从控制变量角度分析“燃烧条件探究实验”

史赵宁

招远市玲珑镇罗山初级中学

控制变量法探究化学反应的一般思路是先明确可能的影响因素，然后依次增减其中某个因素，同时控制实验满足其他因素，通过实验结果的不同确定哪些因素是真正影响变化的因素。因此，用控制变量的思路分析实验设计是否严密是行之有效的。

以初中化学为例，学生接触的影响燃烧的因素有三个：1.可燃物；2.温度达到着火点；3.与充足的氧气接触。从三因素角度，用控制变量的思路反观常见的燃烧条件探究实验，我发现以下实验不严密:

   案例一：分别用玻璃棒蘸取点燃酒精和水。在酒精灯火焰上点燃。现象：酒精燃烧，水不燃烧，（也有点燃煤块和石块的，或者用棉花蘸取酒精和水进行点燃的）。结论：“燃烧需要可燃物”。如图1。      

图 1

分析：该实验中酒精和水属于“有没有可燃物”的对照组，两组实验都应该使温度达到着火点且与充足的氧气接触。而实验操作仅是将水置于和酒精一样的加热条件和氧气含量下，水不满足“温度达到着火点且与充足的氧气接触”的变量控制要求（因为水的着火点和需要的氧气量无法确定），所以，该实验无法证明“燃烧需要可燃物”。我们可以质疑：

水不燃烧是不是温度没有达到着火点？是不是没有与充足的氧气接触？是不是温度和氧气都不够？（请不要说:“我没有见过水燃烧，只见过水可以用来灭火，所以水在任何条件下都不会燃烧。”那么请问：10年前我们没有见过铜在空气中燃烧，而今我们发现纳米铜粉在空气中可以燃烧，难道能因为没见过铜粉燃烧而否定铜具有可燃性吗？我们教育学生“实践是检验真理的唯一标准”，那么我们自己首先要恪守这一标准。）

案例二：纸船烧水。将两片相同的纸片折成相同大小的纸船，一只直接在酒精灯上加热；另一只加水淹没底部，再放在酒精灯上加热。现象：不加水的纸船很快燃烧；加水的纸船，在水烧干后再逐渐燃烧。结论:“可燃物燃烧需要温度达到着火点”，如图2。

                         

图 2

    分析：该实验中，由于水的比热容较大，吸收大量的热，当有水时，加水的纸船的温度达不到着火点，不燃烧；另一只纸船的温度很快可以达到着火点，发生燃烧。属于“温度是否达到着火点的对照组”。同时，两组实验应该“将相同的可燃物与同样充足的氧气接触”。而实验中，水干之前，加水的纸船接触的氧气比另一只纸船少，有可能不充足。所以，该实验不能得出“可燃物燃烧需要温度达到着火点”。我们可以质疑：加水的纸船开始时不燃烧，会不会是接触的氧气不充足？

    案例三：红磷白磷燃烧实验。烧杯中盛80摄氏度热水，上方盖一片铜片，水中放一块白磷，铜片上分别放等量的白磷和红磷。现象：水下的白磷不燃烧，铜片上的白磷燃烧，铜片上的红磷不燃烧。结论:“可燃物燃烧需要与氧气接触，且温度要达到着火点”，如图3。

     

图 3
     分析:水下白磷与铜片上白磷的着火点相同，燃烧需要氧气量必然相同。所以，水下白磷不燃烧，铜片上白磷燃烧，说明“可燃物燃烧需要与充足的氧气接触”。但是，铜片上白磷和红磷燃烧所需要的温度和氧气量均不相同，且实验中红磷一直不燃烧，因此该实验无法证明可燃物燃烧需要“温度达到着火点”。我们可以质疑：红磷不燃烧会不会是接触的氧气不充足？
    运用控制变量法的思路反思实验，我们可以发现许多实验方案存在逻辑问题，让学生学会从控制变量的角度反思实验是提高学生核心素养的有力保证。