1、2012 大题冲关系列 定远中学专辑第 1 页（ 共 6 页）科学探究型实验题一、单一变量控制法对比实验所谓单一变量,强调的是实验过程中只能依次确定一个变量为实验变量,其他变量都为无关变量。只有这样,当实验出现不同结果时,才能确定造成这种不同结果的原因就是这个变量,因此实验操作中要尽可能避免无关变量及额外变量的干扰。该类试题一般涉及多个自变量，实验时，往往先控制其他几个因素不变，集中研究其中一个因素变化所产生的影响，主要以考查如何控制实验变量和无关变量的方法。【示例 1】 （2009 北京理综）某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱的，按下图装置进行试验（夹持仪器已略去） 。实验表明浓硝酸能
2、将 氧化成 ，而稀硝酸不能氧化 。由此得出的结论是浓硝NO2NO酸的氧化性强于稀硝酸。可选药品：浓硝酸、3mo/L 稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳已知：氢氧化钠溶液不与 NO反应，能与 反应2（1） 实验应避免有害气体排放到空气中，装置、中乘放的药品依次是 （2） 滴加浓硝酸之前的操作时检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后 （3） 装置中发生反应的化学方程式是 （4） 装置的作用是 ，发生反应的化学方程式是 （5） 该小组得出的结论一局的实验现象是 （6） 试验结束后，同学们发现装置中溶液呈绿色，而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液
3、中溶解了生成的气体。同学们分别设计了以下 4 个实验来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是（选填序号字母） a. 加热该绿色溶液，观察颜色变化b. 加水稀释绿色溶液，观察颜色变化c. 向该绿色溶液中通入氮气，观察颜色变化d. 向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化2012 大题冲关系列 定远中学专辑第 2 页（ 共 6 页）【示例 2】(2010 北京理综)为验证卤素单质氧化性的相对强弱，某小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器已略去，气密性已检验)。实验过程：.打开弹簧夹，打开活塞 a，滴加浓盐酸。.当 B 和 C 中的溶液都变为黄色时，夹紧弹簧夹。.当 B 中溶液由
4、黄色变为棕红色时，关闭活塞 a。.(1)A 中产生黄绿色气体，其电子式是_。(2)验证氯气的氧化性强于碘的实验现象是_。(3)B 中溶液发生反应的离子方程式是_。(4)为验证溴的氧化性强于碘，过程的操作和现象是_。(5)过程实验的目的是_。(6)氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱的原因：同主族元素从上到下_，得电子能力逐渐减弱。【示例 3】 （2009 年广东） 甲酸甲酯水解反应方程式为：HCOOCH 3(l)+H2O(l) HCOOH(l)+CH3OH(l)；H0。某小组通过试验研究该反应（反应过程中体积变化忽略不计） 。反应体系中各组分的起始量如下表：组分 HCOOCH3 H2O HCOOH
5、CH3OH物质的量/mol 1.00 1.99 0.01 0.52甲酸甲酯转化率在温度 T1 下随反应时间（ t）的变化如下图：（1）根据上述条件，计算不同时间范围内甲酸甲酯的平均反应速率，结果见下表：反应时间范围/min 05 1015 20253035 4045 50557580平均反应速率/(103 molmin1 )1.9 7.4 7.8 4.4 1.6 0.8 0.0请计算 15-20min 范围内甲酸甲酯的减少量为 mol，甲酸甲酯的平均反应速率为 2012 大题冲关系列 定远中学专辑第 3 页（ 共 6 页）molmin-1(不要求写出计算过程)。（2）依据以上数据，写出该反应的
6、反应速率在不同阶段的变化规律及其原因： 。（3）上述反应的平衡常数表达式为： ，则该反应在温度 T1下的 K 值32()()cHCOcHK为 。【示例 4】 （2010 年全国理综卷 -新课程）某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题：（1）上述实验中发生反应的化学方程式有 ；（2）硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是 ；（3）实验室中现有 Na2SO4、MgSO 4、Ag 2SO4、K 2SO4等 4 种溶液，可与上述实验中 CuSO4溶液起相似作用的是 ；（4）要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措施有 （答两种） ；（5）为
7、了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入到 6 个盛有过量 Zn 粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。实验混合溶液 A B C D E F4 H2SO4/mL1molL 30 V1 V2 V3 V4 V5饱和 CuSO4溶液/mL 0 0.5 2.5 5 V6 20H2O/mL V7 V8 V9 V10 10 0请完成此实验设计，其中：V 1= ，V 6= ， V 9= ；反应一段时间后，实验 A 中的金属呈 色，实验 E 中的金属呈 色；该同学最后得出的结论为：当加入少量 CuSO4溶液时，生成氢气的速率会
8、大大提高。但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因 。二、多变量控制法正交试验正交试验法就是利用排列整齐的表 正交表来对实验进行整体设计、综合比较、统计分析，实现通过少数的实验次数找到较好的生产条件，以达到最高生产工艺效果。正交实验设计包括两部分内容：第一，是怎样安排实验；第二，是怎样分析实验结果。【示例 5】 （2009 年安徽卷）Fenton 法常用于处理含难降解有机物的工业废水，通常是在调节好 pH和 Fe2+浓度的废水中加入 H2O2，所产生的羟基自由基能氧化降解污染物。现运用该方法降解有机污染物p-CP 为例，探究有关因素对该降
9、解反应速率的影响。实验设计控制 p-CP 的初始浓度相同，恒定实验温度在 298 K 或 313 K（其余实验条件见下表），2012 大题冲关系列 定远中学专辑第 4 页（ 共 6 页）设计如下对比实验。(1) 完成以下实验设计表（表中不要留空格）。数据处理 实验测得 p-CP 的浓度随时间变化的关系如图。(2) 请根据上图实验曲线，计算降解反应在 50 150 s 内的平均反应速率： (p-CP) = molL s 。1解释与结论(3) 实验 、 表明温度升高，该降解反应速率增大。但温度过高时（如接近 100 C）反而导致降解反应速率减小，请从 Fenton 法所用试剂 H2O2的角度分析其
10、原因：_。(4) 实验得出的结论是：pH 等于 10 时， 。思考与交流(5) 实验时需在不同时间从反应器中取样，并使样品中反应立即停止下来。根据上图中的信息，给出一种迅速停止反应的方法：_。【示例 6】 （2011 年安徽）.地下水中硝酸盐造成的氮污染已成为一个世界性的环境问题。文献报道某课题组模拟地下水脱氮过程，利用 Fe 粉和 KNO3溶液反应，探究脱氮原理及相关因素对脱氮速率的影响。（1）实验前：先用 0.1mol L-1H2SO4洗涤 Fe 粉，其目的是 ，然后用蒸馏水洗涤至中2012 大题冲关系列 定远中学专辑第 5 页（ 共 6 页）性；将 KNO3溶液的 pH 调至 2.5；为
11、防止空气中的 O2对脱氮的影响，应向 KNO3溶液中通入 （写化学式） 。（2）下图表示足量 Fe 粉还原上述 KNO3溶液过程中，测出的溶液中相关离子浓度、pH 随时间的变化关系（部分副反应产物曲线略去） 。请根据图中信息写出 t1时刻前该反应的离子方程式 。t 1时刻后，该反应仍在进行，溶液中 NH4 的浓度在增大，Fe 2+的浓度却没有增大，可能的原因是 。（3）该课题组对影响脱氮速率的因素提出了如下假设，请你完成假设二和假设三：假设一：溶液的 pH；假设二： ；假设三： ；.（4）请你设计实验验证上述假设一，写出实验步骤及结论。（已知：溶液中的 NO3 浓度可用离子色谱仪测定）实验步骤
12、及结论：【示例 7】 （2008 年宁夏理综卷）为测试一铁片中铁元素的含量，某课外活动小组提出下面两种方案并进行了实验（以下数据为多次平行实验测定结果的平均值）：方案一：将 a g 铁片完全溶解于过量稀硫酸中，测得生成氢气的体积为 580 mL（标准状况） ；方案二：将 10 g 铁片完全溶解于过量稀硫酸中，将反应后得到的溶液用 0.02000 molL -1的 KMnO4溶液滴定，达到终点时消耗了 25.00 mL KMnO 4溶液。请回答下列问题：（1）配平下面的化学方程式（将有关的化学计量数填入答题卡的横线上）：KMnO 4+FeSO 4+H 2SO4=Fe 2(SO4)3+MnSO 4
13、+K 2SO4+H 2O(2)在滴定实验中不能选择 式滴定管，理由是 ；2012 大题冲关系列 定远中学专辑第 6 页（ 共 6 页）(3)根据方案一和方案二测定的结果计算，铁片中铁的质量分数依次为 和；（铁的相对原子质量以 55.9 计）（4）若排除实验仪器和操作的影响因素，试对上述两种方案测定结果的准确性做出判断和分析。方案一 （填“准确” “不准确” “不一定准确” ） ，理由是 ；方案二 （填“准确” “不准确” “不一定准确” ） ，理由是 。【示例 8】甲醇（CH 3OH）是一种重要的化工原料，合成甲醇的主要反应为：CO（g）+2H 2（g） CH3OH（g） H 0。 原料气的加
14、工过程中常常混有一定量 CO2，为了研究不同温度下 CO2 对该反应的影响，以 CO2、CO 和 H2 的混合气体为原料在一定条件下进行实验，结果表明，原料气各组分含量不同时，反应生成甲醇和副产物甲烷的碳转化率是不相同的。实验数据见下表：CO2%-CO%-H2%（体积分数）03070 22870 42670 82270 201070反应温度/ 225 235 250 225 235 250 225 235 250 225 235 250 225 235 250CH3OH 4.9 8.8 11.0 36.5 50.7 68.3 19.0 33.1 56.5 17.7 33.4 54.4 8.0
15、12.0 22.6碳转化率（% ）CH4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2.8 2.8 2.8（1）由上表数据可得出多个结论。结论一：在一定条件下，反应温度越高，碳转化率_ _。结论二、_（2）为了验证结论二，有科学家又用以下五组不同组成的原料气再次进行实验。体积分数（）组别CO CO2 H2 N2第 1 组 19.7 0.0 59.1 21.2第 2 组 20.7 0.3 62.1 16.9第 3 组 16.9 1.3 50.7 31.1第 4 组 19.8 5.5 59.4 15.3第 5 组 20.3 10.9 60.9 7.9进行该验证实验时，控制不变的因素有_、_、_ 等。
