条件控制法在化学中的应用

周荣玉

（新沂市钟吾中学 江苏 新沂 221400）

化学是一门以实验为基础的自然科学，实验是化学的灵魂，是进行科学探究的重要方式。它对于培养学生的科学思维，全面落实化学课程目标具有重要的作用。本文以沪教版初中化学第五章第三节中“钢铁的锈蚀及其防护”为例，讨论了教学中如何利用探究性实验，探索隐藏在化学现象背后的实验设计思路，从而探索化学实验的规律性，更好地服务于化学教学，培养学生的科学思维能力。

一、钢铁锈蚀条件的探究：

1.实验设计

沪教版（上册）126页对于“钢铁锈蚀条件的探究”设计了如下五个实验，如下图所示：

试管①铁钉所处的介质是：酸、水和氧气。

试管②铁钉所处的介质是：氯化钠、水和氧气。

试管③铁钉所处的介质是：水和氧气。

试管④铁钉所处的介质是：水（迅速冷却的沸水中氧气的含量很少）。

试管⑤铁钉所处的介质是：氧气（生石灰或无水氯化钙可以除去试管中的水）。

2.现象

立即观察五支试管中的铁钉发生的变化。

1-3天后①、②中的铁钉生锈，其余试管中的铁钉无明显变化。

1周后，试管③中的铁钉生锈，而且在空气与水的交界面铁锈最多。试管④⑤中的铁钉一直无明显变化。

3.结论

铁在空气中锈蚀，实际是铁与空气中的水、氧气等物质共同作用的结果。酸和氯化钠能使铁在氧气和水的环境中加速锈蚀。

二、反思

教材为何对钢铁锈蚀条件的探究实验如此设计呢？抛开其他因素（如酸、氯化钠等）对钢铁锈蚀的影响，让学生从钢铁在空气中生锈的条件做一番探究。铁在空气中锈蚀是铁与空气中的氧气、水共同作用的结果，也就是说，铁的锈蚀主要是受氧气和水两个因素决定的。试管③是使铁处于水、氧气都存在的环境中，试管④只有水而没有氧气，同样的，试管⑤只有氧气而没有水，即每次控制铁生锈的其中一个条件，来探究这一条件（因素）对铁锈蚀的影响，这种方法我们可以称之为条件（或因素）控制法。

三、应用

案例1：铜生锈条件的探究

提出问题：铜锈俗名铜绿，主要成分的化学式Cu2（OH）2CO3，铜在什么条件下容易生锈？

作出猜想：根据铜锈的化学式结合空气中各种成分的组成，猜想铜在空气中生锈可能是铜与氧气、水、二氧化碳共同作用的结果。

实验设计：从铜生锈的条件看，主要是受水、氧气和二氧化碳共同作用的结果，根据条件控制法，学生设计出了多种方案，经过讨论下列方案较为合理。

A.金属铜所处的介质是：水、缺少氧气、二氧化碳

B.金属铜所处的介质是：水、氧气、二氧化碳

C.金属铜所处的介质是：氧气、二氧化碳、缺少水

D.金属铜所处的介质是：水、氧气、缺少二氧化碳

通过一系列的活动，学生初步学会应用条件控制法设计实验，思维受到启迪，能力得到提高。

案例2：著名化学家罗伯特·波义耳在一次实验中，不小心将盐酸贱到一束紫罗兰花瓣上，结果花瓣上出现了红点点。波义耳对这一意外发现做出假设，经过多次验证，探究普遍规律，终于获得了成功。对紫罗兰花瓣遇盐酸变红的现象，波义耳猜想到的问题有哪些？他如何设计实验证明他的观点？由此他获得了哪些结论?完成下表：

?

分析：此题是一个开放式探究题。拿到题目很多学生感到茫然无措，如果我们利用条件（或因素）控制法就很容易解决这个问题。此题的因素主要有：花瓣、滴到花瓣上的物质、花瓣颜色的改变。我们只要控制其中的两个因素，就可以探究另一个因素的变化了。如盐酸能使紫罗兰花瓣变红，其他酸能使紫罗兰花瓣变红吗？具体答案见下表：

猜想到的问题 设计的实验方案观察到的现象 获得的结论盐酸能使紫罗兰变红，其他酸能不能也使它变红呢？把紫罗兰花瓣分别放在稀硫酸和稀硝酸溶液中。紫罗兰花变红。酸的溶液都能使紫罗兰由紫色变红色。盐酸能使紫罗兰变红，其他物质例如碱能否使它变色呢？变成什么颜色？把紫罗兰花瓣分别放在氢氧化钠溶液和氢氧化钙溶液中。紫罗兰花变成蓝色。碱溶液均能使紫罗兰变成蓝色。盐酸能使紫罗兰变红，别的花瓣或果皮遇盐酸能不能变色呢？把玫瑰花瓣、胡萝卜皮和紫包菜等分别放入稀盐酸中。玫瑰花瓣、胡萝卜皮和紫包菜分别变了颜色。别的花或果皮，有些遇盐酸也能变色。…… …… …… ……

案例3：物质溶解性的影响因素探究

通过学习我们知道，影响物质溶解性的因素主要有：溶质的性质、溶剂的性质、温度等。设计实验验证影响物质溶解性的因素时，我们只要控制其中的两个条件，就可以研究另一个条件对物质溶解性的影响。故可按以下思路设计实验：

①温度一定，同一溶质，溶剂不同时，对物质溶解性的影响。

②温度一定，同一溶剂，溶质不同时，对物质溶解性的影响。

③同一溶质，同一溶剂，温度不同时，对物质溶解性的影响。

案例4：影响物质在水中溶解速度的因素的探究：

在许多情况下，人们希望能较快地溶解某些固体物质，结合生活经验，我们通常采用的做法是：搅拌、加热、把大颗粒磨碎。研究影响物质的溶解速率时，我们只需控制其中两个条件，就可以研究另一条件对物质溶解速率的影响。可以设计以下几个实验进行探究：

①同一温度时，用同样多的同一溶剂，把质量和颗粒大小都相同的同一溶质，同时放进两个烧杯中，一个烧杯搅拌，另一个烧杯不搅拌，并记录两个烧杯中溶质完全溶解的时间。

②在同样多的同一溶剂，把质量和颗粒大小都相同的同一溶质放入溶剂中，一份加热，一份不加热，观察比较哪一个溶解的快。

③在同一温度下，在同样多的同一溶剂，取质量相等的同一溶质两份，一份将固体研碎，另一份不研碎，观察比较哪一份溶解的快。

案例5：物质燃烧的条件的探究

燃烧现象学生非常熟悉，燃烧条件学生也有所了解，但是燃烧所需的条件之间的联系学生并不十分清楚。

①物质具有可燃性；②可燃物与氧气接触；③温度必须达到着火点。

可以设计以下几个实验进行探究：

实验一：用镊子分别夹取蘸有酒精、水的小棉球放到酒精灯的火焰上灼烧片刻。观察现象。

实验二：点燃两支小蜡烛，将其中一支蜡烛用透明的玻璃杯罩住，另一支置于空气中。比较现象。

实验三：用镊子分别夹取一小木条和一小块煤，分别放在酒精灯的火焰上灼烧，比较现象。

实验一酒精和水，除了一个有可燃性另一个没有，其余条件相同。实验二两支蜡烛，除了一支与氧气接触，另一支不与氧气接触，其余条件相同。实验三除了两种可燃物相同，其余条件相同，通过讨论问题迎刃而解。

类似的例子还有很多，此处仅举几例说明条件控制法在探究化学实验中的应用，以及培养学生科学思维能力的重要作用。只要教师不断深入钻研探究性实验，发挥自己的聪明才智，挖掘探究性实验背后的规律性，就能不断培养和提高学生科学思维的能力，为化学课程目标的落实打下坚实的基础。

［1］ 中华人民共和国教育部.全日制义务教育化学课程标准［S］.北京：北师范大学出版社，2012