控制變量法在化學(xué)反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

馮翠萍

【摘要】 在高中化學(xué)教學(xué)過程中，控制變量法是科學(xué)探究中常用的一種方法。當(dāng)一個(gè)物理量與幾個(gè)因素都有關(guān)系時(shí)，我們要控制其他因素不變，只改變其中一個(gè)因素，研究物理量和它的關(guān)系——這種分別控制逐一研究的方法稱為控制變量法?！翱刂谱兞糠ā笔墙鉀Q高中化學(xué)反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)問題的有效途徑之一，不僅能輔助特定問題找到相應(yīng)答案，還能讓學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握研究物質(zhì)變化規(guī)律的方法。

【關(guān)鍵詞】 控制變量法 化學(xué)反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn) 應(yīng)用

【中圖分類號】 G633.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2019）11-089-01

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化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中的作用是不容忽視的?？刂谱兞糠ㄊ腔瘜W(xué)探究實(shí)驗(yàn)中最常用的方法之一，在近幾年的中考及市質(zhì)量分析試卷、各區(qū)縣模擬試卷中經(jīng)常出現(xiàn)控制變量法的分析、運(yùn)用，本文主要闡述控制變量法在化學(xué)反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)中的重要性。

一、控制變量法在高中化學(xué)有關(guān)化學(xué)反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

人教版高中化學(xué)必修2內(nèi)容有關(guān)化學(xué)反應(yīng)速率的實(shí)驗(yàn)考慮到文科方向?qū)W生的學(xué)習(xí)難度，同時(shí)又兼顧學(xué)習(xí)的全面性，只是安排了演示，學(xué)生實(shí)驗(yàn)作了初步的認(rèn)識，而選修4對此方面的內(nèi)容則深入探究，在“科學(xué)探究”欄目安排了較多實(shí)驗(yàn)。在教學(xué)中緊扣必修內(nèi)容，按選修教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，也可以就一個(gè)背景展開，如過氧化氫的分解速率實(shí)驗(yàn)。在高考復(fù)習(xí)中則適合將上面凌亂的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合，如可以整合成三組實(shí)驗(yàn)，分別探究各組化學(xué)反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)受濃度、溫度、催化劑等影響。

二、控制變量法在有關(guān)化學(xué)反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)題目的應(yīng)用

例題：在酸性溶液中，碘酸鉀（KIO3）和亞硫酸鈉可發(fā)生如下反應(yīng)：

2IO3-+5SO32-+2H+=I2+5SO42-+H2O生成的碘可以用淀粉溶液檢驗(yàn)，根據(jù)反應(yīng)溶液出現(xiàn)藍(lán)色所需的時(shí)間來衡量該反應(yīng)的速率。某同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下表所示：

答案：由實(shí)驗(yàn)2可以看出混合液的總體積為50mL，V1為10mL，V2為40mL，實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2可知實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄吭摲磻?yīng)速率與亞硫酸鈉溶液濃度的關(guān)系；實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)3可知實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄吭摲磻?yīng)速率與溫度的關(guān)系。

三、控制變量法在高考中有關(guān)化學(xué)反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

近年來，各地高考題在考查科學(xué)探究活動時(shí)，加強(qiáng)了對控制變量法的考查，考查側(cè)重于兩方面：一是在設(shè)計(jì)探究方案環(huán)節(jié)應(yīng)用控制變量法，二是在分析數(shù)據(jù)概括結(jié)論中應(yīng)用控制變量法。

（2018·新課標(biāo)Ⅱ卷節(jié)選改）CH4-CO2催化重整不僅可以得到合成氣（CO和H2），還對溫室氣體的減排具有重要意義?；卮鹣铝袉栴}：（2） 反應(yīng)中催化劑活性會因積碳反應(yīng)而降低，同時(shí)存在的消碳反應(yīng)則使積碳量減少。相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

積碳反應(yīng) CH4（g）=C（s）+2H2（g）ΔH=75 kJ/mol-1

使用催化劑X，其活化能為33kJ/mol，使用催化劑Y，其活化能為43kJ/mol，

消碳反應(yīng) CO2（g）+C（s）=2CO（g）ΔH=172 kJ·mol-1

使用催化劑X，其活化能為91kJ/mol，使用催化劑Y，其活化能為72kJ/mol，

①據(jù)此判斷，催化劑X （填“優(yōu)于”或“劣于”）Y， 。在反應(yīng)進(jìn)料氣組成、壓強(qiáng)及反應(yīng)時(shí)間相同的情況下，某催化劑表面的積碳量隨溫度的變化關(guān)系如下圖所示。升高溫度時(shí)，下列關(guān)于積碳反應(yīng)、消碳反應(yīng)的平衡常數(shù)（K）和速率（v）的敘述正確的是 （填字母）。

A.K積、K消均增加

B.v積減小、v消增加

C.K積減小、K消增加

D.v消增加的倍數(shù)比v積增加的倍數(shù)大

解釋（2） ①劣于？？相對于催化劑X，催化劑Y積碳反應(yīng)的活化能大，積碳反應(yīng)的速率??；而消碳反應(yīng)活化能相對小，消碳反應(yīng)速率大。積碳反應(yīng)和消碳反應(yīng)的ΔH均大于0，所以溫度升高，兩個(gè)反應(yīng)平衡均向右移動，K都增大，A正確、C錯(cuò)誤；升高溫度，積碳反應(yīng)和消碳反應(yīng)速率均加快，但由圖像可知，溫度超過600℃，積碳量減小，所以消碳反應(yīng)速率增加的倍數(shù)比積碳反應(yīng)速率增加的倍數(shù)大，B錯(cuò)誤、D正確。

結(jié)語

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對學(xué)生控制變量思維的培養(yǎng)是一個(gè)長期的、艱巨的任務(wù)，短期可以幫助學(xué)生跳出題海，提高實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和分析能力，長此以往是對學(xué)生終生學(xué)習(xí)和學(xué)科核心素養(yǎng)的能力培養(yǎng)，是值得我們?yōu)榇烁冻鰰r(shí)間和精力的。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1]陳穎，陳詠梅，夏勤.控制變量思想下“影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”教學(xué)研究[J].化學(xué)教學(xué)，2013（07）：26-28.

[2]葉長軍，楊花雨.探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)中“控制單一變量”思想的培養(yǎng)——以“濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響”為例[J].化學(xué)教育，2015，36（05）：33-37.