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第二章化学反应速率和化学平衡“控制变量”实验探究化学反应速率的影响因素第二章化学反应速率和化学平衡[专题解读]“控制变量”实验探究题主要是以表格或图像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。它能够很好地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。解答该类题目的方法思路如下：(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，只改变一种因素，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，否则无法做出正确判断。[典题示例](2018·高考北京卷)近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下：(1)I－可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂，可能的催化过程如下。将ii补充完整。i．SO2＋4I－＋4H＋===S↓＋2I2＋2H2Oii.I2＋2H2O＋________===________＋________＋2I－(2)探究i、ii反应速率与SO2歧化反应速率的关系，实验如下：分别将18mLSO2饱和溶液加入2mL下列试剂中，密闭放置观察现象。(已知：I2易溶解在KI溶液中)序号ABCD试剂组成0.4mol·L－1KIamol·L－1KI0.2mol·L－1H2SO40.2mol·L－1H2SO40.2mol·L－1KI0．0002molI2实验现象溶液变黄，一段时间后出现浑浊溶液变黄，出现浑浊较A快无明显现象溶液由棕褐色很快褪色，变成黄色，出现浑浊较A快①B是A的对比实验，则a＝________。②比较A、B、C，可得出的结论是_________________________。③实验表明，SO2的歧化反应速率D＞A。结合i、ii反应速率解释原因：___________________________________________。[解析](1)由题意知二氧化硫的歧化反应可由i与ii相加所得，所以反应Ⅱ的离子方程式3SO2＋2H2O===4H＋＋2SO2－4＋S↓减去i式得2I2＋4H2O＋2SO2===2SO2－4＋8H＋＋4I－，化简得I2＋2H2O＋SO2===SO2－4＋4H＋＋2I－。(2)①由于B是A的对比实验，所以两组实验中KI的浓度必须相同，即a＝0.4。②A说明I－能催化二氧化硫发生歧化反应。C中无明显现象，说明H＋单独存在时不具有催化作用，不能使二氧化硫歧化反应速率加快。B中溶液变黄，出现浑浊较A快，结合C可知，增强溶液的酸性，可增强I－的催化效果。③由于I－催化二氧化硫的歧化反应是i与ii两个过程分步进行，所以两个反应中任何一个反应的速率都会影响总反应的速率。D中直接加入I2，故反应ii可立即发生，而由反应ii产生的H＋可使反应i速率加快，所以D的反应速率比A快。[答案](1)SO2SO2－44H＋(2)①0.4②I－是SO2歧化反应的催化剂，H＋单独存在时不具有催化作用，但H＋可以增强I－的催化效果③反应ii比i快；D中由反应ii产生的H＋使反应i加快[突破训练]1．某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。实验②的反应物应为()实验编号反应物催化剂①10mL2%H2O2溶液无②无③10mL5%H2O2溶液MnO2固体A.5mL2%H2O2溶液B．10mL2%H2O2溶液C．10mL5%H2O2溶液D．5mL10%H2O2溶液解析：选C。本实验的目的是运用控制变量法，探究温度、催化剂对反应速率的影响。表中已有数据中，①和③两组实验有两个反应条件不同，二者无法达到实验目的；实验②和③中，应是探究催化剂对反应速率的影响，所以实验②中双氧水浓度和体积必须与③相同，即反应物为10mL5%H2O2溶液；实验①和②中都没有使用催化剂，可以探究双氧水浓度对反应速率的影响，实验②的反应物为10mL5%H2O2溶液时符合条件，C正确。2．以反应5H2C2O4＋2MnO－4＋6H＋===10CO2↑＋2Mn2＋＋8H2O为例探究“外界条件对化学反应速率的影响”。实验时，分别量取H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液，迅速混合并开始计时，通过测定溶液褪色所需时间来判断反应的快慢。编号H2C2O4溶液酸性KMnO4溶液温度/℃浓度/(mol/L)体积/mL浓度/(mol/L)体积/mL①0.102.00.0104.025②0.202.00.0104.025③0.202.00.0104.050下列说法不正确的是()A．实验①②③所加的H2C2O4溶液均要过量B．若实验①测得KMnO4溶液的褪色时间为40s，则这段时间内平均反应速率v(KMnO4)＝2.5×10－4mol/(L·s)C．实验①和实验②是探究浓度对化学反应速率的影响，实验②和③是探究温度对化学反应速率的影响D．实验①和②起初反应均很慢，过了一会儿速率突然增大，可能是生成的Mn2＋对反应起催化作用解析：选B。A.为确保溶液褪色，即KMnO4完全反应，实验①②③所加的H2C2O4溶液均要过量，故A正确；B.根据已知数据可得v(KMnO4)＝0.010mol/L×0.004L÷0.006L÷40s＝1.67×10－4mol/(L·s)，故B错误；C.分析表中数据可知，实验①和实验②只是浓度不同，实验②和③只是温度不同，故C正确；D.在其他条件都相同时，开始反应速率很小，过一会儿反应速率突然增大，说明反应生成了具有催化作用的物质，水没有这种作用，CO2释放出去了，所以可能起催化作用的是Mn2＋，故D正确。3．某探究小组通过测定H2O2分解过程中生成氧气的量来探究影响H2O2分解反应速率的因素，已知实验温度为315K和273K，每次实验均使用3mL30%H2O2溶液。(1)请完成以下实验设计表：编号实验目的温度/K催化剂(MnO2)的质量/gⅠ为以下实验做参照________________Ⅱ探究____对该反应速率的影响2730Ⅲ探究催化剂对该反应速率的影响3153(2)实验后整理数据，得出H2O2的浓度随时间变化的关系如图所示。①曲线c表示实验__________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)中H2O2的浓度变化。②由该实验得出的结论是___________________________________________________________________________________。③根据题中信息，写出一种保存H2O2溶液的方法：___________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)分析Ⅱ、Ⅲ可知二者的温度和催化剂的质量均不同，由控制变量法可知Ⅰ、Ⅱ为探究温度对H2O2分解速率的影响，Ⅰ、Ⅲ为探究催化剂对H2O2分解速率的影响，故Ⅰ中的温度为315K，催化剂质量为0g。(2)根据影响化学反应速率的因素可知，升高温度和加入MnO2做催化剂都可以加快H2O2的分解速率，催化剂的影响大于温度的影响，故c为Ⅱ中H2O2的浓度变化，a为Ⅰ中H2O2的浓度变化，b为Ⅲ中H2O2的浓度变化。答案：(1)3150温度(2)①Ⅱ②升高温度和加入催化剂均能加快H2O2的分解速率③在273K下密闭保存4．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。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ABCDEF4mol·L－1H2SO4/mL30V1V2V3V4V5饱和CuSO4溶液/mL00.52.55V620H2O/mLV7V8V9V10100请完成此实验设计，其中V1＝________，V6＝________，V9＝________。解析：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30mL，根据F中增加的水与硫酸铜溶液的体积之和为20mL，可以求得各组实验中加入水的体积分别为V7＝20mL，V8＝19.5mL，V9＝17.5mL，V10＝15mL，实验E中加入的硫酸铜的体积V6＝10mL。答案：301017.55．(2019·商丘高二期中)某化学实验小组为确定过氧化氢分解的最佳催化条件，用如图装置进行实验。反应物用量和反应停止的时间数据如下表。MnO2/g时间/sH2O20.10.30.810mL1.5%223675610mL3.0%3081099810mL4.5%395149116请回答下列问题：(1)盛装双氧水的化学仪器名称是____________。(2)相同浓度的过氧化氢，其分解速率随着二氧化锰用量的增加而____________。(3)从实验效果和“绿色化学”的角度考虑，双氧水的浓度相同时，加入________g的二氧化锰为较佳选择。(4)某同学分析上述数据后认为：“当用相同质量的二氧化锰时，双氧水的浓度越大，所需要的时间就越长，其反应速率越慢”的结论，你认为是否正确？____________，理由是____________________。(提示：不同浓度的H2O2的密度可认为近似相等)解析：(1)根据实验室常见仪器名称判断，盛装双氧水的化学仪器名称是分液漏斗。(2)根据表中数据，当双氧水的浓度相同时，加入的二氧化锰越多，反应所需的时间越短，说明反应速率越快。(3)根据表中数据，当双氧水的浓度相同时，加入0.3g二氧化锰与加入0.1g二氧化锰对化学反应速率影响相差较大，加入0.3g二氧化锰与加入0.8g二氧化锰对反应速率的影响相差不是很大，所以加入二氧化锰的最佳量为0.3g。(4)从表中数据可知，相同体积3.0%的双氧水中的溶质含量是1.5%的双氧水中溶质含量的二倍，但反应的时间却比其反应时间的二倍小得多，由反应速率计算公式(v＝Δc/Δt)可得出，此实验条件下双氧水的浓度越大，分解速率越快，故不正确。答案：(1)分液漏斗(2)加快(3)0.3(4)不正确H2O2的浓度扩大二倍(从1.5%→3.0%)，但反应所需时间比原来的二倍小得多