化学实验条件的控制方式
在化学实验中,由于具体的化学实验目的和要求不同,因而实验条件的控制方式也不尽相同。
(一)从所控制的实验条件的时间先后来看
1.固定控制
在开始实验前即给足各种确定的实验条件,以后不再调整,又称前期控制、一次性控制或者静态控制。例如,选定适宜的试剂、等级和用量,并且一次加料、混合,发生反应。
若采用这种控制方式,要求在设计化学实验方案时考虑到各种条件在实验过程中能够保持的适当范围。例如,在银镜实验中,乙醛、银氨溶液的浓度、用量和体积比都有适当的范围。
2.随动控制
在化学实验过程中,不断地或者定时地对某些实验条件加以调整,又称中期控制、动态控制。例如,在实验过程中,添加、补充或移走某一反应物。在铜跟浓硝酸反应实验中,铜丝固定在穿过橡皮塞的玻璃棒上,通过玻璃棒上下移动,可以随时改变铜与浓硝酸的接触面,从而控制反应的剧烈程度,即是随动控制的一个具体实例。
3.自动控制
利用某些原理,或者借助于控制仪器,使某一或某些实验条件维持在一定范围内。例如,恒温仪、稳压电源等来控制温度、电压;利用专门设计的装置使液面保持恒定等。
一般说来,固定控制、随动控制和自动控制的复杂程度依次增大。在设计化学实验方案时,要在原理、试剂、仪器装置、实验操作等方面考虑到条件控制的需要,就条件控制的内容、范围和方法做出相应设计,力求有效和简便。
(二)从所控制的实验条件的多少来看
由于具体的化学实验目的和要求不同,因而实验条件的控制方式也不尽相同,从所需控制的实验条件(因素)的多少来看,化学实验条件的控制方式有单因素控制和多因素控制两种情况。[4]教科书中的实验则主要选取了单因素控制,即只对一种实验条件进行控制。事实上,任何一个化学实验都包含多种实验条件。对此,教科书都采取了固定的其他条件,而只改变一种实验条件的控制方法(控制单一变量)。
1.单因素控制
所谓单因素控制,是指只对化学实验中的一种实验条件进行严格控制。例如,在用硫酸铝与氢氧化钠制备氢氧化铝实验中,对氢氧化钠的用量要严格控制。
对一种实验条件进行控制,并不意味着影响该实验的条件只有一个。事实上,任何一个化学实验都包含有多种实验条件。但在具体的化学实验中,由于实验目的和要求不同,不一定对每一个实验条件都必须进行严格控制。
2.多因素控制
所谓多因素控制,是指对化学实验中的多种实验条件同时进行控制。这种情况较为复杂,从实验条件对实验结果的影响来看,又可分为两种。
(1)固定其他条件,改变一种条件
这种方式所控制的实验条件对实验结果的影响具有相对独立性,每种实验条件都能单独地影响实验结果。例如,浓度和温度对化学平衡影响的实验——硫代硫酸钠溶液与硫酸的反应。
(2)对几种实验条件同时加以综合控制
这种方式所控制的化学实验条件对实验结果的影响并不是单一的,而是共同起作用的,具有综合性。例如,氨的催化氧化实验、接触法制硫酸实验等,需要对催化剂、温度、鼓气速度、反应物用量等多个实验条件同时进行综合控制,否则,难以得到满意的实验结果。
【注释】
[1]欧阳昌海.图形创意[M].北京:中国青年出版社,2017:139.
[2]李选芒,陈昊平.管理学基础[M].北京:北京理工大学出版社,2016:267.
[3]郑长龙.中学化学教学设计的理论与实践[M].长春:东北师范大学出版社,2001:153.
[4]李广洲,任红艳.学科教学详解初中化学[M].长沙:湖南教育出版社,2015:46.