控制變量法在化學反應速率實驗中的應用

馮翠萍

【摘要】 在高中化學教學過程中，控制變量法是科學探究中常用的一種方法。當一個物理量與幾個因素都有關系時，我們要控制其他因素不變，只改變其中一個因素，研究物理量和它的關系——這種分別控制逐一研究的方法稱為控制變量法。“控制變量法”是解決高中化學反應速率實驗問題的有效途徑之一，不僅能輔助特定問題找到相應答案，還能讓學生學習并掌握研究物質變化規律的方法。

【關鍵詞】 控制變量法 化學反應速率實驗 應用

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

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化學是一門以實驗為基礎的自然科學，實驗在化學教學中的作用是不容忽視的。控制變量法是化學探究實驗中最常用的方法之一，在近幾年的中考及市質量分析試卷、各區縣模擬試卷中經常出現控制變量法的分析、運用，本文主要闡述控制變量法在化學反應速率實驗中的重要性。

一、控制變量法在高中化學有關化學反應速率實驗中的應用

人教版高中化學必修2內容有關化學反應速率的實驗考慮到文科方向學生的學習難度，同時又兼顧學習的全面性，只是安排了演示，學生實驗作了初步的認識，而選修4對此方面的內容則深入探究，在“科學探究”欄目安排了較多實驗。在教學中緊扣必修內容，按選修教材實驗進行探究，也可以就一個背景展開，如過氧化氫的分解速率實驗。在高考復習中則適合將上面凌亂的實驗進行整合，如可以整合成三組實驗，分別探究各組化學反應速率實驗受濃度、溫度、催化劑等影響。

二、控制變量法在有關化學反應速率實驗題目的應用

例題：在酸性溶液中，碘酸鉀（KIO3）和亞硫酸鈉可發生如下反應：

2IO3-+5SO32-+2H+=I2+5SO42-+H2O生成的碘可以用淀粉溶液檢驗，根據反應溶液出現藍色所需的時間來衡量該反應的速率。某同學設計實驗如下表所示：

答案：由實驗2可以看出混合液的總體積為50mL，V1為10mL，V2為40mL，實驗1和實驗2可知實驗目的是探究該反應速率與亞硫酸鈉溶液濃度的關系；實驗2和實驗3可知實驗目的是探究該反應速率與溫度的關系。

三、控制變量法在高考中有關化學反應速率實驗的應用

近年來，各地高考題在考查科學探究活動時，加強了對控制變量法的考查，考查側重于兩方面：一是在設計探究方案環節應用控制變量法，二是在分析數據概括結論中應用控制變量法。

（2018·新課標Ⅱ卷節選改）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。回答下列問題：（2） 反應中催化劑活性會因積碳反應而降低，同時存在的消碳反應則使積碳量減少。相關數據如下：

積碳反應 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 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據此判斷，催化劑X （填“優于”或“劣于”）Y， 。在反應進料氣組成、壓強及反應時間相同的情況下，某催化劑表面的積碳量隨溫度的變化關系如下圖所示。升高溫度時，下列關于積碳反應、消碳反應的平衡常數（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消增加的倍數比v積增加的倍數大

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

結語

在實驗教學中對學生控制變量思維的培養是一個長期的、艱巨的任務，短期可以幫助學生跳出題海，提高實驗的設計和分析能力，長此以往是對學生終生學習和學科核心素養的能力培養，是值得我們為此付出時間和精力的。

[ 參 考 文 獻 ]

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

[2]葉長軍，楊花雨.探究實驗教學中“控制單一變量”思想的培養——以“濃度對化學反應速率的影響”為例[J].化學教育，2015，36（05）：33-37.