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控制變量法在化學(xué)中的應(yīng)用
控制變量法在化學(xué)中的應(yīng)用重慶市豐都縣第二中學(xué)校 鄭 君
控制變量是科學(xué)研究中的重要方法，其基本思路是：假設(shè)某個(gè)探究的實(shí)驗(yàn)對(duì)象可能受到A、B、C、D、E等因素的影響，為了確證其中A因素是否會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象造成影響，以及可能產(chǎn)生怎樣的影響，可以控制除A以外的B、C、D、E等因素，使之保持恒定，然后僅改變因素A一個(gè)量，通過對(duì)比在A的不同情況下（如A1、A2），觀察實(shí)驗(yàn)對(duì)象的變化情況。如果存在變化，則說明A因素有影響，而且可以通過具體的變化情況判斷出A因素影響的實(shí)際效果，由此完成實(shí)驗(yàn)對(duì)象中對(duì)A因素的探究。對(duì)其他B、C、D、E等因素的探究則依此類推�？刂谱兞糠ㄔ诨瘜W(xué)探究實(shí)驗(yàn)應(yīng)用極其廣泛。教師在教學(xué)中要充分利用教材資源，逐步向?qū)W生滲透控制變量研究的思想，并使學(xué)生掌握這種研究方法。
一、控制變量法在化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)中的的應(yīng)用
下面我們以研究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素為例來說明控制變量法在化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)中如何應(yīng)用。
1.確立探究對(duì)象（因變量）及其可能的影響因素（自變量）
運(yùn)用控制變量法首先需要明確探究的對(duì)象（因變量）和可能的影響因素（自變量）這兩個(gè)要件。確立探究對(duì)象相對(duì)容易，往往比較直接，一般就在探究的課題之中。但確立可能影響探究對(duì)象的因素就不那么容易，這也是運(yùn)用控制變量法進(jìn)行探究的關(guān)鍵所在。對(duì)于這個(gè)要件，我們可以在學(xué)生已有的知識(shí)或常識(shí)基礎(chǔ)上設(shè)疑來引起思考，而后提出可能對(duì)探究對(duì)象產(chǎn)生影響的因素。
2.在已有條件下構(gòu)思實(shí)驗(yàn)思路并設(shè)計(jì)具有可行性的探究方案
探究反應(yīng)物濃度對(duì)反速率的影響，我們可以把原教材中的實(shí)驗(yàn)改為探究實(shí)驗(yàn)。給學(xué)生提供化學(xué)反應(yīng)原理和用品，讓學(xué)生自己來設(shè)計(jì)方案。
3.實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案
根據(jù)討論形成的實(shí)驗(yàn)方案，組織學(xué)生分組完成探究實(shí)驗(yàn)。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并得出結(jié)論。
探究溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響可同理進(jìn)行。
二、控制變量法在化學(xué)解題中的應(yīng)用
1.控制變量法在化學(xué)平衡圖像題中的應(yīng)用
在某容積一定的密閉容器中，可逆反應(yīng)：A（g）＋B（g）xC（g）有圖Ⅰ所示的反應(yīng)曲線，試判斷對(duì)圖Ⅱ的說法中正確的是（T表示溫度，P表示壓強(qiáng)，C%表示C的體積分?jǐn)?shù)）（）
A.P3＞P4，y軸表示B的轉(zhuǎn)化率
B.P3＜P4，y軸表示B的體積分?jǐn)?shù)
C.P3＞P4，y軸表示混合氣體的密度
D.P3＜P4，y軸表示混合氣體的平均摩爾質(zhì)量
根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理可知，對(duì)于氣相反應(yīng)，在沒有加入反應(yīng)物或生成物的情況下，使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)，從而導(dǎo)致C的體積分?jǐn)?shù)發(fā)生改變的因素有反應(yīng)溫度、反應(yīng)前后氣體計(jì)量數(shù)之和不等的氣相反應(yīng)的壓強(qiáng)。由于溫度和壓強(qiáng)這兩個(gè)因素都會(huì)對(duì)題中C%產(chǎn)生影響，因此我們?cè)诜治龅臅r(shí)候就要在控制一個(gè)條件不變的情況下分析另一因素的影響。分析圖Ⅰ：在a、b、c三條線中，a、b線溫度相同，因此是在控制溫度不變的情況情研究壓強(qiáng)的影響。a、b線中由b線比a線開始的一段斜率大，因此P2大于P1，再由平衡時(shí)C的含量P2大于P1，得知加壓平衡向右移動(dòng)，因此X的值為1。同理，可以分析出T1大于T2，且正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。然后看圖Ⅱ，看自變量對(duì)因變量的影響。要研究溫度對(duì)y的影響，就要就在同一壓強(qiáng)下來觀察，我們只看p3或P4線，可以得出，溫度越高y越少，然后結(jié)合前面分析出的該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動(dòng)，因此y只能表示的是B的轉(zhuǎn)化率、混合氣體的平均摩爾質(zhì)量；然后在此基礎(chǔ)上再分析壓強(qiáng)對(duì)y的影響，我們得控制在同一溫度下來研究，在圖Ⅱ上作一等溫輔助線，若y表示B的轉(zhuǎn)化率，因?yàn)檎磻?yīng)為氣體減小的的反應(yīng)，加壓B的轉(zhuǎn)化率才會(huì)增加，則壓強(qiáng)應(yīng)為P3＞P4。若 y軸表示混合氣體的平均摩爾質(zhì)量，加壓y值（混合氣體的平均摩爾質(zhì)量）才會(huì)增加，則壓強(qiáng)應(yīng)為P3＞P4。因此應(yīng)選A。
2.解化學(xué)反應(yīng)速率題
某同學(xué)在用稀硫酸與鋅反應(yīng)制取氫氣的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)加入少量硫酸銅溶液可加快氫氣的生成速率。為了進(jìn)一步研究硫酸銅的量對(duì)氫氣生成速率的影響，該同學(xué)設(shè)計(jì)了如下一系列實(shí)驗(yàn)。將表中所給的混合溶液分別加入到6個(gè)盛有相同大小和多少、且過量Zn粒的反應(yīng)瓶中，收集產(chǎn)生的氣體，記錄獲得相同體積的氣體所需時(shí)間。
請(qǐng)完成此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中：V1=__________，V6=__________，V9=__________；
本題是研究CuSO4的用量對(duì)氫氣生成速率的影響，因此就要控制Zn的表面積（題目已告訴相）硫酸溶液的濃度這兩個(gè)變量，即是使A、B、C、D、E、F組實(shí)驗(yàn)中混合溶液的硫酸的濃度相同。因些，一是所加硫酸的物質(zhì)的量要相同，二是混合溶液的體積要相同，所以V1、V2、V3、V4、V5均為30，由F組數(shù)據(jù)可知，CuSO4溶液的體積加水的體積為20mL。因此V6為10，V9為17.5。
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