高中化学 专题2 化学反应速率与化学平衡 第一单元 化学反应速率 5 控制变量法探究影响化学反应速率的因素学案 苏教版选修4.doc

控制变量法探究影响化学反应速率的因素【考点精讲】近几年高考试题中除了考查化学反应速率的简单计算以及外界条件对化学反应速率的影响外，通过实验探究的形式考查本部分知识也成为高考热点之一，主要侧重于考查考生采集处理数据的能力。1. 常见考查形式（1）以表格的形式给出多组实验数据，让学生找出每组数据的变化对反应的影响。（2）给出影响化学反应的几种因素，让学生设计实验分析各因素对反应的影响。2. 解题策略（1）确定变量解答这类题目时首先要认真审题，理清影响实验探究结果的因素有哪些。（2）定多变一在探究时，应该先确定其他的因素不变，只变化一种因素，看这种因素与探究的问题存在怎样的关系；这样确定一种以后，再确定另一种，通过分析每种因素与所探究问题之间的关系，得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。（3）数据有效解答时注意选择的数据（或设置的实验）要有效，且变量统一，否则无法做出正确判断。【典例精析】例题1某实验小组的同学欲研究KMnO4和H2C2O4的反应。反应原理为2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 10CO2 + 8H2O该小组同学根据经验绘制了n（Mn2+）随时间变化的趋势示意图，如图1所示。但查阅已有的实验资料发现，该实验过程中n（Mn2+）随时间变化的趋势应如图2所示。该小组同学根据图2所示信息提出了新的假设，并进行实验探究。该小组同学提出的假设是。请你帮助该小组同学完成实验方案，并填写表中空白。实验编号室温下，试管中所加试剂及其用量/ mL再向试管中加入少量固体室温下溶液颜色褪至无色所需时间/ min0.6 mol/LH2C2O4溶液H2O0.2 mol/LKMnO4溶液3 mol/L稀硫酸13.02.03.02.0/4.023.02.03.02.0_t若该小组同学提出的假设成立，应观察到的现象是。思路导航：图2和图1相比，开始生成Mn2+的反应速率较低，但随后突然加快，这说明生成物中的MnSO4为该反应的催化剂（或Mn2+对该反应有催化作用）。要验证Mn2+对该反应有催化作用，可以向溶液中加入硫酸锰进行验证。如果假设正确，则与实验1比较，溶液褪色所需时间短或所用时间少于4min。答案：生成物中的MnSO4为该反应的催化剂（或Mn2+对该反应有催化作用）MnSO4与实验1比较，溶液褪色所需时间短或所用时间少于4min例题2某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题：（1）上述实验中发生反应的化学方程式有；（2）硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是；（3）实验室中现有Na2SO3、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4这4种溶液，可与实验中CuSO4溶液起相似作用的是；（4）要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措施有（答两种）；（5）为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。实验混合溶液ABCDEF4mol/L H2SO4/mL30V1V2V3V4V5饱和CuSO4溶液/mL00.52.55V620H2O/mLV7V8V9V10100请完成此实验设计，其中：V1=，V6=，V9=；反应一段时间后，实验A中的金属呈色，实验E中的金属呈色；该同学最后得出的结论为：当加入少量CuSO4溶液时，生成氢气的速率会大大提高。但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因。思路导航：（1）方程式为Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu Zn+H2SO4=ZnSO4+H2。（2）加入少量硫酸铜溶液后，锌可置换出铜，从而构成铜锌原电池，加快反应速率。（3）K、Na和Mg均比锌活泼，属于活泼性很强的金属，所以只有Ag2SO4可以。（4）影响化学反应速率的因素有温度、浓度和固体的表面积等。（5）AB属于对照实验，所以V1=30mL。根据所加的饱和CuSO4溶液的体积变化趋势来分析，后者的体积总是前面的2倍，所以V6=10mL。要保证实验中硫酸的浓度相等，根据实验F中水的体积和饱和CuSO4溶液的体积分析V9=20mL2.5mL17.5mL。实验A中没有原电池反应，是锌直接和硫酸的反应，所以金属会变暗。而实验E中生成铜单质，构成了原电池反应，所以呈暗红色。当加入的CuSO4溶液超过一定量时，会析出大量的金属铜覆盖在锌表面，阻止锌和硫酸的反应。答案：（1）Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu Zn+H2SO4=ZnSO4+H2（2）CuSO4与Zn反应产生的铜与Zn形成微电池，加快了氢气产生的速度（3）Ag2SO4（4）升高反应温度，适当增加硫酸的浓度，增加锌粒的表面积（答两个）（5）30 10 17.5灰黑，暗红当加入一定量的CuSO4后，生成的单质铜会沉积在Zn的表面阻碍Zn与溶液的接触例题3某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。实验编号反应物催化剂10 mL 2% H2O2溶液无10 mL 5% H2O2溶液无10 mL 5% H2O2溶液1 mL 0.1 molL1 FeCl3溶液10 mL 5% H2O2溶液少量HCl溶液1 mL 0.1 molL1 FeCl3溶液10 mL 5% H2O2溶液少量NaOH溶液1 mL 0.1 molL1 FeCl3溶液（1）催化剂能加快化学反应速率的原因是_。（2）常温下5% H2O2溶液的pH约为6，H2O2的电离方程式为_。（3）实验和的目的是_。实验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论。资料显示，通常条件下H2O2稳定，不易分解。为了达到实验目的，你对原实验方案的改进是_。（4）实验、中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如下图。分析上图能够得出的实验结论是_。思路导航：（1）加入催化剂，能降低反应的活化能，使更多的分子成为活化分子，从而加快化学反应速率。（2）常温下，H2O2的pH约为6，则H2O2为弱酸，其电离方程式为H2O2HHO。（3）实验、中均没有使用催化剂，只是增大了H2O2的浓度，故实验、的目的是探究浓度对化学反应速率的影响。因实验过程中现象不明显，可采用升温或使用同种催化剂的方法加快反应速率来达到实验目的。（4）实验、中H2O2的浓度相同，并加入相同量的同种催化剂，而改变的条件是中酸性增强，中碱性增强。通过相同时间内产生O2的快慢（）可得出如下结论：溶液的碱性增强，能加快H2O2的分解，而溶液的酸性增强，能减慢H2O2的分解。答案：（1）降低了活化能（2）H2O2HHO（3）探究浓度对反应速率的影响向反应物中加入等量同种催化剂（或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中）（4）碱性环境能加快H2O2分解的速率，酸性环境能减慢H2O2分解的速率【总结提升】例题（福建高考）在酸性溶液中，碘酸钾（KIO3）和亚硫酸钠可发生如下反应：2IO5SO2H=I25SOH2O，生成的碘可以用淀粉溶液检验，根据反应溶液出现蓝色所需的时间来衡量该反应的速率。某同学设计实验如下表所示：实验序号0.01 molL1 KIO3酸性溶液（含淀粉）的体积/mL0.01molL1 Na2SO3溶液的体积/mLH2O的体积/mL实验温度/溶液出现蓝色时所需时间/s实验15V13525实验2554025实验355V20该实验的目的是_；表中V2_mL。思路导航：通过分析表中的数据可知，该实验研究的是温度、浓度对反应速率的影响；由于实验1和实验2的温度相同，故实验2与实验3的溶液的浓度一定相同，即水的体积一定相同，因此V240。答案：探究该反应的速率与温度、亚硫酸钠溶液浓度的关系（或其他合理答案）40