内容正文:
微专题(二) 变量控制法
核心要点·归纳
1.常见考查形式
(1)以表格的形式给出多组实验数据,让学生找出每组数据的变化对化学反应速率的影响。
(2)给出影响化学反应速率的几种因素,让学生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。
2.解题策略
常见
变量
外界因素主要有浓度、压强、温度、催化剂、固体表面积等
确定
变量
根据实验目的,研究某个变量对反应速率的影响,需要控制其他外界因素不变,再进行实验
定多
变一
探究时,先确定一种变量,保证其他外界因素不变,看这个变量与探究的问题之间存在什么关系,这样依次进行,从而得出每种因素改变的影响结论
数据
统一
要注意控制数据,使变量统一,才能得出正确结论
学力诊断·测评
1.(双选)某课外兴趣小组利用硫代硫酸钠(Na2S2O3)与稀硫酸反应探究影响化学反应速率的因素(反应的化学方程式为Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+S↓+SO2↑+
H2O),设计了如表所示的一系列实验。下列说法不正确的是( )
实验
序号
反应
温度
(℃)
Na2S2O3
稀硫酸
H2O
V/mL
c/(mol
·L-1)
V/mL
c/(mol
·L-1)
V/mL
1
20
10.0
0.10
10.0
0.50
0
2
40
V1
0.10
V2
0.50
V3
3
20
V4
0.10
4.0
0.50
V5
A.设计该实验的基本原理为变量控制法
B.实验1和2可探究温度对反应速率的影响
C.若用实验1和3探究稀硫酸浓度对该反应速率的影响,则需V4=10,V5=0
D.将水更换为Na2SO4溶液,对实验结果有影响
【解析】选C、D。从表中数据看,实验1、2应为探究温度对反应速率的影响,实验1、3应为探究浓度对反应速率的影响,所以设计该实验的基本原理为变量控制法,A正确;实验1和2的温度不同,则各物质的浓度必须分别相同,所以可探究温度对反应速率的影响,B正确;实验1、3的温度相同,应为探究浓度对反应速率的影响,若用实验1和3探究稀硫酸浓度对该反应速率的影响,则需V4=10.0,V5=6.0,C错误;因为Na2SO4对反应速率不产生影响,所以将水更换为Na2SO4溶液,对实验结果无影响,D错误。
[解题思路]
变量控制法的一般步骤
[注意事项]运用变量控制法设计实验时一定要
(1)明确探究过程中的影响因素都有哪些;
(2)探究催化剂影响时,一定确保阴离子种类相同,如探究Cu2+、Fe3+对H2O2的催化效果,应选择CuCl2、FeCl3。
2.等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应,测得在不同时间(t)内产生气体体积(V)的数据如图所示,根据图示分析实验条件,下列说法不正确的是( )
组别
对应曲线
c(HCl)/
mol·L-1
反应
温度/℃
铁的状态
1
a
—
30
粉末状
2
b
—
30
粉末状
3
c
2.5
—
块状
4
d
2.5
30
块状
A.第4组实验的反应速率最慢
B.第1组实验中盐酸的浓度大于2.5 mol·L-1
C.第2组实验中盐酸的浓度等于2.5 mol·L-1
D.第3组实验的反应温度低于30 ℃
【解析】选D。由图像可知,1、2、3、4四组实验产生的氢气一样多,只是反应速率有快慢之分。第4组实验,反应所用时间最长,故反应速率最慢,A正确;第1组实验,反应所用时间最短,故反应速率最快,根据变量控制法原则知盐酸浓度应大于2.5 mol·L-1,B正确;第2组实验,铁是粉末状,与3、4组块状铁相区别,根据变量控制法原则知盐酸的浓度应等于2.5 mol·L-1,C正确;由3、4组实验并结合图像知第3组实验中反应温度应高于30 ℃,D错误。
【补偿训练】某同学设计如下实验方案探究影响锌与稀硫酸反应速率的因素,有关数据如表所示:
序
号
纯锌
粉/g
2.0 mol·L-1
硫酸溶液
/mL
温度
/℃
硫酸铜
固体/g
加入
蒸馏水
/mL
Ⅰ
2.0
50.0
25
0
0
Ⅱ
2.0
40.0
25
0
10.0
Ⅲ
2.0
50.0
25
0.2
0
Ⅳ
2.0
50.0
25
4.0
0
(1)本实验待测数据可以是反应结束所需要的时间(或相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间), 实验Ⅰ和实验Ⅱ可以探究硫酸浓度对锌与稀硫酸反应速率的影响。
【解析】(1)实验Ⅰ和实验Ⅱ中,锌的质量和状态相同,硫酸的浓度不同,实验Ⅲ和实验Ⅳ中加入硫酸铜,Cu2+的氧化性强于H+,首先发生反应Zn+Cu2+===Zn2++Cu,生成的铜附着在锌表面,在稀硫酸溶液中构成原电池,加快锌失电子。但是加入的硫酸铜过多,生成的铜会覆盖在锌表面,阻止锌与稀硫酸进一步反应,产生氢气的速率会减慢。本实验待测数据可以是“反应结束所需要的时间”或“相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间”,实验Ⅰ和实验Ⅱ可以探究“硫酸的浓度对反应速率的影响”。
(2)实验Ⅲ和实验Ⅳ的目的是探究硫酸铜的质量对反应速率的影响,
写出有关反应的离子方程式: Zn+Cu2+===Zn2++Cu,Zn+2H+===Zn2++H2↑。
【解析】(2)实验Ⅲ和实验Ⅳ加入的硫酸铜的质量不同,可以探究加入硫酸铜的质量对反应速率的影响。
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