控制变量法在化学反应速率实验中的应用

冯翠萍

【摘要】 在高中化学教学过程中，控制变量法是科学探究中常用的一种方法。当一个物理量与几个因素都有关系时，我们要控制其他因素不变，只改变其中一个因素，研究物理量和它的關系——这种分别控制逐一研究的方法称为控制变量法。“控制变量法”是解决高中化学反应速率实验问题的有效途径之一，不仅能辅助特定问题找到相应答案，还能让学生学习并掌握研究物质变化规律的方法。

【关键词】 控制变量法 化学反应速率实验 应用

【中图分类号】 G633.8 【文献标识码】 A 【文章编号】 1992-7711（2019）11-089-01

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化学是一门以实验为基础的自然科学，实验在化学教学中的作用是不容忽视的。控制变量法是化学探究实验中最常用的方法之一，在近几年的中考及市质量分析试卷、各区县模拟试卷中经常出现控制变量法的分析、运用，本文主要阐述控制变量法在化学反应速率实验中的重要性。

一、控制变量法在高中化学有关化学反应速率实验中的应用

人教版高中化学必修2内容有关化学反应速率的实验考虑到文科方向学生的学习难度，同时又兼顾学习的全面性，只是安排了演示，学生实验作了初步的认识，而选修4对此方面的内容则深入探究，在“科学探究”栏目安排了较多实验。在教学中紧扣必修内容，按选修教材实验进行探究，也可以就一个背景展开，如过氧化氢的分解速率实验。在高考复习中则适合将上面凌乱的实验进行整合，如可以整合成三组实验，分别探究各组化学反应速率实验受浓度、温度、催化剂等影响。

二、控制变量法在有关化学反应速率实验题目的应用

例题：在酸性溶液中，碘酸钾（KIO3）和亚硫酸钠可发生如下反应：

2IO3-+5SO32-+2H+=I2+5SO42-+H2O生成的碘可以用淀粉溶液检验，根据反应溶液出现蓝色所需的时间来衡量该反应的速率。某同学设计实验如下表所示：

答案：由实验2可以看出混合液的总体积为50mL，V1为10mL，V2为40mL，实验1和实验2可知实验目的是探究该反应速率与亚硫酸钠溶液浓度的关系；实验2和实验3可知实验目的是探究该反应速率与温度的关系。

三、控制变量法在高考中有关化学反应速率实验的应用

近年来，各地高考题在考查科学探究活动时，加强了对控制变量法的考查，考查侧重于两方面：一是在设计探究方案环节应用控制变量法，二是在分析数据概括结论中应用控制变量法。

（2018·新课标Ⅱ卷节选改）CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气（CO和H2），还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：（2） 反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下：

积碳反应 CH4（g）=C（s）+2H2（g）ΔH=75 kJ/mol-1

使用催化剂X，其活化能为33kJ/mol，使用催化剂Y，其活化能为43kJ/mol，

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

使用催化剂X，其活化能为91kJ/mol，使用催化剂Y，其活化能为72kJ/mol，

①据此判断，催化剂X （填“优于”或“劣于”）Y， 。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如下图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数（K）和速率（v）的叙述正确的是 （填字母）。

A.K积、K消均增加

B.v积减小、v消增加

C.K积减小、K消增加

D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大

解释（2） ①劣于？？相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大。积碳反应和消碳反应的ΔH均大于0，所以温度升高，两个反应平衡均向右移动，K都增大，A正确、C错误；升高温度，积碳反应和消碳反应速率均加快，但由图像可知，温度超过600℃，积碳量减小，所以消碳反应速率增加的倍数比积碳反应速率增加的倍数大，B错误、D正确。

结语

在实验教学中对学生控制变量思维的培养是一个长期的、艰巨的任务，短期可以帮助学生跳出题海，提高实验的设计和分析能力，长此以往是对学生终生学习和学科核心素养的能力培养，是值得我们为此付出时间和精力的。

[ 参 考 文 献 ]

[1]陈颖，陈咏梅，夏勤.控制变量思想下“影响化学反应速率的因素”教学研究[J].化学教学，2013（07）：26-28.

[2]叶长军，杨花雨.探究实验教学中“控制单一变量”思想的培养——以“浓度对化学反应速率的影响”为例[J].化学教育，2015，36（05）：33-37.