控制变量探究速率影响因素.doc

　　　　　　　　　　　　　　“控制变量”实验探究化学反应速率的影响因素
[专题解读]

“控制变量”实验探究题主要是以表格或图像的形式给出多组实验数据，让学生找出每组数据的变化对化学反应速率的影响，或给出影响化学反应速率的几种因素，让学生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。它能够很好地考查考生的实验设计与探究能力、比较归纳能力、数据分析与处理能力、信息提炼能力、知识迁移与应用能力。解答该类题目的方法思路如下：
(1)确定变量。解答这类题目时首先要认真审题，理清影响实验探究结果的因素有哪些。
(2)定多变一。在探究时，应该先确定其他因素不变，只改变一种因素，看这种因素与探究的问题存在怎样的关系；这样确定一种以后，再确定另一种，通过分析每种因素与所探究问题之间的关系，得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。
(3)数据有效。解答时注意选择数据(或设置实验)要有效，且变量统一，否则无法做出正确判断。
[典题示例]
　(2018·高考北京卷)近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下：

(1)I－可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂，可能的催化过程如下。将ii补充完整。
i．SO2＋4I－＋4H＋===S↓＋2I2＋2H2O
ii.I2＋2H2O＋________===________＋________＋2I－
(2)探究i、ii反应速率与SO2歧化反应速率的关系，实验如下：分别将18 mL SO2饱和溶液加入2 mL下列试剂中，密闭放置观察现象。(已知：I2易溶解在KI溶液中)

序号
A
B
C
D
试剂组成
0.4 mol·L－1 KI
a mol·L－1
KI 0.2 mol·L－1
H2SO4
0.2 mol·L－1 H2SO4
0.2 mol·L－1 KI
0．000 2 mol I2
实验现象
溶液变黄，一段时间后出现浑浊
溶液变黄，出现浑浊较A快
无明显现象
溶液由棕褐色很快褪色，变成黄色，出现浑浊较A快
①B是A的对比实验，则a＝________。
②比较A、B、C，可得出的结论是______________________________________。
③实验表明，SO2的歧化反应速率D＞A。结合i、ii反应速率解释原因：________________________________________________________________________。
[解析]　(1)由题意知二氧化硫的歧化反应可由i与ii相加所得，所以反应Ⅱ的离子方程式3SO2＋2H2O===4H＋＋2SO＋S↓减去i式得2I2＋4H2O＋2SO2===2SO＋8H＋＋4I－，化简得I2＋2H2O＋SO2===SO＋4H＋＋2I－。(2)①由于B是A的对比实验，所以两组实验中KI的浓度必须相同，即a＝0.4。②A说明I－能催化二氧化硫发生歧化反应。C中无明显现象，说明H＋单独存在时不具有催化作用，不能使二氧化硫歧化反应速率加快。B中溶液变黄，出现浑浊较A快，结合C可知，增强溶液的酸性，可增强I－的催化效果。③由于I－催化二氧化硫的歧化反应是i与ii两个过程分步进行，所以两个反应中任何一个反应的速率都会影响总反应的速率。D中直接加入I2，故反应ii可立即发生，而由反应ii产生的H＋可使反应i速率加快，所以D的反应速率比A快。
[答案]　(1)SO2　SO　4H＋
(2)①0.4
②I－是SO2歧化反应的催化剂，H＋单独存在时不具有催化作用，但H＋可以增强I－的催化效果
③反应ii比i快；D中由反应ii产生的H＋使反应i加快
[突破训练]
1．某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。实验②的反应物应为(　　)

实验编号
反应物
催化剂
①
10 mL 2% H2O2溶液
无
②

无
③
10 mL 5% H2O2溶液
MnO2固体
A.5 mL 2% H2O2溶液
B．10 mL 2% H2O2溶液
C．10 mL 5% H2O2溶液
D．5 mL 10% H2O2溶液
解析：选C。本实验的目的是运用控制变量法，探究温度、催化剂对反应速率的影响。表中已有数据中，①和③两组实验有两个反应条件不同，二者无法达到实验目的；实验②和③中，应是探究催化剂对反应速率的影响，所以实验②中双氧水浓度和体积必须与③相同，即反应物为10 mL 5% H2O2溶液；实验①和②中都没有使用催化剂，可以探究双氧水浓度对反应速率的影响，实验②的反应物为10 mL 5% H2O2溶液时符合条件，C正确。
2．以反应5H2C2O4＋2MnO＋6H＋===10CO2↑＋2Mn2＋＋ 8H2O为例探究“外界条件对化学反应速率的影响”。实验时，分别量取H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液，迅速混合并开始计时，通过测定溶液褪色所需时间来判断反应的快慢。

编号
H2C2O4溶液
酸性KMnO4溶液
温度/℃
浓度/(mol/L)
体积/mL
浓度/(mol/L)
体积/mL
①
0.10
2.0
0.010
4.0
25
②
0.20
2.0
0.010
4.0
25
③
0.20
2.0
0.010
4.0
50
下列说法不正确的是(　　)
A．实验①②③所加的H2C2O4溶液均要过量
B．若实验①测得KMnO4溶液的褪色时间为40 s，则这段时间内平均反应速率v(KMnO4)＝2.5×10－4 mol/(L·s)
C．实验①和实验②是探究浓度对化学反应速率的影响，实验②和③是探究温度对化学反应速率的影响
D．实验①和②起初反应均很慢，过了一会儿速率突然增大，可能是生成的Mn2＋对反应起催化作用
解析：选B。A.为确保溶液褪色，即KMnO4完全反应，实验①②③所加的H2C2O4溶液均要过量，故A正确；B.根据已知数据可得v(KMnO4)＝0.010 mol/L×0.004 L÷0.006 L÷40 s＝1.67×10－4 mol/(L·s)，故B错误；C.分析表中数据可知，实验①和实验②只是浓度不同，实验②和③只是温度不同，故C正确；D.在其他条件都相同时，开始反应速率很小，过一会儿反应速率突然增大，说明反应生成了具有催化作用的物质，水没有这种作用，CO2释放出去了，所以可能起催化作用的是Mn2＋，故D正确。
3．某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需的时间。

实验
混合溶液
A
B
C
D
E
F
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
请完成此实验设计，其中V1＝________，V6＝________，V9＝________。
解析：因为要研究硫酸铜的量对反应速率的影响，故应保持硫酸的浓度在各组实验中相同，则硫酸溶液的体积均取30 mL，根据F中增加的水与硫酸铜溶液的体积之和为20 mL，可以求得各组实验中加入水的体积分别为V7＝20 mL，V8＝19.5 mL，V9＝17.5 mL，V10＝15 mL，实验E中加入的硫酸铜的体积V6＝10 mL。
答案：30　10　17.5
4．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。
已知：O3的起始浓度为0.021 6 mol·L－1。

pH

T/℃　　　
3.0
4.0
5.0
6.0
20
301
231
169
58
30
158
108
48
15
50
31
26
15
7
(1)pH增大能加速O3分解，表明对O3分解起催化作用的是________。
(2)在30 ℃、pH＝4.0条件下，O3的分解速率为________mol·L－1·min－1。
(3)据表中的递变规律，推测O3在下列条件下分解速率依次增大的顺序为________(填字母)。
a．40 ℃、pH＝3.0　　　　　b．10 ℃、pH＝4.0
c．30 ℃、pH＝7.0
解析：(1)由表中的数据知，其他条件相同时，pH增大，O3的分解速率加快，则对O3分解起催化作用的是OH－。(2)查表计算v(O3)＝＝1.00×10－4mol·L－1·min－1。(3)由表中数据知，a项中反应时间31 min<ta<158 min，同理tb>231 min，tc<15 min，故可判断O3的分解速率的大小顺序是b<a<c。
答案：(1)OH－　(2)1.00×10－4　(3)bac
5．(2020·商丘高二期中)某化学实验小组为确定过氧化氢分解的最佳催化条件，用如图装置进行实验。反应物用量和反应停止的时间数据如下表。

H2O2　　
0.1
0.3
0.8
10 mL 1.5%
223
67
56
10 mL 3.0%
308
109
98
10 mL 4.5%
395
149
116
请回答下列问题：
(1)盛装双氧水的化学仪器名称是____________。
(2)相同浓度的过氧化氢，其分解速率随着二氧化锰用量的增加而____________。
(3)从实验效果和“绿色化学”的角度考虑，双氧水的浓度相同时，加入________g的二氧化锰为较佳选择。
(4)某同学分析上述数据后认为：“当用相同质量的二氧化锰时，双氧水的浓度越大，所需要的时间就越长，其反应速率越慢”的结论，你认为是否正确？____________，理由是____________________。(提示：不同浓度的H2O2的密度可认为近似相等)
解析：(1)根据实验室常见仪器名称判断，盛装双氧水的化学仪器名称是分液漏斗。(2)根据表中数据，当双氧水的浓度相同时，加入的二氧化锰越多，反应所需的时间越短，说明反应速率越快。(3)根据表中数据，当双氧水的浓度相同时，加入0.3 g二氧化锰与加入0.1 g二氧化锰对化学反应速率影响相差较大，加入0.3 g二氧化锰与加入0.8 g二氧化锰对反应速率的影响相差不是很大，所以加入二氧化锰的最佳量为0.3 g。(4)从表中数据可知，相同体积3.0%的双氧水中的溶质含量是1.5%的双氧水中溶质含量的二倍，但反应的时间却比其反应时间的二倍小得多，由反应速率计算公式(v＝Δc/Δt)可得出，此实验条件下双氧水的浓度越大，分解速率越快，故不正确。
答案：(1)分液漏斗　(2)加快　(3)0.3　(4)不正确　H2O2的浓度扩大二倍(从1.5%→3.0%)，但反应所需时间比原来的二倍小得多