控制變量法在化學中的應用

控制變量法在化學中的應用

　　控制變量法在化學中的應用
　　
　　重慶市豐都縣第二中學校 鄭 君
　　
　　控制變量是科學研究中的重要方法，其基本思路是：假設某個探究的實驗對象可能受到A、B、C、D、E等因素的影響，為了確證其中A因素是否會對實驗對象造成影響，以及可能產生怎樣的影響，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一個量，通過對比在A的不同情況下（如A1、A2），觀察實驗對象的變化情況。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因素影響的實際效果，由此完成實驗對象中對A因素的探究。對其他B、C、D、E等因素的探究則依此類推。控制變量法在化學探究實驗應用極其廣泛。教師在教學中要充分利用教材資源，逐步向學生滲透控制變量研究的思想，并使學生掌握這種研究方法。
　　
　　一、控制變量法在化學探究實驗中的的應用
　　
　　下面我們以研究影響化學反應速率的因素為例來說明控制變量法在化學探究實驗中如何應用。
　　
　　1.確立探究對象（因變量）及其可能的影響因素（自變量）
　　
　　運用控制變量法首先需要明確探究的對象（因變量）和可能的影響因素（自變量）這兩個要件。確立探究對象相對容易，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象的因素就不那么容易，這也是運用控制變量法進行探究的關鍵所在。對于這個要件，我們可以在學生已有的知識或常識基礎上設疑來引起思考，而后提出可能對探究對象產生影響的因素。
　　
　　2.在已有條件下構思實驗思路并設計具有可行性的探究方案
　　
　　探究反應物濃度對反速率的影響，我們可以把原教材中的實驗改為探究實驗。給學生提供化學反應原理和用品，讓學生自己來設計方案。
　　
　　3.實施實驗方案
　　
　　根據討論形成的實驗方案，組織學生分組完成探究實驗。觀察實驗現象，整理實驗數據并得出結論。
　　
　　探究溫度對反應速率的影響可同理進行。
　　
　　二、控制變量法在化學解題中的應用
　　
　　1.控制變量法在化學平衡圖像題中的應用
　　
　　在某容積一定的密閉容器中，可逆反應：A（g）＋B（g）xC（g）有圖Ⅰ所示的反應曲線，試判斷對圖Ⅱ的說法中正確的是（T表示溫度，P表示壓強，C%表示C的體積分數）（）
　　
　　A.P3＞P4，y軸表示B的轉化率
　　
　　B.P3＜P4，y軸表示B的體積分數
　　
　　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量
　　
　　根據化學平衡移動原理可知，對于氣相反應，在沒有加入反應物或生成物的情況下，使化學平衡發生移動，從而導致C的體積分數發生改變的因素有反應溫度、反應前后氣體計量數之和不等的氣相反應的壓強。由于溫度和壓強這兩個因素都會對題中C%產生影響，因此我們在分析的時候就要在控制一個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C的含量P2大于P1，得知加壓平衡向右移動，因此X的值為1。同理，可以分析出T1大于T2，且正反應為放熱反應。然后看圖Ⅱ，看自變量對因變量的影響。要研究溫度對y的影響，就要就在同一壓強下來觀察，我們只看p3或P4線，可以得出，溫度越高y越少，然后結合前面分析出的該反應正反應是放熱反應，升溫平衡逆向移動，因此y只能表示的是B的轉化率、混合氣體的平均摩爾質量；然后在此基礎上再分析壓強對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的轉化率，因為正反應為氣體減小的的反應，加壓B的轉化率才會增加，則壓強應為P3＞P4。若 y軸表示混合氣體的平均摩爾質量，加壓y值（混合氣體的平均摩爾質量）才會增加，則壓強應為P3＞P4。因此應選A。
　　
　　2.解化學反應速率題
　　
　　某同學在用稀硫酸與鋅反應制取氫氣的實驗中，發現加入少量硫酸銅溶液可加快氫氣的生成速率。為了進一步研究硫酸銅的量對氫氣生成速率的影響，該同學設計了如下一系列實驗。將表中所給的混合溶液分別加入到6個盛有相同大小和多少、且過量Zn粒的反應瓶中，收集產生的氣體，記錄獲得相同體積的氣體所需時間。
　　
　　請完成此實驗設計，其中：V1=__________，V6=__________，V9=__________；
　　
　　本題是研究CuSO4的用量對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變量，即是使A、B、C、D、E、F組實驗中混合溶液的硫酸的濃度相同。因些，一是所加硫酸的物質的量要相同，二是混合溶液的體積要相同，所以V1、V2、V3、V4、V5均為30，由F組數據可知，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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