探究性化學(xué)實(shí)驗(yàn)中控制變量的考查

張應(yīng)飛

(江蘇省無錫外國語學(xué)校)

新課程指出,學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)質(zhì)疑、預(yù)測、設(shè)計(jì)、反思、驗(yàn)證以及科學(xué)概括、推理、類比、歸納和演繹等科學(xué)方法.通過以學(xué)生為主體的各種學(xué)習(xí)活動(dòng),可以提高學(xué)生的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)能力,形成健全的人格,促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展.對探究性實(shí)驗(yàn)的考查,正符合這一理念,能夠開發(fā)學(xué)生的思維,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)要研究多個(gè)因素之間的關(guān)系時(shí),往往先控制其他因素不變,研究某一個(gè)因素的變化所產(chǎn)生的影響,這種方法叫控制變量法.控制變量法是化學(xué)中常用的探究問題和分析問題的科學(xué)方法之一,通過控制變量可以對影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的多個(gè)因素逐一進(jìn)行探究,然后再總結(jié)出結(jié)論,這種方法在高考化學(xué)試題中經(jīng)常出現(xiàn).

1 探究酸性強(qiáng)弱

酸性強(qiáng)弱的比較是高考化學(xué)試題中經(jīng)?？嫉闹R點(diǎn),可以通過強(qiáng)酸制弱酸實(shí)驗(yàn)或測定對應(yīng)鹽溶液的pH 大小來確定酸的相對強(qiáng)弱.

例1下列現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)論正確的是( ).

分析向NaAlO2溶液中通入足量的CO2,反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀,說明H2CO3酸性大于Al(OH)3的酸性,選項(xiàng)A 錯(cuò)誤.NaClO 溶液和NaF溶液均水解顯堿性,等濃度時(shí),溶液的pH 越大,對應(yīng)酸的酸性越弱,則NaClO 溶液的pH 大于NaF 溶液的pH,可知Ka(HF)＞Ka(HClO),選項(xiàng)B正確.選項(xiàng)C沒有說明NaHCO3與CH3COONa的濃度是否相同,不能判斷兩者的酸性強(qiáng)弱,錯(cuò)誤.NaClO 溶液中存在水解生成的HClO,具有漂白性,能使pH 試紙褪色,故無法用pH 試紙測定其pH,選項(xiàng)D 錯(cuò)誤.答案為B.

2 探究難溶物質(zhì)的溶度積大小

難溶物質(zhì)的溶度積大小可以通過比較溶度積常數(shù)大小或比較沉淀的轉(zhuǎn)化或相同條件下產(chǎn)生沉淀的量的多少來決斷.

例2下列實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?yīng)的方案設(shè)計(jì)、現(xiàn)象和結(jié)論都正確的是( ).

分析向飽和Na2CO3溶液中加入BaSO4固體,由于Qc(BaCO3)＞Ksp(BaCO3),生成BaCO3沉淀,不能說明BaCO3溶解度大于BaSO4,選項(xiàng)A 錯(cuò)誤.NaCl、NaI 的混合溶液的濃度未知,不能比較Ksp(AgCl)與Ksp(AgI)的大小,選項(xiàng)B 錯(cuò)誤.向等體積的飽和AgCl和AgI溶液中分別滴加等量的濃AgNO3溶液,得到沉淀n(AgCl)＞n(AgI),說明飽和氯化銀溶液中氯離子濃度更大,故Ksp(AgCl)＞Ksp(AgI),選項(xiàng)C正確.由操作和現(xiàn)象可知,Ag2CrO4轉(zhuǎn)化為更難溶的 Ag2S,則Ksp(Ag2CrO4)＞Ksp(Ag2S),選項(xiàng)D 正確.答案為C、D.

點(diǎn)評選項(xiàng)B中如果控制NaCl、NaI的混合溶液中兩物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度相同,滴入少量稀AgNO3溶液,有黃色沉淀生成,就可以判斷Ksp(AgCl)＞Ksp(AgI).

3 探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素

影響化學(xué)反應(yīng)速率的外界因素有:濃度、壓強(qiáng)、溫度、催化劑、反應(yīng)物的顆粒大小等.因此在研究某一因素對化學(xué)反應(yīng)速率的影響時(shí)可注意控制其他變量相同,只改變一個(gè)因素.

例3乙同學(xué)利用控制變量法探究影響硫代硫酸鈉與稀硫酸反應(yīng)速率的因素時(shí),設(shè)計(jì)了如下系列實(shí)驗(yàn).

表1

該實(shí)驗(yàn)①、②可探究_________對反應(yīng)速率的影響.實(shí)驗(yàn)①、③可探究硫酸濃度對反應(yīng)速率的影響,因此V5＝_________.

分析實(shí)驗(yàn)①溫度20 ℃,實(shí)驗(yàn)②溫度40 ℃,實(shí)驗(yàn)①和實(shí)驗(yàn)②探究反應(yīng)溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響,因此要控制其余實(shí)驗(yàn)的條件相同,V1＝10.0 mL;從表中可見實(shí)驗(yàn)①和③溫度相同,硫酸所取的體積不同,可探究硫酸濃度對反應(yīng)速率的影響,其余實(shí)驗(yàn)條件相同,V4＝10.0mL,液體體積相同,因此

點(diǎn)評比較不同因素對化學(xué)反應(yīng)速率的影響時(shí)要注意實(shí)驗(yàn)①是標(biāo)準(zhǔn),其他實(shí)驗(yàn)都要與實(shí)驗(yàn)①作比較,找出相同的條件,只能有一個(gè)條件改變,從而確定Na2S2O3、稀硫酸、水的體積.實(shí)驗(yàn)②中V1＝V2＝10.0mL,V3＝0 mL;實(shí)驗(yàn)③中V4＝10.0 mL,V5＝10.0mL-4.0mL＝6.0mL.

4 探究物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)

探究物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)是研究化學(xué)最主要的目的,在研究物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)時(shí),要從多方面、多角度進(jìn)行對比,排除干擾因素,得出正確結(jié)論.

例4某興趣小組探究SO2使品紅溶液褪色的原因,實(shí)驗(yàn)結(jié)論錯(cuò)誤的是( ).

表2

A.在探究實(shí)驗(yàn)中控制變量思想可以把復(fù)雜問題簡化為單一問題

B.b中HSO3-電離程度大于其水解程度,使溶液顯酸性

C.實(shí)驗(yàn)a、b、c說明SO2使品紅溶液褪色時(shí),起主要作用的微粒是HSO3-

D.實(shí)驗(yàn)c、d證明OH-對品紅溶液褪色不產(chǎn)生干擾

分析在探究實(shí)驗(yàn)中控制變量思想可以通過對某一變量的研究,把復(fù)雜問題簡化為單一問題,選項(xiàng)A 正確.b中HSO3-電離程度大于其水解程度,溶液中H＋濃度大于OH-濃度,使溶液顯酸性,選項(xiàng)B 正確.實(shí)驗(yàn)a、b、c堿性增強(qiáng),溶液中SO23-濃度變大,說明SO2使品紅溶液褪色時(shí)起主要作用的微粒是SO23-,選項(xiàng)C 錯(cuò)誤.實(shí)驗(yàn)c、d中OH-濃度相等,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證明OH-對品紅溶液褪色不產(chǎn)生干擾,選項(xiàng)D正確.答案為C.

點(diǎn)評探究SO2使品紅溶液褪色的原理,要考慮等因素以及酸堿性的影響,因?yàn)镾O2與水部分反應(yīng)生成了H2SO3,H2SO3電離生成了HSO3-和H＋,HSO3-繼續(xù)電離生成了和H＋,因此要用濃度相同的SO2溶液、NaHSO3溶液、Na2SO3溶液,這3種溶液的酸堿性不同,還要用pH 對應(yīng)相等的NaOH 溶液、H2SO4溶液作比較,從而確定品紅溶液褪色的真正原因.

總之,探究性化學(xué)實(shí)驗(yàn)要注意控制變量,如果只有一組實(shí)驗(yàn),則要和標(biāo)準(zhǔn)組實(shí)驗(yàn)比較找出變化的因素.

(完)