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微专题 09 变量的控制
控制变量法是科学探究中的重要方法，广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究中，一个化学反应
的实现，涉及到多种变量，控制变量法是指通过控制其他可能影响实验结果的变量，只改变某一个变量来
观察其对实验结果的影响。这种方法通常用于观察单个变量或少数变量对实验结果的影响，从而确定各个
变量之间的关系。控制变量法需要对实验进行多次复读，每次改变其中一个变量并保持其他变量不变，以
获取一系列对比数据。意在考查考生的实验探究与创新意识的学科素养，以及信息获取、研究探索和语言
表达的关键能力。意在对各种实验问题思考和解决过程中，发展学生实验探究和不断创新的意识。
1．(2023•广东卷，17)化学反应常伴随热效应。某些反应(如中和反应)的热量变化，其数值Q 可通过量
热装置测量反应前后体系温度变化，用公式
计算获得。
(1)盐酸浓度的测定：移取20.00 mL 待测液，加入指示剂，用0.5000mol·L-1的NaOH 溶液滴定至终点，
消耗
溶液22.00 mL。
①上述滴定操作用到的仪器有 。
A．
B．
C．
D．
②该盐酸浓度为 mol·L-1。
(2)热量的测定：取上述
溶液和盐酸各
进行反应，测得反应前后体系的温度值(℃)分别为
T0、T1，则该过程放出的热量为 (c 和
分别取
和
，忽略水以外各物
质吸收的热量，下同)。
(3)借鉴(2)的方法，甲同学测量放热反应Fe(s)+CuSO4(aq) = FeSO4(aq)+Cu(s)的焓变
(忽略温度对焓
变的影响，下同)。实验结果见下表。
序号
反应试剂
体系温度/℃
反应前
反应后
1
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i
0.2mol·L-1 CuSO4溶液
1.20 g 铁粉
a
b
ii
0.56 g 铁粉
a
c
①温度：b c(填“>”“<”或“=”)。
②
(选择表中一组数据计算)。结果表明，该方法可行。
(4)乙同学也借鉴(2)的方法，测量反应A：Fe(s)+ Fe2(SO4)3(aq) =3FeSO4(aq)的焓变。
查阅资料：配制Fe2(SO4)3溶液时需加入酸。加酸的目的是 。
提出猜想：Fe 粉与Fe2(SO4)3溶液混合，在反应A 进行的过程中，可能存在
粉和酸的反应。
验证猜想：用
试纸测得Fe2(SO4)3溶液的
不大于1；向少量Fe2(SO4)3溶液中加入
粉，溶液颜色
变浅的同时有气泡冒出，说明存在反应A 和 (用离子方程式表示)。
实验小结：猜想成立，不能直接测反应A 的焓变。
教师指导：鉴于以上问题，特别是气体生成带来的干扰，需要设计出实验过程中无气体生成的实验方
案。
优化设计：乙同学根据相关原理，重新设计了优化的实验方案，获得了反应A 的焓变。该方案为
。
(5)化学能可转化为热能，写出其在生产或生活中的一种应用 。
2．(2022·北京卷，19)某小组同学探究不同条件下氯气与二价锰化合物的反应
资料：i．Mn2+在一定条件下被Cl2或ClO-氧化成MnO2(棕黑色)、
(绿色)、
(紫色)。
ii．浓碱条件下，
可被OH-还原为
。
iii．Cl2的氧化性与溶液的酸碱性无关，NaClO 的氧化性随碱性增强而减弱。
实验装置如图(夹持装置略)
序
号
物质a
C 中实验现象
通入Cl2前
通入Cl2后
I
水
得到无色溶液
产生棕黑色沉淀，且放置后不发生变化
2
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II
5%NaOH 溶液
产生白色沉淀，在空气中缓慢变成棕
黑色沉淀
棕黑色沉淀增多，放置后溶液变为紫色，
仍有沉淀
III
40%NaOH 溶
液
产生白色沉淀，在空气中缓慢变成棕
黑色沉淀
棕黑色沉淀增多，放置后溶液变为紫色，
仍有沉淀
(1)B 中试剂是___________。
(2)通入Cl2前，II、III 中沉淀由白色变为黑色的化学方程式为___________。
(3)对比实验I、II 通入Cl2后的实验现象，对于二价锰化合物还原性的认识是___________。
(4)根据资料ii，III 中应得到绿色溶液，实验中得到紫色溶液，分析现象与资料不符的原因：
原因一：可能是通入Cl2导致溶液的碱性减弱。
原因二：可能是氧化剂过量，氧化剂将MnO4
2-氧化为MnO4
-。
①化学方程式表示可能导致溶液碱性减弱的原因___________，但通过实验测定溶液的碱性变化很小。
②取III 中放置后的1 mL 悬浊液，加入4 mL40%NaOH 溶液，溶液紫色迅速变为绿色，且绿色缓慢加
深。溶液紫色变为绿色的离子方程式为___________，溶液绿色缓慢加深，原因是MnO2被___________(填
“化学式”)氧化，可证明III 的悬浊液中氧化剂过量；
③取II 中放置后的1 mL 悬浊液，加入4 mL 水，溶液紫色缓慢加深，发生的反应是___________。
④从反应速率的角度，分析实验III 未得到绿色溶液的可能原因___________。
该类试题要求学会变量控制，学会用对比方法探究影响实验条件的因素及运用控制变量的方法寻找最
佳实验方案，提高处理实验数据和分析实验结果的能力。解答变量控制类试题关键是在其他条件相同的前
提下，只改变一个条件对研究对象的影响规律。选择数据要有效，且变量统一，否则无法作出正确判断。
3
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1．某同学对铜与浓硫酸反应产生的黑色沉淀进行探究，实验步骤如下：
Ⅰ.将光亮铜丝插入浓硫酸，加热；
Ⅱ.待产生黑色沉淀和气体时，抽出铜丝，停止加热；
Ⅲ.冷却后，从反应后的混合物中分离出黑色沉淀，洗净、干燥备用。
查阅文献：检验微量Cu2＋的方法是：向试液中滴加K4[Fe(CN)6]溶液，若产生红褐色沉淀，证明有Cu2
＋。
(1)该同学假设黑色沉淀是CuO。检验过程如下：
①将CuO 放入稀硫酸中，一段时间后，再滴加K4[Fe(CN)6]溶液，产生红褐色沉淀。
②将黑色沉淀放入稀硫酸中，一段时间后，再滴加K4[Fe(CN)6]溶液，未见红褐色沉淀。
由该检验过程所得结论是__________________。
(2)再次假设，黑色沉淀是铜的硫化物。实验如下：
实验装置
现象
1.A 试管中黑色沉淀逐渐溶解
2.A 试管内上方出现红棕色气
体
3.B 试管中出现白色沉淀
①现象2 说明黑色沉淀具有________性。
②能确认黑色沉淀中含有S 元素的现象是_________________________，相应的离子方程式是
______________________________________。
③为确认黑色沉淀是“铜的硫化物”，还需进行的实验操作是__________________。
(3)以上实验说明，黑色沉淀中存在铜的硫化物。进一步实验后证明黑色沉淀是CuS 与Cu2S 的混合物。
将黑色沉淀放入浓硫酸中加热一段时间后，沉淀溶解，其中CuS 溶解的化学方程式是
_______________________________。
2．小组同学探究+3 价铬元素和+6 价铬元素的相互转化。
资料：
(绿色)、
(灰绿色，不溶于水)、Cr2O7
2-(橙色)、CrO4
2-(黄色)、
(砖红色，难
溶于水)
实验Ⅰ：向2mL0.1mol/L
溶液中滴入2mL3%H2O2溶液，无明显变化，得到溶液a．取少量
溶液a，加入
溶液，未观察到砖红色沉淀。
实验Ⅱ：向溶液a 中加入2mL10%NaOH 溶液，产生少量气泡，水浴加热，有大量气泡产生，经检验
气体为O2，溶液最终变为黄色。取少量黄色溶液，加入稀硫酸调节溶液的pH 约为3，再加入AgNO3溶液，
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有砖红色沉淀生成。
(1)实验Ⅱ中加入稀硫酸的目的是___________。
(2)甲同学认为实验Ⅱ中溶液变黄生成CrO4
2-的原因是H2O2将+3 价铬元素氧化为CrO4
2-，乙同学认为该
说法不严谨。
①乙的理由是___________。
②设计实验否定了乙的猜想，___________(填操作)，溶液未变成黄色。
(3)对比实验I 和Ⅱ，小组同学研究碱性环境对+3 价铬元素或H2O2性质的影响。
①提出假设：
假设a：碱性增强，H2O2的氧化性增强
假设b：___________。
②
参与的电极反应式是___________，据此分析，假设a 不成立。
③设计实验证实假设b，画出实验装置图(注明试剂)并写出实验操作和现象___________。
实验Ⅲ：向实验Ⅱ中的黄色溶液中加入稀硫酸，溶液变为橙色，再加入3%H2O2溶液，溶液最终变为
绿色，有气泡生成。
(4)实验Ⅲ中溶液由橙色变为绿色的离子方程式是___________。
(5)综上，H2O2在+3 价铬元素和+6 价铬元素相互转化中的作用是___________。
3．工业上从废铅蓄电池的铅膏回收铅的过程中，可用碳酸盐溶液与处理后的铅膏(主要成分为
PbSO4)发生反应：PbSO4(s)＋CO2－3(aq)⇌PbCO3(s)＋SO42－(aq)。某课题组以PbSO4 为原料模拟该过程，
探究上述反应的实验条件及固体产物的成分。
(1)室温时，向两份相同的PbSO4样品中分别加入同体积、同浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液均可实
现上述转化，在 溶液中PbSO4转化率较大，理由是________________。
(2)查阅文献：上述反应还可能生成碱式碳酸铅［2PbCO3·Pb(OH)2］，它和PbCO3 受热都易分解生
成PbO。该课题组对固体产物(不考虑PbSO4)的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：
假设一：全部为PbCO3；
假设二：________________________________；
假设三：_____________________________。
(3)为验证假设一是否成立，课题组进行如下研究。请完成下列表格：
实验步骤(不要求写出具体操作过程)
预期的实验现象和结论
取一定量样品充分干燥，
4．草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O)是一种浅黄色固体，难溶于水，受热易分解生成H2O、CO、CO2和一
种黑色固体。某化学兴趣小组设计实验探究草酸亚铁晶体的性质及热分解的产物，其探究过程如下：
Ⅰ.探究产物中含有CO、CO2气体，该小组设计将气体依次通过 、氢氧化钠溶液、浓硫酸、
灼热氧化铜、澄清石灰水，当出现 现象时确认一定有
CO。
Ⅱ.探究草酸亚铁晶体的性质以及草酸亚铁晶体分解生成的黑色固体成分。
(1)向盛有草酸亚铁晶体的试管中滴加几滴酸性高锰酸钾溶液，振荡后发现溶液颜色变为黄色，同时产
5
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生二氧化碳气体。写出草酸亚铁晶体与足量的酸性高锰酸钾溶液反应的离子方程式：
。
(2)该小组设计实验取10 g 晶体在不同温度下反应得出数据如下表：
实验温度(℃)
300
400
500
600
剩余固体质量(g)
8
4
4.4
4.3
根据表中数据求出晶体在400 ℃分解的固体产物为 ，实验中若继续加热，固体质量又增加
的原因可能是 。
Ⅲ.探究草酸亚铁晶体分解生成的黑色固体成分，该小组查阅资料知道草酸亚铁晶体受热分解生成的固
体应为铁的氧化物，为此，该小组提出假设：
假设一：全部是氧化亚铁
假设二：全部是四氧化三铁
假设三：
为验证假设一是否成立，该小组设计以下方法：
限选试剂：1.0 mol·L-1 HNO3、1.0 mol·L-1 盐酸、1.0 mol·L-1 NaOH、3% H2O2、0.1 mol·L-1 KI、0.1
mol·L-1 CuSO4、20% KSCN、蒸馏水。
实验步骤
实验现象和结论
取少量黑色固体，加入 ，振荡
5．化学社团小组的同学在测试Na2SO3溶液的pH 时，遇到了困惑。为此，决心重新实验，揭开奥秘。
请你也参与交流讨论。
a．查阅资料：①常温下0.1mol•L-1的H2SO3溶液的pH 约为2.1。②通常情况下，H2S 为无色，有腐蛋臭
味的气体，其水溶液称为氢硫酸。常温下0.1mol•L-1的H2S 溶液的pH 约为4.5。
b．实验操作：
①准确称取纯净的Na2SO3•7H2O 晶体31.500g，配成1L 水溶液，测得其pH=7.8。
②再次准确称取31.500g 上述晶体，继而隔绝空气在600℃以上高温下强热至恒重 (只有硫元素的化合
价变化成最高价和最低价)，质量为15.750g。
③将②所得的15.750g 固体进行元素定性定量分析，组成与Na2SO3无异。将其溶于水得250.00mL 溶
液，测得pH=10.3。
c．分析猜想：Na2SO3•7H2O 在强热下，失去结晶水，进而发生了分解反应(自身氧化还原反应)
d．交流讨论
(1)实验操作①所得溶液的物质的量浓度为___________；实验操作②中除酒精灯、玻璃棒、三角架及
隔绝空气的设备外，还需要的仪器有___________。
(2)给Na2SO3•7H2O 加热时为何要隔绝空气，请以简要的文字给以说明。___________
(3)猜想Na2SO3在高温强热下发生分解反应的化学方程式是___________。
(4)实验①和③中，两次测得的溶液pH 相差明显，其合理的解释是(简要的文字和离子方程式给以说
明) __________。
(5)请你设计简单的实验方案，给上述分析猜想及解释加以佐证。并简单叙述实验步骤、现象和结论。
________。
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