高考提分微课(11) 控制变量探究影响化学反应速率的因素

答案 (1)35 (2)2(���������0���1-������1) (3)5(或≥5)
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跟踪训练
1.某研究性学习小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液之间的反 应来探究“外界条件改变对化学反应速率的影响”,实验如下:
实 验 序
实验 温度
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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 2H2O2 2H2O+O2↑ 控制的可变量 催化剂
温度
控制的不变量 浓度、温度等
V2=3。由A、B实验现象及浓度差异知,在其他条件相同的情况下, 增大反应物浓度可加快化学反应速率。计算反应速率时,c(KMnO4) 应是混合溶液中的浓度。利用实验B中数据计算,v(KMnO4)=0.02 mol·L-1×2×10-3 L÷(6×10-3 L)÷8 s≈8.3×10-4mol·L-1·s-1。
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根据题意分析无色无味气体应为 CO2,故有 MnO4- +H2C2O4→Mn2+ +CO2,依据得失电子守恒有 2MnO4- +5H2C2O4→2Mn2++10CO2↑,最后 依质量守恒原理添加 H+与 H2O 并配平即可。由图像知,反应中存 在反应速率突然增大的过程,这表明反应中生成的某种粒子对该反 应有催化作用,结合反应前后溶液成分的差异知,该粒子应是 Mn2+。
v(KMnO4)=
。
(3)该反应中有无色无味气体产生且锰被还原为Mn2+,写出相应反
应的离子方程式
。
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(4)该小组的一位同学通过查阅资料发现,上述实验过程中n(Mn2+)
随时间变化的趋势如图所示,并认为造成此种变化的原因是反应体
系中的某种粒子对KMnO4与草酸之间的反应有某种特殊的作用,则
号 /K
A 293 B T1 C 313
参加反应的物质
溶液颜色
KMnO4 溶液 (含硫酸)
������
H2C2O4 溶液 ������
H2O 退至无色 时所需的
V/mL (mol·L-1) V/mL (mol·L-1) V/mL 时间/s
2 0.02 4 0.1
0 t1
2 0.02 3 0.1
V1பைடு நூலகம்8
2 0.02 V2 0.1
1 t2
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(1)通过实验A、B,可探究出
(影响因素)的改变对
反应速率的影响,其中V1=
,T1=
;通过
实验
可探究出温度变化对化学反应速率的影响。
(2)若t1<8,则由实验A、B可以得出的结论是
;
利用实验B中数据计算,用KMnO4的浓度变化表示的反应速率为
当溶液中的
耗尽后,溶液颜色将由无色变为蓝色,为
确保能观察到蓝色,S2O32-与 S2O82-初始的物质的量需满足的关系
为:n(S2O32-)∶n(S2O82-)
。
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(2)为探究反应物浓度对化学反应速率的影响,设计的实验方案如下 表:
实验 序号 ① ② ③
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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,应该先确定某些因素不变,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;在确定一种因素产生的影响以后, 再依次确定其他因素产生的影响,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,否则无法作出正确判 断。
变反应物浓度,其他不变,通过实验进行对照。(3)降温和加催化剂分
别能减缓和加快反应速率。
化剂时 c(S2O82-)与反应时间t的变化曲线示意图(进行相应的标注)。
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答案 (1)Na2S2O3 <2 (2)2 保证其他条件不变,只改变反应物K2S2O8浓度,从而才能达
到对照实验目的
(3)
解析 (1)S2O82-将 I-氧化成 I2,而 S2O32-又将 I2 还原成 I-,因此为了能使 溶液变蓝,即需要耗尽 S2O32-,根据题目给出的化学方程式,由化学计 量数比可知,n(S2O32-)∶n(S2O82-)应小于 2。(2)因为题目的目的是要 探究反应物浓度对反应速率的影响,因此要采取单一变量原则,只改
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2.碘在科研与生活中有重要作用,某兴趣小组用0.50 mol·L-1KI、
0.2%淀粉溶液、0.20 mol·L-1K2S2O8溶液、0.10 mol·L-1Na2S2O3溶 液等试剂,探究反应条件对化学反应速率的影响。
已知:S2O82-+2I- 2SO42-+I2(慢) I2+2S2O32- 2I-+S4O62-(快) (1)向 KI、Na2S2O3 与淀粉的混合溶液中加入一定量的 K2S2O8 溶液,
浓度、催化剂等
实验方案
取相同量的 5%H2O2 溶 液置于两支规格相同
取相同量的 5%H2O2 溶
液置于两支规格相同的
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
试管中,给其中一支试管 加热,另一支不加热,观 察
观察
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典例(2018湖南衡阳八中高三月考)铬是广泛存在于环境中的金
体积 V/mL K2S2O8 溶液 10.0 9.0 8.0
水 KI 溶液 0.0 4.0 1.0 4.0 Vx 4.0
Na2S2O3 溶液 淀粉溶液
4.0
2.0
4.0
2.0
4.0
2.0
表中Vx=
,理由是
。
(3)已知某条件下, c(S2O82-)的浓度与反应时间t的变化曲线如图,若
保持其他条件不变,请在坐标图中分别画出降低反应温度和加入催
草酸溶液体积 /mL 10 10
蒸馏水体积 /mL 30 30
丙
5
y
5
z
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甲、乙两个实验中 c(Cr2O72-) 随时间的变化如图所示:
(1)实验设计表中z=
;
(2)实验甲中0~t1时间段反应速率v(Cr3+)= (用含字母的代数式表示)。
mol·L-1·min-1
该作用是
,相应的粒子
最可能是
。
答案 (1)浓度 1 293 B、C
(2)其他条件相同时,增大反应物浓度、反应速率增大(其他合理
说法也对) 8.3×10-4mol·L-1·s-1 (3)2 MnO4- +5H2C2O4+6H+==2Mn2++10CO2↑+8H2O (4)催化作用 Mn2+
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解析 分析表中数据知,本实验是探究浓度、温度变化对反应速率
产生的影响。实验中,探究浓度(温度)对反应速率的影响时,就要确
保影响反应速率的其他因素相同。A、B两组实验,草酸浓度不同,
故温度应相同,T1=293;为使A、B两组实验中KMnO4浓度相同,则溶 液总体积均应为6 mL,故V1=1。C组温度与另外两组不同,加水量与 B组相同,故实验B、C是探究温度对化学反应速率的影响,因此
(3)常温下,第③步生成的Cr(OH)3在溶液中存在以下平衡:
Cr(OH)3(s) Cr3+(aq)+3OH-(aq),已知溶度积Ksp[Cr(OH)3]=1×10-32
(mol·L-1)4,要使c(Cr3+)不高于10-5mol·L-1,溶液的pH应调至
。
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解析 (1)根据控制变量法的原理可知,要保证废水样品的量相 同、混合后溶液的总体积相同,则 x=60、y=60,z=35;(2)实验甲中 0~t1 时间段反应速率 v(Cr3+)=2v(Cr2O72-)=2×������0������-1������1 mol·L-1·min-1。(3)常温 下,第③步生成的 Cr(OH)3 在溶液中存在以下平衡:Cr(OH)3(s) Cr3+(aq)+3OH-(aq),溶度积 Ksp[Cr(OH)3]=1×10-32(mol·L-1)4,要使 c(Cr3+)不高于 10-5mol·L-1,则 c3(OH-)≥1×1100-5-32(mol·L-1)3,即 c(OH-)≥10-9mol·L-1,所以溶液的 pH 应调至 5(或≥5)。
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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,为 了搞清楚某个因素对化学反应速率的影响,均需控制其他因素相同 或不变,再进行实验。因此,常用控制变量的方法解决该类问题。
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。