高中化學專題2化學反應(yīng)速率與化學平衡第一單元化學反應(yīng)速率5控制變量法探究影響化學反應(yīng)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(yīng)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(yīng)速率的簡單計算以及外界條件對化學反應(yīng)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(cè)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(yīng)的影響。 （2）給出影響化學反應(yīng)的幾種因素，讓學生設(shè)計實驗分析各因素對反應(yīng)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(jié)果的因素有哪些。 （2）定多變一 在探究時，應(yīng)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(guān)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(guān)系，得出所有影響因素與所探究問題之間的關(guān)系。 （3）數(shù)據(jù)有效 解答時注意選擇的數(shù)據(jù)（或設(shè)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(yīng)。反應(yīng)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(yīng)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(shè)，并進行實驗探究。 ①該小組同學提出的假設(shè)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(shè)成立，應(yīng)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(yīng)速率較低，但隨后突然加快，這說明生成物中的MnSO4為該反應(yīng)的催化劑（或Mn2+對該反應(yīng)有催化作用）。 ②要驗證Mn2+對該反應(yīng)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(shè)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(yīng)的催化劑（或Mn2+對該反應(yīng)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(yīng)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(shè)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(yīng)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(shè)計，其中：V1=，V6=，V9=； ②反應(yīng)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(jié)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(gòu)成銅鋅原電池，加快反應(yīng)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(yīng)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(yīng)，是鋅直接和硫酸的反應(yīng)，所以金屬會變暗。而實驗E中生成銅單質(zhì)，構(gòu)成了原電池反應(yīng)，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(yīng)。 答案：（1）Zn+CuSO4==ZnSO4+Cu Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑ （2）CuSO4與Zn反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(jié)論。資料顯示，通常條件下H2O2穩(wěn)定，不易分解。為了達到實驗?zāi)康模銓υ瓕嶒灧桨傅母倪M是_______________________。 （4）實驗③、④、⑤中，測得生成氧氣的體積隨時間變化的關(guān)系如下圖。 分析上圖能夠得出的實驗結(jié)論是______________________________________。 思路導航：（1）加入催化劑，能降低反應(yīng)的活化能，使更多的分子成為活化分子，從而加快化學反應(yīng)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(yīng)速率的影響。因?qū)嶒炦^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(yīng)速率來達到實驗?zāi)康摹? （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(jié)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(yīng)速率的影響向反應(yīng)物中加入等量同種催化劑（或?qū)⑹⒂蟹磻?yīng)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(jié)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(yīng)： 2IO＋5SO＋2H＋===I2＋5SO＋H2O，生成的碘可以用淀粉溶液檢驗，根據(jù)反應(yīng)溶液出現(xiàn)藍色所需的時間來衡量該反應(yīng)的速率。 某同學設(shè)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(yīng)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(yīng)的速率與溫度、亞硫酸鈉溶液濃度的關(guān)系（或其他合理答案）40