控制变量法在化学中的应用

控制变量法在化学中的应用

　　控制变量法在化学中的应用
　　
　　重庆市丰都县第二中学校 郑 君
　　
　　控制变量是科学研究中的重要方法，其基本思路是：假设某个探究的实验对象可能受到A、B、C、D、E等因素的影响，为了确证其中A因素是否会对实验对象造成影响，以及可能产生怎样的影响，可以控制除A以外的B、C、D、E等因素，使之保持恒定，然后仅改变因素A一个量，通过对比在A的不同情况下（如A1、A2），观察实验对象的变化情况。如果存在变化，则说明A因素有影响，而且可以通过具体的变化情况判断出A因素影响的实际效果，由此完成实验对象中对A因素的探究。对其他B、C、D、E等因素的探究则依此类推。控制变量法在化学探究实验应用极其广泛。教师在教学中要充分利用教材资源，逐步向学生渗透控制变量研究的思想，并使学生掌握这种研究方法。
　　
　　一、控制变量法在化学探究实验中的的应用
　　
　　下面我们以研究影响化学反应速率的因素为例来说明控制变量法在化学探究实验中如何应用。
　　
　　1.确立探究对象（因变量）及其可能的影响因素（自变量）
　　
　　运用控制变量法首先需要明确探究的对象（因变量）和可能的影响因素（自变量）这两个要件。确立探究对象相对容易，往往比较直接，一般就在探究的课题之中。但确立可能影响探究对象的因素就不那么容易，这也是运用控制变量法进行探究的关键所在。对于这个要件，我们可以在学生已有的知识或常识基础上设疑来引起思考，而后提出可能对探究对象产生影响的因素。
　　
　　2.在已有条件下构思实验思路并设计具有可行性的探究方案
　　
　　探究反应物浓度对反速率的影响，我们可以把原教材中的实验改为探究实验。给学生提供化学反应原理和用品，让学生自己来设计方案。
　　
　　3.实施实验方案
　　
　　根据讨论形成的实验方案，组织学生分组完成探究实验。观察实验现象，整理实验数据并得出结论。
　　
　　探究温度对反应速率的影响可同理进行。
　　
　　二、控制变量法在化学解题中的应用
　　
　　1.控制变量法在化学平衡图像题中的应用
　　
　　在某容积一定的密闭容器中，可逆反应：A（g）＋B（g）xC（g）有图Ⅰ所示的反应曲线，试判断对图Ⅱ的说法中正确的是（T表示温度，P表示压强，C%表示C的体积分数）（）
　　
　　A.P3＞P4，y轴表示B的转化率
　　
　　B.P3＜P4，y轴表示B的体积分数
　　
　　C.P3＞P4，y轴表示混合气体的密度
　　
　　D.P3＜P4，y轴表示混合气体的平均摩尔质量
　　
　　根据化学平衡移动原理可知，对于气相反应，在没有加入反应物或生成物的情况下，使化学平衡发生移动，从而导致C的体积分数发生改变的因素有反应温度、反应前后气体计量数之和不等的气相反应的压强。由于温度和压强这两个因素都会对题中C%产生影响，因此我们在分析的时候就要在控制一个条件不变的情况下分析另一因素的影响。分析图Ⅰ：在a、b、c三条线中，a、b线温度相同，因此是在控制温度不变的情况情研究压强的影响。a、b线中由b线比a线开始的一段斜率大，因此P2大于P1，再由平衡时C的含量P2大于P1，得知加压平衡向右移动，因此X的值为1。同理，可以分析出T1大于T2，且正反应为放热反应。然后看图Ⅱ，看自变量对因变量的影响。要研究温度对y的影响，就要就在同一压强下来观察，我们只看p3或P4线，可以得出，温度越高y越少，然后结合前面分析出的该反应正反应是放热反应，升温平衡逆向移动，因此y只能表示的是B的转化率、混合气体的平均摩尔质量；然后在此基础上再分析压强对y的影响，我们得控制在同一温度下来研究，在图Ⅱ上作一等温辅助线，若y表示B的转化率，因为正反应为气体减小的的反应，加压B的转化率才会增加，则压强应为P3＞P4。若 y轴表示混合气体的平均摩尔质量，加压y值（混合气体的平均摩尔质量）才会增加，则压强应为P3＞P4。因此应选A。
　　
　　2.解化学反应速率题
　　
　　某同学在用稀硫酸与锌反应制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。为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个盛有相同大小和多少、且过量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。
　　
　　请完成此实验设计，其中：V1=__________，V6=__________，V9=__________；
　　
　　本题是研究CuSO4的用量对氢气生成速率的影响，因此就要控制Zn的表面积（题目已告诉相）硫酸溶液的浓度这两个变量，即是使A、B、C、D、E、F组实验中混合溶液的硫酸的浓度相同。因些，一是所加硫酸的物质的量要相同，二是混合溶液的体积要相同，所以V1、V2、V3、V4、V5均为30，由F组数据可知，CuSO4溶液的体积加水的体积为20mL。因此V6为10，V9为17.5。

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