2020版高考化学一轮复习 全国卷热考微专题“变量控制”实验探究影响化学反应速率的因素学案

2020版高考化学一轮复习 全国卷热考微专题“变量控制”实验探究影响化学反应速率的因素学案

全国卷热考微专题(13)“变量控制”实验探究影响化学反应速率的因素 ‎　“变量控制”实验探究化学反应速率的因素，前些年新课标卷中有所考查，近几年未出现过。该类题型以表格或图象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。它能够很好的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。‎ 预测全国卷还会以新的形式出现。该类题型的考查角度如下：‎ ‎(1)探究浓度、温度、压强、催化剂等外界条件对化学反应速率的影响。‎ ‎(2)探究综合因素对化学反应速率的影响。‎ ‎(3)外界条件对化学反应速率影响实验探究的迁移应用。‎ ‎　(2014·广东卷)设计实验，探究某一种因素对溶液中NH4Cl水解程度的影响。‎ 限制试剂与仪器：固体NH4Cl、蒸馏水、100 mL容量瓶、烧杯、胶头滴管、玻璃棒、药匙、天平、pH计、温度计、恒温水浴槽(可控制温度)‎ ‎(1)实验目的：探究________对溶液中NH4Cl水解程度的影响。‎ ‎(2)设计实验方案，拟定实验表格，完整体现实验方案[列出能直接读取数据的相关物理量及需拟定的数据，数据用字母表示；表中V(溶液)表示所配制溶液的体积]。‎ ‎　　　物理量 实验序号　　　　‎ V(溶液)/mL ‎……‎ ‎1‎ ‎100‎ ‎2‎ ‎100‎ 解析：通过所给试剂和仪器，可以探究温度(或浓度)对溶液中氯化铵水解程度的影响。‎ 如果是探究温度对溶液中氯化铵水解程度的影响时，可以测定不同温度下溶液的pH；如果是探究浓度对溶液中氯化铵水解程度的影响时，可以测定不同浓度下溶液的pH。‎ 因此实验表格可以为 物理量 实验序号 　　　‎ V(溶液)/mL 氯化铵质量/g 温度/℃‎ pH ‎1‎ ‎100‎ m1‎ T b ‎2‎ ‎100‎ m2‎ T c 5‎ 答案：(1)温度(或浓度)‎ ‎(2)‎ ‎　　　物理量 实验序号 　　　‎ V(溶液)/mL NH4Cl 质量/g 温度 ‎/℃‎ pH ‎……‎ ‎1‎ ‎100‎ m T1‎ Y ‎2‎ ‎100‎ m T2‎ Z 或 ‎　　　物理量 实验序号 　　　‎ V(溶液)/mL NH4Cl 质量/g 温度/℃‎ pH ‎……‎ ‎1‎ ‎100‎ m T Y ‎2‎ ‎100‎ m2‎ T Z ‎[方法指导]　‎ ‎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。‎ ‎1．硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，下列各组实验中最先出现浑浊的是(　　)‎ 选项 反应温度 ‎/℃‎ Na2S2O3溶液 稀H2SO4‎ H2O V/mL c/(mol·‎ L－1)‎ V/mL c/(mol·‎ L－1)‎ V/mL A ‎25‎ ‎5‎ ‎0.1‎ ‎10‎ ‎0.1‎ ‎5‎ B ‎25‎ ‎5‎ ‎0.2‎ ‎5‎ ‎0.2‎ ‎10‎ C ‎35‎ ‎5‎ ‎0.1‎ ‎10‎ ‎0.1‎ ‎5‎ D ‎35‎ ‎5‎ ‎0.2‎ ‎5‎ ‎0.2‎ ‎10‎ 解析：结合选项知混合液的体积都为20 mL，但选项D中反应温度最高、反应物Na2S2O3的浓度最大，其反应速率最大，故最先看到浑浊(有硫单质生成)。‎ 答案：D 5‎ ‎2．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)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是___________‎ ‎______________________________________________________。‎ ‎(2)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：(1)由于Zn与反应生成的Cu及硫酸溶液组成了Cu－Zn原电池，大大加快了生成氢气的反应速率。‎ ‎(2)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：(1)CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成Cu－Zn原电池，加快了氢气生成的速率 ‎(2)30　10　17.5‎ ‎3．碘在科研与生活中有重要应用。某兴趣小组用0.50 mol·L－1 KI、0.2%淀粉溶液、0.20 mol·L－1 K2S2O8、0.10 mol·L－1 Na2S2O3等试剂，探究反应条件对化学反应速率的影响。‎ 已知：S2O＋2I－===2SO＋I2 (慢)‎ ‎ I2＋2S2O===2I－＋S4O (快)‎ ‎(1)向KI、Na2S2O3与淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液，当溶液中的________耗尽后，溶液颜色将由无色变为蓝色。为确保能观察到蓝色，S2O与S2O初始的物质的量需满足的关系为n(S2O)∶n(S2O)________。‎ ‎(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：‎ ‎　‎ 5‎ 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＝________ mL，理由是___________________________‎ ‎______________________________________________________。‎ ‎(3)已知某条件下，S2O的ct变化曲线如图所示，若保持其他条件不变，请在图中，分别画出降低反应温度和加入催化剂时S2O的ct变化曲线示意图(进行相应的标注)。‎ 解析：(1) 淀粉溶液遇I2显蓝色，溶液由无色变为蓝色时，溶液中有I2，说明Na2S2O3耗尽。由题给离子反应可得关系式S2O～I2～2S2O，n(S2O)∶n(S2O)＜2时，能观察到蓝色。‎ ‎(2)对照实验探究浓度对反应速率的影响须保证其他条件完全一致，故应加水2.0 mL以保证溶液总体积相同。‎ ‎(3)温度降低反应速率变慢，加入催化剂，反应速率加快。‎ 答案：(1)S2O(其他合理写法也可)　＜2‎ ‎(2)2.0　保证溶液总体积相同，仅改变S2O的浓度而其他物质的浓度不变(其他合理答案也可)‎ ‎(3)如图 ‎4．利用催化剂可使NO和CO发生反应：2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)　ΔH<0。已知增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在实验设计表中。‎ 实验编号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 5‎ T(℃)‎ ‎280‎ ‎350‎ NO初始浓度(mol·L－1)‎ ‎1.2×10－3‎ ‎1.2×10－3‎ CO初始浓度(mol·L－1)‎ ‎5.8×10－3‎ 催化剂的比表面积(m2/g)‎ ‎82‎ ‎124‎ ‎82‎ ‎(1)请填全表中的各空格。‎ ‎(2)实验Ⅰ中，NO的物质的量浓度(c)随时间(t)的变化如图所示。请在给出的坐标图中画出实验Ⅱ、Ⅲ中NO的物质的量浓度(c)随时间(t)变化的曲线，并标明各曲线的实验编号。‎ 解析：(1)在其他量相同的情况下，才能判断变量对速率的影响，要验证温度对速率的影响，催化剂的比表面积、反应物的初始浓度等要相同；同理，验证催化剂的比表面积对速率的影响，温度、反应物的初始浓度要相同。(2)Ⅰ、Ⅱ的区别是催化剂的比表面积不同，因此Ⅱ的反应速率较快，但催化剂不影响平衡的移动。Ⅰ、Ⅲ的区别是温度变化，温度升高，化学反应速率加快，达到平衡的时间缩短，NO转化率降低，故最终Ⅲ中c(NO)较Ⅰ、Ⅱ中c(NO)大。‎ 答案：(1)‎ 实验编号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ T(℃)‎ ‎280‎ NO初始浓度 ‎1.2×10－3‎ CO初始浓度 ‎5.8×10－3‎ ‎5.8×10－3‎ ‎(2)‎ 5‎