对比实验：操作简便、安全易行，外界条件变化的对比方法

【课标要点】

1.知道科学探究可以通过实验、观察等多种手段获取事实和证据。

2.认识到科学探究既需要观察和实验，又需要进行推理和判断。

3.能比较清楚地表述所发现的问题。

4.具有依据已有的知识和经验对猜想或假设做初步论证的意识。

5.能在教师指导下或通过小组讨论，根据所要探究的具体问题设计简单的化学实验方案。具有控制实验条件的意识。

6.能独立地或与他人合作对观察和测量的结果进行记录，并运用图表等形式加以表述。

7.初步学会运用调查、资料查阅等方法收集解决问题所需要的证据。

【梳理归纳】

1.增进对科学探究的理解

（1）体验到科学探究是人们获取科学知识、认识客观世界的重要途径。

（2）意识到提出问题和做出猜想对科学探究的重要性，知道猜想必须用事实来验证。

（3）认识到合作与交流在科学探究中的重要作用。

2.发展科学探究能力

（1）能从日常现象或化学学习中，经过启发或独立地发现一些有探究价值的问题。

（2）能主动地或在他人的启发下对问题可能的答案做出猜想或假设。

科学探究的一般程序：

猜想与假设→制定计划→进行实验→收集证据→解释与结论→反思与评价

3.对比实验设计的原则

（1）分析的全面性

要全面分析制约实验现象的因素或变量，不能遗漏或随意增添。这是对比实验能否成立的关键。比如倒立在氢氧化钠溶液中的充满CO2的试管晃动后液面会上升，形成原因既可能是CO2与NaOH反应，也可能是CO2溶于水并与水反应，或是两者的协同作用。

（2）对比的有效性

对比实验设计的方案的目的要有针对性，现象要有显著差异性，否则就可能变成无效对比。比如用分别向氢氧化钠溶液和蒸馏水滴加石蕊的方法来证明是溶液中的OH-使石蕊变蓝的猜想就是无效对比，因为这种方案明显忽视了Na+的存在，针对性不强。再例如“氢氧化钠稀溶液、氢氧化钾稀溶液分别跟盐酸反应”，若仅从“溶液颜色变化”这一项目进行对比，由于反应前后或反应过程中两者均处于“无色”状态，所以这项对比是无效对比。

（3）操作的简便性

对比实验要求现象显著具可比性，同时也要求实验简捷、安全和易操作。

4.常见对比实验设计思路

（1）物质颜色变化的对比

化学反应伴随着发光、气体、沉淀等现象，很多还伴随颜色的变化。可对比的项目很多：有反应前后物质颜色的对比，有在不同气体环境中火焰颜色或发光程度的对比，也有溶液颜色稀释前后的对比或反应前后的对比。

（2）物质聚集形态的对比

物质的聚集形态不同，其物理性质、化学性质等会发生变化。银器和银币是银白色的，但银粉却是灰黑色的。铁块表面若遇含盐分的溶液且暴露在空气中，就易生成疏松的含结晶水的红褐色铁锈；铁丝要引燃条件下在纯氧中才能燃烧生成黑色的四氧化三铁；而新制备的还原铁粉遇到空气就能自燃生成红棕色氧化铁。可见三种不同聚集形态的铁与氧气反应，不仅所需条件不同，甚至产物也不同。

（3）加液次序改变的对比

这类试验往往只需两支试管和两支滴管即可。一般试管里加液量为2～3mL，而滴管里的另一种试液是逐滴滴加（一般3～5滴）到试管内溶液中，然后再交换操作，自然形成试管内较多量溶液与滴管内较少量溶液的强烈反差对比。

（4）外界条件变化的对比

此类试验往往采用等因素的实验比照方法。例如铁丝在纯氧中燃烧过后，集气瓶内残留氧气与空气所含氧气浓度的对比。相同因素是都用带有火星的木条，待燃过铁丝的集气瓶冷却至室温条件下，对比火星的明暗程度即可。

（5）时间持续程度的对比

同一反应在相同条件下加催化剂与不加催化剂可对比反应时间的长短。如双氧水的分解实验，就可以对比加不加任何催化剂，加热与不加热做对比；还可以对比加二氧化锰与加氧化铜的差异等。

【案例解析】

例1 请你用化学方法设计一组对比实验，并填写实验报告。

实验名称：验证氧气的密度大于空气。

实验目的：利用氧气的性质，通过对比实验验证氧气的密度大于空气。

实验器材：①已集满氧气盖上玻璃片的集气瓶2个；②木条1根；③火柴；④酒精灯。

实验报告：

分析 从题中提供的器材来看，只能利用氧气可以支持燃烧的性质来设计对比实验。通常检验氧气的做法是：移开玻璃片，将带火星的木条伸入正放的集气瓶中，由于氧气的密度比空气大，逸散去的氧气并不多，所以复燃的现象十分明显。受此启发，可以逆向思考一下：如果将集气瓶倒放并移去玻璃片后，再用带火星的木条伸入，情况会怎样呢？请参见下表。

答案 略。

例2 按金属的活动性顺序，铝比锌___________。但是将铝片和锌粒分别投入稀硫酸中，铝片表面产生的气泡却比锌粒少而慢。为了探究铝与酸反应的规律，小强将已被砂纸打磨过的相同大小的6枚铝片，分别放入下表所示溶液中进行实验。

注：“-”表示铝表面产生气泡很小且慢；“+”表示铝表面产生气泡较大且快。
“1∶4”表示用1体积的37%浓盐酸与4体积的水混合所得溶液。

根据上述表格内容，你认为铝与酸反应产生氢气的速率，除了跟酸溶液中氢离子浓度有关外，还可能受到__________、__________、__________等多种因素的影响。

分析 题干首先给出“铝比锌活泼，可是与硫酸溶液反应时，铝却比锌缓慢”的“反常”的对比事实。再给出铝与不同酸、在不同条件下的对比实验的现象，尽管课文中并未提过这些实验，但是根据所给事实信息，同学们自然得出“影响铝与酸反应活泼程度的因素”的结论。由于所给信息充分，设问明确、简捷，所以解答并不困难，正所谓“起点高，落点低”。

答案 略。

【基础检测】

（一）选择题（单项选择）

1.如图所示，在左、右两个等体积的塑料瓶中，分别盛有等体积的滴有紫色石蕊试液的水，用图示两种方法收集满二氧化碳后，旋紧瓶盖振荡，则观察到的现象是（　）。(www.xing528.com)

A.左瓶没有任何变化，右瓶紫色石蕊试液变红

B.左右两瓶紫色石蕊试液均变红，两瓶都变瘪

C.左瓶变瘪，右瓶试液变红

D.左右两瓶紫色石蕊试液均变红，左瓶变瘪，右瓶外形基本不变

2.如下图所示，一木块漂浮于X中，向X中缓缓加入（或通入）少量物质Y后最终木块上浮，则X与Y可能是（溶液的体积变化忽略不计）（　）。

A.②④　　B.①③　　C.①②③　　D.②③④

3.为研究铁丝的粗细对铁在氧气中燃烧的影响，下列实验能达到目的的是（　）。

A.在同一瓶氧气中，先后进行不同粗、细铁丝的燃烧实验

B.在两瓶不同浓度的氧气中，分别同时进行粗、细铁丝的燃烧实验

C.在两瓶相同浓度的氧气中，分别同时进行粗、细铁丝的燃烧实验

D.在两瓶不同浓度的氧气中，分别同时进行相同铁丝的燃烧实验

4.以下验证“盐酸中哪种微粒使紫色石蕊试液变红色”的实验设计不合理的是（　）。

5.有下列四种实验设计及操作，实验过程中现象变化比较缓慢的是（　）。

（二）填空题

6.某校兴趣小组进行了“二氧化碳制备及其性质探究”的实验。试根据以下实验事实填空或简答。

（1）甲同学向分别盛有白色碳酸钠粉末、石灰石颗粒的两支试管内加入适量稀盐酸，仔细观察、思考并记录如下：

①盛白色粉末的试管内迅速冒出白色泡沫，片刻后形成平静的无色溶液；

②固体颗粒表面持续产生较多气泡，固体颗粒渐渐变小；

③反应过程中，用手握住盛白色粉末的试管底部，感觉微热；

④反应过程中，用手握住盛固体颗粒的试管底部，无明显发热感；

⑤碳酸钠与盐酸反应，能迅速产生CO2，难以控制；

⑥石灰石与盐酸反应，能持续、稳定地产生CO2，便于控制。

你认为甲同学的上述记录中，属于描述现象的是______________________，属于实验结论的是__________。（均填序号）

（2）乙同学取两支小试管，分别倒入约3mL蒸馏水，然后向其中一支试管内的蒸馏水中通入一会儿CO2，再分别向两支试管内各滴入相同滴数的紫色石蕊试液，观察两支试管内溶液颜色的变化。

你认为乙同学在观察溶液颜色变化过程中，还需要的操作是__________；其中另一支试管内不通入二氧化碳的目的是__________________________________________。

（3）丙同学向盛有澄清石灰水的试管内持续通入二氧化碳，发现溶液先变浑浊，后逐渐变清；向另一支盛放含酚酞的氢氧化钠稀溶液的试管中持续通入二氧化碳，发现溶液由红色逐渐变浅直至无色。

根据丙同学上述实验现象，再结合“碳燃烧时，若氧气不足生成一氧化碳，而氧气充足生成二氧化碳”的事实，你能得出的结论是________________________________________________________________________________________________________。

7.在电缆生产过程中，不可避免地会产生一定量的含铜废料（如：零碎电缆）。某化学兴趣小组的四位同学得知这一情况后，围绕“从含铜废料中回收铜”提出了各自的看法。

甲同学根据已学知识，提出了一套回收方案：

乙同学在查阅资料后得知：在通入空气并加热的条件下，铜可与稀硫酸在溶液中发生反应（方程式为：），于是他提出了另一套方案：

（1）甲方案的①②③三个步骤中，与铜或铜的化合物有关的化学反应方程式分别是：

①________________________________；②________________________________；

③________________________________。

（2）从环保角度对两套方案的不同部分进行比较，你认为_________（填“甲”或“乙”）的方案更合理。理由是：___________________________________________________________。

（3）丙认为，无论是甲还是乙的方案，在“加铁屑”这一步时，应该加入略过量的铁屑。你认为丙这么说的道理是：_________________________。丁又提出了疑问：“如果铁过量，剩余的铁会混在红色粉末中，该怎么处理呢？”。请提出你的想法：_____________________。

（4）最后，教师肯定了同学们的积极思考，但同时指出：方案最后一步所得浅绿色滤液结晶后，会得到一种俗称“绿矾”的工业产品，可增加经济效益。请写出使“绿矾”结晶的两种可能方法：______________、_______________（“绿矾”溶解度随温度升高而增大）。如果直接排放掉滤液，不仅造成了浪费，还会_____________________________________________。

【探究尝试】

某化学兴趣小组的同学用纯锌粒与稀盐酸反应制氢气时，发现产生气泡的速度较慢。就采用补加浓度更大的盐酸来提高反应速率，但不小心误加了硫酸铜溶液，结果产生气泡的速率也大大变大，于是他们对此问题进行实验探究。

［提出问题］

此反应速率明显变大的原因是什么？

［猜想］

①加入的硫酸铜溶液中的使反应速率变大；

②加入的硫酸铜溶液中的H2O使反应速率变大；

③加入的硫酸铜溶液中的Cu2+使反应速率变大；

④加入硫酸铜溶液后，锌置换出的少量铜使反应速率变大。

你认为最不可能的猜想是__________（填序号，下同）。

［实验验证］

用a、b、c、d四支干净试管取等质量且过量的纯锌粒后，再分别向试管中加入同体积同溶质质量分数的稀盐酸。向试管中加锌粒的操作为____________________________________________________________________________________。

请继续完成下表：

［结论］

在锌和稀盐酸反应时，当加入可溶性铜盐或铜粉，可加快化学反应速率。