條件控制法在化學中的應用

周榮玉

（新沂市鐘吾中學 江蘇 新沂 221400）

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，實驗是化學的靈魂，是進行科學探究的重要方式。它對于培養學生的科學思維，全面落實化學課程目標具有重要的作用。本文以滬教版初中化學第五章第三節中“鋼鐵的銹蝕及其防護”為例，討論了教學中如何利用探究性實驗，探索隱藏在化學現象背后的實驗設計思路，從而探索化學實驗的規律性，更好地服務于化學教學，培養學生的科學思維能力。

一、鋼鐵銹蝕條件的探究：

1.實驗設計

滬教版（上冊）126頁對于“鋼鐵銹蝕條件的探究”設計了如下五個實驗，如下圖所示：

試管①鐵釘所處的介質是：酸、水和氧氣。

試管②鐵釘所處的介質是：氯化鈉、水和氧氣。

試管③鐵釘所處的介質是：水和氧氣。

試管④鐵釘所處的介質是：水（迅速冷卻的沸水中氧氣的含量很少）。

試管⑤鐵釘所處的介質是：氧氣（生石灰或無水氯化鈣可以除去試管中的水）。

2.現象

立即觀察五支試管中的鐵釘發生的變化。

1-3天后①、②中的鐵釘生銹，其余試管中的鐵釘無明顯變化。

1周后，試管③中的鐵釘生銹，而且在空氣與水的交界面鐵銹最多。試管④⑤中的鐵釘一直無明顯變化。

3.結論

鐵在空氣中銹蝕，實際是鐵與空氣中的水、氧氣等物質共同作用的結果。酸和氯化鈉能使鐵在氧氣和水的環境中加速銹蝕。

二、反思

教材為何對鋼鐵銹蝕條件的探究實驗如此設計呢？拋開其他因素（如酸、氯化鈉等）對鋼鐵銹蝕的影響，讓學生從鋼鐵在空氣中生銹的條件做一番探究。鐵在空氣中銹蝕是鐵與空氣中的氧氣、水共同作用的結果，也就是說，鐵的銹蝕主要是受氧氣和水兩個因素決定的。試管③是使鐵處于水、氧氣都存在的環境中，試管④只有水而沒有氧氣，同樣的，試管⑤只有氧氣而沒有水，即每次控制鐵生銹的其中一個條件，來探究這一條件（因素）對鐵銹蝕的影響，這種方法我們可以稱之為條件（或因素）控制法。

三、應用

案例1：銅生銹條件的探究

提出問題：銅銹俗名銅綠，主要成分的化學式Cu2（OH）2CO3，銅在什么條件下容易生銹？

作出猜想：根據銅銹的化學式結合空氣中各種成分的組成，猜想銅在空氣中生銹可能是銅與氧氣、水、二氧化碳共同作用的結果。

實驗設計：從銅生銹的條件看，主要是受水、氧氣和二氧化碳共同作用的結果，根據條件控制法，學生設計出了多種方案，經過討論下列方案較為合理。

A.金屬銅所處的介質是：水、缺少氧氣、二氧化碳

B.金屬銅所處的介質是：水、氧氣、二氧化碳

C.金屬銅所處的介質是：氧氣、二氧化碳、缺少水

D.金屬銅所處的介質是：水、氧氣、缺少二氧化碳

通過一系列的活動，學生初步學會應用條件控制法設計實驗，思維受到啟迪，能力得到提高。

案例2：著名化學家羅伯特·波義耳在一次實驗中，不小心將鹽酸賤到一束紫羅蘭花瓣上，結果花瓣上出現了紅點點。波義耳對這一意外發現做出假設，經過多次驗證，探究普遍規律，終于獲得了成功。對紫羅蘭花瓣遇鹽酸變紅的現象，波義耳猜想到的問題有哪些？他如何設計實驗證明他的觀點？由此他獲得了哪些結論?完成下表：

?

分析：此題是一個開放式探究題。拿到題目很多學生感到茫然無措，如果我們利用條件（或因素）控制法就很容易解決這個問題。此題的因素主要有：花瓣、滴到花瓣上的物質、花瓣顏色的改變。我們只要控制其中的兩個因素，就可以探究另一個因素的變化了。如鹽酸能使紫羅蘭花瓣變紅，其他酸能使紫羅蘭花瓣變紅嗎？具體答案見下表：

猜想到的問題 設計的實驗方案觀察到的現象 獲得的結論鹽酸能使紫羅蘭變紅，其他酸能不能也使它變紅呢？把紫羅蘭花瓣分別放在稀硫酸和稀硝酸溶液中。紫羅蘭花變紅。酸的溶液都能使紫羅蘭由紫色變紅色。鹽酸能使紫羅蘭變紅，其他物質例如堿能否使它變色呢？變成什么顏色？把紫羅蘭花瓣分別放在氫氧化鈉溶液和氫氧化鈣溶液中。紫羅蘭花變成藍色。堿溶液均能使紫羅蘭變成藍色。鹽酸能使紫羅蘭變紅，別的花瓣或果皮遇鹽酸能不能變色呢？把玫瑰花瓣、胡蘿卜皮和紫包菜等分別放入稀鹽酸中。玫瑰花瓣、胡蘿卜皮和紫包菜分別變了顏色。別的花或果皮，有些遇鹽酸也能變色。…… …… …… ……

案例3：物質溶解性的影響因素探究

通過學習我們知道，影響物質溶解性的因素主要有：溶質的性質、溶劑的性質、溫度等。設計實驗驗證影響物質溶解性的因素時，我們只要控制其中的兩個條件，就可以研究另一個條件對物質溶解性的影響。故可按以下思路設計實驗：

①溫度一定，同一溶質，溶劑不同時，對物質溶解性的影響。

②溫度一定，同一溶劑，溶質不同時，對物質溶解性的影響。

③同一溶質，同一溶劑，溫度不同時，對物質溶解性的影響。

案例4：影響物質在水中溶解速度的因素的探究：

在許多情況下，人們希望能較快地溶解某些固體物質，結合生活經驗，我們通常采用的做法是：攪拌、加熱、把大顆粒磨碎。研究影響物質的溶解速率時，我們只需控制其中兩個條件，就可以研究另一條件對物質溶解速率的影響。可以設計以下幾個實驗進行探究：

①同一溫度時，用同樣多的同一溶劑，把質量和顆粒大小都相同的同一溶質，同時放進兩個燒杯中，一個燒杯攪拌，另一個燒杯不攪拌，并記錄兩個燒杯中溶質完全溶解的時間。

②在同樣多的同一溶劑，把質量和顆粒大小都相同的同一溶質放入溶劑中，一份加熱，一份不加熱，觀察比較哪一個溶解的快。

③在同一溫度下，在同樣多的同一溶劑，取質量相等的同一溶質兩份，一份將固體研碎，另一份不研碎，觀察比較哪一份溶解的快。

案例5：物質燃燒的條件的探究

燃燒現象學生非常熟悉，燃燒條件學生也有所了解，但是燃燒所需的條件之間的聯系學生并不十分清楚。

①物質具有可燃性；②可燃物與氧氣接觸；③溫度必須達到著火點。

可以設計以下幾個實驗進行探究：

實驗一：用鑷子分別夾取蘸有酒精、水的小棉球放到酒精燈的火焰上灼燒片刻。觀察現象。

實驗二：點燃兩支小蠟燭，將其中一支蠟燭用透明的玻璃杯罩住，另一支置于空氣中。比較現象。

實驗三：用鑷子分別夾取一小木條和一小塊煤，分別放在酒精燈的火焰上灼燒，比較現象。

實驗一酒精和水，除了一個有可燃性另一個沒有，其余條件相同。實驗二兩支蠟燭，除了一支與氧氣接觸，另一支不與氧氣接觸，其余條件相同。實驗三除了兩種可燃物相同，其余條件相同，通過討論問題迎刃而解。

類似的例子還有很多，此處僅舉幾例說明條件控制法在探究化學實驗中的應用，以及培養學生科學思維能力的重要作用。只要教師不斷深入鉆研探究性實驗，發揮自己的聰明才智，挖掘探究性實驗背后的規律性，就能不斷培養和提高學生科學思維的能力，為化學課程目標的落實打下堅實的基礎。

［1］ 中華人民共和國教育部.全日制義務教育化學課程標準［S］.北京：北師范大學出版社，2012