专题提升系列(二)　控制变量法探究外界条件对反应速率的影响 教学课件

第二章化学反应速率与化学平衡控制变量法探究外界条件对反应速率的影响专题提升系列(二)一、“控制变量法”解题思维模板二、教材实验分析内容索引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，故为搞清某个因素的影响均需控制其他因素相同或不变，再进行实验。因此，控制变量思想在这部分体现较为充分且大多以探究型实验题的形式出现。这类题目以实验为研究手段，尽管涉及因素较多，有其复杂性，但仍然重在考查考生的基础知识，基本技能，分析能力和实验能力，常用控制变量思想解决该类问题。索引一、“控制变量法”解题思维模板索引索引二、教材实验分析探究变量定量探究内容注意问题温度温度不同H2O2的浓度相同①确定变量②控制变量：要探究的因素(如催化剂)不同，其余的因素(H2O2浓度、温度、压强、固体物质的表面积等)要完全相同③探究不同催化剂对反应速率的影响，加入催化剂的体积要相同可保证加入催化剂后过氧化氢的浓度相同；对比实验中加入相同体积的水也是为了保证过氧化氢的浓度相同浓度H2O2浓度不同温度和FeCl3溶液的浓度、体积相同探究变量定量探究内容注意问题催化剂催化剂不同温度和H2O2浓度、体积相同④若探究温度对反应速率的影响，则必须在混合前将溶液加热(或降温)到所需要的温度

某同学设计了如下实验方案探究化学反应速率的影响因素，下列有关说法错误的是A．实验中可通过记录溶液出现浑浊所需时间来判断反应速率的大小B．实验①②探究的是浓度对化学反应速率的影响C．实验①③探究的是温度对化学反应速率的影响D．实验③反应速率最快实验编号温度/℃硫酸Na2S2O3溶液①252mL0.01mol/L1mL0.01mol/L②252mL0.01mol/L1mL0.02mol/L③502mL0.01mol/L1mL0.02mol/L√典例1A.该实验的反应原理是Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O，反应中生成硫单质，硫单质不溶于水，故实验中可通过记录溶液出现浑浊所需时间来判断反应速率的快慢，A项正确；B.实验①②中温度、c(H2SO4)均相同，c(Na2S2O3)不同，故实验目的是探究浓度对化学反应速率的影响，B项正确；C.实验①③中c(H2SO4)相同，c(Na2S2O3)不同、温度不同，故不能探究温度对化学反应速率的影响，C项错误；D.实验③中反应物c(Na2S2O3)大，温度高，所以反应速率最快，D项正确。

实验室利用下列方案探究影响化学反应速率的因素，有关说法错误的是已知反应原理：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O

A．实验中要记录溶液褪色所需时间B．对比实验①②探究的是浓度对化学反应速率的影响C．对比实验①③探究的是温度对化学反应速率的影响D．起始向①中加入MnSO4固体，不影响其反应速率实验编号温度/℃酸性KMnO4溶液H2C2O4溶液①254mL0.01mol/L2mL0.1mol/L②254mL0.01mol/L2mL0.2mol/L③504mL0.01mol/L2mL0.1mol/L√典例2该实验原理是2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O，KMnO4被还原为MnSO4，溶液由紫红色变为无色，故实验中要记录溶液褪色时间，判断反应速率的快慢，A正确；实验①②中温度、c(KMnO4)均相同，c(H2C2O4)不同，故实验目的是探究浓度对化学反应速率的影响，B正确；实验①③中c(KMnO4)、c(H2C2O4)均相同，温度不同，故实验目的是探究温度对化学反应速率的影响，C正确；该反应中Mn2＋起催化作用，①中加入MnSO4固体，会加快反应速率，D错误。

为了探究影响锌与盐酸反应剧烈程度的因素，某学习小组设计了下列实验：

下列说法正确的是①对比实验Ⅰ和Ⅱ，可研究盐酸的浓度对反应剧烈程度的影响②对比实验Ⅱ和Ⅲ，可研究盐酸的浓度对反应剧烈程度的影响③对比实验Ⅱ和Ⅲ，可研究温度对反应剧烈程度的影响④对比实验Ⅰ和Ⅲ，可研究温度对反应剧烈程度的影响A．①④ B．①②C．①③ D．②③

实验Ⅰ(常温下)实验Ⅱ(常温下)实验Ⅲ√典例3对比实验Ⅰ和Ⅱ，锌的质量相同，稀盐酸的体积相同，反应条件相同，但稀盐酸的浓度不同，可研究盐酸的浓度对反应剧烈程度的影响，故①正确；对比实验Ⅱ和Ⅲ，锌的质量相同，稀盐酸的体积相同，因锌和稀盐酸反应的条件(温度)不同，稀盐酸的浓度不同，无法研究盐酸的浓度对反应剧烈程度的影响，故②错误；对比实验Ⅱ和Ⅲ，锌的质量相同，稀盐酸的体积相同，但稀盐酸的浓度不同，无法研究温度对反应剧烈程度的影响，故③错误；对比实验Ⅰ和Ⅲ，锌的质量相同，稀盐酸的体积相同，稀盐酸的浓度相同，可研究温度对反应剧烈程度的影响，故④正确。索引索引课时精练题组一图像类1．(2022•沂源县第二中学高二期中)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，溶液碱性越弱，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．图丁表明，碱性溶液中，增大Mn2＋浓度，H2O2分解速率加快基础达标√A.由图甲可知，相同pH下，H2O2浓度越大，分解速率越快，A错误；B.由图乙可知，H2O2初始浓度相同，溶液的碱性越强，双氧水分解速率越快，B错误；C.由图丙可知，Mn2＋浓度相同时，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错误；D.由图丁可知，碱性溶液中，Mn2＋浓度越大，双氧水分解越快，D正确；故选D。2．(2022•洛阳月考)等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测得在不同时间(t)内产生气体体积(V)的数据如图所示，根据图示分析实验条件，下列说法中一定不正确的是A．第4组实验的反应速率最慢B．第1组实验中盐酸的浓度大于2.5mol·L－1C．第2组实验中盐酸的浓度等于2.5mol·L－1D．第3组实验的反应温度低于30℃√组别对应曲线c(HCl)/(mol·L－1)反应温度/℃铁的状态1a

30粉末状2b

30粉末状3c2.5

块状4d2.530块状由图像可知，1、2、3、4组实验产生的氢气一样多，只是反应速率有快慢之分。第4组实验，反应所用时间最长，故反应速率最慢，A正确；第1组实验，反应所用时间最短，故反应速率最快，根据控制变量法原则知盐酸浓度应大于2.5mol·L－1，B正确；第2组实验，铁是粉末状，与3、4组块状铁相区别，根据控制变量法原则知盐酸的浓度应等于2.5mol·L－1，C正确；由3、4组实验并结合图像知第3组实验中反应温度应高于30℃，D错误。题组二表格类3．控制变量法是化学实验的一种常用方法。下表是某学习小组研究等物质的量浓度的硫酸和锌反应的实验数据，下列有关叙述正确的是A．t1＞70B．m3＝19.3C．实验1、实验2与实验3探究的是温度对化学反应速率的影响D．无法计算出硫酸的物质的量浓度√序号硫酸的体积/mL锌的质量/g锌的状态温度/℃完全溶于酸的时间/s生成硫酸锌的质量/g150.02.0颗粒2570m1250.02.0颗粒3535m2350.02.0粉末25t15.0450.06.0粉末25t214.9550.08.0粉末25t319.3650.010.0粉末25t4m3A.实验1和实验3中的反应物接触面积不同，其他条件相同，粉末状比颗粒状的接触面积大，实验3反应速率更快，完全溶于酸的时间更短，则t1＜70，故A错误；B.硫酸的量一定，锌的质量增加，生成硫酸锌的质量增加，根据Zn～ZnSO465g161g

2g4.95g≈5g2g锌反应生成硫酸锌5.0g，6g锌反应生成硫酸锌14.9g，锌的质量与生成硫酸锌的质量成正比关系，若8g锌完全反应，根据Zn～ZnSO465g161g8g

m(ZnSO4)生成的硫酸锌的质量约等于19.8g，实际生成19.3g，说明8g锌已过量，硫酸反应完全，当锌的质量为10g时，生成的硫酸锌的质量不会再增加，则m3＝19.3g，故B正确；C.实验1和实验2的温度不同，其他条件相同，是探究温度对反应速率的影响，实验1和实验3的反应物接触面积不同，其他条件相同，是探究反应物接触面积对反应速率的影响，故C错误；D.当锌的质量达到一定程度时，硫酸反应完全，根据关系式H2SO4～ZnSO4可计算出硫酸的物质的量，硫酸锌的质量为19.3g，n(ZnSO4)＝

≈0.12mol，根据公式计算硫酸的浓度：c＝

＝2.4mol/L，故D错误；故选B。4．某兴趣小组通过测定溴溶液褪色时间研究丙酮溴代反应的速率方程，反应方程式为：CH3COCH3＋Br2CH3COCH2Br＋HBr，23.5℃下，实验数据如表所示。下列说法正确的是A．该反应中HCl作催化剂B．实验①④反应速率：v4＝4v1C．实验⑤：c初始(CH3COCH3)＝8mol·L－1D．反应速率与参与反应的物质浓度间关系：v＝kc(CH3COCH3)·c(HCl)√实验序号初始浓度c/(mol·L－1)CH3COCH3HClBr2褪色时间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.该反应中HCl作催化剂，A正确；C.①⑤比较Br2初始浓度不同，初始浓度⑤＝5×①，褪色时间是⑤＝5×①，则说明CH3COCH3的初始浓度是相同的，即c初始(CH3COCH3)＝0.80mol·L－1，C错误；D.①②比较CH3COCH3初始浓度，初始浓度②＝2×①，其他两种物质HCl、Br2，初始浓度相同，褪色时间是②＝①×，说明反应速率加倍，即速率与CH3COCH3浓度成正比，①③比较HCl初始浓度，初始浓度③＝2×①，其他两种物质CH3COCH3、Br2，初始浓度相同，褪色时间是③＝①×，说明反应速率加倍，即速率与HCl浓度成正比，②④比较HCl、Br2初始浓度，初始浓度④＝2×②，其他物质CH3COCH3初始浓度相同，褪色时间相同，氯化氢浓度加倍，速率应该加倍，反应时间应该变为②的一半，但是溴单质浓度的加倍，导致反应时间刚好和②相同，则可以推出反应速率和溴单质有关，褪色时间没有变短，故参与反应的物质浓度间关系为v＝kc(CH3COCH3)·c(HCl)·c－1(Br2)，D错误；B.①④比较CH3COCH3、HCl、Br2，初始浓度④＝2×①，再结合参与反应的物质浓度间关系为v＝kc(CH3COCH3)·c(HCl)·c－1(Br2)，可知v4＝2v1，B错误。5．控制变量法是化学探究的重要方法，某同学利用1.0mol·L－1稀硫酸与铁反应，探究影响化学反应速率的因素时得到如下实验数据：能力提升实验序号铁的质量/g铁的形状V(H2SO4)/mLV(H2O)/mL初始溶液的温度/℃金属消失的时间/s10.10铁片40102020020.10铁粉40x202530.10铁片5002012540.10铁片5003550在实验1和2中，铁的形态不同，所以实验目的是为了证明固体反应物表面积对反应速率的影响；应控制其他条件完全相同，所以与实验1中数值相同，即x＝10；研究某一条件对反应速率的影响，应保持其他条件均相同，根据实验1中水的体积为10mL，故x＝10；分析上述数据，回答下列问题：(1)实验1和2表明，影响反应速率因素是_________。表中x＝________，判断依据为_____________________________________________________________________________________________。接触面积10研究某一条件对反应速率的影响，应保持其他条件均相同，根据实验1中水的体积为10mL，故x＝10由表中数据可知，实验1、3中只有硫酸浓度不同，其他反应条件完全相同，说明实验1、3是比较浓度对反应速率的影响的实验组；(2)表明反应物浓度对化学反应速率影响的实验组是________(填实验序号)。1、3由表中数据可知，除了浓度、固体表面积对反应速率的影响外，还探究了温度对反应速率的影响；如实验3和4，只有温度不同，目的为了探究温度对反应速率的影响。(3)本实验中影响反应速率的因素还有________。反应温度6．影响化学反应速率的因素很多，某课外兴趣小组用实验的方法进行探究。他们利用Cu、Fe、Mg和不同浓度的硫酸(0.5mol/L、2mol/L、18.4mol/L)，设计实验方案来研究影响反应速率的因素。(1)甲同学研究的实验报告如下表：①分别取等体积的2mol/L硫酸于试管中②分别投入大小、形状相同的Cu、Fe、Mg反应快慢：Mg>Fe>Cu反应物的性质越活泼，反应速率越快该同学的实验目的是研究___________________对化学反应速率的影响；根据控制变量法，要得出正确的实验结论，还需控制的实验条件是保持______条件相同。反应物本身的性质温度该反应中酸及其浓度相同，金属不同，所以其实验目的是研究反应物本身的性质对反应速率的影响，做对比实验时只能一个条件不同，其他条件必须完全相同，所以要得出正确的实验结论，还需控制的实验条件是保持温度相同；(2)乙同学为了更精确地研究浓度对反应速率的影响，利用下图装置进行定量实验。完成该实验应选用的实验药品是___________________________________；应该测定的实验数据是_______________________________________________________________。Mg(或Fe)、0.5mol/L硫酸和2mol/L硫酸测定一定时间产生气体的体积(或测定产生一定体积的气体所需时间乙同学为了更精确地研究浓度对反应速率的影响，利用题图装置进行定量实验，图中药品是金属和酸，浓硫酸和铁发生钝化现象而影响判断，所以完成该实验应选用的实验药品是Mg(或Fe)和0.5mol/L硫酸和2mol/L硫酸，根据v＝

知应该测定的实验数据是测定一定时间产生气体的体积或测定产生一定体积的气体所需时间。7．(1)某课外兴趣小组对过氧化氢的分解速率做了如下实验探究，下表是该小组研究影响过氧化氢分解速率的因素时采集的一组数据：用10mLH2O2制取150mLO2所需的时间(秒)。30%H2O215%H2O210%H2O25%H2O2无催化剂、不加热几乎不反应几乎不反应几乎不反应几乎不反应无催化剂、加热360480540720MnO2催化剂、加热102560120①上述实验结果体现了催化剂、________、________等因素对过氧化氢分解速率的影响。②从上述影响过氧化氢分解速率的因素中任选一个，说明该因素对化学反应速率的影响__________________________________________________________________________________。温度浓度

当其他条件不变，只升高温度(或增加反应物的浓度，或加入催化剂)，可以加快反应速率过氧化氢溶液是实验室制取氧气的重要试剂，在常温下很难分解得到氧气，其分解速率受浓度、温度、催化剂等因素的影响；设计实验方案来证明时，