2021新高考化学鲁科版一轮复习突破精练：第7章 专题突破23 控制变量探究影响化学反应速率的因素

2021新高考化学鲁科版一轮复习突破精练：第7章 专题突破23 控制变量探究影响化学反应速率的因素

专题突破23　控制变量探究影响化学反应速率的因素 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，常用控制变量思想解决该类问题。‎ ‎1．常见考查形式 ‎(1)以表格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。‎ ‎(2)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。‎ ‎2．解题策略 ‎(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，应该先确定其他的因素不变，只变化一种因素，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，否则无法作出正确判断。‎ ‎3．实例分析 探究温度、催化剂对反应：2H2O2===2H2O＋O2↑的影响，可以确定催化剂(是否加入MnO2)和温度(加热、常温)作为可变量，其他的则控制为不变量。‎ 探究对象的反应 ‎2H2O2===2H2O＋O2↑‎ 控制的可变量 催化剂 温度 控制的不变量 浓度、温度等 浓度、催化剂等 实验方案 取相同量的5%H2O2溶液于两支规格相同的试管中，向其中一支试管中加入少量MnO2，另一支不加，在常温下观察 取相同量的5%H2O2溶液于两支规格相同的试管中，给其中一支试管加热，另一支不加热，观察 ‎1．(2019·洛阳月考)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 ℃‎ 答案　D 解析　由图像可知，1、2、3、4组实验产生的氢气一样多，只是反应速率有快慢之分。第4组实验，反应所用时间最长，故反应速率最慢，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。‎ ‎2．某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“外界条件对化学反应速率的影响”。实验时，先分别量取两种溶液，然后倒入试管中迅速振荡混合均匀，开始计时，通过测定退色所需时间来判断反应的快慢。该小组设计了如下方案。‎ 编号 H2C2O4溶液 酸性KMnO4溶液 温度/℃‎ 浓度/mol·L－1‎ 体积/mL 浓度/mol·L－1‎ 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 ‎(1)已知反应后H2C2O4转化为CO2逸出，KMnO4溶液转化为MnSO4，每消耗1 mol H2C2O4转移________mol电子。为了观察到紫色退去，H2C2O4与KMnO4初始的物质的量需要满足的关系为n(H2C2O4)∶n(KMnO4)≥________。‎ ‎(2)探究温度对化学反应速率影响的实验编号是________(填编号，下同)，可探究反应物浓度对化学反应速率影响的实验编号是____________。‎ ‎(3)已知50 ℃时c(MnO)－反应时间t的变化曲线如图。若保持其他条件不变，请在坐标图中，画出25 ℃时c(MnO)－t的变化曲线示意图。‎ 答案　(1)2　5∶2　(2)②和③　①和②‎ ‎(3)‎ 解析　(1)H2C2O4中碳的化合价是＋3价，CO2中碳的化合价为＋4价，故每消耗1 mol H2C2O4转移2 mol电子，反应的化学方程式为2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O，为保证KMnO4完全反应，c(H2C2O4)∶c(KMnO4)≥5∶2。‎ ‎(2)探究温度对反应速率的影响，则浓度必然相同，则为实验②和③；同理探究浓度对反应速率的影响的实验是①和②。(3)温度降低，化学反应速率减小，故KMnO4退色时间延长，故作图时要同时体现25 ℃ MnO浓度降低比50 ℃时MnO的浓度降低缓慢和反应完全时间比50 ℃时“拖后”。 ‎ ‎3．(2020·长沙月考)为了进一步探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＝________。‎ 答案　30　10　17.5‎ 解析　若研究CuSO4的量对H2生成速率的影响，则实验中除CuSO4的量不同之外，其他物质的量均相同，则V1＝V2＝V3＝V4＝V5＝30，最终溶液总体积相同。由实验F可知，溶液的总体积均为50 mL，则V6＝10，V9＝17.5。‎ ‎4．(1)某同学设计如下实验方案探究影响锌与稀硫酸反应速率的因素，有关数据如下表所示：‎ 序号 纯锌粉/g ‎2.0 mol·L－1硫酸溶液/mL 温度/℃‎ 硫酸铜固体/g 加入蒸馏水/mL Ⅰ ‎2.0‎ ‎50.0‎ ‎25‎ ‎0‎ ‎0‎ Ⅱ ‎2.0‎ ‎40.0‎ ‎25‎ ‎0‎ ‎10.0‎ Ⅲ ‎2.0‎ ‎50.0‎ ‎25‎ ‎0.2‎ ‎0‎ Ⅳ ‎2.0‎ ‎50.0‎ ‎25‎ ‎4.0‎ ‎0‎ ‎①本实验待测数据可以是_________________________________________________________，‎ 实验Ⅰ和实验Ⅱ可以探究__________对锌与稀硫酸反应速率的影响。‎ ‎②实验Ⅲ和实验Ⅳ的目的是_______________________________________________________，‎ 写出有关反应的离子方程式______________________________________________________。‎ ‎(2)为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，设计的实验方案如下表：‎ 实验序号 体积V/mL K2S2O8溶液 水 KI溶液 Na2S2O3溶液 淀粉溶液 ‎①‎ ‎10.0‎ ‎0.0‎ ‎4.0‎ ‎4.0‎ ‎2.0‎ ‎②‎ ‎9.0‎ ‎1.0‎ ‎4.0‎ ‎4.0‎ ‎2.0‎ ‎③‎ ‎8.0‎ Vx ‎4.0‎ ‎4.0‎ ‎2.0‎ 表中Vx＝________，理由是___________________________________________________。‎ 答案　(1)①反应结束所需要的时间(或相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间)　硫酸浓度　②探究硫酸铜的质量对反应速率的影响　Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑‎ ‎(2)2.0　保证反应物K2S2O8浓度的改变，而其他物质浓度不变 解析　(1)实验Ⅰ和实验Ⅱ中，锌的质量和状态相同，硫酸的浓度不同，实验Ⅲ和实验Ⅳ中加入硫酸铜，Cu2＋的氧化性强于H＋，首先发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，生成的铜附着在锌表面，在稀硫酸溶液中构成原电池，加快锌失电子。但是加入的硫酸铜过多，生成的铜会覆盖在锌表面，阻止锌与稀硫酸进一步反应，产生氢气的速率会减慢。①本实验待测数据可以是“反应结束所需要的时间”或“相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间”，实验Ⅰ和实验Ⅱ可以探究硫酸的浓度对反应速率的影响。②实验Ⅲ和实验Ⅳ加入的硫酸铜的质量不同，可以探究加入硫酸铜的质量与反应速率的关系。‎ ‎(2)实验的目的是探究K2S2O8溶液的浓度对化学反应速率的影响，故应保证每组实验中其他物质的浓度相等，即溶液的总体积相等(即为20.0 mL)，从而可知Vx＝2.0。‎ 控制变量法解决问题的基本思路[以第4题(1)为例]‎