細說“控制變量法”及其應用

張軍　張尤勝

控制變量法是針對研究多個因素之間的關系時采用的一種方法，使用時需先控制其他幾個因素都不變，集中研究其中一個因素的變化所產生的影響。

初中化學中控制變量法的應用主要滲透到實驗探究題中考查，選擇題中也常涉及。下面以探究燃燒條件的因素為例（如圖1），來介紹控制變量法應用試題的一般思路——四步法。

1.明確探究問題。如該實驗探究的問題是燃燒的條件。

2.尋找影響因素。如該實驗影響的因素有：（1）可燃物；（2）與空氣（或氧氣）接觸；（3）溫度達到可燃物的著火點。

溫馨提示：白磷的著火點為40℃，紅磷的著火點為240℃。

特別提醒：初中化學探究該實驗時一般不研究可燃物這個因素，且探究的前提是其他因素均相同（如形狀、大小等）。

3.控制其他因素。先確定研究的因素，再控制其他因素不變。如該實驗中要研究的因素是可燃物的著火點，則需要控制的另外一個因素不變，即物質都與空氣（或氧氣）接觸。

4.改變研究因素。在控制其他因素不變的條件下，改變研究因素，進一步探究。

如確定該實驗研究的因素是可燃物的著火點，那么改變研究因素的方案應選擇“銅片上的白磷和紅磷”作為研究對象，可觀察到白磷燃燒而紅磷不燃燒。如果研究“是否與空氣或氧氣接觸”這個變量，則應選擇“銅片上的白磷和熱水中的白磷”。

初中化學應用控制變量法的實驗主要有：①金屬銹蝕條件的探究；②影響金屬與酸反應快慢的因素；③影響固體物質溶解速度的因素；④化學反應速率快慢的因素；⑤過氧化氫或氯酸鉀制取氧氣快慢的影響因素等。

例1 控制變量是化學實驗中常用的一種研究方法。下列實驗方案設計不合理的是（ ）。

A.用兩個相同型號的塑料瓶各收集一瓶氧氣和二氧化碳，再分別注入等量的水，旋緊瓶蓋，振蕩，通過觀察塑料瓶變癟的程度，比較氧氣和二氧化碳在水中溶解性的強弱

B.用等體積等質量分數的雙氧水和不同質量的二氧化錳混合，測定收集相同體積氧氣所需要的時間，探究催化劑用量對反應速率的影響

C.取等體積不同地區(qū)的兩種天然水，分別加入不同體積的同種肥皂水，振蕩，觀察產生泡沫的多少，比較兩種天然水中Ca2+、Mg2+含量的高低

D.在相同規(guī)格的燒杯中分別加入等體積的熱水和冷水，分別在其中加一滴紅墨水，比較紅墨水在水中的擴散速率，探究溫度對分子運動速率的影響

解析 A實驗中二氧化碳能溶于水，氧氣不易溶于水，可以通過該實驗進行比較；B實驗中二氧化錳可以作為過氧化氫分解的催化劑，二氧化錳用量不同，反應的速率不同，選項對比實驗能達到目的；C實驗中存在多個變量，無法通過該實驗進行比較；D實驗中溫度越高分子的運動速率越快，擴散的速率起快，選項對比實驗能達到目的。

答案：C。

例2 進行下列對比試驗，不需要控制變量的是（ ）。

A.用紅磷和白磷探究可燃物燃燒的條件

B.用鐵釘探究鋼鐵生銹的條件

C.用足量稀鹽酸區(qū)分氯化鉀溶液和碳酸鉀溶液

D.用鎂、鋅與稀硫酸反應，比較鎂、鋅的金屬活動性強弱

解析 探究可燃物燃燒的條件時，銅片上的白磷與銅片上的紅磷屬于對照實驗，都與氧氣接觸，都屬于可燃物，變量是著火點不同，白磷的著火點低，紅磷的著火點高，熱水能達到白磷的著火點，達不到紅磷的著火點，從而證明可燃物燃燒溫度必須達到可燃物的著火點，所以需要控制變量；鐵生銹可能與是否和氧氣或水接觸有關，可分別設計鐵釘與氧氣、水同時接觸，鐵釘只與氧氣接觸，鐵釘只與水接觸的實驗，需要控制變量；鹽酸不能與氯化鉀反應，鹽酸與碳酸鉀反應會產生二氧化碳氣體，無需控制變量；D項實驗中，金屬片的長度、厚薄、稀硫酸的濃度和用量均相同時，才能比較鎂、鋅的金屬的活動性，需要控制變量。

答案：C。（收稿日期：2016-09-15）