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初中化学 | 控制变量法与影响因素的探究

 黄河清 2022-03-11

中考考情分析




重庆中考化学当中,实验题板块共2223两道大题。22题通常考察书本上的基础实验如气体制备、溶液配制、性质探究等,23题则是我们通常所说的实验探究题了。考察知识以酸、碱、盐为主,兼顾其他知识探究,内容往往来自教材实验、某一化学反应或某一化学情景,考察学生设计实验、分析问题及解决问题的能力。

从近几年中考内容来看,涉及的主要类型有:影响因素的探究(近三年A卷都有考察)、物质变质情况的探究2019B卷)、混合物成分的探究2018B卷)、反应后溶液中溶质成分的探究等。

以下针对考察较多的影响因素的探究进行方法引导。


控制变量法

影响因素的探究实验往往会涉及到一个重要的科学探究思想——控制变量法。

控制变量法:如果有多个因素(即变量)对实验的结果存在影响,为集中研究其中一个因素,往往控制其他的变量保持不变,只改变某单一变量,并通过对比实验来明确该变量对研究对象的影响情况。

控制变量法在初中化学中的应用:

1、 影响化学反应的因素

2、 金属生锈的条件

3、 物质燃烧的条件

4、 影响固体物质溶解能力的因素

控制变量法科学探究的解题思路:

回归课本:

1、燃烧条件的探究

铜片上的白磷和铜片的红磷实验探究得出的结论:燃烧需要达到可燃物的着火点

铜片上的白磷和水中的白磷实验探究得出的结论:燃烧需要氧气

2、铁钉锈蚀的条件探究

的对比实验探究得出的结论:铁钉生锈需要氧气

的对比实验探究得出的结论:铁钉生锈需要水

为什么不能作对比:存在两个变量:水、氧气


三、影响化学反应速率的因素探究

影响化学反应速率可以从内因和外因两个角度进行猜想:

内因:反应物的种类(即反应物的性质)

      反应物的浓度(溶液通常指溶质的质量分数、固体通常指纯度)

      反应物的接触面积(通常指固体反应物的颗粒大小)

外因:1、温度

          2、催化剂

            a.是否使用催化剂

            b.催化剂的种类

            c.催化剂的质量

            d.催化剂的颗粒大小(即催化剂与反应物的接触面积)

典例分析:

以下是某研究小组探究影响反应速率部分因素的相关实验数据。

实验序号

过氧化氢溶液浓度/%

过氧化氢溶液体积/mL

温度/℃

二氧化锰的用量/g

收集氧气的体积/mL

反应所需的时间/s

5

1

20

0.1

4

16.75

15

1

20

0.1

4

6.04

30

5

35

     

2

49.21

30

5

55

2

10.76

(1)通过实验对比可知,化学反应速率与            有关;从实验对比可知,化学反应速率与温度的关系是                  

(2)化学反应的实质是微观粒子相互接触、碰撞的结果,化学反应速率与微观粒子的概率有关。试从微观角度解释反应物浓度越大,化学反应速率越快的原因是                                

(3)用一定量15%的过氧化氢溶液制氧气,为了减小反应速率,可加适量的水稀释,产生氧气的总质量      (选填减小不变增大”)

【利用控制变量法的解题策略】

【解析】正确对比分析表中实验数据是确定研究变量和得出实验结论的关键。实验中只是过氧化氢的浓度发生了改变,其他因素没有变化。实验只是改变了温度,温度越高反应速率越快;反应物的浓度越大,反应速率越快;反应物的浓度只影响化学的速率,不影响生成物的量,因此在一定的过氧化氢溶液中加水,只是产生氧气的速率减慢,但生成氧气的质量不变。

【答案】(1)反应物浓度(或浓度) 温度越高,化学反应速率越快  (2)反应物浓度越大,单位体积的反应物中含有的粒子数越多,粒子间碰撞的概率越大,化学反应速率越快 (3)不变

习题练习:

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因素,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 10 mL 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、MnO2CuO、红砖粉末。

A组:探究催化剂对化学反应速率的影响

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

由此可出结论:MnO2CuOH2O2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)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0.5gMnO2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t1t3t2

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。

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t4t5,且t4t5

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】证明红砖粉末有无催化作用,必须与没加催化剂时进行比较,所以需要补做实验:取5mL10%H2O2溶液,记录数据,通过实验可知红砖粉有催化作用;催化效率最高的物质,在相同条件下反应速率最快,由表中数据可知二氧化锰的催化效果最好;

根据结论:浓度越大,反应速率越快,可知反应物浓度越高,反应速率越快,收集相同体积气体需要的时间越短,所以t1t2

从丙同学的结论进行反推,催化剂不同时,进行对照,需要补充实验:取10mL5%H2O2溶液,加入0.5gCuO为催化剂,进行实验,记录时间t3.因为t1t3t2得出结论:催化剂相同时,反应物浓度越大,反应速率越快;

C组实验中温度不同,所以影响因素是温度,温度越高,反应速率越快,在设计对照实验时只允许有一个变量,其他量相同;根据实验过程可知为了研究某一因素对化学反应速率的影响,必须只允许有一个变量,其他量必须相同;由探究过程可知影响反应的因素有催化剂、反应物浓度、温度。

【答案】取5mL10%H2O2溶液,记录数据;有;二氧化锰;t1t2;取10mL5%H2O2溶液,加入0.5gCuO为催化剂,进行实验,记录时间t3;催化剂相同;温度;温度越高,反应速率越快;只允许有一个变量,其他量必须相同;催化剂、反应物浓度、温度。

自主练习:

某兴趣小组发现铁钉生锈需要几天的时间,询问老师如何加快铁钉生锈的速度。

老师说氯化物可能加快铁钉生锈的速度。

【提出问题】氯化物对铁钉生锈有怎样的影响?

【查阅资料】

NaClCaCl2CuCl2等由氯离子与金属离子构成的盐属于氯化物。

.铜能与氧气反应,生成黑色的CuO

CuO能与稀硫酸发生反应:CuO+H2SO4═CuSO4+H2O

【进行实验、分析解释、获得结论】

实验1:探究氯化物对铁钉生锈速度的影响。

试管

编号

实验

现象

2天后,铁钉表面出现红色

1天后,铁钉表面出现红色

1天后,铁钉表面出现红色

7分钟时铁钉表面出现红色,20分钟后试管底部出现红色沉淀

分析实验①②③可以得到的结论是氯化物______(填)加快铁生锈。

小组同学认为,试管中的红色沉淀可能是铁锈,也可能是铜。他们认为红色沉淀可能是铜的理由是________________________________________(用化学方程式解释)

实验2:探究试管中红色沉淀的物质组成。

实验步骤

实验操作

实验现象

将试管中的红色固体加入试管中,再向试管中加入足量的____________________

红色固体大部分溶解,溶液变为黄色

将步骤所得的混合物过滤,洗涤、干燥滤纸上的固体 后,置于石棉网上加热。

红色固体变黑

将步骤所得的黑色固体置于试管中,再加入足量稀硫酸


步骤中所加入的试剂是____________________

步骤中观察到的实验现象是_________________________________

由实验探究二分析试管中红色沉淀的物质组成是_________(填字母)

A.只有铁锈    B.只有铜  C.铁锈和铜

【反思与应用】

综上,该小组推测氯化物与铁钉生成的金属能进一步加快铁钉生锈,则在等体积、等浓度的 NaCl 溶液中,铁铜合金的生锈速率_____(填快于慢于)纯铁的生锈速率。

【答案】能;CuCl2+Fe═FeCl2+Cu;稀盐酸或稀硫酸;黑色固体全部溶解,溶液变为蓝色;C;快于


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