控制變量在測定化學(xué)反應(yīng)速率中的影響與應(yīng)用

控制變量在測定化學(xué)反應(yīng)速率中的影響與應(yīng)用第一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六【考情播報】在研究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素時，由于外界影響因素較多，若搞清某個因素的影響，均需控制其他因素相同或不變，才能進行實驗。因此，控制變量思想在這部分體現(xiàn)較為充分，在近幾年高考題中也多有考查，且大多以探究型實驗題的形式出現(xiàn)。這類題目以實驗為研究手段，盡管涉及因素較多，有其復(fù)雜性，但仍然重在考查考生的基礎(chǔ)知識、基本技能、分析能力和實驗?zāi)芰Α３Ｒ姷拿}角度有：(1)探究濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。第二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六(2)探究溶液酸堿性對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。(3)探究原電池反應(yīng)對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。(4)探究溫度及催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。(5)探究綜合因素對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。第三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六【答題必備】1.確定變量：在研究影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的因素時，由于外界影響因素較多，故為搞清某個因素的影響均需控制其他因素相同或不變，再進行實驗，從而理清影響實驗探究結(jié)果的因素。第四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六2.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；這樣確定一種因素的影響結(jié)果以后，再確定另一種因素的影響結(jié)果，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。第五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六3.數(shù)據(jù)有效：解答時注意選擇數(shù)據(jù)(或設(shè)置實驗)要有效，且變量統(tǒng)一，否則無法作出正確判斷。4.影響化學(xué)反應(yīng)速率的“8”個重要因素：(1)濃度(2)溫度(3)壓強(4)催化劑(5)固體的表面積(6)原電池反應(yīng)(7)酸堿度(8)光照強度第六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六【典題示例】角度一探究濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響(2014·廣東高考節(jié)選)H2O2是一種綠色氧化還原試劑，在化學(xué)研究中應(yīng)用廣泛。(1)某小組擬在同濃度Fe3+的催化①下，探究H2O2濃度②對H2O2分解反應(yīng)速率的影響。限選試劑與儀器：30%H2O2、0.1mol·L-1Fe2(SO4)3、蒸餾水、錐形瓶、雙孔塞、水槽、膠管、玻璃導(dǎo)管、量筒、秒表、恒溫水浴槽、注射器第七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六②設(shè)計實驗方案：在不同H2O2濃度下，測定(要求所測得的數(shù)據(jù)能直接體現(xiàn)反應(yīng)速率大小③)。③設(shè)計實驗裝置，完成如下裝置示意圖。第八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六④參照下表格式④，擬定實驗表格，完整體現(xiàn)實驗方案(列出所選試劑體積、需記錄的待測物理量和所擬定的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)用字母表示)。物理量實驗序號V[0.1mol·L-1Fe2(SO4)3]/mL……1a……2a……第九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六【典題剖析】抽絲剝繭溯本求源關(guān)鍵信息信息分析與遷移信息①Fe3+是反應(yīng)的催化劑信息②H2O2濃度是唯一變量信息③直接體現(xiàn)反應(yīng)速率大小，需時間相同測濃度或濃度相同測時間信息④保證混合液體積相同而H2O2濃度不同第十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六【嘗試解答】(1)②由2H2O2========2H2O+O2↑可知，通過測定收集相同體積的氧氣所需時間或者相同時間內(nèi)所收集氧氣的體積，能直接體現(xiàn)反應(yīng)速率大小。③測相同時間內(nèi)收集氧氣的體積用，測相同時間內(nèi)收集氧氣的體積或收集相同體積氣體所需時間用。Fe2(SO4)3第十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六④物理量實驗序號12V[H2O2]/mLbcV[H2O]/mLcbV[O2]/mLee時間/sdf第十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六答案：(1)②收集相同體積的氧氣所需時間或者相同時間內(nèi)所收集氧氣的體積③④物理量實驗序號12V[H2O2]/mLbcV[H2O]/mLcbV[O2]/mLee時間/sdf第十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六角度二探究溶液酸堿性對化學(xué)反應(yīng)速率的影響(2013·安徽高考)某酸性工業(yè)廢水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能將其中的轉(zhuǎn)化為Cr3+。某課題組研究發(fā)現(xiàn)，少量鐵明礬［Al2Fe(SO4)4·24H2O］即可對該反應(yīng)起催化作用。為進一步研究有關(guān)因素對該反應(yīng)速率的影響，探究如下：第十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六(1)在25℃下，控制光照強度、廢水樣品初始濃度和催化劑用量相同①，調(diào)節(jié)不同的初始pH和一定濃度草酸溶液用量②，做對比實驗，完成以下實驗設(shè)計表(表中不要留空格)。實驗編號初始pH廢水樣品體積/mL草酸溶液體積/mL蒸餾水體積/mL①4601030②5601030③560第十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六測得實驗①和②溶液中的濃度隨時間變化關(guān)系如圖所示。(2)上述反應(yīng)后草酸被氧化為________________(填化學(xué)式)。(3)實驗①和②的結(jié)果表明________________；實驗①中0～t1時間段反應(yīng)速率v(Cr3+)＝

mol·L-1·min-1(用代數(shù)式表示)。第十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六(4)該課題組對鐵明礬［Al2Fe(SO4)4·24H2O］中起催化作用④的成分提出如下假設(shè)，請你完成假設(shè)二和假設(shè)三：假設(shè)一：Fe2+起催化作用；假設(shè)二：______________________________________________；假設(shè)三：______________________________________________；……第十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六(5)請你設(shè)計實驗驗證上述假設(shè)一，完成下表中內(nèi)容。［除了上述實驗提供的試劑外，可供選擇的藥品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。溶液中的濃度可用儀器測定］實驗方案(不要求寫具體操作過程)預(yù)期實驗結(jié)果和結(jié)論第十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六【典題剖析】抽絲剝繭溯本求源關(guān)鍵信息信息分析與遷移信息①光照強度、廢水樣品濃度和催化劑條件相同信息②初始pH和草酸濃度變化信息③①中濃度比②下降較快，①速率大信息④Fe2+或Al3+或起催化作用第十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六【嘗試解答】(1)由“調(diào)節(jié)不同的初始pH和一定濃度草酸溶液用量，做對比實驗”可知實驗①②是為了對比pH的不同對速率的影響，實驗②③是為了對比草酸濃度的不同對速率的影響，所以在實驗③中草酸溶液和蒸餾水的總體積為40mL即可(但不能與實驗②的用量相同)。(2)H2C2O4中C的化合價為+3，被含的酸性溶液氧化后只能升高為+4價，故產(chǎn)物為CO2。第二十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六(3)圖象中曲線的斜率越大，說明反應(yīng)速率越快，所以由實驗①②條件對照可知，pH越小該反應(yīng)速率越快。氧化H2C2O4后，本身被還原為Cr3+，由質(zhì)量守恒定律得關(guān)系式：～2Cr3+

，故v(Cr3+)=2v()=(4)加入鐵明礬后的混合液中含F(xiàn)e2+、Al3+、所以假設(shè)二、假設(shè)三分別為Al3+起催化作用、起催化作用。第二十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六(5)用等物質(zhì)的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替實驗①中的鐵明礬，控制其他反應(yīng)條件與實驗①相同，進行對比實驗。在此條件下，溶液中只相差Fe2+，若反應(yīng)進行相同時間后，溶液中c()大于實驗①中的c()，則假設(shè)一成立；若兩溶液中的c()相同，則假設(shè)一不成立。第二十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六答案：(1)(合理即可)

(2)CO2(3)溶液的pH對該反應(yīng)的速率有影響(4)Al3+起催化作用起催化作用實驗編號初始pH廢水樣品體積/mL草酸溶液體積/mL蒸餾水體積/mL③2020第二十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六(5)(本題為開放性題目，其他答案合理均可)實驗方案(不要求寫具體操作過程)預(yù)期實驗結(jié)果和結(jié)論用等物質(zhì)的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替實驗①中的鐵明礬，控制其他反應(yīng)條件與實驗①相同，進行對比實驗反應(yīng)進行相同時間后，若溶液中c()大于實驗①中的c()，則假設(shè)一成立；若兩溶液中的c()相同，則假設(shè)一不成立第二十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六角度三探究原電池反應(yīng)對化學(xué)反應(yīng)速率的影響某同學(xué)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①可加快氫氣的生成速率。請回答下列問題：(1)硫酸銅溶液可以加快氫氣生成速率的原因是______________________________________________________________________。(2)實驗室中現(xiàn)有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4四種溶液，可與上述實驗中CuSO4溶液起相似作用②的是________________________。第二十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六(3)為了進一步研究硫酸銅的量③對氫氣生成速率的影響，該同學(xué)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6個盛有過量鋅粒的反應(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。第二十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六請完成此實驗設(shè)計，其中：V1＝________，V6＝________，V9＝________。

實驗混合溶液ABCDEF4mol·L-1H2SO4/mL30V1V2V3V4V5飽和CuSO4溶液/mL00.52.55V620H2O/mLV7V8V9V10100④第二十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六【典題剖析】抽絲剝繭溯本求源關(guān)鍵信息信息分析與遷移信息①硫酸銅溶液與鋅反應(yīng)置換出銅，鋅、銅和電解質(zhì)溶液形成原電池信息②也能形成原電池，加快反應(yīng)速率信息③只改變硫酸銅的量，即只改變硫酸銅溶液的濃度，其他條件不變信息④分析表中數(shù)據(jù)，混合溶液的總體積為50mL第二十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六【嘗試解答】(1)由于Zn與反應(yīng)生成的Cu及硫酸溶液組成了Cu-Zn原電池，大大加快了生成氫氣的反應(yīng)速率。(2)只要是比鋅的金屬性差的金屬都可以與鋅組成原電池，都可以加快生成氫氣的反應(yīng)速率，故在所給的物質(zhì)中只有Ag2SO4符合題意。第二十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六(3)因為要研究硫酸銅的量對反應(yīng)速率的影響，故應(yīng)保持硫酸的濃度在各組實驗中相同，則硫酸溶液的體積均取30mL，根據(jù)F中增加的水與硫酸銅溶液的體積之和為20mL，可以求得各組實驗中加入水的體積分別為V7＝20，V8＝19.5，V9＝17.5，V10＝15，實驗E中加入的硫酸銅的體積V6＝10。第三十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六答案：(1)CuSO4與Zn反應(yīng)產(chǎn)生的Cu與Zn形成Cu-Zn原電池，加快了氫氣生成的速率(2)Ag2SO4溶液(3)30

10

17.5

第三十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六角度四探究溫度及催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響(2015·安陽模擬)利用催化劑可使NO和CO發(fā)生反應(yīng)：2NO(g)+2CO(g)

2CO2(g)+N2(g)ΔH<0①。已知增大催化劑的比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率。為了分別驗證溫度、催化劑的比表面積②對化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，某同學(xué)設(shè)計了三組實驗，部分實驗條件已經(jīng)填在實驗設(shè)計表③中。第三十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六(1)請?zhí)钊碇械母骺崭瘛嶒灳幪枹瘼颌骉(℃)280350NO初始濃度(mol·L-1)1.2×10-31.2×10-3CO初始濃度(mol·L-1)5.8×10-3催化劑的比表面積(m2·g-1)8212482第三十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六(2)實驗Ⅰ中，NO的物質(zhì)的量濃度(c)隨時間(t)的變化如圖所示。請在給出的坐標(biāo)圖中畫出實驗Ⅱ、Ⅲ④中NO的物質(zhì)的量濃度(c)隨時間(t)變化的曲線，并標(biāo)明各曲線的實驗編號。第三十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六【典題剖析】抽絲剝繭溯本求源關(guān)鍵信息信息分析與遷移信息①反應(yīng)為放熱反應(yīng)信息②溫度、催化劑比表面積變化，其他條件不變信息③Ⅰ、Ⅲ溫度不同，其他條件必相同；Ⅰ、Ⅱ催化劑比表面積不同，其他條件必相同信息④Ⅱ催化劑比表面積大，速率快，平衡不移動；Ⅲ溫度高，速率快，平衡左移第三十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六【嘗試解答】(1)在其他量相同的情況下，才能判斷變量對速率的影響，要驗證溫度對速率的影響，催化劑的比表面積、反應(yīng)物的初始濃度等要相同；同理，驗證催化劑的比表面積對速率的影響，溫度、反應(yīng)物的初始濃度要相同。(2)Ⅰ、Ⅱ的區(qū)別是催化劑的比表面積不同，因此Ⅱ的反應(yīng)速率較快，但催化劑不影響平衡的移動。Ⅰ、Ⅲ的區(qū)別是溫度變化，溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，達到平衡的時間縮短，NO轉(zhuǎn)化率降低，故最終Ⅲ中c(NO)較Ⅰ、Ⅱ中c(NO)大。第三十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六答案：(1)(2)實驗編號ⅠⅡⅢT(℃)280NO初始濃度(mol·L-1)1.2×10-3CO初始濃度(mol·L-1)5.8×10-35.8×10-3第三十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六角度五探究綜合因素對化學(xué)反應(yīng)速率的影響(2015·廣州模擬)某實驗小組以H2O2分解為例，研究濃度、催化劑、溶液的酸堿性①對反應(yīng)速率的影響。在常溫下按照如下方案完成實驗。第三十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六編號反應(yīng)物催化劑①10mL2%H2O2溶液無②10mL5%H2O2溶液無③10mL5%H2O2溶液1mL0.1mol·L-1FeCl3溶液④10mL5%H2O2溶液+少量HCl溶液1mL0.1mol·L-1FeCl3溶液⑤10mL5%H2O2溶液+少量NaOH溶液1mL0.1mol·L-1FeCl3溶液第三十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六(1)催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)速率的原因是______________________________________________________________________________。(2)實驗①和②②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③。為了達到實驗?zāi)康模銓υ瓕嶒灧桨傅母倪M是___________________________________________________。第四十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六(3)實驗③、④、⑤中，測得生成氧氣的體積隨時間變化的關(guān)系如圖所示④。分析圖示能夠得出的實驗結(jié)論是___________________。第四十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六【典題剖析】抽絲剝繭溯本求源關(guān)鍵信息信息分析與遷移信息①濃度、催化劑、溶液的酸堿性條件變化，其他條件不變信息②①和②H2O2溶液濃度不同信息③H2O2分解無催化劑，反應(yīng)很慢信息④H2O2分解速率⑤>③>④第四十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六【嘗試解答】加入催化劑可降低反應(yīng)的活化能，反應(yīng)速率增大；因過氧化氫顯示出弱酸性，因此為部分電離；實驗①和②過氧化氫的濃度不同，實驗?zāi)康氖翘骄繚舛葘Ψ磻?yīng)速率的影響，但可能因過氧化氫性質(zhì)穩(wěn)定，反應(yīng)速率太慢，現(xiàn)象不明顯，可以給不同濃度的過氧化氫提供相同的溫度或催化劑，進行探究濃度對反應(yīng)速率的影響。分析實驗③、④、⑤表中的反應(yīng)物和催化劑結(jié)合圖象知道，酸堿性環(huán)境影響反應(yīng)速率，對平衡移動沒有影響。第四十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六答案：(1)降低了反應(yīng)的活化能(2)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)(3)堿性環(huán)境能增大H2O2分解的速率，酸性環(huán)境能減小H2O2分解的速率，但酸堿性環(huán)境對平衡移動無影響第四十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六【類題通法】解答該類題目注意以下3點：(1)確定變量：解答這類題目時首先要認(rèn)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。第四十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六(3)數(shù)據(jù)有效：解答時注意選擇數(shù)據(jù)(或設(shè)置實驗)要有效，且變量統(tǒng)一，否則無法作出正確判斷。第四十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六【類題備選】1.等質(zhì)量的鐵與過量的鹽酸在不同的實驗條件下進行反應(yīng)，測得在不同時間(t)內(nèi)產(chǎn)生氣體體積(V)的數(shù)據(jù)如圖所示，根據(jù)圖示分析實驗條件，下列說法中一定不正確的是(

)第四十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六組別曲線c(HCl)/mol·L-1溫度/℃鐵的狀態(tài)1a30粉末狀2b30粉末狀3c2.5塊狀4d2.530塊狀第四十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六A.第4組實驗的反應(yīng)速率最慢B.第1組實驗中鹽酸的濃度大于2.5mol·L-1C.第2組實驗中鹽酸的濃度等于2.5mol·L-1D.第3組實驗的反應(yīng)溫度低于30℃第四十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六【解析】選D。由圖象可知，1、2、3、4組實驗產(chǎn)生的氫氣一樣多，只是反應(yīng)速率有快慢之分。第4組實驗，反應(yīng)所用的時間最長，故反應(yīng)速率最慢，A正確；第1組實驗，反應(yīng)所用的時間最短，故反應(yīng)速率最快，根據(jù)控制變量法原則知鹽酸的濃度應(yīng)大于2.5mol·L-1，B正確；第2組實驗，鐵是粉末狀，與3、4組中的塊狀鐵相區(qū)別，根據(jù)控制變量法原則知鹽酸的濃度應(yīng)等于2.5mol·L-1，C正確；由3、4組實驗的條件對比可知第3組實驗的反應(yīng)溫度應(yīng)高于30℃，D錯誤。第五十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六2.某探究小組用HNO3與大理石反應(yīng)過程中質(zhì)量減小的方法，研究影響反應(yīng)速率的因素。所用HNO3濃度為1.00mol·L-1、2.00mol·L-1，大理石有細顆粒與粗顆粒兩種規(guī)格，實驗溫度為298K、308K，每次實驗HNO3用量為25.00mL、大理石用量為10.00g。第五十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六請完成以下實驗設(shè)計表，并在實驗?zāi)康囊粰谥刑畛鰧?yīng)的實驗編號。實驗編號T(K)大理石規(guī)格HNO3濃度(mol·L-1)實驗?zāi)康蘑?98粗顆粒2.00(Ⅰ)實驗①和②探究HNO3濃度對該反應(yīng)速率的影響；(Ⅱ)實驗①和________探究溫度對該反應(yīng)速率的影響；(Ⅲ)實驗①和________探究大理石規(guī)格(粗、細)對該反應(yīng)速率的影響②③④第五十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六【解析】實驗①和②探究HNO3濃度對該反應(yīng)速率的影響，其他條件應(yīng)相同而HNO3濃度不同，故實驗②HNO3濃度應(yīng)為1.00mol·L-1。實驗①和③探究溫度對反應(yīng)速率的影響，除了溫度不同，其他條件要保持一樣。實驗①和④探究大理石規(guī)格(粗、細)對反應(yīng)速率的影響，因此要求二者大理石的規(guī)格不同，一個用粗顆粒，另一個用細顆粒。第五十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六答案：實驗編號T(K)大理石規(guī)格HNO3濃度(mol·L-1)實驗?zāi)康蘑?98粗顆粒2.00(Ⅰ)實驗①和②探究HNO3濃度對該反應(yīng)速率的影響；(Ⅱ)實驗①和③探究溫度對該反應(yīng)速率的影響；(Ⅲ)實驗①和④探究大理石規(guī)格(粗、細)對該反應(yīng)速率的影響②298粗顆粒1.00③308粗顆粒2.00④298細顆粒2.00第五十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六3.草酸與高錳酸鉀在酸性條件下能夠發(fā)生如下反應(yīng)：+H2C2O4+H+Mn2++CO2↑+H2O(未配平)，用4mL0.001mol·L-1KMnO4溶液與2mL0.01mol·L-1H2C2O4溶液研究不同條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。改變的條件如表所示：第五十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六組別10%硫酸體積/mL溫度/℃其他物質(zhì)Ⅰ220Ⅱ22010滴飽和MnSO4溶液Ⅲ230Ⅳ1201mL蒸餾水第五十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六(1)如果研究催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，使用實驗______和________(用Ⅰ～Ⅳ表示，下同)；如果研究溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，使用實驗________和________。(2)對比實驗