聚焦突破5 “变量控制”实验探究影响化学反应速率的因素(Word教参)-【学霸笔记·同步精讲】2024-2025学年高中化学必修第二册（人教版）

本讲义聚焦化学探究实验中控制变量法的应用，系统梳理其思路与思维流程，通过H₂C₂O₄与KMnO₄反应、Na₂S₂O₃与硫酸反应等实验案例，构建从理论方法到实验实践的学习支架，帮助学生掌握浓度、温度等变量对反应速率的影响规律。 该资料以真实实验情境为载体，通过设计对比实验（如实验A/B探究浓度、B/C探究温度）培养学生科学思维中的证据推理能力，在数据处理（如计算反应速率）中提升科学探究与实践能力。课中辅助教师引导学生掌握变量控制方法，课后学生可通过集训题巩固知识，查漏补缺，深化对化学变化规律的理解。

1．化学探究实验中控制变量法的思路 2．“变量控制”实验探究题的思维流程 【突破集训】 1．某研究性学习小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液之间的反应来探究“外界条件改变对化学反应速率的影响”，实验如下(不考虑溶液混合引起的体积变化)： 实验 序号 实验温度 /K 参加反应的物质 溶液颜色褪至无色时所需时 间/s KMnO4溶液(含硫酸) H2C2O4溶液 H2O V/ mL c/(mol ·L－1) V/ mL c/(mol ·L－1) V/ mL A 293 2.0 0.02 4.0 0.1 0 6 B T1 2.0 0.02 3.0 0.1 V1 8 C 313 2.0 0.02 V2 0.1 1.0 t1 (1)通过实验A、B，可探究出浓度的改变对反应速率的影响，其中V1＝__________，T1＝__________，通过实验__________可探究出温度变化对化学反应速率的影响。 (2)实验C中溶液颜色褪至无色时所需时间t1________(填“＞”或“＜”或“＝”)8 s，实验C的反应速率v(KMnO4)＝______________(用含有t1的式子表示)。 (3)该小组的一位同学通过查阅资料发现，上述实验过程中n(Mn2＋)随时间变化的趋势如下图所示，并以此分析造成n(Mn2＋)突变的可能的原因是___________________________________________________________ ___________________________________________________________。 解析：(1)通过实验A、B可探究出浓度的改变对反应速率的影响，所以温度需要相同，即T1＝293，溶液的总体积也应该相等，即V1＝1.0；根据表格数据可知，实验B与C只有温度不同，其他条件相同，所以V2＝3.0，通过实验B、C可探究出温度变化对化学反应速率的影响。 (2)根据5H2C2O4＋2MnO＋6H＋===10CO2↑＋2Mn2＋＋8H2O和表中的数据可知，草酸过量，高锰酸钾完全反应，所以v(KMnO4)＝＝ mol·L－1·s－1 。 (3)由题图可知，题述实验过程中n(Mn2＋)随时间变化突然增大，可能是在反应过程中，生成的Mn2＋对反应起了催化作用，使反应速率增大，单位时间内产生的n(Mn2＋)突增。 答案：(1)1.0　293　B、C　(2)＜　 mol·L－1·s－1 (3)生成的Mn2＋对反应有催化作用，使反应速率增大，单位时间内产生的n(Mn2＋)突增 2．探究一定条件下反应物浓度对硫代硫酸钠(Na2S2O3)与硫酸反应速率的影响。 【查阅资料】 Ⅰ.Na2S2O3易溶于水，能与硫酸发生反应Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O； Ⅱ.浊度计用于测量浑浊度的变化，产生的沉淀越多，浑浊度(单位为NTU)值越大。 【实验过程】 用如图甲所示的装置进行下表所示的5个实验，分别测量混合后溶液达到相同浑浊度的过程中，浑浊度随时间的变化。实验①～⑤所得数据如图乙曲线①～⑤所示： 实验数据： 实验 编号 Na2S2O3溶液 H2SO4溶液 蒸馏水 c/(mol·L－1) V/mL c/(mol·L－1) V/mL V/mL ① 0.1 1.5 0.1 3.5 10 ② 0.1 2.5 0.1 3.5 9 ③ 0.1 3.5 0.1 3.5 x ④ 0.1 3.5 0.1 2.5 9 ⑤ 0.1 3.5 0.1 1.5 10 【分析与解释】 (1)实验①中，溶液混合后Na2S2O3的初始浓度为________mol·L－1。 (2)实验③中，x＝________。 (3)实验①②③的目的是________________________________________ ___________________________________________________________。 (4)通过比较①②③与③④⑤两组实验，可推断：Na2S2O3溶液浓度的改变对Na2S2O3与硫酸反应的化学反应速率的影响更大。该推断的证据是 ___________________________________________________________ ___________________________________________________________。 解析：(1)实验①中，溶液混合后的总体积为15 mL，故混合后Na2S2O3的初始浓度c(Na2S2O3)＝＝0.01 mol·L－1。(2)由实验①中数据可知，溶液混合后的总体积为15 mL，为了保证体积相同，实验③中x＝15－3.5－3.5＝8。(3)实验①②③中H2SO4溶液的浓度和体积相同，Na2S2O3溶液的浓度不同，通过其他条件不变，只改变混合后Na2S2O3的浓度来探究其对反应速率的影响。 答案：(1)0.01　(2)8　(3)探究其他条件相同时，Na2S2O3的浓度变化对反应速率的影响　(4)达到相同浑浊度时实验①②③所需时间的改变量大于实验⑤④③所需时间的改变量 3．(2024·周口高一月考)碘化钾(KI)是白色半透明的六角形结晶或白色颗粒状粉末，在空气中久置能被氧化为碘单质。某学校化学课外小组利用该反应原理探究外界条件对化学反应速率的影响。回答下列问题： (1)写出酸性KI溶液在空气中被氧化成碘单质的离子方程式： ___________________________________________________________。 实验Ⅰ：探究温度对化学反应速率的影响 在四支试管中各加入浓度均为0.5 mol·L－1的KI溶液2 mL，再滴加3 mL同浓度的稀硫酸，同时均滴加2滴指示剂，用不同温度的水浴进行加热。实验现象记录见下表： 试管组号 ① ② ③ ④ 温度/℃ 30 40 50 60 显色时间/s 240 t1 t2 t3 (2)实验中用到的计量仪器除量筒外，还需要________________(写仪器名称)。 (3)滴加的指示剂名称是________________。 (4)该实验结束后，小组成员得出结论：温度每升高10 ℃，反应速率增大为原来的2倍。 ①某同学将c mol·L－1的KI溶液(含指示剂)置于40 ℃的水浴加热，其他条件与上述实验相同，80 s时溶液开始显色，则c________(填“>”“<”或“＝”)0.5。 ②上表中t2＝________。 实验Ⅱ：探究硫酸浓度对化学反应速率的影响。 常温下，取三支试管，先向其中各加入1 mL相同浓度的KI溶液(含指示剂)，再分别加入2 mol·L－1的硫酸和一定量蒸馏水，显色时间见下表： 组别 硫酸/mL 蒸馏水/mL 显色时间/s ⅰ 3 0 120 ⅱ 2 V1 140 ⅲ 1 V2 200 (5)实验中加入蒸馏水的目的是_______________________________ ___________________________________________________________。 (6)通过实验Ⅰ、Ⅱ，本小组得出的实验结论为___________________ ___________________________________________________________。 解析：(1)酸性KI溶液在空气中被氧气氧化成碘单质，离子方程式为O2＋4I－＋4H＋===2H2O＋2I2。(2)反应中需要控制变量温度，因此需用到温度计，另外需测定反应在不同温度下的显色时间，因此需用到秒表或其他计时器。(3)碘离子被氧化成碘单质，淀粉遇碘单质变蓝色，故可用淀粉溶液作为该反应的指示剂。(4)①温度每升高10 ℃，反应速率增大为原来的2倍，故2 mL 0.5 mol·L－1的KI溶液(含指示剂)在40 ℃的水浴中加热，120 s时溶液开始显色，即t1＝120，c mol·L－1的KI溶液(含指示剂)置于40 ℃的水浴中加热，80 s时溶液开始显色，根据浓度越大反应速率越大可知，c>0.5。②根据温度每升高10 ℃，反应速率增大为原来的2倍可知，t2＝60。(5)由题表可知，三支试管中所加硫酸的体积不同，而所加入碘化钾溶液的体积是相同的，为了比较硫酸的浓度对反应速率的影响，应控制KI的浓度相同，因此加入蒸馏水的目的是使三组溶液的总体积相同，即KI的浓度相同。(6)通过实验Ⅰ、Ⅱ，本小组得出的实验结论为其他条件不变时，升高温度或增大反应物的浓度，反应速率均增大。 答案：(1)O2＋4I－＋4H＋===2H2O＋2I2 (2)秒表(或计时器)、温度计 (3)淀粉溶液 (4)①>　②60 (5)保持三组溶液的总体积相同(或保持KI的浓度相同)　 (6)其他条件不变时，升高温度或增大反应物的浓度，反应速率均增大 学科网（北京）股份有限公司 $