控制变量法在数字化实验中的应用——以“影响化学反应速率的因素”为例

湖北省武昌实验中学(430061) 唐 苏

1 问题的提出

控制变量法早已渗透到物理、化学、生物等理科教学中，是探究实验中不可或缺的认知成分。“影响化学反应速率的因素”一节中，人教版化学选修4教材中的3个实验通过控制单一变量的方法分别研究了浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响。3个实验都是根据定性的实验现象得出结论，但这样的判断因人而异，没有定量的数据，实验结果往往不太准确。而数字化实验教学在继承传统实验教学的基础上，对其进行改进和补充，学生通过简单的数据处理，能够对数据背后隐藏的科学规律进行探究，从而有利于培养学生的科学素养。

2 实验原理与设计

2.1 浓度对反应速率的影响

2.1.1 实验反应方程式

5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO4=10CO2↑+2MnSO4+K2SO4+8H2O

2.1.2 实验原理

古德贝格和瓦格于19世纪中期提出了基元反应的质量作用定律：基元反应速率与各反应物的浓度幂次方乘积成正比，各反应物浓度幂次方的指数等于化学方程式中对应物质的化学计量数。反应物的浓度越高，反应速率越快。

2.1.3 色度传感器原理

色度传感器用于测量有色溶液的透光率，相当于一台简易的分光光度计。通过对比透射光强度与发射光强度，可得到透光度。

本实验中随着反应的进行，酸性高锰酸钾溶液的颜色会逐渐褪去，透射光强度逐渐增加，反应相同的时间，透光度变化值与反应速率成正比，可以据此确定反应速率的大小。

2.2 温度对反应速率的影响

2.2.1 实验反应方程式

Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+S↓+SO2↑+

H2O

2.2.2 实验原理