專題提升系列(二)　控制變量法探究外界條件對反應速率的影響 教學課件

第二章化學反應速率與化學平衡控制變量法探究外界條件對反應速率的影響專題提升系列(二)一、“控制變量法”解題思維模板二、教材實驗分析內容索引在研究影響化學反應速率的因素時，由于外界影響因素較多，故為搞清某個因素的影響均需控制其他因素相同或不變，再進行實驗。因此，控制變量思想在這部分體現(xiàn)較為充分且大多以探究型實驗題的形式出現(xiàn)。這類題目以實驗為研究手段，盡管涉及因素較多，有其復雜性，但仍然重在考查考生的基礎知識，基本技能，分析能力和實驗能力，常用控制變量思想解決該類問題。索引一、“控制變量法”解題思維模板索引索引二、教材實驗分析探究變量定量探究內容注意問題溫度溫度不同H2O2的濃度相同①確定變量②控制變量：要探究的因素(如催化劑)不同，其余的因素(H2O2濃度、溫度、壓強、固體物質的表面積等)要完全相同③探究不同催化劑對反應速率的影響，加入催化劑的體積要相同可保證加入催化劑后過氧化氫的濃度相同；對比實驗中加入相同體積的水也是為了保證過氧化氫的濃度相同濃度H2O2濃度不同溫度和FeCl3溶液的濃度、體積相同探究變量定量探究內容注意問題催化劑催化劑不同溫度和H2O2濃度、體積相同④若探究溫度對反應速率的影響，則必須在混合前將溶液加熱(或降溫)到所需要的溫度

某同學設計了如下實驗方案探究化學反應速率的影響因素，下列有關說法錯誤的是A．實驗中可通過記錄溶液出現(xiàn)渾濁所需時間來判斷反應速率的大小B．實驗①②探究的是濃度對化學反應速率的影響C．實驗①③探究的是溫度對化學反應速率的影響D．實驗③反應速率最快實驗編號溫度/℃硫酸Na2S2O3溶液①252mL0.01mol/L1mL0.01mol/L②252mL0.01mol/L1mL0.02mol/L③502mL0.01mol/L1mL0.02mol/L√典例1A.該實驗的反應原理是Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O，反應中生成硫單質，硫單質不溶于水，故實驗中可通過記錄溶液出現(xiàn)渾濁所需時間來判斷反應速率的快慢，A項正確；B.實驗①②中溫度、c(H2SO4)均相同，c(Na2S2O3)不同，故實驗目的是探究濃度對化學反應速率的影響，B項正確；C.實驗①③中c(H2SO4)相同，c(Na2S2O3)不同、溫度不同，故不能探究溫度對化學反應速率的影響，C項錯誤；D.實驗③中反應物c(Na2S2O3)大，溫度高，所以反應速率最快，D項正確。

實驗室利用下列方案探究影響化學反應速率的因素，有關說法錯誤的是已知反應原理：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O

A．實驗中要記錄溶液褪色所需時間B．對比實驗①②探究的是濃度對化學反應速率的影響C．對比實驗①③探究的是溫度對化學反應速率的影響D．起始向①中加入MnSO4固體，不影響其反應速率實驗編號溫度/℃酸性KMnO4溶液H2C2O4溶液①254mL0.01mol/L2mL0.1mol/L②254mL0.01mol/L2mL0.2mol/L③504mL0.01mol/L2mL0.1mol/L√典例2該實驗原理是2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O，KMnO4被還原為MnSO4，溶液由紫紅色變?yōu)闊o色，故實驗中要記錄溶液褪色時間，判斷反應速率的快慢，A正確；實驗①②中溫度、c(KMnO4)均相同，c(H2C2O4)不同，故實驗目的是探究濃度對化學反應速率的影響，B正確；實驗①③中c(KMnO4)、c(H2C2O4)均相同，溫度不同，故實驗目的是探究溫度對化學反應速率的影響，C正確；該反應中Mn2＋起催化作用，①中加入MnSO4固體，會加快反應速率，D錯誤。

為了探究影響鋅與鹽酸反應劇烈程度的因素，某學習小組設計了下列實驗：

下列說法正確的是①對比實驗Ⅰ和Ⅱ，可研究鹽酸的濃度對反應劇烈程度的影響②對比實驗Ⅱ和Ⅲ，可研究鹽酸的濃度對反應劇烈程度的影響③對比實驗Ⅱ和Ⅲ，可研究溫度對反應劇烈程度的影響④對比實驗Ⅰ和Ⅲ，可研究溫度對反應劇烈程度的影響A．①④ B．①②C．①③ D．②③

實驗Ⅰ(常溫下)實驗Ⅱ(常溫下)實驗Ⅲ√典例3對比實驗Ⅰ和Ⅱ，鋅的質量相同，稀鹽酸的體積相同，反應條件相同，但稀鹽酸的濃度不同，可研究鹽酸的濃度對反應劇烈程度的影響，故①正確；對比實驗Ⅱ和Ⅲ，鋅的質量相同，稀鹽酸的體積相同，因鋅和稀鹽酸反應的條件(溫度)不同，稀鹽酸的濃度不同，無法研究鹽酸的濃度對反應劇烈程度的影響，故②錯誤；對比實驗Ⅱ和Ⅲ，鋅的質量相同，稀鹽酸的體積相同，但稀鹽酸的濃度不同，無法研究溫度對反應劇烈程度的影響，故③錯誤；對比實驗Ⅰ和Ⅲ，鋅的質量相同，稀鹽酸的體積相同，稀鹽酸的濃度相同，可研究溫度對反應劇烈程度的影響，故④正確。索引索引課時精練題組一圖像類1．(2022?沂源縣第二中學高二期中)H2O2分解速率受多種因素影響。實驗測得70℃時不同條件下H2O2濃度隨時間的變化如圖所示。下列說法正確的是A．圖甲表明，其他條件相同時，H2O2濃度越小，其分解速率越快B．圖乙表明，其他條件相同時，溶液堿性越弱，H2O2分解速率越快C．圖丙表明，少量Mn2＋存在時，溶液堿性越強，H2O2分解速率越快D．圖丁表明，堿性溶液中，增大Mn2＋濃度，H2O2分解速率加快基礎達標√A.由圖甲可知，相同pH下，H2O2濃度越大，分解速率越快，A錯誤；B.由圖乙可知，H2O2初始濃度相同，溶液的堿性越強，雙氧水分解速率越快，B錯誤；C.由圖丙可知，Mn2＋濃度相同時，1.0mol·L－1NaOH溶液中H2O2的分解速率小于0.1mol·L－1NaOH溶液中H2O2分解速率，C錯誤；D.由圖丁可知，堿性溶液中，Mn2＋濃度越大，雙氧水分解越快，D正確；故選D。2．(2022?洛陽月考)等質量的鐵與過量的鹽酸在不同的實驗條件下進行反應，測得在不同時間(t)內產生氣體體積(V)的數據如圖所示，根據圖示分析實驗條件，下列說法中一定不正確的是A．第4組實驗的反應速率最慢B．第1組實驗中鹽酸的濃度大于2.5mol·L－1C．第2組實驗中鹽酸的濃度等于2.5mol·L－1D．第3組實驗的反應溫度低于30℃√組別對應曲線c(HCl)/(mol·L－1)反應溫度/℃鐵的狀態(tài)1a

30粉末狀2b

30粉末狀3c2.5

塊狀4d2.530塊狀由圖像可知，1、2、3、4組實驗產生的氫氣一樣多，只是反應速率有快慢之分。第4組實驗，反應所用時間最長，故反應速率最慢，A正確；第1組實驗，反應所用時間最短，故反應速率最快，根據控制變量法原則知鹽酸濃度應大于2.5mol·L－1，B正確；第2組實驗，鐵是粉末狀，與3、4組塊狀鐵相區(qū)別，根據控制變量法原則知鹽酸的濃度應等于2.5mol·L－1，C正確；由3、4組實驗并結合圖像知第3組實驗中反應溫度應高于30℃，D錯誤。題組二表格類3．控制變量法是化學實驗的一種常用方法。下表是某學習小組研究等物質的量濃度的硫酸和鋅反應的實驗數據，下列有關敘述正確的是A．t1＞70B．m3＝19.3C．實驗1、實驗2與實驗3探究的是溫度對化學反應速率的影響D．無法計算出硫酸的物質的量濃度√序號硫酸的體積/mL鋅的質量/g鋅的狀態(tài)溫度/℃完全溶于酸的時間/s生成硫酸鋅的質量/g150.02.0顆粒2570m1250.02.0顆粒3535m2350.02.0粉末25t15.0450.06.0粉末25t214.9550.08.0粉末25t319.3650.010.0粉末25t4m3A.實驗1和實驗3中的反應物接觸面積不同，其他條件相同，粉末狀比顆粒狀的接觸面積大，實驗3反應速率更快，完全溶于酸的時間更短，則t1＜70，故A錯誤；B.硫酸的量一定，鋅的質量增加，生成硫酸鋅的質量增加，根據Zn～ZnSO465g161g

2g4.95g≈5g2g鋅反應生成硫酸鋅5.0g，6g鋅反應生成硫酸鋅14.9g，鋅的質量與生成硫酸鋅的質量成正比關系，若8g鋅完全反應，根據Zn～ZnSO465g161g8g

m(ZnSO4)生成的硫酸鋅的質量約等于19.8g，實際生成19.3g，說明8g鋅已過量，硫酸反應完全，當鋅的質量為10g時，生成的硫酸鋅的質量不會再增加，則m3＝19.3g，故B正確；C.實驗1和實驗2的溫度不同，其他條件相同，是探究溫度對反應速率的影響，實驗1和實驗3的反應物接觸面積不同，其他條件相同，是探究反應物接觸面積對反應速率的影響，故C錯誤；D.當鋅的質量達到一定程度時，硫酸反應完全，根據關系式H2SO4～ZnSO4可計算出硫酸的物質的量，硫酸鋅的質量為19.3g，n(ZnSO4)＝

≈0.12mol，根據公式計算硫酸的濃度：c＝

＝2.4mol/L，故D錯誤；故選B。4．某興趣小組通過測定溴溶液褪色時間研究丙酮溴代反應的速率方程，反應方程式為：CH3COCH3＋Br2CH3COCH2Br＋HBr，23.5℃下，實驗數據如表所示。下列說法正確的是A．該反應中HCl作催化劑B．實驗①④反應速率：v4＝4v1C．實驗⑤：c初始(CH3COCH3)＝8mol·L－1D．反應速率與參與反應的物質濃度間關系：v＝kc(CH3COCH3)·c(HCl)√實驗序號初始濃度c/(mol·L－1)CH3COCH3HClBr2褪色時間t/s①0.800.200.00102.8×102②1.600.200.00101.4×102③0.800.400.00101.4×102④1.600.400.00201.4×102⑤c初始0.200.00501.4×103A.該反應中HCl作催化劑，A正確；C.①⑤比較Br2初始濃度不同，初始濃度⑤＝5×①，褪色時間是⑤＝5×①，則說明CH3COCH3的初始濃度是相同的，即c初始(CH3COCH3)＝0.80mol·L－1，C錯誤；D.①②比較CH3COCH3初始濃度，初始濃度②＝2×①，其他兩種物質HCl、Br2，初始濃度相同，褪色時間是②＝①×，說明反應速率加倍，即速率與CH3COCH3濃度成正比，①③比較HCl初始濃度，初始濃度③＝2×①，其他兩種物質CH3COCH3、Br2，初始濃度相同，褪色時間是③＝①×，說明反應速率加倍，即速率與HCl濃度成正比，②④比較HCl、Br2初始濃度，初始濃度④＝2×②，其他物質CH3COCH3初始濃度相同，褪色時間相同，氯化氫濃度加倍，速率應該加倍，反應時間應該變?yōu)棰诘囊话耄卿鍐钨|濃度的加倍，導致反應時間剛好和②相同，則可以推出反應速率和溴單質有關，褪色時間沒有變短，故參與反應的物質濃度間關系為v＝kc(CH3COCH3)·c(HCl)·c－1(Br2)，D錯誤；B.①④比較CH3COCH3、HCl、Br2，初始濃度④＝2×①，再結合參與反應的物質濃度間關系為v＝kc(CH3COCH3)·c(HCl)·c－1(Br2)，可知v4＝2v1，B錯誤。5．控制變量法是化學探究的重要方法，某同學利用1.0mol·L－1稀硫酸與鐵反應，探究影響化學反應速率的因素時得到如下實驗數據：能力提升實驗序號鐵的質量/g鐵的形狀V(H2SO4)/mLV(H2O)/mL初始溶液的溫度/℃金屬消失的時間/s10.10鐵片40102020020.10鐵粉40x202530.10鐵片5002012540.10鐵片5003550在實驗1和2中，鐵的形態(tài)不同，所以實驗目的是為了證明固體反應物表面積對反應速率的影響；應控制其他條件完全相同，所以與實驗1中數值相同，即x＝10；研究某一條件對反應速率的影響，應保持其他條件均相同，根據實驗1中水的體積為10mL，故x＝10；分析上述數據，回答下列問題：(1)實驗1和2表明，影響反應速率因素是_________。表中x＝________，判斷依據為_____________________________________________________________________________________________。接觸面積10研究某一條件對反應速率的影響，應保持其他條件均相同，根據實驗1中水的體積為10mL，故x＝10由表中數據可知，實驗1、3中只有硫酸濃度不同，其他反應條件完全相同，說明實驗1、3是比較濃度對反應速率的影響的實驗組；(2)表明反應物濃度對化學反應速率影響的實驗組是________(填實驗序號)。1、3由表中數據可知，除了濃度、固體表面積對反應速率的影響外，還探究了溫度對反應速率的影響；如實驗3和4，只有溫度不同，目的為了探究溫度對反應速率的影響。(3)本實驗中影響反應速率的因素還有________。反應溫度6．影響化學反應速率的因素很多，某課外興趣小組用實驗的方法進行探究。他們利用Cu、Fe、Mg和不同濃度的硫酸(0.5mol/L、2mol/L、18.4mol/L)，設計實驗方案來研究影響反應速率的因素。(1)甲同學研究的實驗報告如下表：①分別取等體積的2mol/L硫酸于試管中②分別投入大小、形狀相同的Cu、Fe、Mg反應快慢：Mg>Fe>Cu反應物的性質越活潑，反應速率越快該同學的實驗目的是研究___________________對化學反應速率的影響；根據控制變量法，要得出正確的實驗結論，還需控制的實驗條件是保持______條件相同。反應物本身的性質溫度該反應中酸及其濃度相同，金屬不同，所以其實驗目的是研究反應物本身的性質對反應速率的影響，做對比實驗時只能一個條件不同，其他條件必須完全相同，所以要得出正確的實驗結論，還需控制的實驗條件是保持溫度相同；(2)乙同學為了更精確地研究濃度對反應速率的影響，利用下圖裝置進行定量實驗。完成該實驗應選用的實驗藥品是___________________________________；應該測定的實驗數據是_______________________________________________________________。Mg(或Fe)、0.5mol/L硫酸和2mol/L硫酸測定一定時間產生氣體的體積(或測定產生一定體積的氣體所需時間乙同學為了更精確地研究濃度對反應速率的影響，利用題圖裝置進行定量實驗，圖中藥品是金屬和酸，濃硫酸和鐵發(fā)生鈍化現(xiàn)象而影響判斷，所以完成該實驗應選用的實驗藥品是Mg(或Fe)和0.5mol/L硫酸和2mol/L硫酸，根據v＝

知應該測定的實驗數據是測定一定時間產生氣體的體積或測定產生一定體積的氣體所需時間。7．(1)某課外興趣小組對過氧化氫的分解速率做了如下實驗探究，下表是該小組研究影響過氧化氫分解速率的因素時采集的一組數據：用10mLH2O2制取150mLO2所需的時間(秒)。30%H2O215%H2O210%H2O25%H2O2無催化劑、不加熱幾乎不反應幾乎不反應幾乎不反應幾乎不反應無催化劑、加熱360480540720MnO2催化劑、加熱102560120①上述實驗結果體現(xiàn)了催化劑、________、________等因素對過氧化氫分解速率的影響。②從上述影響過氧化氫分解速率的因素中任選一個，說明該因素對化學反應速率的影響__________________________________________________________________________________。溫度濃度

當其他條件不變，只升高溫度(或增加反應物的濃度，或加入催化劑)，可以加快反應速率過氧化氫溶液是實驗室制取氧氣的重要試劑，在常溫下很難分解得到氧氣，其分解速率受濃度、溫度、催化劑等因素的影響；設計實驗方案來證明時，