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】2025-2026学年新教材高二化学选择性必修1同步课堂高效讲义教师用书word（人教版 单选）

本讲义聚焦影响化学反应速率的因素这一核心知识点，系统梳理控制变量法在探究浓度、温度、催化剂等因素中的应用。从基础实验设计（如酸性KMnO₄与H₂C₂O₄反应）到数据计算、表格分析、图像处理，形成从单一变量探究到综合因素分析的递进学习支架。 该资料以实验探究为主线，通过KMnO₄与H₂C₂O₄反应、H₂O₂分解等案例，培养学生科学思维（证据推理、变量控制）和科学探究能力。课中辅助教师开展实验教学，课后测评与针对练习帮助学生巩固，体现严谨的科学态度与责任，助力知识查漏补缺。

　　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，控制变量思想在这部分体现较为充分且大多以探究型实验题的形式出现。这类题目以实验为研究手段，尽管涉及因素较多，有其复杂性，但仍然重在考查考生的基础知识、基本技能、分析能力和实验能力，常用控制变量思想解决该类问题。 某学习小组用酸性KMnO4溶液和H2C2O4(草酸)溶液之间的反应来研究“影响反应速率的因素”，设计实验方案如下：(假设溶液混合时体积可以加和) 实验 编号 室温下，试管中所加试剂及其用量/mL 溶液褪色至无色所需时间/min 0.6 mol/L H2C2O4溶液 H2O 0.1 mol/L KMnO4溶液 3 mol/L H2SO4溶液 1 3.0 13.0 2.0 2.0 10.0 2 1.0 V1 V2 2.0 12.8 (1)该实验探究的是　　　　因素对化学反应速率的影响，上述实验设计表：V1＝　　　　，V2＝　　　　。 (2)利用实验1中数据计算，平均反应速率：v(KMnO4)＝　　　　mol·L－1·min－1。 (3)该小组同学查阅已有的实验资料发现，该实验过程中Mn2＋对反应有催化作用，并继续进行实验探究。请你帮助该小组同学完成实验方案。所加试剂X最好选用　　　　(填字母)。 实验 编号 室温下，试管中所加试剂及其用量/mL 少量 溶液褪色至无色所需时间/min 0.6 mol/L H2C2O4 溶液 H2O 0.1 mol/L KMnO4 溶液 3 mol/L H2SO4 溶液 3 3.0 13.0 2.0 2.0 X t A.0.1 mol/L MnCl2 B.0.1 mo1/L MnSO4 C.MnCl2粉末 D.MnSO4粉末 答案：(1)浓度　15.0　2.0　(2)0.001　(3)D 解析：(1)由题干表中实验数据可知，实验1、2所加H2C2O4溶液的体积不同，H2SO4溶液的体积相同，由于KMnO4溶液显紫红色，为了控制变量唯一，所加KMnO4溶液的体积必须一致，故该实验探究的是H2C2O4浓度(或者浓度)因素对化学反应速率的影响，为了控制变量唯一，最终混合溶液的体积需保持不变，即上述实验设计表：V1＝15.0，V2＝2.0。(2)利用实验1中数据计算，混合后溶液中KMnO4的起始浓度为＝0.01 mol/L，褪色需要的时间为10.0 min，故平均反应速率：v(KMnO4)＝＝＝0.001 mol·L－1·min－1。(3)加入少量的0.1 mol/L MnCl2溶液将影响溶液的体积，且引入Cl－干扰实验，使变量不唯一，A不合题意；加入少量的0.1 mol/L MnSO4溶液将影响溶液的体积，使变量不唯一，干扰实验，B不合题意；加入MnCl2粉末，将引入Cl－干扰实验，使变量不唯一，C不合题意；加入MnSO4粉末则变量唯一，只有Mn2＋不同，D符合题意。 学生用书⬇第23页 针对练1.某化学课外小组的同学通过实验探究温度和浓度对反应速率的影响。实验原理及方案：在酸性溶液中，碘酸钾(KIO3)和亚硫酸钠可发生反应生成碘，反应原理是：2I＋5S＋2H＋I2＋5S＋H2O，生成的碘可用淀粉溶液检验，根据出现蓝色所需的时间来衡量该反应的速率。 实验 序号 0.01 mol·L－1 KIO3酸性溶液(含淀粉)的体积/mL 0.01 mol·L－1 Na2SO3溶液的体积/mL 水的体积/mL 实验温度/℃ 出现蓝色的时间/s ① 5 5 V1 5 t1 ② 5 5 40 25 t2 ③ 5 V2 35 25 t3 下列判断不正确的是(　　) A.最先出现蓝色的一组是实验③ B.实验①③中V1＝40，V2＝10 C.探究温度对化学反应速率的影响应该选择实验①② D.出现蓝色的时间：t3＞t2＞t1 答案：D 解析：实验①②浓度相同，实验②温度高，实验②的反应速率比实验①快，实验③反应温度与实验②相同，但浓度比实验②大，因此最先出现蓝色的一组是实验③，A、C正确；根据混合后溶液体积一样，实验①③中V1＝40，V2＝10，B正确；出现蓝色的时间：t1＞t2＞t3，D错误。 针对练2.其他条件相同时，不同pH条件下，用浓度传感器测得反应2A＋B3C＋D中产物D的浓度随时间变化的关系如图。则下列有关说法正确的是(　　) A.pH＝8.8时，升高温度，反应速率不变 B.保持外界条件不变，反应一段时间后，pH越小，D的浓度越大 C.为了实验取样，可以采用调节pH的方法迅速停止反应 D.减小外界压强，反应速率一定减小 答案：C 解析：pH＝8.8时，升高温度，反应速率一定增大，A错误；保持外界条件不变，反应初期，pH＝7.5和pH＝8.2时D的浓度相同，B错误；pH＝8.8时，反应速率接近于0，可认为反应停止，所以调节pH可迅速停止反应，C正确；对于没有气体参加的反应，减小压强，反应速率几乎不变，不知道参与此反应的物质的状态，故该反应速率不一定减小，D错误。 1.实验探究是科学论证的主要方法。某同学探究Na2S2O3＋H2SO4Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O反应速率的影响因素，设计了以下实验，下列说法不正确的是(　　) 锥形瓶编号 1 2 3 4 反应温度/℃ 20 20 40 40 0.1 mol·L－1 Na2S2O3溶液/mL 10 10 10 Y 0.2 mol·L－1 H2SO4溶液/mL 10 5 10 4 H2O/mL 0 X 0 6 浑浊出现时间/s 10 16 5 8 A.X＝5 B.Y＝10 C.由1号瓶和3号瓶实验结果可得温度越高反应速率越快 D.由2号瓶和4号瓶实验结果可得浓度越大反应速率越快 答案：D 解析：探究浓度或温度对反应速率的影响，必须控制其他变量相同，在只有浓度或温度不同的情况下进行。2号瓶和4号瓶中溶液的浓度与温度均不相同，所以不能由2号瓶和4号瓶实验结果判断浓度越大反应速率越快，应当由1号瓶和2号瓶，或由3号瓶和4号瓶的实验结果判断浓度越大反应速率越快。 学生用书⬇第24页 2.(经典·江苏卷)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。下列说法中正确的是(　　) A.图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快 B.图乙表明，其他条件相同时，溶液碱性越弱，H2O2的分解速率越快 C.图丙表明，少量Mn2＋存在时，溶液碱性越强，H2O2的分解速率越快 D.图丙和图丁表明，碱性溶液中，c(Mn2＋)对H2O2的分解速率影响很大 答案：D 解析：A项，从图甲可知，相同时间内，起始c(H2O2)越大，H2O2的浓度变化量越大，即分解速率越快，错误；B项，从图乙可知，NaOH溶液的浓度越大，即pH越大，H2O2的分解速率越快，错误；C项，从图丙可知，0.1 mol/L NaOH与1.0 mol/L NaOH所示的曲线相比，0.1 mol/L NaOH对应的曲线表示的H2O2的分解速率快，错误；D项，由图丙和图丁可知，碱性溶液中，Mn2＋可以明显增大H2O2的分解速率，且Mn2＋浓度越大，反应速率越快，正确。 3.(1)某课外兴趣小组对过氧化氢的分解速率做了如下实验探究。下表是该小组研究影响过氧化氢分解过程的因素时采集的一组数据：用10 mL H2O2制取150 mL O2所需的时间(秒)。 30％ H2O2 15％ H2O2 10％ H2O2 5％ H2O2 无催化剂、不加热 几乎不反应 几乎不反应 几乎不反应 几乎不反应 无催化剂、加热 360 480 540 720 MnO2催化剂、加热 10 25 60 120 ①上述实验结果体现了催化剂、　　　　、　　　　等因素对过氧化氢分解速率的影响。 ②从上述影响过氧化氢分解速率的因素中任选一个，说明该因素对化学反应速率的影响　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)某温度时，在一个2 L的密闭容器中，M、N、W三种气体的物质的量随时间的变化曲线如图所示。根据图中数据，试填写下列空白： ①该反应的化学方程式为　　　　　　　。 ②从开始至4 min，N的平均反应速率为　　　　　　　　。 答案：(1)①温度　浓度　②当其他条件不变，只升高温度(或增加反应物的浓度，或加入催化剂)，可以加快反应速率　(2)①M(g)＋N(g)2W(g) ②0.05 mol·L－1·min－1 解析：(1)①根据表中给出的数据，无催化剂、不加热的情况下，不同浓度的过氧化氢溶液都是几乎不反应，在无催化剂、加热的情况下，不同浓度的过氧化氢溶液都分解，说明过氧化氢的分解速率与温度有关，但是不同浓度H2O2得到相同体积的气体的时间不同，浓度越大，反应的速度越快，说明过氧化氢的分解速率与浓度有关；比较同一浓度的过氧化氢溶液如30％ H2O2溶液，在无催化剂、加热的时候，需要时间是360 s，有催化剂、加热的条件下，需要时间是10 s，说明过氧化氢的分解速率与催化剂有关。②分析表中数据可以看出，其他条件不变，升高温度、增加反应物的浓度或加入催化剂，都可以使反应速率加快。(2)①分析图像可知，M和N物质的量减少是反应物，W物质的量增加为生成物，0～4 min内，M物质的量减少1.2 mol－0.8 mol＝0.4 mol，N物质的量减少1.0 mol－0.6 mol＝0.4 mol，W物质的量增加0.8 mol，M、N、W物质的量变化量之比为0.4∶0.4∶0.8＝1∶1∶2，4 min时反应达到平衡状态，说明为可逆反应，则反应的化学方程式为M(g)＋N(g)2W(g)。②从开始至4 min，N的平均反应速率为＝0.05 mol·L－1·min－1。 课时测评7　控制变量法探究外界条件对反应速率的影响 (时间：45分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (1－4题，每小题3分，共12分) 题点一　图像类 1.为研究某溶液中溶质R的分解速率的影响因素，分别用三份不同初始浓度的R溶液在不同温度下进行实验，c(R)随时间变化如图。下列说法不正确的是(　　) A.25 ℃时，在10～30 min内，R的分解平均速率为0.030 mol·L－1·min－1 B.对比30 ℃和10 ℃曲线，在50 min时，R的分解百分率相等 C.对比30 ℃和25 ℃曲线，在0～50 min内，能说明R的分解平均速率随温度升高而增大 D.对比30 ℃和10 ℃曲线，在同一时刻，能说明R的分解速率随温度升高而增大 答案：D 解析：25 ℃时，10～30 min内，v(R)＝＝0.030 mol·L－1·min－1，A正确；在50 min，30 ℃和10℃下R全部分解，分解率均为100％，B正确；在0～50 min内，30 ℃时，R分解了1.6 mol·L－1，而在25 ℃时，R分解小于1.6 mol·L－1，所以在0～50 min内，R的平均分解速率随温度升高而增大，C正确；对比30 ℃和10 ℃的曲线，同一时刻有温度和浓度两个变量影响速率，因此不能说明R的分解速率随温度升高而增大，D错误。 2.某温度下，降冰片烯在钛杂环丁烷催化下聚合，反应物浓度与催化剂浓度及时间关系如图。已知反应物消耗一半所需的时间称为半衰期，下列说法错误的是(　　) A.其他条件相同时，催化剂浓度越大，反应速率越大 B.其他条件相同时，降冰片烯浓度越大，反应速率越大 C.条件①，反应速率为0.012 mol·L－1·min－1 D.条件②，降冰片烯起始浓度为3.0 mol·L－1时，半衰期为62.5 min 答案：B 解析：由题干图中曲线①②可知，其他条件相同时，催化剂浓度越大，反应所需要的时间更短，故反应速率越大，A正确；由题干图中曲线①③可知，其他条件相同时，降冰片烯浓度①是③的两倍，所用时间①也是③的两倍，反应速率相等，故说明反应速率与降冰片烯浓度无关， B错误；由题干图中数据可知，条件①，反应速率为v＝＝＝0.012 mol/(L·min)，C正确；反应物消耗一半所需的时间称为半衰期，由题干图中数据可知，条件②，降冰片烯起始浓度为3.0 mol·L－1时，半衰期为125 min÷2＝62.5 min，D正确。 题点二　表格类 3.某工业流程中，进入反应塔的混合气体中NO和O2的物质的量分数分别为0.10和0.06，发生化学反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)，在其他条件相同时，测得实验数据如下表： 压强/(105 Pa) 温度/℃ NO达到所列转化率需要时间/s 50％ 90％ 98％ 1.0 30 12 250 2 830 90 25 510 5 760 8.0 30 0.2 3.9 36 90 0.6 7.9 74 根据表中数据，下列说法正确的是(　　) A.升高温度，反应速率加快 B.增大压强，反应速率变慢 C.在1.0×105 Pa、90 ℃条件下，当转化率为98％时反应已达平衡 D.若进入反应塔的混合气体为a mol，反应速率以v＝Δn/Δt表示，则在8.0×105 Pa、30 ℃条件下，转化率从50％增至90％时段NO的反应速率为 mol·s－1 答案：D 解析：根据题表信息可知，升高温度，反应速率变小，A项错误；根据题表信息可知，温度相同时，压强升高，NO达到所列转化率的时间缩短，化学反应速率加快，B项错误；根据题表信息，无法判断此时反应是否已经达到平衡，C项错误；若进入反应塔的混合气体为a mol，其中n(NO)为0.10a mol，则在8.0×105 Pa，30 ℃条件下，NO的转化率从50％增至90％时段中，NO反应了0.04a mol，故NO的反应速率为 mol·s－1，D项正确。 4.某小组探究实验条件对反应速率的影响，设计如下实验，并记录结果如下： 编号 温度 H2SO4溶液 KI溶液 1％淀粉溶液体积 出现蓝色时间 ① 20 ℃ 0.10 mol·L－110 mL 0.40 mol·L－15 mL 1 mL 40 s ② 20 ℃ 0.10 mol·L－110 mL 0.80 mol·L－15 mL 1 mL 21 s ③ 50 ℃ 0.10 mol·L－1 10 mL 0.40 mol·L－15 mL 1 mL 5 s ④ 80 ℃ 0.10 mol·L－110 mL 0.40 mol·L－15 mL 1 mL 未见蓝色 下列说法正确的是(　　) A.由实验①②可知，反应速率v与c(I－)成正比 B.实验①②③④中，应将H2SO4溶液与淀粉溶液先混合 C.在I－被O2氧化过程中，H＋只是作催化剂 D.由实验③④可知，温度越高，反应速率越慢 答案：A 解析：实验①②中其他条件相同，c(I－)：①＜②，且反应速率：①＜②，所以反应速率v与c(I－)成正比，A正确；实验①～④中，应将KI溶液与淀粉溶液先混合，再加入H2SO4溶液，在酸性条件下发生氧化还原反应生成碘单质，测定溶液变色的时间，B错误；在I－被O2氧化过程中，H＋除了作为催化剂，还作为反应物参加反应，C错误；由实验①③可知，温度越高，反应速率越快，故实验④温度高但未出现蓝色可能是生成的碘单质能被氧气继续氧化，D错误。 5.(15分)某小组以醋酸、盐酸为例探究酸的强弱对酸与镁条反应速率的影响。 (1)设计实验方案如表，表中c＝　　　　 mol·L－1。 编号 酸的种类 酸的浓度/(mol·L－1) 酸的体积/mL 镁条质量/g 1 醋酸 1.0 10 2.0 2 盐酸 c 10 2.0 (2)实验步骤：①检查装置(如图)的气密性后，添加药品； ②反应开始后，　　　　　　　　　　　　　； ③将所记录的数据转化为曲线图(如图)。 (3)写出0～5 min醋酸、盐酸与镁条反应的反应速率变化规律：　　　　 　　 　　　　　　　。 答案：(1)1.0　(2)②每隔1 min记录一次生成H2的体积　(3)醋酸与镁条反应的速率随时间变化不明显；盐酸与镁条反应开始阶段反应速率很快，一段时间后反应速率明显减小 6.(15分)汽车尾气处理催化装置中涉及的反应之一为2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＜0。研究表明：在使用等质量的催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，某科研小组设计了以下三组实验： 实验编号 T/K NO初始浓度/(mol·L－1) CO初始浓度/(mol·L－1) 催化剂的比表面积/(m2·g－1) Ⅰ 400 1.00×10－3 3.60×10－3 82 Ⅱ 400 1.00×10－3 3.60×10－3 124 Ⅲ 450 1.00×10－3 3.60×10－3 124 (1)根据下列坐标图，计算前5 s内用N2表示的反应速率：　　　　　　　　　　。 (2)在图中画出上表中实验Ⅱ、Ⅲ条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势(标明各条曲线的实验编号)。 答案：(1)9×1 mol·L－1·s－1 (2) 7.(18分)某同学在实验室研究锌与酸的反应，实验数据如下： 实验序号 锌质量 锌状态 c(H2SO4) V(H2SO4) 金属消失时间 1 0.10 g 颗粒 0.5 mol·L－1 50 mL 500 s 2 0.10 g 粉末 0.5 mol·L－1 50 mL 50 s 3 a g 颗粒 1.0 mol·L－1 50 mL 125 s 分析上述数据，回答下列问题。 (1)实验1和2表明，　　　　　　　　对反应速率有影响。 (2)实验1和3研究的是反应物浓度对反应速率的影响，则a＝　　　　。 (3)该同学研究发现：相同的锌粒分别与H2SO4、盐酸反应(操作如上图)，现象差异明显(稀盐酸中锌表面产生气泡的速率要比稀硫酸快)。 该同学对产生这一现象的原因，提出两种假设： a.氯离子对反应起促进作用，加快了反应的进行； b.　　　　　　　， 减缓了反应的进行。 为进一步证实自己的猜想，该同学在室温下，分别取5 mL 0.2 mol·L－1盐酸，一份加入一定量的固体　　　　(填所加试剂化学式)，另一份做对比实验，再分别同时加入完全相同的锌粒，比较反应速率的大小。 (4)锌粒和稀硫酸反应制取氢气时，往往加入少量CuSO4粉末，可加快产生H2的速率，其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(结合化学方程式作出合理解释)。 答案：(1)固体表面积(接触面积)　(2)0.10　(3)硫酸根离子对反应起抑制作用　Na2SO4　(4)Zn＋CuSO4Cu＋ZnSO4，铜、锌、稀硫酸构成原电池，加快反应速率 解析：(1)根据控制变量法，实验1和2只有锌状态不同，说明固体表面积对反应速率有影响。(2)实验1和3研究的是反应物浓度对反应速率的影响，根据控制变量法，只能让硫酸的浓度不同，锌质量和锌状态应相同，所以a＝0.10 g。(3)两组实验，锌的状态、质量相同，氢离子浓度相同，只有酸根离子不同，所以反应速率不同的原因可能是a.氯离子对反应起促进作用，加快了反应的进行；b.硫酸根离子对反应起抑制作用，减缓了反应的进行。取两份5 mL 0.2 mol·L－1盐酸，一份加入一定量的固体硫酸钠，另一份做对比实验，再分别同时加入完全相同的锌粒，比较反应速率的大小，若加入硫酸钠的盐酸和锌反应速率慢，则说明硫酸根离子对反应起抑制作用。(4)锌粒和稀硫酸反应制取氢气时，加入少量CuSO4粉末，发生反应：Zn＋CuSO4Cu＋ZnSO4，生成的铜和锌、稀硫酸构成原电池，反应速率加快。 学科网（北京）股份有限公司 $