高中化學 專題2 化學反應速率與化學平衡 第一單元 化學反應速率 5 控制變量法探究影響化學反應速率的因素學案 蘇教版選修4.doc

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控制變量法探究影響化學反應速率的因素 【考點精講】 近幾年高考試題中除了考查化學反應速率的簡單計算以及外界條件對化學反應速率的影響外，通過實驗探究的形式考查本部分知識也成為高考熱點之一，主要側重于考查考生采集處理數(shù)據(jù)的能力。 1. 常見考查形式 （1）以表格的形式給出多組實驗數(shù)據(jù)，讓學生找出每組數(shù)據(jù)的變化對反應的影響。 （2）給出影響化學反應的幾種因素，讓學生設計實驗分析各因素對反應的影響。 2. 解題策略 （1）確定變量 解答這類題目時首先要認真審題，理清影響實驗探究結果的因素有哪些。 （2）定多變一 在探究時，應該先確定其他的因素不變，只變化一種因素，看這種因素與探究的問題存在怎樣的關系；這樣確定一種以后，再確定另一種，通過分析每種因素與所探究問題之間的關系，得出所有影響因素與所探究問題之間的關系。 （3）數(shù)據(jù)有效 解答時注意選擇的數(shù)據(jù)（或設置的實驗）要有效，且變量統(tǒng)一，否則無法做出正確判斷。 【典例精析】 例題1某實驗小組的同學欲研究KMnO4和H2C2O4的反應。反應原理為2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4 === K2SO4 + 2MnSO4 + 10CO2↑ + 8H2O 該小組同學根據(jù)經(jīng)驗繪制了n（Mn2+）隨時間變化的趨勢示意圖，如圖1所示。但查閱已有的實驗資料發(fā)現(xiàn)，該實驗過程中n（Mn2+）隨時間變化的趨勢應如圖2所示。該小組同學根據(jù)圖2所示信息提出了新的假設，并進行實驗探究。 ①該小組同學提出的假設是。 ②請你幫助該小組同學完成實驗方案，并填寫表中空白。 實驗編號 室溫下，試管中所加試劑及其用量/ mL 再向試管中加入少量固體 室溫下溶液顏色褪至無色所需時間/ min 0.6 mol/L H2C2O4溶液 H2O 0.2 mol/L KMnO4溶液 3 mol/L 稀硫酸 1 3.0 2.0 3.0 2.0 / 4.0 2 3.0 2.0 3.0 2.0 _______ t ③若該小組同學提出的假設成立，應觀察到的現(xiàn)象是。 思路導航：①圖2和圖1相比，開始生成Mn2+的反應速率較低，但隨后突然加快，這說明生成物中的MnSO4為該反應的催化劑（或Mn2+對該反應有催化作用）。 ②要驗證Mn2+對該反應有催化作用，可以向溶液中加入硫酸錳進行驗證。 ③如果假設正確，則與實驗1比較，溶液褪色所需時間短或所用時間少于4min。 答案：①生成物中的MnSO4為該反應的催化劑（或Mn2+對該反應有催化作用） ②MnSO4 ③與實驗1比較，溶液褪色所需時間短或所用時間少于4min 例題2某同學在用稀硫酸與鋅制取氫氣的實驗中，發(fā)現(xiàn)加入少量硫酸銅溶液可加快氫氣的生成速率。請回答下列問題： （1）上述實驗中發(fā)生反應的化學方程式有； （2）硫酸銅溶液可以加快氫氣生成速率的原因是； （3）實驗室中現(xiàn)有Na2SO3、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4這4種溶液，可與實驗中CuSO4溶液起相似作用的是； （4）要加快上述實驗中氣體產(chǎn)生的速率，還可采取的措施有（答兩種）； （5）為了進一步研究硫酸銅的量對氫氣生成速率的影響，該同學設計了如下一系列實驗。將表中所給的混合溶液分別加入到6個盛有過量Zn粒的反應瓶中，收集產(chǎn)生的氣體，記錄獲得相同體積的氣體所需時間。 實驗 混合溶液 A B C D E F 4mol/L H2SO4/mL 30 V1 V2 V3 V4 V5 飽和CuSO4溶液/mL 0 0.5 2.5 5 V6 20 H2O/mL V7 V8 V9 V10 10 0 ①請完成此實驗設計，其中：V1=，V6=，V9=； ②反應一段時間后，實驗A中的金屬呈色，實驗E中的金屬呈色； ③該同學最后得出的結論為：當加入少量CuSO4溶液時，生成氫氣的速率會大大提高。但當加入的CuSO4溶液超過一定量時，生成氫氣的速率反而會下降。請分析氫氣生成速率下降的主要原因。 思路導航：（1）方程式為Zn+CuSO4==ZnSO4+Cu Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑。 （2）加入少量硫酸銅溶液后，鋅可置換出銅，從而構成銅鋅原電池，加快反應速率。 （3）K、Na和Mg均比鋅活潑，屬于活潑性很強的金屬，所以只有Ag2SO4可以。 （4）影響化學反應速率的因素有溫度、濃度和固體的表面積等。 （5）①AB屬于對照實驗，所以V1=30mL。根據(jù)所加的飽和CuSO4溶液的體積變化趨勢來分析，后者的體積總是前面的2倍，所以V6=10mL。要保證實驗中硫酸的濃度相等，根據(jù)實驗F中水的體積和飽和CuSO4溶液的體積分析V9=20mL－2.5mL＝17.5mL。②實驗A中沒有原電池反應，是鋅直接和硫酸的反應，所以金屬會變暗。而實驗E中生成銅單質(zhì)，構成了原電池反應，所以呈暗紅色。③當加入的CuSO4溶液超過一定量時，會析出大量的金屬銅覆蓋在鋅表面，阻止鋅和硫酸的反應。 答案：（1）Zn+CuSO4==ZnSO4+Cu Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑ （2）CuSO4與Zn反應產(chǎn)生的銅與Zn形成微電池，加快了氫氣產(chǎn)生的速度 （3）Ag2SO4 （4）升高反應溫度，適當增加硫酸的濃度，增加鋅粒的表面積（答兩個） （5）①30 10 17.5 ②灰黑，暗紅 ③當加入一定量的CuSO4后，生成的單質(zhì)銅會沉積在Zn的表面阻礙Zn與溶液的接觸 例題3某實驗小組以H2O2分解為例，研究濃度、催化劑、溶液酸堿性對反應速率的影響。在常溫下按照如下方案完成實驗。 實驗編號 反應物 催化劑 ① 10 mL 2% H2O2溶液 無 ② 10 mL 5% H2O2溶液 無 ③ 10 mL 5% H2O2溶液 1 mL 0.1 molL－1 FeCl3溶液 ④ 10 mL 5% H2O2溶液＋少量HCl溶液 1 mL 0.1 molL－1 FeCl3溶液 ⑤ 10 mL 5% H2O2溶液＋少量NaOH溶液 1 mL 0.1 molL－1 FeCl3溶液 （1）催化劑能加快化學反應速率的原因是__________________________________。 （2）常溫下5% H2O2溶液的pH約為6，H2O2的電離方程式為____________________。 （3）實驗①和②的目的是_________________________________________________。 實驗時由于沒有觀察到明顯現(xiàn)象而無法得出結論。資料顯示，通常條件下H2O2穩(wěn)定，不易分解。為了達到實驗目的，你對原實驗方案的改進是_______________________。 （4）實驗③、④、⑤中，測得生成氧氣的體積隨時間變化的關系如下圖。 分析上圖能夠得出的實驗結論是______________________________________。 思路導航：（1）加入催化劑，能降低反應的活化能，使更多的分子成為活化分子，從而加快化學反應速率。 （2）常溫下，H2O2的pH約為6，則H2O2為弱酸，其電離方程式為H2O2H＋＋HO。 （3）實驗①、②中均沒有使用催化劑，只是增大了H2O2的濃度，故實驗①、②的目的是探究濃度對化學反應速率的影響。因實驗過程中現(xiàn)象不明顯，可采用升溫或使用同種催化劑的方法加快反應速率來達到實驗目的。 （4）實驗③、④、⑤中H2O2的濃度相同，并加入相同量的同種催化劑，而改變的條件是④中酸性增強，⑤中堿性增強。通過相同時間內(nèi)產(chǎn)生O2的快慢（⑤>③>④）可得出如下結論：溶液的堿性增強，能加快H2O2的分解，而溶液的酸性增強，能減慢H2O2的分解。 答案：（1）降低了活化能 （2）H2O2H＋＋HO （3）探究濃度對反應速率的影響向反應物中加入等量同種催化劑（或將盛有反應物的試管放入同一熱水浴中） （4）堿性環(huán)境能加快H2O2分解的速率，酸性環(huán)境能減慢H2O2分解的速率 【總結提升】 例題（福建高考）在酸性溶液中，碘酸鉀（KIO3）和亞硫酸鈉可發(fā)生如下反應： 2IO＋5SO＋2H＋===I2＋5SO＋H2O，生成的碘可以用淀粉溶液檢驗，根據(jù)反應溶液出現(xiàn)藍色所需的時間來衡量該反應的速率。 某同學設計實驗如下表所示： 實驗序號 0.01 molL－1 KIO3酸性溶液（含淀粉）的體積/mL 0.01molL－1 Na2SO3溶液的體積/mL H2O的體積/mL 實驗溫度/℃ 溶液出現(xiàn)藍色時所需時間/s 實驗1 5 V1 35 25 實驗2 5 5 40 25 實驗3 5 5 V2 0 該實驗的目的是________；表中V2＝________mL。 思路導航：通過分析表中的數(shù)據(jù)可知，該實驗研究的是溫度、濃度對反應速率的影響；由于實驗1和實驗2的溫度相同，故實驗2與實驗3的溶液的濃度一定相同，即水的體積一定相同，因此V2＝40。 答案：探究該反應的速率與溫度、亞硫酸鈉溶液濃度的關系（或其他合理答案）40