?專(zhuān)題突破24　控制變量探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素
在研究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素時(shí)，由于外界影響因素較多，故為搞清某個(gè)因素的影響均需控制其他因素相同或不變，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。因此，常用控制變量思想解決該類(lèi)問(wèn)題。
1．常見(jiàn)考查形式
(1)以表格的形式給出多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，讓學(xué)生找出每組數(shù)據(jù)的變化對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。
(2)給出影響化學(xué)反應(yīng)速率的幾種因素，讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分析各因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。
2．解題策略
(1)確定變量
解答這類(lèi)題目時(shí)首先要認(rèn)真審題，理清影響實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果的因素有哪些。
(2)定多變一
在探究時(shí)，應(yīng)該先確定其他的因素不變，只變化一種因素，看這種因素與探究的問(wèn)題存在怎樣的關(guān)系；這樣確定一種以后，再確定另一種，通過(guò)分析每種因素與所探究問(wèn)題之間的關(guān)系，得出所有影響因素與所探究問(wèn)題之間的關(guān)系。
(3)數(shù)據(jù)有效
解答時(shí)注意選擇數(shù)據(jù)(或設(shè)置實(shí)驗(yàn))要有效，且變量統(tǒng)一，否則無(wú)法作出正確判斷。
3．實(shí)例分析
探究溫度、催化劑對(duì)反應(yīng)：2H2O2===2H2O＋O2↑的影響，可以確定催化劑(是否加入MnO2)和溫度(加熱、常溫)作為可變量，其他的則控制為不變量。
探究對(duì)象的反應(yīng)
2H2O2===2H2O＋O2↑
控制的可變量
催化劑
溫度
控制的不變量
濃度、溫度等
濃度、催化劑等
實(shí)驗(yàn)方案
取相同量的5%H2O2溶液于兩支規(guī)格相同的試管中，向其中一支試管中加入少量MnO2，另一支不加，在常溫下觀察
取相同量的5%H2O2溶液于兩支規(guī)格相同的試管中，給其中一支試管加熱，另一支不加熱，觀察


1．(2019·洛陽(yáng)月考)等質(zhì)量的鐵與過(guò)量的鹽酸在不同的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行反應(yīng)，測(cè)得在不同時(shí)間(t)內(nèi)產(chǎn)生氣體體積(V)的數(shù)據(jù)如圖所示，根據(jù)圖示分析實(shí)驗(yàn)條件，下列說(shuō)法中一定不正確的是(　　)

組別
對(duì)應(yīng)曲線
c(HCl)/mol·L－1
反應(yīng)溫度/℃
鐵的狀態(tài)
1
a

30
粉末狀
2
b

30
粉末狀
3
c
2.5

塊狀
4
d
2.5
30
塊狀


A．第4組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)速率最慢
B．第1組實(shí)驗(yàn)中鹽酸的濃度大于2.5 mol·L－1
C．第2組實(shí)驗(yàn)中鹽酸的濃度等于2.5 mol·L－1
D．第3組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)溫度低于30 ℃
答案　D
解析　由圖像可知，1、2、3、4組實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的氫氣一樣多，只是反應(yīng)速率有快慢之分。第4組實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)所用時(shí)間最長(zhǎng)，故反應(yīng)速率最慢，A正確；第1組實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)所用時(shí)間最短，故反應(yīng)速率最快，根據(jù)控制變量法原則知鹽酸濃度應(yīng)大于2.5 mol·L－1，B正確；第2組實(shí)驗(yàn)，鐵是粉末狀，與3、4組塊狀鐵相區(qū)別，根據(jù)控制變量法原則知鹽酸的濃度應(yīng)等于2.5 mol·L－1，C正確；由3、4組實(shí)驗(yàn)并結(jié)合圖像知第3組實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)溫度應(yīng)高于30 ℃，D錯(cuò)誤。
2．某小組利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反應(yīng)來(lái)探究“外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響”。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先分別量取兩種溶液，然后倒入試管中迅速振蕩混合均勻，開(kāi)始計(jì)時(shí)，通過(guò)測(cè)定褪色所需時(shí)間來(lái)判斷反應(yīng)的快慢。該小組設(shè)計(jì)了如下方案。
編號(hào)
H2C2O4溶液
酸性KMnO4溶液
溫度/℃
濃度/mol·L－1
體積/mL
濃度/mol·L－1
體積/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)已知反應(yīng)后H2C2O4轉(zhuǎn)化為CO2逸出，KMnO4溶液轉(zhuǎn)化為MnSO4，每消耗1 mol H2C2O4轉(zhuǎn)移________mol電子。為了觀察到紫色褪去，H2C2O4與KMnO4初始的物質(zhì)的量需要滿足的關(guān)系為n(H2C2O4)∶n(KMnO4)≥________。
(2)探究溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響的實(shí)驗(yàn)編號(hào)是________(填編號(hào)，下同)，可探究反應(yīng)物濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響的實(shí)驗(yàn)編號(hào)是____________。
(3)已知50 ℃時(shí)c(MnO)～反應(yīng)時(shí)間t的變化曲線如圖。若保持其他條件不變，請(qǐng)?jiān)谧鴺?biāo)圖中，畫(huà)出25 ℃時(shí)c(MnO)～t的變化曲線示意圖。

答案　(1)2　5∶2　(2)②和③?、俸廷?br /> (3)
解析　(1)H2C2O4中碳的化合價(jià)是＋3價(jià)，CO2中碳的化合價(jià)為＋4價(jià)，故每消耗1 mol H2C2O4轉(zhuǎn)移2 mol電子，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O，為保證KMnO4完全反應(yīng)，c(H2C2O4)∶c(KMnO4)≥5∶2。
(2)探究溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響，則濃度必然相同，則為實(shí)驗(yàn)②和③；同理探究濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響的實(shí)驗(yàn)是①和②。(3)溫度降低，化學(xué)反應(yīng)速率減小，故KMnO4褪色時(shí)間延長(zhǎng)，故作圖時(shí)要同時(shí)體現(xiàn)25 ℃ MnO濃度降低比50 ℃時(shí)MnO的濃度降低緩慢和反應(yīng)完全時(shí)間比50 ℃時(shí)“拖后”。
3．(2020·天津第一中學(xué)月考)為了進(jìn)一步探究硫酸銅的量對(duì)氫氣生成速率的影響，該同學(xué)設(shè)計(jì)了如下一系列實(shí)驗(yàn)。將表中所給的混合溶液分別加入6個(gè)盛有過(guò)量Zn粒的反應(yīng)瓶中，收集產(chǎn)生的氣體，記錄獲得相同體積氣體所需的時(shí)間。
實(shí)驗(yàn)
混合溶液
A
B
C
D
E
F
4 mol·L－1 H2SO4/mL
30
V1
V2
V3
V4
V5
飽和CuSO4溶液/mL
0
0.5
2.5
5
V6
20
H2O/mL
V7
V8
V9
V10
10
0

請(qǐng)完成此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中：V1＝________，V6＝______，V9＝________。
答案　30　10　17.5
解析　若研究CuSO4的量對(duì)H2生成速率的影響，則實(shí)驗(yàn)中除CuSO4的量不同之外，其他物質(zhì)的量均相同，則V1＝V2＝V3＝V4＝V5＝30，最終溶液總體積相同。由實(shí)驗(yàn)F可知，溶液的總體積均為50 mL，則V6＝10，V9＝17.5。



4．(1)某同學(xué)設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)方案探究影響鋅與稀硫酸反應(yīng)速率的因素，有關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示：
序號(hào)
純鋅粉/g
2.0 mol·L－1硫酸溶液/mL
溫度/℃
硫酸銅固體/g
加入蒸餾水/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本實(shí)驗(yàn)待測(cè)數(shù)據(jù)可以是__________________________________________________，
實(shí)驗(yàn)Ⅰ和實(shí)驗(yàn)Ⅱ可以探究__________對(duì)鋅與稀硫酸反應(yīng)速率的影響。
②實(shí)驗(yàn)Ⅲ和實(shí)驗(yàn)Ⅳ的目的是________________________________________________，
寫(xiě)出有關(guān)反應(yīng)的離子方程式________________________________________________。
(2)為探究反應(yīng)物濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案如下表：
實(shí)驗(yàn)序號(hào)
體積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反應(yīng)結(jié)束所需要的時(shí)間(或相同條件下產(chǎn)生等體積的氫氣所需要的時(shí)間)　硫酸濃度?、谔骄苛蛩徙~的質(zhì)量對(duì)反應(yīng)速率的影響　Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
(2)2.0　保證反應(yīng)物K2S2O8濃度的改變，而其他物質(zhì)濃度不變
解析　(1)實(shí)驗(yàn)Ⅰ和實(shí)驗(yàn)Ⅱ中，鋅的質(zhì)量和狀態(tài)相同，硫酸的濃度不同，實(shí)驗(yàn)Ⅲ和實(shí)驗(yàn)Ⅳ中加入硫酸銅，Cu2＋的氧化性強(qiáng)于H＋，首先發(fā)生反應(yīng)Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，生成的銅附著在鋅表面，在稀硫酸溶液中構(gòu)成原電池，加快鋅失電子。但是加入的硫酸銅過(guò)多，生成的銅會(huì)覆蓋在鋅表面，阻止鋅與稀硫酸進(jìn)一步反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣的速率會(huì)減慢。①本實(shí)驗(yàn)待測(cè)數(shù)據(jù)可以是“反應(yīng)結(jié)束所需要的時(shí)間”或“相同條件下產(chǎn)生等體積的氫氣所需要的時(shí)間”，實(shí)驗(yàn)Ⅰ和實(shí)驗(yàn)Ⅱ可以探究硫酸的濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響。②實(shí)驗(yàn)Ⅲ和實(shí)驗(yàn)Ⅳ加入的硫酸銅的質(zhì)量不同，可以探究加入硫酸銅的質(zhì)量與反應(yīng)速率的關(guān)系。
(2)實(shí)驗(yàn)的目的是探究K2S2O8溶液的濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，故應(yīng)保證每組實(shí)驗(yàn)中其他物質(zhì)的濃度相等，即溶液的總體積相等(即為20.0 mL)，從而可知Vx＝2.0。

控制變量法解決問(wèn)題的基本思路[以第4題(1)為例]

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