细说“控制变量法”及其应用

张军　张尤胜

控制变量法是针对研究多个因素之间的关系时采用的一种方法，使用时需先控制其他几个因素都不变，集中研究其中一个因素的变化所产生的影响。

初中化学中控制变量法的应用主要渗透到实验探究题中考查，选择题中也常涉及。下面以探究燃烧条件的因素为例（如图1），来介绍控制变量法应用试题的一般思路——四步法。

1.明确探究问题。如该实验探究的问题是燃烧的条件。

2.寻找影响因素。如该实验影响的因素有：（1）可燃物；（2）与空气（或氧气）接触；（3）温度达到可燃物的着火点。

温馨提示：白磷的着火点为40℃，红磷的着火点为240℃。

特别提醒：初中化学探究该实验时一般不研究可燃物这个因素，且探究的前提是其他因素均相同（如形状、大小等）。

3.控制其他因素。先确定研究的因素，再控制其他因素不变。如该实验中要研究的因素是可燃物的着火点，则需要控制的另外一个因素不变，即物质都与空气（或氧气）接触。

4.改变研究因素。在控制其他因素不变的条件下，改变研究因素，进一步探究。

如确定该实验研究的因素是可燃物的着火点，那么改变研究因素的方案应选择“铜片上的白磷和红磷”作为研究对象，可观察到白磷燃烧而红磷不燃烧。如果研究“是否与空气或氧气接触”这个变量，则应选择“铜片上的白磷和热水中的白磷”。

初中化学应用控制变量法的实验主要有：①金属锈蚀条件的探究；②影响金属与酸反应快慢的因素；③影响固体物质溶解速度的因素；④化学反应速率快慢的因素；⑤过氧化氢或氯酸钾制取氧气快慢的影响因素等。

例1 控制变量是化学实验中常用的一种研究方法。下列实验方案设计不合理的是（ ）。

A.用两个相同型号的塑料瓶各收集一瓶氧气和二氧化碳，再分别注入等量的水，旋紧瓶盖，振荡，通过观察塑料瓶变瘪的程度，比较氧气和二氧化碳在水中溶解性的强弱

B.用等体积等质量分数的双氧水和不同质量的二氧化锰混合，测定收集相同体积氧气所需要的时间，探究催化剂用量对反应速率的影响

C.取等体积不同地区的两种天然水，分别加入不同体积的同种肥皂水，振荡，观察产生泡沫的多少，比较两种天然水中Ca2+、Mg2+含量的高低

D.在相同规格的烧杯中分别加入等体积的热水和冷水，分别在其中加一滴红墨水，比较红墨水在水中的扩散速率，探究温度对分子运动速率的影响

解析 A实验中二氧化碳能溶于水，氧气不易溶于水，可以通过该实验进行比较；B实验中二氧化锰可以作为过氧化氢分解的催化剂，二氧化锰用量不同，反应的速率不同，选项对比实验能达到目的；C实验中存在多个变量，无法通过该实验进行比较；D实验中温度越高分子的运动速率越快，扩散的速率起快，选项对比实验能达到目的。

答案：C。

例2 进行下列对比试验，不需要控制变量的是（ ）。

A.用红磷和白磷探究可燃物燃烧的条件

B.用铁钉探究钢铁生锈的条件

C.用足量稀盐酸区分氯化钾溶液和碳酸钾溶液

D.用镁、锌与稀硫酸反应，比较镁、锌的金属活动性强弱

解析 探究可燃物燃烧的条件时，铜片上的白磷与铜片上的红磷属于对照实验，都与氧气接触，都属于可燃物，变量是着火点不同，白磷的着火点低，红磷的着火点高，热水能达到白磷的着火点，达不到红磷的着火点，从而证明可燃物燃烧温度必须达到可燃物的着火点，所以需要控制变量；铁生锈可能与是否和氧气或水接触有关，可分别设计铁钉与氧气、水同时接触，铁钉只与氧气接触，铁钉只与水接触的实验，需要控制变量；盐酸不能与氯化钾反应，盐酸与碳酸钾反应会产生二氧化碳气体，无需控制变量；D项实验中，金属片的长度、厚薄、稀硫酸的浓度和用量均相同时，才能比较镁、锌的金属的活动性，需要控制变量。

答案：C。（收稿日期：2016-09-15）