实验探究影响反应速率的因素是温度，符合控制变量的思想方法；C与中的铁钉除了一个部分浸没水中，一个完全浸没水中这一不同点外，其他条件完全相同，验证了铁的锈蚀与氧气有关；与中的铁钉除了一个部分浸没水中，一个不与水接触之外，其他条件完全相同，验证了铁的锈蚀与水有关，符合控制变量的思想方法；D铜片上的白磷和水中的白磷的温度都
10、达到了着火点，铜片上的白磷能够燃烧，而水中的白磷不能燃烧，说明可燃物燃烧需要与氧气接触；铜片上的白磷和红磷都与氧气接触，而温度达到了白磷的着火点，能够燃烧，温度没有达到红磷的着火点，不能燃烧，说明温度达到可燃物着火点时才能够燃烧；利用了对比实验的原理，符合控制变量的思想方法【答案】A2. 根据维生素 C 能够使淀粉-碘溶液蓝色褪去的原理，应用如图实验可以测定果汁中维生素 C 含量的多少要得出正确的结论，实验过程中不需要进行控制的条件是（ ）A烧杯中淀粉-碘溶液的浓度 B胶头滴管出的果汁的滴数C烧杯中淀粉-碘溶液的体积 D两个胶头滴管滴出的每滴果汁的体积【解析】：本实验的目的是“比较苹果汁和橙汁
11、中维生素 C 含量的多少” ，要想得出正确的结论，所用的苹果汁和橙汁的量要相等且所用的淀粉-碘溶液的质量必须相等且胶头滴管滴出的每滴果汁的体积必须相等所以操作必须控制所有参与反应的物质的量必须一致，才有对比的意义，而胶头滴管出的果汁的滴数对实验结果没有影响，不是需要控制的因素【答案】B 3.（2016遵义）进行下列对比试验，不需要控制变量的是（ ）A用红磷和白磷探究可燃物燃烧的条件B用铁钉探究钢铁生锈的条件C用足量稀盐酸区分氯化钾溶液和碳酸钾溶液D用镁、锌与稀硫酸反应，比较镁、锌的金属活动性强弱【解析】：A.探究可燃物燃烧的条件时，均与氧气接触，只是可燃物的着火点不同，属于控制变量法；B.探究
12、铁生锈的条件时，要控制好水、氧气等变量，属于控制变量法；C. 氯化钾不与盐酸反应，碳酸钾与盐酸反应生成二氧化碳气体，无需控制变量；D.此实验中，金属片的长度、厚薄、稀硫酸的浓度均相同，只是金属的种类不同，根据反应生成气泡的速率来判断金属的活动性，属于控制变量法。【答案】C4. 化学思想方法是化学实验探究的重要方法，其中之一为控制变量法如图探究影响反应速率的因素是（ ）A温度 B盐酸浓度 C催化剂 D固体质量【解析】两个实验中，盐酸浓度相同、镁条相同，温度不同，则该实验探究影响反应速率的因素是温度，温度不同，反应速率不同【答案】A5.（2017桂林）取 5 枚去油去锈的洁净铁钉，分别装入下表的试
13、管中，进行实验。通过上述实验可知，温度越高铁钉生锈速率越 （填“慢”或“快”）；在 （填“酸性”、“碱性”或“中性”）环境中铁钉生锈速率较快。 【解析】 （1）通过对比第三组和第五组实验可知，温度越高铁钉生锈速率越快；通过对比第一组和第三组实验可知，在酸性环境下铁钉生锈速率较快。【答案】快，酸性 6.（2017大庆）化学反应速率是衡量化学反应进行快慢的物理量。为了探究影响化学反应速率的隐私，以过氧化氢分解为研究对象进行实验。三个小组均采用如图装置进行实验，记录收集 10mL 氧气的时间。实验室可供选择的试剂有：2.5%、5%、10%三种浓度的 H2O2 溶液、MnO 2、CuO、红砖粉末。A
14、组：探究催化剂对花儿反应速率的影响取 5mL10%H2O2溶液，三次实验分别加入 0.5gMnO2、红砖粉末、CuO 进行实验，记录数据如下：试剂 MnO2 红砖粉末 CuOt/s 10 60 20由此得出结论：MnO 2、CuO 对 H2O2分解有催化作用，红砖粉末无催化作用。某同学对该结论提出疑问。补充对比实验，操作为_ 。结果：长时间（大于 100s） ，收集到很少量气体。更正结论：红砖粉末_ _（选填“有” 、 “无” ）催化作用，三者中 _催化效率最高。B 组：探究浓度对化学反应速率的影响甲同学：取 10mL5%H2O2溶液，加入 0.5gMnO2为催化剂，进行实验，记录时间 t1。
15、乙同学：取 10mL2.5%H2O2溶液，加入 0.5gCuO 为催化剂，进行实验，记录时间 t2。实验结果：_ _。结论：浓度越大，反应速率越快。丙同学：对实验设计提出疑问，并补充实验_ _。记录时间 t3，且 t1t5。结论：当反应物浓度和催化剂相同时， 。综上所述：为了研究某一因素对化学反应速率的影响，必须 。探究发现影响化学反应速率的因素有： _。【解析】A 组实验中探究催化剂对化学反应速率的影响时，根据设计的实验现象无法得出结论：MnO 2和 CuO 对过氧化氢分解有催化作用，红砖粉无催化作用，因为还需要增加一个对比实验，即对比加入红砖粉和未加入红砖粉时对相同浓度的过氧化氢分解的影响
16、，实验发现没有加入红砖粉的过氧化氢也能产生氧气，由此可知红砖粉对过氧化氢分解有影响，只是催化效果差，最终得出结论：三种物质中二氧化锰的催化效率最高。B 组：探究浓度对化学反应速率的影响，通过实验结论：浓度越大，反应速率越快，可知道此实验的现象为：收集相同体积的氧气，甲所用时间最少，此实验存在缺陷，即实验仅仅比较了不同浓度的过氧化氢溶液和不同的催化剂的实验现象，没有控制催化剂相同的变量，因此需进行补充实验，结合 A 组实验中二氧化锰比氧化铜催化效率高的结论，可以补充：取10mL2.5%H2O2溶液，加入 0.5gMnO2为催化剂，记录时间 t2，根据三个时间的关系得出结论，最终得出结论：在催化剂
17、相同时，浓度越大，反应速率越快。C 组根据实验设计中把相同浓度、相同催化剂的溶液分别在不同的温度下实验，由此可知实验目的是探究温度对化学速率的影响，得出结论：在相同浓度、催化剂相同时，温度越高，化学反应速率越快。综上所述，三个实验中都运用了控制变量的方法进行设计，由此可知为了研究某一因素对化学反应速率的影响时，要运用控制变量的方法；探究发现影响化学反应速率的因素有：催化剂的种类、浓度和温度等。【答案】A 组：分别取 5mLH2O2溶液于试管中，其中一支中加入 0.5g 红砖粉，观察现象，有，MnO2 B 组：收集相同体积的氧气，甲所用时间最少，取 10mL2.5%H2O2溶液，加入 0.5gM
18、nO2为催化剂 ，催化剂相同C 组： 温度，温度越高，化学反应速率越快，控制变量，催化剂的种类、浓度和温度。7. （2017温州）在用氯酸钾和二氧化锰的混合物制取氧气实验后，为了进一步探究二氧化锰的用量对氯酸钾分解速度的影响，小明用如图装置，以及实验室提供的实验所需药品和器材进行实验。老师对实验的建议：每组实验氯酸钾用量可取 4 克，二氧化锰质量不宜超过 2 克。实验应设计 4 组。（1）结合老师建议，补充完整实验步骤之后的其它步骤。检查装置的气密性；（2）实验结束后，小明回收了二氧化锰。如果要证明二氧化锰是氯酸钾分解的催化剂，还需验证二氧化锰的_ _保持不变。【解析】 （1）实验的设计：对不
19、变量和变量的选择，如在 4g 氯酸钾中分别加入0.5g、1g、1.5g、2g 二氧化锰均匀混合；组装并检查仪器；观测记录，观测气态产生的速度，用秒表记录用量筒收集一定体积的氧气所需的时间；数据分析，根据二氧化锰量的不同。比较收集相同体积的氧气所需时间是否相同，得出氯酸钾的分解速度与二氧化锰用量的关系。 （2）催化剂的作用是改变化学反应是速率，其在化学反应前后质量和化学性质都不变。【答案】 （1）四组实验的设计；变量的控制；观测对象的选择；数据记录与分析。示例：取 4g 氯酸钾与 0.5g 二氧化锰，均匀混合后加入试管中，连接好装置；开始加热试管，用秒表记录量筒收集一定体积氧气的时间；学*科网换用三支相同的试管，各加入 4g 氯酸钾，分别与 1g、1.5g、2g 二氧化锰均匀混合，用相同装置重复步骤、比较实验记录的四次时间大小，判断氯酸钾的分解速率与二氧化锰用量的关系。 （其它合理答案也可）（2）质量和化学性质
