2.1 第4课时 变量控制与速率图像分析(Word教参)-【新课程学案】2025-2026学年高中化学选择性必修1（苏教版）

第4课时　变量控制与速率图像分析 命题热点(一)——变量控制法探究影响化学反应速率的因素 　　[典例]　(2025·南通期末)某实验小组以H2O2分解为例,研究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。在常温下,按照如下方案完成实验。 实验编号 反应物 催化剂 ① 10 mL 2% H2O2溶液 无 ② 10 mL 5% H2O2溶液 无 ③ 10 mL 5% H2O2溶液 1 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液 ④ 10 mL 5% H2O2溶液+少量HCl溶液 1 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液 ⑤ 10 mL 5% H2O2溶液+少量NaOH溶液 1 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液 (1)实验①和②的目的是 　。  实验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论。资料显示,通常条件下H2O2稳定,不易分解。为了达到实验目的,你对原实验方案的改进是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)实验③④⑤中,测得生成氧气的体积随时间变化的关系如图,分析图能够得出的实验结论是 　。  [解析]　(1)实验①和②中H2O2的浓度不同,则该实验的目的为探究浓度对化学反应速率的影响;为了便于比较,应在相同的条件下利用一个变量来比较,则向反应物中加入等量同种催化剂(或将盛有反应物的试管放在同一热水浴中);(2)由图可知,⑤的反应速率最大,④的反应速率最小,结合实验方案可知,碱性环境能增大H2O2分解的速率,酸性环境能减小H2O2分解的速率。 [答案]　(1)探究反应物浓度对化学反应速率的影响　向反应物中加入等量同种催化剂(或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中) (2)碱性环境能增大H2O2分解的速率,酸性环境能减小H2O2分解的速率 思维建模|变量控制法的探究流程 [题点多维训练] 1.某兴趣小组将下表中所给的混合溶液分别加入6个盛有过量锌粒的反应瓶中,以研究硫酸铜的浓度对稀硫酸与锌反应生成氢气速率的影响。下列判断错误的是 (　　) 　　　　实验组别 混合溶液　　　　 1 2 3 4 5 6 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 A.V1=30,V6=10,V7=20 B.本实验利用了控制变量思想,变量为铜离子浓度 C.反应一段时间后,实验1中的金属呈灰黑色,实验6的金属呈现紫红色 D.该小组的实验结论是硫酸铜的量与生成氢气速率成正比 解析:选D　该实验探究c(CuSO4)对反应速率的影响,其他条件应相同,则c(H2SO4)相同,故V1=V2=V3=V4=V5=30;由实验6可得,混合溶液的总体积为30 mL+20 mL=50 mL,则V6=10,V7=20,A正确。探究c(CuSO4)对反应速率的影响,采用控制变量思想,其他条件相同,只有c(Cu2+)不同,B正确。实验1中未加入CuSO4溶液,锌与稀硫酸反应后,表面变得凹凸不平,由于光的漫反射作用,看到的固体是灰黑色;实验6中加入20 mL饱和CuSO4溶液,Zn与CuSO4发生置换反应生成Cu,附着在Zn的表面,金属呈现紫红色,C正确。加入少量CuSO4溶液时,生成H2的速率显著增大,当加入CuSO4溶液较多时,由于Zn与CuSO4发生置换反应生成Cu,附着在Zn的表面,阻止Zn与稀硫酸反应,生成H2的速率会减小,D错误。 2.O3在水中易分解,一定条件下,O3的浓度减少一半所需的时间(t)如下表所示: 3.0 4.0 5.0 6.0 20 301 231 169 58 30 158 108 48 15 50 31 26 15 7 根据表中的递变规律,推测O3分别在条件①40 ℃、pH=3.0,②10 ℃、pH=5.0,③30 ℃、pH=7.0下的分解速率的大小关系为 (　　) A.①<②<③　　　　　　 B.③<②<① C.②<①<③ D.③<①<② 解析:选C　通过分析表中数据可知,O3的浓度减少一半所需的时间(t)随pH的增大、温度的升高而减少。根据50 ℃、pH=3.0时,O3的浓度减少一半所需的时间为31 min,30 ℃、pH=3.0时,O3的浓度减少一半所需的时间为158 min,可知40 ℃、pH=3.0时,O3的浓度减少一半所需的时间大于31 min且小于158 min;根据20 ℃、pH=5.0时,O3的浓度减少一半所需的时间为169 min,可知10 ℃、pH=5.0时,O3的浓度减少一半所需的时间大于169 min;根据30 ℃、pH=6.0时,O3的浓度减少一半所需的时间为15 min,可知30 ℃、pH=7.0时,O3的浓度减少一半所需的时间小于15 min,故O3的分解速率依次增大的顺序为②①③,C项正确。 3.某学习小组用稀HNO3与大理石反应过程中质量减小的方法,探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的用量为25.00 mL、大理石用量为10.00 g。 实验设计如表: 编号 T/K 大理石规格 HNO3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　　　　对该反应速率的影响;  (2)实验①和③探究　　　　对该反应速率的影响;  (3)实验①和④探究　　　　　　　　　对该反应速率的影响。  解析:(1)实验①和②中温度和大理石的规格均相同,改变的是HNO3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中大理石的规格和HNO3的浓度均相同,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HNO3的浓度均相同,改变的是大理石的规格,故两实验探究的是固体颗粒大小(或固体表面积)对化学反应速率的影响。 答案:(1)浓度　(2)温度　 (3)固体颗粒大小(或固体表面积) 命题热点(二)——化学反应速率图像 1.反应速率图像分析 化学反应速率与浓度、压强、温度、催化剂等外界因素有关。 (1)溶液中的反应速率图像分析 (如:Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑) v⁃c(H+)图像 v⁃T(温度)图像 v⁃t(时间)图像 说明:开始时,反应放热、温度升高,化学反应速率增大,后来c(H+)逐渐减小,化学反应速率减小 (2)密闭容器中的反应速率图像分析 (如:N2+3H22NH3) v⁃p(压强)图像 v⁃V(容积)图像 v⁃t(时间)图像 v⁃p、T(T1<T2)图像 2.反应速率相关量的图像分析 化学反应速率与反应中单位时间内各物质的物质的量浓度变化、物质的量的变化符合化学方程式中化学计量关系,根据图像中相关量的变化可以间接分析反应速率。如: (1)物质的量与时间关系图像 图示 特别 关注 ①反应物和生成物的判断;②反应是否可逆;③依据各物质的变化量计算速率或确定化学方程式。 (2)浓度与时间关系图像 图示 特别 关注 ①起点、终点——计算反应速率; ②斜率——曲线斜率代表反应速率。 [题点多维训练] 1.(2025·承德期中)一定质量的锌粒与1.0 L稀盐酸反应(放热反应),生成H2的物质的量与反应时间的关系如图所示,下列结论不正确的是 (　　) A.若将锌粒改为锌粉,可以加快产生H2的反应速率 B.反应前4 min内温度对反应速率的影响比浓度大 C.反应前4 min内平均反应速率v(HCl)=0.18 mol·L-1·min-1 D.反应时加入大量的CuSO4固体,会使生成氢气的速率加快 解析:选D　若将锌粒改为锌粉,即增大了反应物的接触面积,可以加快产生H2的反应速率,A正确;该反应为放热反应,由曲线变化趋势可知前4 min内温度对反应速率的影响比较大,B正确;反应前4 min内生成H2的物质的量为0.36 mol,则消耗HCl的物质的量为0.72 mol,反应前4 min内平均反应速率v(HCl)=0.18 mol·L-1·min-1,C正确;反应时加入大量的CuSO4固体,锌置换出的铜附着在锌粒表面,阻止锌与盐酸的进一步反应,使生成氢气的速率减小,D错误。 2.在实验Ⅰ和实验Ⅱ中,用一定量、一定浓度的盐酸与足量的石灰石反应,并在一定的时间内测量反应所放出的CO2的体积。实验Ⅰ用的是块状的石灰石,实验Ⅱ用的是粉末状的石灰石。下图中能正确反映这两种实验结果的图像是 (　　) 解析:选B　在其他条件相同的情况下,粉末状石灰石与盐酸的接触面积比块状的大,所以粉末状石灰石与盐酸的反应速率大,表现在图像上应是曲线Ⅱ的斜率大于曲线Ⅰ的斜率,又由于盐酸中n(H+)一定,故实验Ⅰ、Ⅱ中生成CO2的体积相同。 3.常温下把2 mol A与2 mol B充入2 L绝热容器中,发生反应:A(g)+2B(g)==2C(g)　ΔH,5 s内反应速率(v)随时间(t)变化如图曲线ab所示。下列说法正确的是 (　　) A.该曲线一定是以B来表示反应速率的 B.该反应一定是放热反应,ΔH<0 C.t=2 s时,A的物质的量为1.6 mol D.t=5 s时,将容器体积缩小为1 L,反应速率可能变为cd曲线 解析:选B　图像未给定反应物,而A、B的化学计量数不等,则无法判断该曲线是以A或B表示的反应速率,A说法错误;根据图像,0~2 s反应速率不变,说明反应放出的热量效应抵消了反应物浓度减小的作用,可判断正反应为放热反应,B说法正确;t=2 s时,若图像为以A表示的反应速率,则2 s时A的物质的量为2 mol-0.1 mol·L-1·s-1×2 s×2 L=1.6 mol,C说法错误;t=5 s时,将容器体积缩小为1 L,瞬间化学反应速率加快,但由于该反应不是可逆反应,随着反应的进行最终反应速率应为0,D说法错误。 [课时跟踪检测] 一、选择题 1.已知:Na2S2O3+H2SO4==Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O,下列各组实验中,反应速率最快的是 (　　) 选 项 反应温度 /℃ Na2S2O3 H2SO4 H2O 体积 /mL 浓度/ (mol·L-1) 体积 /mL 浓度/ (mol·L-1) 体积 /mL A 10 5 0.2 10 0.1 5 B 10 5 0.1 5 0.2 10 C 30 5 0.2 10 0.1 5 D 30 5 0.1 5 0.2 10 解析:选C　根据表格数据可知,选项C中反应物的浓度大,反应温度高,因此反应速率最快。 2.碳酸钙与稀盐酸反应(放热反应)生成CO2的量与反应时间的关系如图所示,下列结论错误的是 (　　) A.反应开始2 min内平均反应速率最大 B.反应速率先增大后减小 C.反应开始4 min内温度对反应速率的影响比浓度大 D.反应在2~4 min内以CO2的物质的量变化表示的反应速率为v(CO2)=0.1 mol·min-1 解析:选A　图中的曲线表明,在0~2 min内产生了0.1 mol CO2,以CO2的物质的量变化表示的反应速率v1=0.05 mol·min-1,2~4 min内产生了0.2 mol CO2,v2=0.1 mol·min-1,4~6 min内产生了0.05 mol CO2,v3=0.025 mol·min-1,产生CO2的速率先变快后变慢,故2~4 min的平均反应速率最大,4~6 min的平均反应速率最小,A项错误,B、D项正确;反应速率先增大是由于反应放热,使溶液温度升高,导致反应速率增大,4 min后反应速率减小则是由浓度减小引起的,C项正确。 3.(2025·温州期末检测)某学习小组同学研究过氧化氢溶液与氢碘酸(HI)反应:H2O2+2HI==I2+2H2O,室温下的实验数据如表。已知:该反应的速率方程可表示为v=k·ca(H2O2)·cb(HI)。 实验编号 ① ② ③ ④ ⑤ c(H2O2)/(mol·L-1) 0.1 0.1 0.1 0.2 0.3 c(HI)/(mol·L-1) 0.1 0.2 0.3 0.1 0.1 从混合至溶液出现 棕黄色的时间/s 13 6.5 4.3 6.5 4.3 下列有关说法不正确的是 (　　) A.实验①进行20 s后测得c(H2O2)=0.08 mol·L-1,则v(HI)=0.001 mol·L-1·s-1 B.由编号为①②③的实验数据可知,当H2O2浓度不变时,增大HI浓度,该反应速率加快 C.对比表中数据,a=1,b=1 D.将实验⑤的温度升高,溶液出现棕黄色时间变长,可能是温度升高使双氧水分解 解析:选A　实验①进行20 s后测得c(H2O2)=0.08 mol·L-1,则Δc(H2O2)=(0.1-0.08)mol·L-1=0.02 mol·L-1,v(H2O2)==0.001 mol·L-1·s-1,反应速率之比等于其化学计量数之比,则v(HI)=0.002 mol·L-1·s-1,故A错误。由实验①②③的实验数据可知,当H2O2浓度不变时,HI浓度增大1倍,从混合至溶液出现棕黄色的时间变为原来的一半,反应速率加快,故B正确。由实验①②的实验数据可得,=,则b=1;由实验①④的实验数据可得,=,则a=1,故C正确。将实验⑤的温度升高,反应速率加快,但溶液出现棕黄色时间变长,可能是温度升高使双氧水分解,浓度降低,反应速率减慢,故D正确。 4.环戊二烯()是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。环戊二烯容易发生聚合反应生成二聚体,该反应为可逆反应。不同温度下,溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示,下列说法正确的是 (　　) A.T1>T2 B.a点的反应速率小于c点的反应速率 C.a点的正反应速率小于b点的逆反应速率 D.b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L-1 解析:选D　由相同时间内,环戊二烯浓度减小量越大,反应速率越快可知,T1<T2,A项错误;影响反应速率的因素有温度和环戊二烯的浓度等,a点时温度较低,但环戊二烯浓度较大,c点时温度较高,但环戊二烯浓度较小,故无法比较a点和c点的反应速率大小,B项错误;a点和b点温度相同,a点时环戊二烯的浓度大于b点时环戊二烯的浓度,即a点的正反应速率大于b点的正反应速率,因为b点时反应未达到平衡,b点的正反应速率大于逆反应速率,故a点的正反应速率大于b点的逆反应速率,C项错误;b点时,环戊二烯的浓度减小0.9 mol·L-1,结合生成的二聚体浓度为环戊二烯浓度变化量的,可知二聚体的浓度为0.45 mol·L-1,D项正确。 5.为了研究一定浓度Fe2+的溶液在不同条件下被氧气氧化的氧化率,实验结果如图所示,下列说法正确的是 (　　) A.pH越小,氧化率越小 B.温度越高,氧化率越小 C.Fe2+的氧化率仅与溶液的pH和温度有关 D.实验说明降低pH、升高温度有利于提高Fe2+的氧化率 解析:选D　由②③可知,温度相同时,pH越小,氧化率越大,由①②可知,pH相同时,温度越高,氧化率越大;C项,Fe2+的氧化率除受pH、温度影响外,还受其他因素影响,如浓度等。 6.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 ℃ 解析:选D　由图像可知,相同时间内,曲线d生成的氢气的体积最小,第4组实验的反应速率最慢,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第2组实验中盐酸的浓度应等于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。 7.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。下列说法不正确的是 (　　) A.图甲表明,其他条件相同时,H2O2浓度越小,其分解速率越慢 B.图乙表明,其他条件相同时,溶液pH越大,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 解析:选C　A项,浓度对反应速率的影响是浓度越小,反应速率越慢,正确;B项,NaOH浓度越大,即pH越大,H2O2分解速率越快,正确;C项,由图可知,Mn2+存在时,0.1 mol·L-1 NaOH溶液中H2O2的分解速率比1.0 mol·L-1NaOH溶液中的快,错误;D项,由图可知,碱性条件下,Mn2+对H2O2分解速率影响大,正确。 8.在不同浓度(c)、温度(T)条件下,蔗糖水解的瞬时速率(v)如下表所示,下列判断不正确的是 (　　) 　　　 0.600 0.500 0.400 0.300 318.2 3.60 3.00 2.40 1.80 328.2 9.00 7.50 a 4.50 b 2.16 1.80 1.44 1.08 A.a=6.00 B.同时改变反应温度和蔗糖的浓度,v可能不变 C.b>318.2 D.不同温度时,蔗糖浓度减少一半所需的时间不同 解析:选C　根据题表数据分析,温度不变时,反应的瞬时速率与浓度成正比,则可求出a=6.00,A项正确;温度为b K、浓度为0.500 mol·L-1时和温度为318.2 K、浓度为0.300 mol·L-1时,蔗糖水解对应的瞬时速率相等,B项正确;浓度不变时,温度由318.2 K变成b K时,反应速率减小,则b<318.2,C项错误;不同温度时,反应速率不同,蔗糖浓度减少一半所需的时间不同,D项正确。 二、非选择题 9.(8分)化学反应速率在生产生活中有重要作用。 (1)一定温度下,氧化铁可与一氧化碳发生反应:Fe2O3(s)+3CO(g)==2Fe(s)+3CO2(g)。在2 L盛有Fe2O3粉末的密闭容器中通入CO气体,10 min后,生成单质铁11.2 g。10 min内v(CO)=　　　　mol·L-1·min-1。  (2)研究反应2X(g)⇌Y(g)+Z(g)的速率影响因素,在不同条件下进行4组实验,Y、Z起始浓度为0,反应物X的浓度随反应时间的变化情况如图所示。 ①对比实验Ⅰ、Ⅱ可得出:　　　　　　　　　,化学反应速率加快。  ②对比实验Ⅱ、Ⅳ可得出:　　　　　　　　　,化学反应速率加快。  ③在0~10 min内,实验Ⅲ的平均速率v(Y)=　　　　mol·L-1·min-1。  答案:(1)0.015　(2)①增大反应物浓度　②升高温度　③0.02 10.(10分)“碘钟”实验中,3I-+S2==+2S的反应速率可以用与加入的淀粉溶液显蓝色的时间t来度量,t越小,反应速率越大。某探究性学习小组在20 ℃进行实验,得到的数据如下表: 实验编号 ① ② ③ ④ ⑤ c(I-)/(mol·L-1) 0.040 0.080 0.080 0.160 0.120 c(S2)/(mol·L-1) 0.040 0.040 0.080 0.020 0.040 t/s 88.0 44.0 22.0 44.0 t1 回答下列问题: (1)该实验的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。  (2)表中t1为　　　　。  (3)温度对该反应的反应速率的影响符合一般规律,若在40 ℃条件下进行编号③对应浓度的实验,显色时间t2的范围为　　　　(填字母)。  A.<22.0　　　　　　　 B.22.0~44.0 C.>44.0 D.数据不足,无法判断 (4)通过分析比较上表数据,得到的结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　。  解析:由表中数据容易发现:②④组所用时间相同,③组所用时间为它们的一半,①组所用时间为它们的2倍。进一步分析:②④两组中c(I-)与c(S2)的乘积相等,③组中乘积为②④组的2倍,①组乘积为其一半。因此可得结论:当c(I-)·c(S2)相等时,显色时间相等,反应速率相等,显色时间与反应速率成反比,即t与c(I-)·c(S2)成反比。=,得t1=≈29.3。 答案:(1)研究反应物I-与S2的浓度对反应速率的影响　(2)(或29.3)　(3)A　 (4)反应速率与反应物起始浓度乘积成正比(或显色时间与反应物起始浓度乘积成反比) 1 / 163 学科网（北京）股份有限公司 $$