实验探究 变量控制思想在实验中的运用控制变量思想是中学化学实验中常用的思想方法，对影响实验结果的因素进行控制，以达到明确各因素在实验中意义的目的。实验法优于观察法和描述法的地方就在于它可以人为地干预和控制所研究的对象，这实际上就是控制变量思想的重要体现。在研究影响化学反应速率和化学平衡的因素时，由于外界影响因素较多，故为搞清某个因素的影响均需控制其他因素相同或不变时，再进行实验。因此，变量控制思想在这部分体现较为充分，在高考题中近几年也考查较多，且多以探究型实验题的形式出现。这类题目以实验为研究手段，模拟科学探究过程对小课题展开研究。尽管涉及因素较多，有其复杂性，但仍然重在考查学生基础知识和基本技能、学生分析能力和实验能力。实际上这类题目并不可怕。【实验探究1】（2008广东，20）某探究小组用HNO3与大理石反应过程中质量减小的方法，研究影响反应速率的因素。所用HNO3浓度为1.00 mol/L、2.00 mol/L，大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格，实验温度为298 K、308 K,每次实验HNO3的用量为25.0 mL,大理石用量为10.00 g。（1）请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号：（2）实验中CO2质量随时间变化的关系见下图：实实 验验 编编号T/K大理石 规规格HNO3浓浓度 /mol/L实验实验 目的298粗颗颗粒2.00()实验实验 和探究 HNO3浓浓度对该对该 反应应速率 的影响； （）实验实验 和 探究温度对该对该 反应应速率 的影响； （）实验实验 和 探究大理石规规格 （粗、 细细）对该对该 反应应速率的影 响。依据反应方程式 CaCO3+HNO3 Ca(NO3)2+ CO2+ H2O,计算实验在7090 s范围内HNO3的平均反应速率（忽略溶液体积变化，写出计算过程）。（3）请在（2）的框图中，画出实验、和中CO2质量随时间变化关系的预期结果示意图。解析 （1）实验和实验探究HNO3浓度对该反应速率的影响，其他条件应相同而HNO3的浓度不同，故实验中HNO3的浓度应为1.00 mol/L。实验和探究温度对反应速率的影响，除了温度不同，其余条件要保持一样。实验和探究大理石规格（粗、细）对反应速率的影响，因此要求二者大理石的规格不同，一个用粗颗粒，另一个用细颗粒。（2）反应时间7090 s范围内：m(CO2)=0.95 g-0.84 g=0.11 gn(CO2)=0.11 g44 g/mol=0.002 5 molHNO3的减少量：n(HNO3)=0.002 5 mol =0.005 0 molHNO3的平均反应速率：=1.010-2 mol/（Ls）(3)25 mL 2 mol/L、1 mol/L的HNO3的物质的量分别为0.05 mol、0.025 mol,10 g大理石的物质的量为0.1 mol。根据反应方程式：1 mol CaCO3消耗2 mol HNO3，因此HNO3的量都不足，大理石过量，实验中产生的CO2是实验中的一半，且反应速率比慢，实验中用HNO3和实验中相同，因此产生的CO2的量和实验中相同，但反应速率都比实验快，因此可以画出图象。答案 （1）(2)反应时间7090 s范围内：m(CO2)=0.95 g-0.84 g=0.11 gn(CO2)=0.11 g44 g/mol=0.002 5 molHNO3的减少量：n(HNO3)=0.002 5 mol =0.005 0 mol实实 验验 编编号T/K大理石 规规格HNO3浓浓度 /mol/L实验实验 目的298粗颗颗粒2.00（）和 （）和298粗颗颗粒1.00308粗颗颗粒2.00298细颗细颗 粒2.00HNO3的平均反应速率：=1.010-2 mol/（Ls）（3）【实验探究2】 1.下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据：实实 验验 序号金属 质质量 /g金属 状态态c(H2SO4) /mol/LV(H2SO4) /mL溶液温度 /金属消失 的时间时间 /s反应应 前反应应 后 10.10丝0.5502034500 20.10粉末0.550203550 30.10丝0.7502036250 40.10丝0.8502035200 50.10粉末0.850203625 60.10丝1.0502035125 70.10丝1.050355050 80.10丝1.1502034100 90.10丝1.150304440分析上述数据，回答下列问题：（1）实验4和5表明， 对反应速率有影响，反应速率越快，能表明同一规律的实验还有 （填实验序号）；（2）仅表明反应物浓度对反应速率产生影响的实验有 （填实验序号）；（3）本实验中影响反应速率的其他因素还有 ，其实验序号是 。（4）实验中的所有反应，反应前后溶液的温度变化值（约15）相近，推测其原因： 。答案 （1）固体反应物的表面积 表面积越大 1，2 （2）1，3，4，6，8或2，5（3）反应温度 6，7或8，9（4）因每个反应加入的金属质量和硫酸溶液体积均相等，且硫酸过量，产生热量相等，所以溶液温度变化值相近【实验探究3】 （原创）甲、乙两个实验小组利用KMnO4酸性溶液与H2C2O4溶液反应研究影响反应速率的因素。（1）该反应的离子方程式为（提示：H2C2O4的一级电离常数为5.410-2） 。设计实验方案如下（实验中所用KMnO4溶液均已加入H2SO4）：（2）甲组：通过测定单位时间内生成CO2气体体积的大小来比较化学反应速率的大小。实验装置如图，实验时分液漏斗中A溶液一次性放下，A、B的成分见下表：序号A溶液B溶液2 mL 0.1 mol/L H2C2O4 溶液4 mL 0.01 mol/L KMnO4溶 液2 mL 0.2 mol/L H2C2O4 溶液4 mL 0.01 mol/L KMnO4溶 液2 mL 0.2 mol/L H2C2O4 溶液4 mL 0.01 mol/L KMnO4溶 液和少量MnSO4该实验探究的是 对化学反应速率的影响。在反应停止之前，相同时间内针管中所得CO2的体积由大到小的顺序是 (用实验序号填空)。（3）乙组：通过测定KMnO4溶液褪色所需时间的多少来比较化学反应速率的大小。取两支试管各加入2 mL 0.1 mol/L H2C2O4溶液，另取两支试管各加入4 mL 0.1 mol/L KMnO4溶液。将四支试管分成两组（各有一支盛有H2C2O4溶液和KMnO4溶液的试管），一组放入冷水中，另一组放入热水中，经过一段时间后，分别混合并振荡，记录溶液褪色所需时间。该实验目的是研究对化学反应速率的影响，但该组同学始终没有看到溶液褪色，其原因是 。解析 （1）根据题中提示可知H2C2O4是弱酸，在离子方程式中应保留化学式。（2）对比实验可探究浓度对化学反应速率的影响，对比实验可探究催化剂对化学反应速率的影响。（3）很显然乙组实验是探究温度对化学反应速率的影响，但在反应物的使用量上控制不当，题中KMnO4溶液过量，因此不能看到明显的褪色现象。答案 （1）2Mn +5H2C2O4+6H+ 2Mn2+ 10CO2+8H2O(2)浓度和催化剂 (3)温度 KMnO4溶液过量 返回