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再谈控制变量 ·2024浙江高考真题

再谈控制变量 ·2024浙江高考真题
实验化学 · 第一百一十九期

再谈控制变量

从表面变量到原因变量·2024浙江高考真题

上期互动回顾

第116期互动题:活性炭催化NO₂分解的倒U曲线,a/b/c三点是实验转化率还是平衡转化率?答案:是实验转化率。活性炭是催化剂,催化剂不能改变平衡位置,平衡转化率只跟温度有关,不会出现先升后降的拐点。拐点出现是因为催化剂有最佳工作温度,超过之后活性下降。还记得第116期的火炕比喻吗?太凉不上太烫不敢上,催化剂也有自己的"舒适区"。

调查研究发现,喝咖啡的人更长寿。所以咖啡有利于身体健康。

你信了吗?

先别急着信。你想想,喝咖啡的人可能经济条件更好,保健、运动、医疗都比喝不起咖啡的人有优势。长寿的原因可能有很多个,咖啡只是其中一个,你怎么能得出咖啡和长寿的必然联系?

一个结果由多个原因引起,就不能轻易下结论。这就是控制变量的核心。

第109期讲了控制变量七个维度,有点复杂。其实七个维度核心就一句话:如果你能推论出一个结果是由多个原因引起的,那这个实验就是失败的,就没有控制变量。

控制变量难不在表面温度压强难在你能找到第二个原因吗

2024浙江卷:四个选项,四个陷阱

2024浙江高考真题第4题。向K₂CrO₄溶液中通过改变条件观察颜色变化,判断哪个实验能得出正确结论。四个选项,每个都是控制变量陷阱。

这道题不是选错误的,是选正确的。也就是说四个选项里有三个都是控制变量失败。你不仅要看出谁错了,还要知道为什么错。

初次做题的同学,根本无法区分A、B、C到底谁错了。表面看每个都有道理。但动用因果论,找第二个原因,就能一个个锁定。

A选项:加HBr,黄色变橙色

向K₂CrO₄溶液中加HBr,黄色变成橙色。结论:增大反应物浓度,平衡正向移动。

看起来没问题。铬酸根CrO₄²⁻是黄色的,重铬酸根Cr₂O₇²⁻是橙色的,加酸让平衡往重铬酸根方向移动,颜色从黄变橙,教科书上的反应。2CrO₄²⁻+2H+  = Cr₂O₇²⁻  +H2O 

 但是,你找第二个原因。

HBr是氢溴酸,Br⁻有还原性。而Cr₂O₇²⁻有氧化性。加进去的Br⁻可能被Cr₂O₇²⁻氧化成Br₂,溴单质也是橙色的。

好极了,拿起红笔打一个叉。颜色变橙有两个原因:可能是平衡移动导致的,也可能是生成了Br₂。你分不清是哪个。控制变量失败。

这就是深层逻辑。表面上看你只加了一种物质,实际上这种物质进去之后干了两件事:提供H⁺改变酸度让平衡移动,同时Br⁻被氧化生成了有颜色的Br₂。一个操作,两个原因,实验失效。

B选项:充Ar,压强增大,平衡不移动

向HI气体分解的容器中充入100mL氩气。2HI ⇌ H₂ + I₂,反应前后分子数不变。充入Ar后总压强增大了,但平衡没有移动,颜色不变。结论:压强不影响分子数不变的反应的平衡。

你觉得也对,对吧?分子数不变,加压平衡不移动,教科书上写的。

但是,你找第二个原因。

恒容容器中充入惰性气体,总压强确实变大了。但是各物质的分压和浓度都没变。平衡移动看的是分压和浓度,不是总压强。分压没变,平衡当然不移动。

好极了,拿起红笔打一个叉。平衡不移动有两个原因:一个是分子数不变,另一个是分压根本没变。你充的是惰性气体,它不参与反应,恒容下充入它等于什么都没改变。你怎么能得出"压强不影响平衡"的结论?

正确做法应该是直接压缩容器体积,改变各物质的分压。那时候如果平衡不移动,才能说明分子数不变的反应压强不影响平衡。

充Ar和直接压缩,表面上看都是"改变压强",实际上一个是假改变(总压变了分压没变),一个是真改变(分压确实变了)。你用假改变做实验,结论也是假的。

C选项:热水浴,颜色变深

热水浴加热,颜色变深。结论:升高温度,平衡向吸热方向移动。

现在换一个方向找原因。A选项你找到了第二个原因,B选项你也找到了第二个原因。C选项呢?你找找看。

热水浴只改变了温度。溶液里没有引入任何新物质,没有发生副反应,没有偷偷改变浓度或压强。颜色变化只能由温度引起。你找不到第二个原因。

找不到第二个原因,控制变量就成功了。A和B是"找到了所以排除",C是"找不到所以成立"。找不找得到第二个原因,就是判断控制变量成不成功的标准。

选C。

D选项:加催化剂,液体减少

加催化剂,上层液体减少。结论:催化剂使平衡正向移动。

催化剂不影响平衡移动,第一个原因就错了。D选项排除,不用找第二个原因。

结果由多个原因引起就没有控制变量

品 · 升华

找第二个原因的能力,本质上是因果思维。看到一个结果,不满足于第一个解释,继续追问"还有没有别的可能"。在化学实验里,这叫控制变量。在生活中,这叫批判性思维。在科学研究中,这叫证伪。同一个能力,换个场景换个名字,内核一样。

科学实验和生活判断共用一条规则:找到第二个原因,第一个结论就站不住了。

第109期七关闯关,第119期一句话破题。从七个维度到一个因果论,控制变量的精髓,你拿到了。

📌 本期拿走

"找第二个原因"速查表

选项
表面结论
第二个原因
结果
A
加HBr→颜色变橙→平衡移动
Cr₂O₇²⁻氧化Br⁻生成Br₂,Br₂也是橙色
失败
B
充Ar→压强增大→平衡不移动→压强不影响平衡
恒容充惰性气体,分压和浓度没变,平衡本来就不动
失败
C
热水浴→温度升高→颜色变深→向吸热方向移动
没有第二个原因
成功✓
D
加催化剂→液体减少→平衡正向移动
第一个原因就错了:催化剂不影响平衡
失败

做题口诀:看到结论先别信,问一句"除了这个原因,还有没有别的原因能解释同一个结果?"找到第二个原因,控制变量失败,选项排除。

📚 同类真题对照

期号
题目
关联点
第109期
控制变量七关闯关
七层陷阱从外观量到物理常识,本期浓缩成一句话
第17期
实验推理的逻辑裂缝
控制变量是实验推理链条中最基础也最容易漏的一环
第36期
俗知到真知
你以为会的和真正会的距离,就是俗知到真知的距离
第119期
再谈控制变量
从表面变量到原因变量,七个维度浓缩成一句话

💬 本期互动

A选项里,如果要正确探究"增大反应物浓度对铬酸根平衡的影响",应该怎么改进实验?提示:问题出在HBr进来干了两件事,怎么让它只干一件?评论区见。

跟着鑫哥走,化学99

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