第2章 实践与应用1：利用“变量控制”分析外界条件对反应速率的影响-【精彩三年】2024-2025学年高中化学选择性必修1课程探究与巩固Word教参（人教版2019）

实践与应用1：利用“变量控制”分析外界条件对反应速率的影响 [探究分析]探究影响H2O2溶液分解速率的外界条件 外界条件 温度 浓度 催化剂 变量 温度不同 浓度不同 催化剂不同 定量 H2O2溶液的浓度相同 温度和FeCl3溶液的浓度、体积相同 温度，H2O2溶液的浓度、体积，催化剂的浓度、体积相同 实验图示 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时，加入催化剂的体积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 例题某学习小组通过比较不同条件下稀硝酸与大理石反应过程中体系质量减小快慢的方法，探究影响反应速率的因素，所用硝酸浓度为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，每次实验硝酸的用量为25.00 mL、大理石用量为10.00 g。　 实验设计如表： 实验编号 T/K 大理石规格 硝酸浓度 ① 298 粗颗粒 2.00 mol·L-1 ② 298 粗颗粒 1.00 mol·L-1 ③ 308 粗颗粒 2.00 mol·L-1 ④ 298 细颗粒 2.00 mol·L-1 将相应的实验目的填入下列空格中： (1)实验①和②探究__浓度__对该反应速率的影响。 (2)实验①和③探究__温度__对该反应速率的影响。 (3)实验①和④探究__固体颗粒大小__对该反应速率的影响。 【解析】 (1)实验①和②中温度和大理石规格均相同，改变的是硝酸浓度，故两实验探究的是浓度对化学反应速率的影响。(2)实验①和③中大理石规格和硝酸浓度均相同，改变的是温度，故两实验探究的是温度对化学反应速率的影响。(3)实验①和④中温度和硝酸浓度均相同，改变的是大理石规格，故两实验探究的是固体颗粒大小对化学反应速率的影响。 [方法技巧] 1. H2O2可用于羊毛、生丝、纸浆等的漂白。5% H2O2溶液在常温下分解速率很小，为了加快H2O2分解，改变某一条件，下列装置与改变的条件相对应的是(　A　) A． 甲—温度、乙—浓度、丙—催化剂 B． 甲—浓度、乙—催化剂、丙—温度 C． 甲—催化剂、乙—温度、丙—浓度 D． 甲—温度、乙—催化剂、丙—浓度 【解析】 由题图可知，对照常温下5% H2O2溶液的试管，甲改变的条件是温度；乙改变的条件是浓度；丙改变的条件是催化剂。 2. 下列装置或操作能达到目的的是(　C　) A． 装置①用于测定生成氢气的速率 B． 装置②依据溶液褪色快慢比较浓度对反应速率的影响 C． 装置③依据U形管两边液面的高低判断Na和水反应的热效应 D． 装置④依据出现浑浊的快慢比较温度对反应速率的影响 【解析】 装置①生成的氢气会从长颈漏斗中逸出，不能根据生成氢气的体积测定生成氢气的速率，A错误；装置②依据溶液褪色快慢比较浓度对反应速率的影响，应保证高锰酸钾溶液的浓度相同，用不同浓度的草酸(乙二酸)溶液来做实验，B错误；Na和水反应放热，广口瓶内气体受热膨胀，U形管左侧液面下降，右侧液面上升，所以装置③能达到目的，C正确；装置④中物质的浓度、温度都不同，无法判断温度对反应速率的影响，D错误。 3．[2023·茂名中学检测]某化学小组为了探究外界条件对化学反应速率的影响，进行了如下实验。 【实验原理】 2MnO＋5H2C2O4＋6H＋===10CO2↑＋2Mn2+＋8H2O　 【实验内容及记录】 实验 序号 温度 /℃ 试管中所加试剂及其用量/mL 溶液紫色褪至无色时所需时间/min 0.04 mol/L KMnO4溶液 0.36mol/L 稀硫酸 0.2mol/L H2C2O4溶液 H2O ① 20 1.0 1.0 2.0 2.0 4.0 ② 20 1.0 1.0 3.0 V 3.6 ③ 40 1.0 1.0 2.0 2.0 0.92 (1)实验原理中，1 mol KMnO4参加反应时，转移电子的物质的量为　5　 mol。 (2)实验①②探究的是　浓度　对反应速率的影响，表中V＝　1.0　。 (3)由实验①③可得出的结论是　升高温度，化学反应速率增大　。 (4)实验①中，4.0 min内，v(MnO)＝　1.67×10-3　mol·L-1·min-1。 (5)反应过程中，反应速率随时间的变化趋势如图所示。 其中，因反应放热导致温度升高对速率影响不大，试推测t1～t2速率迅速增大的主要原因是　反应产生的Mn2+对化学反应起了催化作用　。 若用实验证明你的推测，除了表中试剂外，还需向试管中加入少量固体，该固体应为　B　(填字母)。 A． K2SO4　　 B． MnSO4　 　C． MnO2 【解析】 (1)根据反应方程式可知：KMnO4反应后变为Mn2+，Mn元素化合价从＋7价变为＋2价，降低了5价，则根据得失电子守恒可知1 mol KMnO4参加反应时转移了5 mol电子。(2)在进行实验时，要采用控制变量方法进行研究，根据表格实验①可知混合溶液总体积是6 mL，则V＝1.0；结合实验①②数据可知，只有H2C2O4溶液浓度不同，其他外界条件都相同，因此实验①②探究的是浓度对化学反应速率的影响。(3)结合实验①③数据可知，二者不同之处是反应温度不同，因此是探究温度对化学反应速率的影响，可见升高温度会使溶液褪色时间缩短，故升高反应温度，会使化学反应速率增大。(4)n(KMnO4)＝0.04 mol/L×10-3 L＝4.0×10-5 mol，混合溶液总体积V＝6.0×10-3 L，则Δc(KMnO4)＝＝＝×10-2 mol/L，则在实验①中，4.0 min内，v(MnO)＝≈1.67×10-3 mol/(L·min)。(5)影响化学反应速率的因素有催化剂、温度、浓度等，根据题意可知，因反应放热导致温度升高对速率影响不大，在时间t1～t2过程中，随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，但反应速率却逐渐增大，可推知速率迅速增大的主要原因是反应产生了Mn2+，Mn2+对化学反应起了催化作用。若用实验证明此推测，除了表中试剂外，还需向试管中加入少量固体，该固体中应该含有Mn2+，加入的固体物质应为MnSO4，B符合题意。 学科网（北京）股份有限公司 $$