专题突破24 控制变量探究影响化学反应速率的因素
在研究影响化学反应速率的因素时,由于外界影响因素较多,故为搞清某个因素的影响均需控制其他因素相同或不变,再进行实验。因此,常用控制变量思想解决该类问题。 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化学反应速率的影响。 (2)给出影响化学反应速率的几种因素,让学生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。 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
解答时注意选择数据(或设置实验)要有效,且变量统一,否则无法作出正确判断。 3.实例分析
探究温度、催化剂对反应：2H2O2===2H2O＋O2↑的影响,可以确定催化剂(是否加入MnO2)和温度(加热、常温)作为可变量,其他的则控制为不变量。
探究对象的反应 控制的可变量 控制的不变量 催化剂 浓度、温度等 取相同量的5%H2O2溶液于两实验方案 支规格相同的试管中,向其中一支试管中加入少量MnO2,另一支不加,在常温下观察
1.(2019·洛阳月考)等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应,测得在不同时间(t)内产生气体体积(V)的数据如图所示,根据图示分析实验条件,下列说法中一定不正确的是( )
2H2O2===2H2O＋O2↑ 温度 浓度、催化剂等 取相同量的5%H2O2溶液于两支规格相同的试管中,给其中一支试管加热,另一支不加热,观察 组别 1 2 3 4 对应曲线 a b c d c(HCl)/mol·L1 2.5 2.5 －反应温度/℃ 30 30 30 铁的状态 粉末状 粉末状 块状 块状
A.第4组实验的反应速率最慢
B.第1组实验中盐酸的浓度大于2.5 mol·L1 C.第2组实验中盐酸的浓度等于2.5 mol·L1 D.第3组实验的反应温度低于30 ℃ 答案 D
【解析】 由图像可知,1、2、3、4组实验产生的氢气一样多,只是反应速率有快慢之分。第4组实验,反应所用时间最长,故反应速率最慢,A正确；第1组实验,反应所用时间最短,故反应速率最快,根据控制变量法原则知盐酸浓度应大于2.5 mol·L1,B正确；第2组实验,铁是粉末状,与3、4组块状铁相区别,根据控制变量法原则知盐酸的浓度应等于2.5 mol·L1,C正确；由3、4组实验并结合图像知第3组实验中反应温度应高于30 ℃,D错误。
2.某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“外界条件对化学反应速率的影响”。实验时,先分别量取两种溶液,然后倒入试管中迅速振荡混合均匀,开始计时,通过测定褪色所需时间来判断反应的快慢。该小组设计了如下方案。
编号 ① ② ③
(1)已知反应后H2C2O4转化为CO2逸出,KMnO4溶液转化为MnSO4,每消耗1 mol H2C2O4转移________mol电子。为了观察到紫色褪去,H2C2O4与KMnO4初始的物质的量需要满足的关系为n(H2C2O4)∶n(KMnO4)≥________。
(2)探究温度对化学反应速率影响的实验编号是________(填编号,下同),可探究反应物浓度对化学反应速率影响的实验编号是____________。
H2C2O4溶液 浓度/mol·L 0.10 0.20 0.20 －1－
－
－－
酸性KMnO4溶液 浓度/mol·L 0.010 0.010 0.010 －1体积/mL 2.0 2.0 2.0 体积/mL 4.0 4.0 4.0 温度/℃ 25 25 50 (3)已知50 ℃时c(MnO4)～反应时间t的变化曲线如图。若保持其他条件不变,请在坐标图中,画出25 ℃时c(MnO4)～t的变化曲线示意图。
－
－
答案 (1)2 5∶2 (2)②和③ ①和②
(3)
【解析】 (1)H2C2O4中碳的化合价是＋3价,CO2中碳的化合价为＋4价,故每消耗1 mol H2C2O4转移2 mol电子,反应的化学方程式为2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O,为保证KMnO4完全反应,c(H2C2O4)∶c(KMnO4)≥5∶2。 (2)探究温度对反应速率的影响,则浓度必然相同,则为实验②和③；同理探究浓度对反应速率的影响的实验是①和②。(3)温度降低,化学反应速率减小,故KMnO4褪色时间延长,故作图时要同时体现25 ℃ MnO4浓度降低比50 ℃时MnO4的浓度降低缓慢和反应完全时间比50 ℃时“拖后”。
3.(2020·天津第一中学月考)为了进一步探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,记录获得相同体积气体所需的时间。
实验 混合溶液 4 mol·L1 H2SO4/mL 饱和CuSO4溶液/mL H2O/mL
请完成此实验设计,其中：V1＝________,V6＝______,V9＝________。 答案 30 10 17.5
【解析】 若研究CuSO4的量对H2生成速率的影响,则实验中除CuSO4的量不同之外,其他物质的量均相同,则V1＝V2＝V3＝V4＝V5＝30,最终溶液总体积相同。由实验F可知,溶液的总体积均为50 mL,则V6＝10,V9＝17.5。
－－
－
A 30 0 V7 B V1 0.5 V8 C V2 2.5 V9 D V3 5 V10 E V4 V6 10 F V5 20 0
高2021届高2018级高中化学第一轮复习配套学案第七章专题突破24
