(新高考)高考化学一轮复习讲义第7章热点强化13控制变量探究影响化学反应速率的因素(含解析)

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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，故为搞清楚某个因素的影响，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。
1．用Na2FeO4溶液氧化废水中的还原性污染物M，为研究降解效果，设计如下对比实验探究温度、浓度、pH对降解速率和效果的影响，实验测得M的浓度与时间关系如图所示，下列说法不正确的是( )
A.实验①在15 min内M的降解速率约为1.33×10－5ml·L－1·min－1
B．若其他条件相同，实验①②说明升高温度，M降解速率增大
C．若其他条件相同，实验①③证明pH越高，越不利于M的降解
D．实验④说明M的起始浓度越小，降解的速率越快
答案 D
解析 由图中数据可知，实验①在15 min内Δc(M)＝(0.30 ml·L－1－0.10 ml·L－1)×10－3＝2×10－4 ml·L－1，则v(M)＝eq \f(Δc,Δt)＝eq \f(2×10－4 ml·L－1,15 min)≈1.33×10－5 ml·L－1·min－1，故A正确；由图中曲线变化可看出实验②相对于实验①，M降解速率增大，由表中数据可知，其他条件相同，实验②的温度高，所以说明升高温度，M降解速率增大，故B正确；由图中曲线变化可看出实验①相对于实验③，M降解速率增大，由表中数据可知，其他条件相同，实验③的pH高，所以说明pH越高，越不利于M的降解，故C正确；根据图示可知M的起始浓度越小，降解速率越小，故D错误。
2．已知：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===2MnSO4＋K2SO4＋10CO2↑＋8H2O。某化学小组欲探究H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应过程中浓度、温度对化学反应速率的影响，进行了如下实验(忽略溶液体积变化)：
下列说法不正确的是( )
A．V1＝1，V2＝2
B．设计实验Ⅰ、Ⅲ的目的是探究温度对反应速率的影响
C．实验计时是从溶液混合开始，溶液呈紫红色时结束
D．实验Ⅲ中用酸性KMnO4溶液的浓度变化表示的反应速率v(KMnO4)＝0.01 ml·L－1·min－1
答案 C
解析 实验Ⅰ和实验Ⅱ反应温度相同，实验Ⅱ中加入了1 mL水，根据控制变量的原则，溶液总体积应保持不变，因而V1＝1，类比分析可得V2＝2，A正确；实验Ⅰ、Ⅲ的温度不同，其他条件相同，因而可知设计实验Ⅰ、Ⅲ的目的是探究温度对反应速率的影响，B正确；酸性KMnO4溶液呈紫红色，由表中数据可知，草酸溶液过量，KMnO4可反应完全，因而可以用颜色变化来判断反应终点，即实验计时是从溶液混合开始，溶液紫红色刚好褪去时结束，C错误；根据实验Ⅲ中有关数据可知，Δc(KMnO4)＝eq \f(0.01 ml·L－1×2×10－3 L,4×10－3 L)＝0.005 ml·L－1，v(KMnO4)＝eq \f(ΔcKMnO4,Δt)＝eq \f(0.005 ml·L－1,0.5 min)＝0.01 ml·L－1·min－1，D正确。
3．(2017·江苏，10)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快
B．图乙表明，其他条件相同时，溶液pH越小，H2O2分解速率越快
C．图丙表明，少量Mn2＋存在时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快
D．图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率的影响大
答案 D
解析 A项，浓度对反应速率的影响是浓度越大，反应速率越快，错误；B项，NaOH浓度越大，即pH越大，H2O2分解速率越快，错误；C项，由图可知，Mn2＋存在时，0.1 ml·L－1 NaOH溶液中H2O2的分解速率比1.0 ml·L－1 NaOH溶液中的快，错误；D项，由图可知，碱性条件下，Mn2＋存在时，对H2O2分解速率影响大，正确。
4．为了研究一定浓度Fe2＋的溶液在不同条件下被氧气氧化的氧化率，实验结果如图所示，判断下列说法正确的是( )
A．pH越小，氧化率越小
B．温度越高，氧化率越小
C．Fe2＋的氧化率仅与溶液的pH和温度有关
D．实验说明降低pH、升高温度有利于提高Fe2＋的氧化率
答案 D
解析 由②③可知，温度相同时，pH越小，氧化率越大，由①②可知，pH相同时，温度越高，氧化率越大；Fe2＋的氧化率除受pH、温度影响外，还受其他因素影响，如浓度等。
5．(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：
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：
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，而其他物质的浓度不变
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。
(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(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5题(1)为例]
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
实验编号
温度/℃
pH
①
25
1
②
45
1
③
25
7
④
25
1
编号
0.01 ml·L－1酸性KMnO4溶液体积/mL
0.1 ml·L－1 H2C2O4溶液体积/mL
水的体积/mL
反应温度/℃
反应时间/min
Ⅰ
2
2
0
20
2.1
Ⅱ
V1
2
1
20
5.5
Ⅲ
V2
2
0
50
0.5
序号
纯锌粉/g
2.0 ml·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
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