（浙江專用）2018年高中化學 專題4 化學反應條件的控制 課題一 硫代硫酸鈉與酸反應速率的影響因素教學案 蘇教版選修6.doc

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課題一　硫代硫酸鈉與酸反應速率的影響因素 　【學考報告】 知識條目 加試要求 ①硫代硫酸鈉和強酸反應的原理及實驗現(xiàn)象 ②濃度、溫度對硫代硫酸鈉與酸反應速率的影響 b c 一、化學反應速率 1．化學反應速率的概念 化學反應速率是用來衡量化學反應進行快慢程度的物理量。 2．化學反應速率的表示方法 化學反應速率通常是用單位時間內(nèi)反應物濃度的減小或生成物濃度的增加來表示，其數(shù)學表達式可表示為v＝。式中Δc——某物質(zhì)的濃度變化，常用單位為molL－1。Δt——時間，常用單位為s、min、h。v——某一物質(zhì)的反應速率，常用單位是molL－1s－1、molL－1min－1等。 3．影響化學反應速率的因素 (1)反應物本身的性質(zhì)是決定反應速率的內(nèi)因。 (2)外因：反應物濃度、溫度、催化劑等。 4．硫代硫酸鈉與酸的反應 向Na2S2O3溶液中加入稀硫酸，發(fā)生如下反應：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，反應的離子方程式是S2O＋2H＋===SO2↑＋S↓＋H2O。 由于反應生成不溶于水的S，使溶液出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象。根據(jù)出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象所需時間的長短，可以判斷化學反應進行的快慢。反應進行得快，則先出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象。 二、課題方案設計 1．實驗操作要點 為了比較實驗中溶液出現(xiàn)渾濁的快慢，可以先在一張白紙上用黑色記號筆在合適的位置畫上粗細、深淺一致的“十”字，襯在反應容器(錐形瓶)的底部。實驗以Na2S2O3和H2SO4兩溶液相混合時開始計時，到溶液出現(xiàn)的渾濁將錐形瓶底部的“十”字完全遮蓋時結(jié)束。通過比較記錄的反應所需時間，可以判斷反應速率的大小。 2．實驗記錄與結(jié)論 (1)探究濃度對反應速率的影響： ①取兩個50 mL錐形瓶，編為1、2號。向1號錐形瓶中加入10 mL 0.1 molL－1 Na2S2O3溶液，向2號錐形瓶中加入5 mL 0.1 molL－1 Na2S2O3溶液和5 mL蒸餾水。 ②另取兩支試管，各加入10 mL 0.1 molL－1 H2SO4溶液，然后同時將該溶液分別倒入1、2號錐形瓶中，記錄反應所需的時間。 錐形 瓶編 號 0.1 molL－1 Na2S2O3 溶液/mL 蒸餾 水/mL 0.1 molL－1 H2SO4 溶液/mL 反應 時間/s 結(jié)論 1 10 0 10 12 s Na2S2O3溶液的濃度越大，溶液變渾濁越快，反應速率越快 2 5 5 10 20 s (2)探究溫度對反應速率的影響： 取一個50 mL錐形瓶，編為3號，向其中加入10 mL 0.1 molL－1 Na2S2O3溶液，向另一支試管中加入10 mL 0.1 molL－1 H2SO4溶液，同時放入盛有熱水的燒杯中，片刻后將錐形瓶和試管取出，將H2SO4溶液加到Na2S2O3溶液中，記錄溶液的溫度和反應所需的時間。 錐形 瓶編 號 0.1 molL－1 Na2S2O3 溶液/mL 0.1 molL－1 H2SO4 溶液/mL 反應 溫度/℃ 反應 時間/s 結(jié)論 1 10 10 室溫 12 s 反應混合液溫度越高，溶液變渾濁越快，反應速率越快 3 10 10 40 ℃ 5 s 思考：在應用實驗比較法時應注意什么問題？ 提示　實驗比較法常通過平行實驗或先后的系列實驗作觀察和對比，分析影響因素。在比較某一因素對實驗產(chǎn)生影響時，必須排除其他因素干擾，即需要控制好與實驗有關的各項反應條件。 點撥一、實驗注意事項 1．由于渾濁出現(xiàn)時間判據(jù)在實際操作中存在較大的主觀性，如出現(xiàn)什么樣的情況才算是出現(xiàn)渾濁，如果能夠借助在紙片上畫“十”字、“田”字或“王”字，就可能減少誤差，減小主觀因素的影響。 為了保證觀察的條件盡可能一致，在紙片上畫的“田”字一定要等粗，字體的大小以“田”字框的四個角剛好到錐形瓶的底邊為最佳。字體的顏色以黑色為好，紅色太亮，所需遮住時間太長?！疤铩弊植槐禺嫷锰睢⑻?，否則實驗時間太長。當然，被遮蓋到字跡看不見為止也是一個模糊的判據(jù)。 2．稀釋H2SO4溶液和稀釋Na2S2O3溶液的效果明顯不同，實驗可見此反應速率更大程度上取決于Na2S2O3溶液的濃度，而且它的濃度大小直接影響沉淀的顏色。 3．硫代硫酸鈉(Na2S2O3)與酸反應的速率較快，為了便于記錄和比較溶液出現(xiàn)渾濁時間的長短，控制反應物濃度和反應溫度十分重要。夏季做此實驗和冬季做此實驗可以選擇不同的濃度，冬季室溫較低可采用0.2 molL－1的濃度，速率快，沉淀顏色明顯。夏季則可采用低一點的濃度，0.1 molL－1比較適合。 4．對于實驗所需要的加熱，采用水浴加熱為好，一則便于控制溫度，二則此實驗溫度也不需要超過50 ℃。實驗時注意把量好的兩份液體裝在試管中，分別插入溫度計，同時放入熱水，等溫度快升高到所需溫度時立即取出，這時溫度還會繼續(xù)升高，放置一段時間待回落到所需溫度時馬上倒入錐形瓶開始實驗。注意溫度計的水銀球不要碰到試管壁和試管底，應停留在溶液中央。 5．關于硫沉淀的顏色：0.1 molL－1 Na2S2O3溶液和0.1 molL－1 H2SO4溶液反應后的液體呈乳白色，0.2 molL－1 Na2S2O3溶液和0.2 molL－1 H2SO4溶液反應后的液體呈淺黃色。 點撥二、測量化學反應速率 1．基本思路 化學反應速率是通過實驗測定的。因為化學反應中發(fā)生變化的是體系中的化學物質(zhì)(包括反應物和生成物)，所以與其中任何一種化學物質(zhì)的濃度(或質(zhì)量)相關的性質(zhì)在測量反應速率時都可以加以利用。 2．用于化學反應速率測量的基本性質(zhì) (1)直接可測量的性質(zhì)，如釋放出氣體的體積和體系壓強。例如，過氧化氫的分解反應中有氣體生成，可以測量在一定溫度和壓強下釋放出來的氣體的體積，再進行適當?shù)霓D(zhuǎn)換和計算。 (2)依靠物理儀器才能測量的性質(zhì)．如顏色的深淺、光的吸收、光的發(fā)射、導電能力等。 (3)在溶液中，當反應物或產(chǎn)物本身有比較明顯的顏色時，常常利用顏色深淺和顯色物質(zhì)濃度間的正比關系來跟蹤反應的過程和測量反應速率。 3．設計“反應速率的影響因素”實驗 (1)“反應速率的影響因素”實驗設計的思路 ①分析可能影響化學反應快慢的因素，明確實驗目的； ②從所給試劑分析能發(fā)生哪些化學反應； ③分析所給物質(zhì)的濃度、狀態(tài)等的不同，分別設計對比實驗。 (2)“反應速率的影響因素”設計的實驗方案舉例 →反應物本身的性質(zhì)是決定反應速率的主要因素。 → 探討反應物的濃度對反應速率的影響。 ⑤鐵片分別與同濃度的鹽酸在常溫和加熱條件下的實驗―→探討反應溫度對反應速率的影響。 ⑥3%過氧化氫溶液加入氯化鐵溶液或二氧化錳條件下的分解實驗―→探討催化劑對反應速率的影響。 ⑦塊狀碳酸鈣、碳酸鈣粉末分別與同濃度的鹽酸的實驗―→探討固體反應物的表面積對反應速率的影響。 [典例剖析] 為了研究溫度、濃度對化學反應速率的影響，某同學做了硫代硫酸鈉與酸反應速率的影響因素的相關實驗，實驗記錄如下： 組號 參加反應的物質(zhì) Na2S2O3 H2SO4 蒸餾水 體積/mL A 10 10 0.1 10 0.1 0 B 10 5 0.1 10 0.1 5 C 10 5 0.2 10 0.2 5 D 30 5 0.1 10 0.1 5 E 30 10 0.2 5 0.2 5 (1)該同學在實驗中主要采用的方法是_____________________________。 (2)實驗A、B的探究目的是______________________________________。 (3)實驗A、C的探究目的是____________________________________。 (4)實驗B、D的探究目的是____________________________________。 (5)你認為該同學設計這組實驗的目的是___________________________。 解析　五組實驗中，三種液體混合后所得混合溶液的總體積都是20 mL，可估算出混合溶液中Na2S2O3、H2SO4的濃度值。A、C組中c(Na2S2O3)都約為0.05 molL－1，B、D組中c(Na2S2O3)都約為0.025 molL－1，E組中c(Na2S2O3)約為0.1 molL－1；A、B、D、E組中c(H2SO4)都約為0.05 molL－1，C組中c(H2SO4)約為0.1 molL－1。結(jié)合溫度條件，就可確定實驗A、B中的變化因素是“Na2S2O3的濃度”，實驗A、C中的變化因素是“H2SO4的濃度”?？傮w來看，根據(jù)這組實驗，可探究溫度、濃度對Na2S2O3和H2SO4的反應速率的影響情況。 答案　(1)比較法 (2)溫度都為10 ℃，為了探究Na2S2O3濃度對相關反應速率的影響 (3)溫度都為10 ℃，為了探究H2SO4濃度對相關反應速率的影響 (4)為了探究溫度對相關反應速率的影響 (5)為了探究溫度、濃度對Na2S2O3和H2SO4的反應速率的影響 [跟蹤訓練] 下表是稀硫酸與某金屬反應的實驗數(shù)據(jù)： 實 驗 序 號 金屬 質(zhì)量/g 金 屬 狀 態(tài) c(H2SO4)/ (molL－1) V(H2SO4)/mL 溶液 溫度/ ℃ 金屬消失的時間/s 反應前 反應后 1 0.10 絲 0.5 50 20 34 500 2 0.10 粉 末 0.5 50 20 35 50 3 0.10 絲 0.7 50 20 36 250 4 0.10 絲 0.8 50 20 35 200 5 0.10 粉 末 0.8 50 20 36 25 6 0.10 絲 1.0 50 20 35 125 7 0.10 絲 1.0 50 35 50 50 8 0.10 絲 1.1 50 20 34 100 9 0.10 絲 1.1 50 30 44 40 分析上述數(shù)據(jù)，完成下列問題： (1)實驗4和5表明________________對反應速率有影響，________反應速率越快，能表明同一規(guī)律的實驗還有________。(填實驗序號) (2)僅表明反應物濃度對反應速率產(chǎn)生影響的實驗有________。(填實驗序號) (3)本實驗中影響反應速率的其他因素還有________，其實驗序號是________。 (4)實驗中的所有反應，反應前后溶液的溫度變化值(約15 ℃)相近，推測其原因：____________________________________________________________ ____________________________________________________________ _____________________________________________________________。 解析　本題考查影響化學反應速率的因素，同時考查分析圖表、解決問題的能力。既要注意表格中金屬的狀態(tài)不同，又要通過對比各種數(shù)據(jù)，綜合分析得出答案。 答案　(1)固體反應物的表面積　表面積越大　1、2 (2)1、3、4、6、8或2、5 (3)反應溫度　6、7或8、9 (4)因為所有反應中，金屬的質(zhì)量和硫酸溶液體積均相等，并且硫酸過量，產(chǎn)生的熱量相等，所以溶液的溫度變化值相近 方法技巧　 設計實驗研究影響化學反應速率的因素的核心思路是：只改變一種條件，觀察實驗結(jié)果，從而得出該條件對結(jié)果的影響。這種思路反映的是變量控制的思想。本題考查了通過處理實驗數(shù)據(jù)研究化學反應速率的影響因素。