化学思想方法的应用：第九讲 控制变量法

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；
【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
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
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】
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
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】B．
2.（2017 连云港）控制变量、设计对比实验是实验探究的重要方法。
①
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_
_。
②
实验2中使用铜片是为了对比
_不同。
③
实验3是大小形状相同的Mg、Zn、Fe、Cu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】）①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；②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；③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】①受热的情况下，分子能量增大，运动速率加快。②可燃物燃烧所需的最低温度（或可燃物的着火点）。③a
、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置完成表中实验，回答下列问题。
实验序号
①
②
③
④
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
（1）铁锈的主要成分是__
__（填化学式）。
（2）实验②和④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②和④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，故可选择实验①②或③④；（3）由表格信息可知，相同条件下，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）Fe2O3（2）温度，①②或③④。（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．①与②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；①与③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】A
2.
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】C
4.
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】A
5.（2017 桂林）取5枚去油去锈的洁净铁钉，分别装入下表的试管中，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、MnO2、CuO、红砖粉末。
A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
CuO
t/s
10
60
20
由此得出结论：MnO2、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。
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t1更正结论为：当_
_时，反应物浓度越大，反应速率越快。
C组：探究__
___对化学反应速率的影响。
取10mL5%H2O2溶液和0.5gCuO为催化剂进行实验，两次实验分别将试管置于冰水浴和50℃热水浴记录时间t4、t5，且t4>t5。
结论：当反应物浓度和催化剂相同时，
。
综上所述：①为了研究某一因素对化学反应速率的影响，必须
。
②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：MnO2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，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0.5gMnO2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：①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。②实验应设计4
组。
（1）结合老师建议，补充完整实验步骤①之后的其它步骤。
①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）①四组实验的设计；②变量的控制；③观测对象的选择；④数据记录与分析。
示例：②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；
③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
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④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②、③
⑤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