2021届高考化学一轮复习测定化学反应速率的变量控制学案

2021届高考化学一轮复习测定化学反应速率的变量控制学案

测定化学反应速率的变量控制 ‎ ‎ ‎【典题】(2019·重庆模拟)“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:‎ 回答下列问题:‎ 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 ‎(1)该实验的目的是__。 ‎ ‎(2)显色时间t1=________。 ‎ ‎(3)温度对该反应的反应速率的影响符合一般规律,若在‎40 ℃‎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 s　　　　　B.22.0～44.0 s C.>44.0 s 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 _______________________。 ‎ ‎【精析】由题目中表格数据可分析出c(I-)、c(S2)浓度越大,反应速率越快,显蓝色所需时间越少,故实验目的应是研究反应物I-与S2的浓度对反应速率的影响,因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),由①⑤中数据可列关系:显色时间t2=(0.040·0.040·88.0)/‎ ‎(0.120·0.040)=29.3 s,升高温度,反应速率加快,故显色时间t2<22.0 s。‎ 答案:(1)研究反应物I-与S2的浓度对反应速率的影响　(2)29.3 s　(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.控制变量探究实验题的解题策略 ‎2.基本流程 ‎3.影响化学反应速率的“‎8”‎个重要因素 ‎(1)浓度　(2)温度　(3)压强　(4)催化剂 ‎(5)固体的表面积　(6)原电池反应　(7)酸碱度 ‎(8)光照强度 ‎4.基本解题思路 ‎　(2019·广州模拟)在一个容积固定为‎2 L的密闭容器中,发生反应:aA(g)‎ ‎+bB(g)pC(g)　ΔH=?反应情况记录如下表:‎ 时间 c(A)‎ ‎/mol·L-1‎ c(B)‎ ‎/mol·L-1‎ c(C)‎ ‎/mol·L-1‎ ‎0 min ‎1‎ ‎3‎ ‎0‎ 第2 min ‎0.8‎ ‎2.6‎ ‎0.4‎ 第4 min ‎0.4‎ ‎1.8‎ ‎1.2‎ 第6 min ‎0.4‎ ‎1.8‎ ‎1.2‎ 第8 min ‎0.1‎ ‎2.0‎ ‎1.8‎ 第9 min ‎0.05‎ ‎1.9‎ ‎0.3‎ 请仔细分析,根据表中数据,回答下列问题:‎ ‎(1)第2 min到第4 min内A的平均反应速率v(A)=__________mol·L-1·min-1。 ‎ ‎(2)由表中数据可知反应在第4 min到第6 min时处于平衡状态,若在第2 min、第6 min、第8 min时分别改变了某一反应条件,则改变的条件可能分别是 ‎①第2 min__________或__________; ‎ ‎②第6 min__________; ‎ ‎③第8 min__________。 ‎ ‎(3)若从开始到第4 min建立平衡时反应放出的热量为235.92 kJ,则该反应的ΔH=__________。 ‎ ‎【解析】(1)v(A)==0.2 mol·L-1·min-1。‎ ‎(2)①从2 min～4 min来看,A、B、C的浓度变化量比前2 min大,说明反应速率加快了,故2 min时改变的条件可能为使用催化剂或升高温度。②第6 min改变条件后,达到第8 min时,作为反应物,A的浓度减少而B的浓度增加,可知改变的条件为增加B的浓度。③从0～2 min来看,A、B、C的浓度变化量分别为0.2 mol·L-1、0.4 mol·L-1、0.4 mol·L-1可知a、b、p分别为1、2、2,从第9 min的数据来看,C的浓度大幅度减小,而A、B浓度也减小,且减小量与化学方程式中化学计量数成正比,可知第8 min改变的条件为减小C的浓度。‎ ‎(3)从开始到第4 min消耗A 1.2 mol,共放出热量235.92 kJ,故每消耗1 mol A放出热量:=196.6 kJ·mol-1,由(2)的分析可知A的化学计量数为1,故该反应的ΔH=-196.6 kJ·mol-1。‎ 答案:(1)0.2　(2)①使用催化剂　升高温度　②增加B的浓度　③减小C的浓度　(3)-196.6 kJ·mol-1‎ ‎【加固训练】‎ ‎　　1.(2019·泉州模拟)在稀硫酸与锌反应制取氢气的实验中,探究加入硫酸铜溶液的量对氢气生成速率的影响。实验中锌粒过量且颗粒大小相同,饱和硫酸铜溶液用量0～4.0 mL,保持溶液总体积为100.0 mL,记录获得相同体积(336 mL)‎ 的气体所需时间,实验结果如图所示(气体体积均转化为标准状况下)。据图分析,下列说法不正确的是 (　　)‎ A.饱和硫酸铜溶液用量过多不利于更快收集氢气 B.a、c两点对应的氢气生成速率相等 C.b点对应的反应速率为v(H2SO4)=1.0×10-3 mol·L-1·s-1‎ D.d点没有构成原电池,反应速率减慢 ‎【解析】选D。根据图象可知随着饱和硫酸铜溶液的增加,收集相同体积的气体所需时间先逐渐减少,然后又逐渐增加,因此饱和硫酸铜溶液用量过多不利于更快收集氢气,A正确;根据图象可知a、c两点对应的时间都是250 s,所以氢气生成速率相等,B正确;b点对应的时间是150 s,生成氢气的物质的量是=0.015 mol,消耗稀硫酸的物质的量是0.015 mol,其浓度是=0.15 mol·L-1,所以反应速率为v(H2SO4)==1.0×‎ ‎10-3 mol·L-1·s-1,C正确;d点锌也与硫酸铜溶液反应生成铜从而构成原电池,D不正确。‎ ‎2.(2019·龙岩模拟)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。请回答下列问题:‎ ‎(1)上述实验中发生反应的化学方程式有 __________________。 ‎ ‎(2)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是________ __。 ‎ ‎(3)实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4种溶液,可与上述实验中CuSO4溶液起相似作用的是____________。 ‎ ‎(4)要加快上述实验中气体产生的速率,还可采取的措施有 __________(答两种)。 ‎ ‎(5)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的实验。将表中所给的混合溶液分别加入到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 ‎①请完成此实验设计,其中:V6=__________,V8=________,V9=________。 ‎ ‎②该同学最后得出的结论为当加入少量CuSO4溶液时,生成氢气的速率会大大提高,但当加入的CuSO4溶液超过一定量时,生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因 _______________________。 ‎ ‎【解析】(1)在稀硫酸中加入硫酸铜后发生了两个反应:CuSO4+ZnZnSO4+Cu、Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑。(2)由于Zn与反应生成的Cu及硫酸铜溶液组成了Cu-Zn原电池,大大加快了生成氢气的反应速率。(3)只要是比锌的金属性差的金属都可以与锌组成原电池,都可以加快生成氢气的反应速率,故在所给的物质中只有 Ag2SO4符合题意。(4)要加快生成氢气的反应速率,还可以采取如下措施:升高温度、适当增大硫酸的浓度、增加锌粒的比表面积等。(5)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V6=‎ ‎10 mL,V8=19.5 mL,V9=17.5 mL。由于析出的铜的量较多,会覆盖在锌的表面,使得锌与稀硫酸接触面积大大减小,故反应速率反而减慢了。‎ 答案:(1)Zn+CuSO4ZnSO4+Cu、Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑‎ ‎(2)CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成Cu-Zn原电池,加快了氢气产生的速率　(3)FeSO4‎ ‎(4)升高反应温度;适当增加硫酸的浓度 ‎(5)①10　19.5　17.5　②当加入一定量的CuSO4后,生成的单质Cu会沉积在Zn的表面,降低了Zn与H2SO4溶液的接触面积 ‎3.(2019·衡水模拟)汽车厂商常利用催化技术将尾气中的NO和CO转化成CO2和N2,化学方程式如下:‎ ‎2NO+2CO2CO2+N2。为研究如何提高该转化过程反应速率,某课题组进行了以下实验探究。‎ ‎【资料查阅】‎ ‎①不同的催化剂对同一反应的催化效率不同。‎ ‎②使用相同的催化剂,当催化剂质量相等时,催化剂的比表面积对催化效率有影响。‎ ‎【实验设计】‎ 课题组为探究某些外界条件对汽车尾气转化速率的影响规律,设计了以下对比实验。‎ ‎(1)完成以下实验设计表(表中不要留空格)。 ‎ 实验 编号 实验 目的 T/℃‎ NO初始 浓度 ‎/mol·L-1‎ CO初始浓度 ‎/mol·L-1‎ 同种催化剂 的比表面积 ‎/m3·g-1‎ Ⅰ 为以下实 验作参照 ‎280‎ ‎6.50×‎ ‎10-3‎ ‎4.00×10-3‎ ‎80‎ Ⅱ ‎6.50×‎ ‎10-3‎ ‎120‎ Ⅲ 探究温度 对尾气转 化速率的 影响 ‎360‎ ‎6.50×‎ ‎10-3‎ ‎4.00×10-3‎ ‎80‎ ‎　【图象分析与结论】‎ 利用气体传感器测定了三组实验中CO浓度随时间变化的曲线图,如图:‎ ‎(2)计算第Ⅰ组实验中,达到平衡时NO的浓度为__________。 ‎ ‎(3)由曲线Ⅰ、Ⅱ可知,增大催化剂比表面积,汽车尾气转化速率__________(填“增大”“减小”或“无影响”)。 ‎ ‎【解析】(1)Ⅰ为对照实验,Ⅱ是同种催化剂的比表面积增大,因此其他条件相同,所以Ⅱ是探究催化剂比表面积对尾气转化速率的影响,温度是‎280 ℃‎;NO 初始浓度是6.50×10-3mol·L-1;CO初始浓度是4.00×10-3mol·L-1。 (2)第Ⅰ组实验中,开始时c(CO)=4.00×10-3mol·L-1,达到平衡时CO的浓度为1.00×10-3mol·L-1,浓度变化量是3.00×10-3mol·L-1,由于NO、CO是按照物质的量之比为1∶1反应,所以达平衡时NO的浓度为6.50×10-3mol·L-1-3.00×10-3mol·L-1=3.50×‎ ‎10-3mol·L-1。 (3)由曲线Ⅰ、Ⅱ可知,增大催化剂比表面积,汽车尾气转化速率增大。‎ 答案:(1)探究催化剂比表面积对尾气转化速率的影响 ‎280　4.00×10-3　(2)3.50×10-3mol·L-1　(3)增大