第二章 专题突破二 控制变量法探究外界条件对反应速率的影响-【金版新学案】2024-2025学年新教材高二化学选择性必修1同步课堂高效讲义配套课件（人教版2019，双选版）

专题突破（二） 控制变量法探究外界条件对反应速率的影响 　 第二章　化学反应速率与化学平衡 一、　“控制变量法”解题思维模板 探究 变量 定量 探究内容 温度 温度不同 H2O2的浓度相同   二、　教材实验分析 探究 变量 定量 探究内容 浓度 浓度不同 温度和FeCl3溶液的浓度、体积相同   催化剂 催化剂不同 温度和H2O2浓度、体积相同   注意问题 ①确定变量。 ②控制变量：要探究的因素(如催化剂)不同，其余的因素(浓度、温度、压强、固体物质的表面积等)要完全相同。 ③探究不同催化剂对反应速率的影响，加入催化剂的体积要相同，可保证加入催化剂后过氧化氢的浓度相同；对比实验中加入相同体积的水也是为了保证过氧化氢的浓度相同。 ④若探究温度对反应速率的影响，则必须在混合前将溶液加热(或降温)到所需要的温度。 针对练1.某探究小组用HNO3与大理石反应过程中质量减少的方法，研究影响反应速率的因素。所用HNO3浓度为1.00 mol·L－1、2.00 mol·L－1，大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格，实验温度为298 K、308 K，每次实验HNO3用量为25.00 mL、大理石用量为10.00 g。 请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填入对应的实验编号。 实验 编号 T(K) 大理石 规格　 HNO3浓度 (mol·L－1) 实验目的 ① 298 粗颗粒 2.00 (Ⅰ)实验①和②探究HNO3浓度对该反应速率的影响； (Ⅱ)实验①和____探究温度对该反应速率的影响； (Ⅲ)实验①和____探究大理石规格(粗、细)对该反应速率的影响 ②       ③       ④       298 粗颗粒 1.00 308 粗颗粒 2.00 298 细颗粒 2.00 ③ ④ 实验①和②探究HNO3浓度对该反应速率的影响，其他条件应相同而HNO3浓度不同，故实验②HNO3浓度应为1.00 mol·L－1。实验①和③探究温度对反应速率的影响，除了温度不同，其他条件要保持一样。实验①和④探究大理石规格(粗、细)对反应速率的影响，因此要求二者大理石的规格不同，一个用粗颗粒，另一个用细颗粒。 针对练2.某同学设计了如下实验方案探究化学反应速率的影响因素，下列有关说法错误的是 A.实验中可通过记录溶液出现浑浊所需时间来判断反应速率的大小 B.实验①②探究的是浓度对化学反应速率的影响 C.实验①③探究的是温度对化学反应速率的影响 D.实验③反应速率最快 实验编号 温度/℃ 硫酸 Na2S2O3溶液 ① 25 2 mL 0.01 mol/L 1 mL 0.01 mol/L ② 25 2 mL 0.01 mol/L 1 mL 0.02 mol/L ③ 50 2 mL 0.01 mol/L 1 mL 0.02 mol/L √ 该实验的反应原理是Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O，反应中生成硫单质，硫单质不溶于水，故实验中可通过记录溶液出现浑浊所需时间来判断反应速率的快慢，A项正确；实验①②中温度、c(H2SO4)均相同，c(Na2S2O3)不同，故实验目的是探究浓度对化学反应速率的影响，B项正确；实验①③中c(H2SO4)相同，c(Na2S2O3)不同、温度不同，故不能探究温度对化学反应速率的影响，C项错误；实验③中反应物c(Na2S2O3)大，温度高，所以反应速率最快，D项正确。 针对练3.草酸(H2C2O4)是一种易溶于水的二元有机弱酸，常用作还原剂、沉淀剂等，可与酸性KMnO4溶液发生反应，以下为探究外界条件对反应速率的影响。请回答下列问题： (1)硫酸酸化的高锰酸钾溶液与草酸溶液反应的离子方程式为__________________________________________________。 实验 编号 0.01 mol·L－1 H2C2O4溶液/mL 0.01 mol·L－1 KMnO4溶液/mL 3.0 mol·L－1 稀H2SO4/mL 水/mL 温度/℃ 溶液颜色褪 至无色所需 时间/min 1 12.0 2.0 3.0 3.0 20 t1 2 6.0 2.0 3.0 V1 20 t2 3 V2 2.0 3.0 9.0 30 t3 KMnO4溶液与H2C2O4发生氧化还原反应，MnO 变为Mn2＋，而H2C2O4被氧化变为CO2，离子方程式为2MnO ＋5H2C2O4＋6H＋===10CO2↑＋2Mn2＋＋8H2O； (2)完成此实验设计，其中：V1＝______，V2＝______。 实验 编号 0.01 mol·L－1 H2C2O4 溶液/mL 0.01 mol·L－1 KMnO4溶液/mL 3.0 mol·L－1 稀H2SO4/mL 水/ mL 温度 /℃ 溶液颜色褪 至无色所需 时间/min 1 12.0 2.0 3.0 3.0 20 t1 2 6.0 2.0 3.0 V1 20 t2 3 V2 2.0 3.0 9.0 30 t3 该实验1、2、3做对比探究H2C2O4的浓度和温度对反应速率的影响，保证溶液的体积一致，控制单一变量。实验1中溶液总体积为(12.0＋2.0＋3.0＋3.0) mL＝20.0 mL，则V1＝(20.0－3.0－2.0－6.0) mL＝9.0 mL、V2＝(20.0－3.0－2.0－9.0) mL＝6.0 mL； 9.0 6.0 (3)对比实验1、2可探究_____对反应速率的影响。 实验 编号 0.01 mol·L－1 H2C2O4 溶液/mL 0.01 mol·L－1 KMnO4 溶液/mL 3.0 mol·L－1 稀H2SO4/mL 水/ mL 温度 /℃ 溶液颜色褪 至无色所需 时间/min 1 12.0 2.0 3.0 3.0 20 t1 2 6.0 2.0 3.0 V1 20 t2 3 V2 2.0 3.0 9.0 30 t3 对比实验1、2温度相同而加入的H2C2O4量不同，实验1、2探究的是反应物浓度对反应速率的影响。 浓度 课时测评 √ 题点一　图像类 1.H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法错误的是   A.图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越大，其分解速率越快 B.图乙表明，其他条件相同时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快 C.图丙表明，少量Mn2＋存在时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快 D.图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率的影响大 1 2 3 4 5 6 7 8 由图甲可知，相同pH下，双氧水浓度越大，分解速率越快，A正确；由图乙可知，双氧水初始浓度相同，溶液的碱性越强，双氧水分解速率越快，B正确；由图丙可知，Mn2＋浓度相同时，1.0 mol·L－1NaOH溶液中H2O2的分解速率小于0.1 mol·L－1NaOH溶液中H2O2分解速率，C错误；由图丙和图丁可知，碱性溶液中，Mn2＋浓度越大，双氧水分解越快，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 2．(双选)下列有关化学反应速率和化学平衡影响的图像，其中图像和实验结论表达正确的是 A．a是其他条件一定时，反应速率随温度变化的图像 B．b是在有无催化剂存在下建立的平衡过程图像，Ⅰ是使用催化剂时的曲线 C．c是一定条件下，随时间的变化，A的转化率变化图像，压强p1 ＞p2 D．d是在平衡体系的溶液中溶入少量KCl固体后化学反应速率随时间变化的图像 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 a是其他条件一定时，随温度升高，v正、v逆均增大，故A错误；b是在有无催化剂存在下建立的平衡过程图像，催化剂加快反应速率，Ⅰ是使用催化剂时的曲线，故B正确；压强越大，反应速率越快，相同时间内，A的转化率越大，压强p1>p2，故C正确；根据离子方程式Fe3+＋3SCN－⥫⥬Fe(SCN)3，在平衡体系的溶液中溶入少量KCl固体，反应速率不变，故D错误；选BC。 1 2 3 4 5 6 7 8 √ 题点二　表格类 3.控制变量法是化学实验的一种常用方法。下表是某学习小组研究等物质的量浓度的硫酸和锌反应的实验数据，下列有关叙述正确的是   A.t1>70 B.m3＝19.3 C.实验1、实验2与实验3探究的是温度对化学反应速率的影响 D.无法计算出硫酸的物质的量浓度 序号 硫酸的体积/mL 锌的质量/g 锌的状态 温度 /℃ 完全溶于酸的时间/s 生成硫酸锌的质量/g 1 50.0 2.0 颗粒 25 70 m1 2 50.0 2.0 颗粒 35 35 m2 3 50.0 2.0 粉末 25 t1 5.0 4 50.0 6.0 粉末 25 t2 14.9 5 50.0 8.0 粉末 25 t3 19.3 6 50.0 10.0 粉末 25 t4 m3 1 2 3 4 5 6 7 8 实验1和实验3中的反应物接触面积不同，其他条件相同，粉末状比颗粒状的接触面积大，实验3反应速率更快，完全溶于酸的时间更短，则t1<70，故A错误；硫酸的量一定，锌的质量增加，生成硫酸锌的质量增加， 1 2 3 4 5 6 7 8 6 g锌反应约生成硫酸锌14.9 g，锌的质量与生成硫酸锌的质量成正比关系，若8 g锌完全反应， 1 2 3 4 5 6 7 8 生成的硫酸锌的质量约等于19.8 g，实际生成19.3 g，说明8 g锌已过量，硫酸反应完全，当锌的质量为10 g时，生成的硫酸锌的质量不会再增加，则m3＝19.3 g，故B正确； 实验1和实验2的温度不同，其他条件相同，是探究温度对反应速率的影响，实验1和实验3的反应物接触面积不同，其他条件相同，是探究反应物接触面积对反应速率的影响，故C错误； 当锌的质量达到一定程度时，硫酸反应完全，根据关系式H2SO4～ZnSO4可计算出硫酸的物质的量，硫酸锌的质量为19.3 g，n(ZnSO4)＝ ≈0.12 mol, 根据公式计算硫酸的浓度：c＝ ＝ ＝2.4 mol/L，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 √ 4.某实验小组用0.1 mol/L Na2S2O3溶液和0.1 mol/L H2SO4溶液为反应物，探究外界条件对化学反应速率的影响，实验记录如下表。下列说法错误的是 已知：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O。 A.实验Ⅱ中a＝5 B.实验Ⅲ中t<8 C.对比实验Ⅰ、Ⅳ可得：浓度保持不变时，升高温度，化学反应速率增大 D.对比实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可得：温度相同时，增大反应物浓度，化学反应速率增大 实验序号 温度 Na2S2O3溶液 H2SO4溶液 H2O 出现沉淀所需的时间 Ⅰ 10 ℃ 5 mL 5 mL 10 mL 10 s Ⅱ 10 ℃ 5 mL 10 mL a mL 8 s Ⅲ 10 ℃ 5 mL 7 mL 8 mL t s Ⅳ 30 ℃ 5 mL 5 mL 10 mL 3 s 1 2 3 4 5 6 7 8 实验Ⅰ、Ⅱ探究硫酸浓度对反应速率的影响，为控制Na2S2O3的浓度相同，所以 a＝5，故A正确；实验Ⅱ 、Ⅲ作比较，Ⅱ中硫酸浓度大于Ⅲ，Ⅱ反应速率大于Ⅲ，所以t>8，故B错误；对比实验Ⅰ、Ⅳ，Ⅳ的温度大于Ⅰ，Ⅰ的反应速率小于Ⅳ，可得：浓度保持不变时，升高温度，化学反应速率增大，故C正确；对比实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可得：温度相同时，硫酸浓度越大，反应速率越快，增大反应物浓度，化学反应速率增大，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 √ 题点三　实验装置图类 5.为了探究影响化学反应速率的因素，某同学分别设计了四个实验，其中实验对应结论不正确的是 选项 实验 结论 A 盛有热水烧杯中的试管产生气泡更快 B   加入0.2 mol·L－1的H2SO4的试管会立即出现沉淀 C   滴入少量CuCl2溶液的试管产生气泡速率更快 D 镁条反应更快 1 2 3 4 5 6 7 8 升高温度，化学反应速率加快，所以盛有热水烧杯中的试管产生气泡更快，故A正确；浓度越大，化学反应速率越快，所以加入0.2 mol·L－1的H2SO4的试管产生沉淀的速率会更快，但不会立即出现沉淀，故B错误；加入少量CuCl2溶液后，Fe置换出的Cu附着在Fe的表面上形成原电池，使化学反应速率加快，故C正确；镁比铝更活泼，所以与相同浓度的稀盐酸反应时，镁条反应更快，故D正确；故选B。 1 2 3 4 5 6 7 8 6.(14分)控制变量法是化学探究的重要方法，某同学利用1.0 mol·L－1稀硫酸与铁反应，探究影响化学反应速率的因素时得到如下实验数据： 分析上述数据，回答下列问题： (1)实验1和2表明，影响反应速率因素是_________。表中x＝____，判断依据为_____________________________________________________________________ ______________________。 实验 序号 铁的质量/g 铁的形状 V(H2SO4) /mL V(H2O) /mL 初始溶液的温度/℃ 金属消失的时间/s 1 0.10 铁片 40 10 20 200 2 0.10 铁粉 40 x 20 25 3 0.10 铁片 50 0 20 125 4 0.10 铁片 50 0 35 50 接触面积 10　 研究某一条件对反应速率的影响，应保持其他条件均相同，根据实验1中水的体积为10 mL，故x＝10 1 2 3 4 5 6 7 8 在实验1和2中，铁的形态不同，所以实验目的是为了证明固体反应物接触面积对反应速率的影响；应控制其它条件完全相同，所以与实验1中数值相同，即x＝10； 实验 序号 铁的质量 /g 铁的 形状 V(H2SO4) /mL V(H2O) /mL 初始溶液的温度/℃ 金属消失的时间/s 1 0.10 铁片 40 10 20 200 2 0.10 铁粉 40 x 20 25 3 0.10 铁片 50 0 20 125 4 0.10 铁片 50 0 35 50 1 2 3 4 5 6 7 8 (2)表明反应物浓度对化学反应速率影响的实验组是______(填实验序号)。 实验 序号 铁的质量 /g 铁的 形状 V(H2SO4) /mL V(H2O) /mL 初始溶液的温度/℃ 金属消失的时间/s 1 0.10 铁片 40 10 20 200 2 0.10 铁粉 40 x 20 25 3 0.10 铁片 50 0 20 125 4 0.10 铁片 50 0 35 50 由表中数据可知，实验1、3中只有硫酸浓度不同，其它反应条件完全相同，说明实验1、3是比较浓度对反应速率的影响的实验组； 1、3 1 2 3 4 5 6 7 8 (3)本实验中影响反应速率的因素还有__________。 实验 序号 铁的质量 /g 铁的 形状 V(H2SO4) /mL V(H2O) /mL 初始溶液的温度/℃ 金属消失的时间/s 1 0.10 铁片 40 10 20 200 2 0.10 铁粉 40 x 20 25 3 0.10 铁片 50 0 20 125 4 0.10 铁片 50 0 35 50 由表中数据可知，除了浓度、固体接触面积对反应速率的影响外，还探究了温度对反应速率的影响；如实验3和4，只有温度不同，目的为了探究温度对反应速率的影响。 反应温度 1 2 3 4 5 6 7 8 7.(16分)影响化学反应速率的因素很多，某课外兴趣小组用实验的方法进行探究。他们利用Cu、Fe、Mg和不同浓度的硫酸(0.5 mol/L、2 mol/L、18.4 mol/L)，设计实验方案来研究影响反应速率的因素。 (1)甲同学研究的实验报告如下表： 该同学的实验目的是研究__________________对化学反应速率的影响；根据控制变量法，要得出正确的实验结论，还需控制的实验条件是保持______相同。 ①分别取等体积的2 mol/L硫酸于试管中； ②分别投入大小、形状相同的Cu、Fe、Mg。 反应快慢： Mg>Fe>Cu 反应物的性质越活泼，反应速率越快。 反应物本身的性质 温度 1 2 3 4 5 6 7 8 该反应中酸及其浓度相同，金属不同，所以其实验目的是研究反应物本身的性质对反应速率的影响，做对比实验时只能一个条件不同，其它条件必须完全相同，所以要得出正确的实验结论，还需控制的实验条件是保持温度相同； 1 2 3 4 5 6 7 8 (2)乙同学为了更精确地研究浓度对反应速率的影响，利用下图装置进行定量实验。   完成该实验应选用的实验药品是__________________________________； 应该测定的实验数据是____________________________________________ ____________________。 Mg(或Fe)、0.5 mol/L硫酸和2 mol/L硫酸 测定一定时间产生气体的体积(或者测定产生一定 体积的气体所需时间) 1 2 3 4 5 6 7 8 乙同学为了更精确地研究浓度对反应速率的影响，利用题图装置进行定量实验，图中药品是金属和酸，Cu与稀硫酸不反应，浓硫酸和铁发生钝化而影响判断，所以完成该实验应选用的实验药品是Mg(或Fe)、0.5 mol/L硫酸和2 mol/L硫酸，根据v＝ 知应该测定的实验数据是测定一定时间产生气体的体积或测定产生一定体积的气体所需时间。 1 2 3 4 5 6 7 8 8.(20分)某实验小组为了探究Fe3＋、Mn2＋对H2O2分解速率的影响(忽略氯离子的影响)，用30%的H2O2，设计了如下实验(忽略固体对溶液体积的影响)： 分组 30% H2O2 温度/℃ 添加离子 ① 6 mL 60 无 ② 6 mL 60 0.162 5 g FeCl3 ③ 6 mL 60 a g X(盐) 1 2 3 4 5 6 7 8 每隔5 min，记录收集到的气体体积(标准状况下)，经过30分钟反应后，得到如下数据。 分组 0 min 5 min 10 min 15 min 20 min 25 min 30 min ① 0 mL 0.8 mL 3.3 mL 7.8 mL 9.1 mL 11.2 mL 11.2 mL ② 0 mL 67.2 mL 89.6 mL 100 mL 108 mL 108 mL 108 mL ③ 0 mL 0.9 mL 3.6 mL 8.2 mL 9.3 mL 11.5 mL 11.5 mL 1 2 3 4 5 6 7 8 请回答： (1)表格中a的值约为________，X为_______。 分组 30% H2O2 温度/℃ 添加离子 ① 6 mL 60 无 ② 6 mL 60 0.162 5 g FeCl3 ③ 6 mL 60 a g X(盐) 0.126 MnCl2 0.162 5 g FeCl3物质的量为0.001 mol，则应该加入含锰离子和氯离子的氯化锰物质的量也为0.001 mol，表格中a的值约为0.001 mol×126 g·mol－1＝0.126 g。 1 2 3 4 5 6 7 8 (2)第②组0～5 min内，H2O2的反应速率为______mol·L－1·min－1。 0.2 分组 0 min 5 min 10 min 15 min 20 min 25 min 30 min ① 0 mL 0.8 mL 3.3 mL 7.8 mL 9.1 mL 11.2 mL 11.2 mL ② 0 mL 67.2 mL 89.6 mL 100 mL 108 mL 108 mL 108 mL ③ 0 mL 0.9 mL 3.6 mL 8.2 mL 9.3 mL 11.5 mL 11.5 mL 第②组0～5 min内，收集到67.2 mL氧气即物质的量为0.003 mol，消耗 双氧水物质的量为0.006 mol，则H2O2的反应速率为 ＝0.2 mol·L－1·min－1。 1 2 3 4 5 6 7 8 (3)通过数据分析，本次实验的结论为_______________________________ ____________________________。 Fe3＋对H2O2的分解有明显的催化 作用，Mn2＋几乎没有催化作用 第①组和第③组产生的气体相差不大，第②组产生的气体明显比第①组、第③组多，通过数据分析，本次实验的结论为Fe3＋对H2O2的分解有明显的催化作用，Mn2＋几乎没有催化作用。 分组 0 min 5 min 10 min 15 min 20 min 25 min 30 min ① 0 mL 0.8 mL 3.3 mL 7.8 mL 9.1 mL 11.2 mL 11.2 mL ② 0 mL 67.2 mL 89.6 mL 100 mL 108 mL 108 mL 108 mL ③ 0 mL 0.9 mL 3.6 mL 8.2 mL 9.3 mL 11.5 mL 11.5 mL 1 2 3 4 5 6 7 8 (4)小组成员为了进一步了解Fe3＋催化H2O2的原理，查阅相关资料后，进行了如下实验： 取5 mL 30% H2O2放入烧杯内，加水稀释至30 mL，加入1.625 g FeCl3，每隔一段时间取2 mL溶液，滴加铁氰化钾溶液，试管中的颜色变化如图所示。(已知：铁氰化钾可与Fe2＋生成蓝色沉淀，试管中的灰色代表蓝色，颜色越深越蓝)   请用离子方程式表示试管②对应的时间内，烧杯中发生的主要化学反应：_________________________________。 H2O2＋2Fe3＋===2Fe2＋＋O2↑＋2H＋ 1 2 3 4 5 6 7 8 根据图中信息说明试管②中有亚铁离子生成，则烧杯中铁离子变为亚铁离子，因此用离子方程式表示试管②对应的时间内，烧杯中发生的主要化学反应为H2O2＋2Fe3＋===2Fe2＋＋O2↑＋2H＋。 1 2 3 4 5 6 7 8 (5)请在图中画出烧杯内溶液的pH变化趋势图。 答案： 1 2 3 4 5 6 7 8 根据试管中的颜色变化，说明氢离子浓度开始增大，后来氢离子又与亚铁离子和氧气反应，氢离子浓度减小，因此烧杯内溶液的pH变化趋势 图为 。 1 2 3 4 5 6 7 8 谢 谢 观 看 ！ 第 二 章 　 化 学 反 应 速 率 与 化 学 平 衡 $$