2021年高考化学一轮复习讲义 第7章 专题突破24 控制变量探究影响化学反应速率的因素
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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，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 | 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 | 浓度、催化剂等 |
实验方案 | 取相同量的5%H2O2溶液于两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 | 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 |
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( )
组别 | 对应曲线 | c(HCl)/mol·L－1 | 反应温度/℃ | 铁的状态 |
1 | a |
| 30 | 粉末状 |
2 | b |
| 30 | 粉末状 |
3 | c | 2.5 |
| 块状 |
4 | d | 2.5 | 30 | 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·L－1
C．第2组实验中盐酸的浓度等于2.5 mol·L－1
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·L－1，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·L－1，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 | H2C2O4溶液 | 酸性KMnO4溶液 | 温度/℃ | ||
浓度/mol·L－1 | 体积/mL | 浓度/mol·L－1 | 体积/mL | ||
① | 0.10 | 2.0 | 0.010 | 4.0 | 25 |
② | 0.20 | 2.0 | 0.010 | 4.0 | 25 |
③ | 0.20 | 2.0 | 0.010 | 4.0 | 50 |
(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____________。
(3)已知50 ℃时c(MnO)～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(MnO)～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 ℃ MnO浓度降低比50 ℃时MnO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 | A | B | C | D | E | F |
4 mol·L－1 H2SO4/mL | 30 | V1 | V2 | V3 | V4 | V5 |
饱和CuSO4溶液/mL | 0 | 0.5 | 2.5 | 5 | V6 | 20 |
H2O/mL | V7 | V8 | V9 | V10 | 10 | 0 |
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。
4．(1)某同学设计如下实验方案探究影响锌与稀硫酸反应速率的因素，有关数据如下表所示：
序号 | 纯锌粉/g | 2.0 mol·L－1硫酸溶液/mL | 温度/℃ | 硫酸铜固体/g | 加入蒸馏水/mL |
Ⅰ | 2.0 | 50.0 | 25 | 0 | 0 |
Ⅱ | 2.0 | 40.0 | 25 | 0 | 10.0 |
Ⅲ | 2.0 | 50.0 | 25 | 0.2 | 0 |
Ⅳ | 2.0 | 50.0 | 25 | 4.0 | 0 |
①本实验待测数据可以是__________________________________________________，
实验Ⅰ和实验Ⅱ可以探究__________对锌与稀硫酸反应速率的影响。
②实验Ⅲ和实验Ⅳ的目的是________________________________________________，
写出有关反应的离子方程式________________________________________________。
(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 | 体积V/mL | ||||
K2S2O8溶液 | 水 | KI溶液 | Na2S2O3溶液 | 淀粉溶液 | |
① | 10.0 | 0.0 | 4.0 | 4.0 | 2.0 |
② | 9.0 | 1.0 | 4.0 | 4.0 | 2.0 |
③ | 8.0 | Vx | 4.0 | 4.0 | 2.0 |
表中Vx＝________，理由是___________________________________________________。
答案 (1)①反应结束所需要的时间(或相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间) 硫酸浓度 ②探究硫酸铜的质量对反应速率的影响 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
(2)2.0 保证反应物K2S2O8浓度的改变，而其他物质浓度不变
解析 (1)实验Ⅰ和实验Ⅱ中，锌的质量和状态相同，硫酸的浓度不同，实验Ⅲ和实验Ⅳ中加入硫酸铜，Cu2＋的氧化性强于H＋，首先发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，生成的铜附着在锌表面，在稀硫酸溶液中构成原电池，加快锌失电子。但是加入的硫酸铜过多，生成的铜会覆盖在锌表面，阻止锌与稀硫酸进一步反应，产生氢气的速率会减慢。①本实验待测数据可以是“反应结束所需要的时间”或“相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间”，实验Ⅰ和实验Ⅱ可以探究硫酸的浓度对反应速率的影响。②实验Ⅲ和实验Ⅳ加入的硫酸铜的质量不同，可以探究加入硫酸铜的质量与反应速率的关系。
(2)实验的目的是探究K2S2O8溶液的浓度对化学反应速率的影响，故应保证每组实验中其他物质的浓度相等，即溶液的总体积相等(即为20.0 mL)，从而可知Vx＝2.0。
控制变量法解决问题的基本思路[以第4题(1)为例]
