2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第6章化學(xué)反應(yīng)與能量第2節(jié)微專題4控制變量法探究化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素學(xué)案新人教版必修第二冊

PAGE3-微專題4限制變量法探究化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素科學(xué)探討中，對于多因素(多變量)的問題，經(jīng)常采納只變更其中的某一個因素，限制其他因素不變的探討方法，使多因素的問題變成幾個單因素的問題，分別加以探討，最終再將幾個單因素問題的探討結(jié)果加以綜合。這種變量限制的方法是科學(xué)探究中常用的方法。例如，探究溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響時，限制濃度和其他影響因素相同；而比較不同濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響時，則限制溫度和其他影響因素相同；最終綜合得出影響化學(xué)反應(yīng)速率的多種因素。1．常見考查形式(1)以表格的形式給出多組試驗數(shù)據(jù)，讓同學(xué)們找出每組數(shù)據(jù)的變更對化學(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，讓同學(xué)們設(shè)計試驗并分析各因素對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。2．解題策略(1)確定變量：解答這類題目時首先要仔細(xì)審題，找出影響試驗探究結(jié)果的因素。(2)定多變一：在探究時，應(yīng)先限制其他的因素不變，只變更一種因素，探究這種因素與所探究問題的關(guān)系，然后按此方法依次分析其他因素與所探究問題的關(guān)系。(3)數(shù)據(jù)有效：解答時留意選擇的數(shù)據(jù)(或設(shè)置的試驗)要有效，且變量統(tǒng)一，否則無法作出正確推斷。【典例】下表是稀硫酸與某金屬反應(yīng)的試驗數(shù)據(jù)。試驗序號金屬質(zhì)量/g金屬狀態(tài)c(H2SO4)/(mol·L－1)V(H2SO4)/mL溶液溫度/℃金屬消逝的時間/s反應(yīng)前反應(yīng)后10.10絲0.550203450020.10粉末0.55020355030.10絲0.750203625040.10絲0.850203520050.10粉末0.85020362560.10絲1.050203512570.10絲1.05035505080.10絲1.150203410090.10絲1.150304440分析上述數(shù)據(jù)，回答下列問題：(1)試驗4、5表明___________對反應(yīng)速率有影響，__________，反應(yīng)速率越大，能表明同一規(guī)律的試驗還有________。(2)僅表明反應(yīng)物濃度會對反應(yīng)速率產(chǎn)生影響的試驗有_____________。(3)本試驗中影響反應(yīng)速率的其他因素還有_________________，其試驗序號是______________。(4)試驗中的全部反應(yīng)，反應(yīng)前后溶液的溫度變更值(約15℃)相近，推想其緣由：_____________________________________________。[解析](1)比較試驗4和5：金屬質(zhì)量相等，硫酸濃度相同，反應(yīng)前溶液溫度相同，粉末狀金屬比絲狀金屬反應(yīng)快，這說明固體反應(yīng)物的表面積對反應(yīng)速率有影響，固體與液體的接觸面積越大，反應(yīng)速率越快。類似試驗還有1和2。(2)其他條件相同，濃度不同的試驗有試驗1、3、4、6、8和試驗2、5。(3)要表明反應(yīng)溫度對反應(yīng)速率有影響，應(yīng)限制其他條件相同，僅溫度不同，照試驗6、7和試驗8、9。(4)由表中數(shù)據(jù)可知，金屬質(zhì)量相等，即肯定質(zhì)量的金屬與足量的稀硫酸反應(yīng)放出的熱量相同。[答案](1)固體反應(yīng)物的表面積表面積越大1、2(2)1、3、4、6、8和2、5(3)反應(yīng)溫度6、7和8、9(4)稀硫酸過量，等量的金屬完全反應(yīng)，放出的熱量相等某同學(xué)在用稀硫酸與鋅制取氫氣的試驗中，發(fā)覺加入少量硫酸銅溶液可加快氫氣的生成速率。請回答下列問題：(1)上述試驗中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式有_____________________________________________________________________________________________。(2)硫酸銅溶液可以加快氫氣生成速率的緣由是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)要加快上述試驗中氣體產(chǎn)生的速率，還可實行的措施有_____________________________________________________________________________________________________________(答兩種)。(4)為了進(jìn)一步探討硫酸銅的量對氫氣生成速率的影響，該同學(xué)設(shè)計了如下一系列的試驗。將表中所給的混合溶液分別加入6個盛有過量Zn粒的反應(yīng)瓶中，收集產(chǎn)生的氣體，記錄獲得相同體積的氣體所需時間。試驗混合溶液ABCDEF4mol·L－1H2SO4/mL30V1V2V3V4V5飽和CuSO4溶液/mL00.52.55V620H2O/mLV7V8V9V10100①請完成此試驗設(shè)計，其中：V1＝______，V6＝________，V9＝________。②該同學(xué)最終得出的結(jié)論為當(dāng)加入少量CuSO4溶液時，生成氫氣的速率會大大提高，但當(dāng)加入的CuSO4溶液超過肯定量時，生成氫氣的速率反而會下降。請分析氫氣生成速率下降的主要緣由________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析](1)因Cu2＋的氧化性比H＋的強，所以加入CuSO4后，Zn先與CuSO4反應(yīng)，反應(yīng)后再與酸反應(yīng)，反應(yīng)的有關(guān)方程式為Zn＋CuSO4=Cu＋ZnSO4、Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑。(2)由于CuSO4與Zn反應(yīng)產(chǎn)生的Cu與Zn在稀硫酸溶液中形成Cu—Zn原電池，因此加快了氫氣產(chǎn)生的速率。(3)要加快上述試驗中氣體產(chǎn)生的速率，還可實行的措施有上升反應(yīng)溫度、適當(dāng)增大硫酸的濃度、增加鋅的比表面積等。(4)①為了進(jìn)一步探討硫酸銅的量對氫氣生成速率的影響，則硫酸的濃度應(yīng)當(dāng)是相同的，因此最終溶液的體積必需相等，A組中硫酸為30mL，那其他組硫酸也為30mL，依據(jù)表中數(shù)據(jù)可知總體積是50mL，則V1＝30，V6＝50－10－30＝10，V9＝50－30－2.5＝17.5。②當(dāng)加入肯定量的CuSO4后，生成的單質(zhì)Cu會沉積在Zn的表面，降低了Zn與H2SO4溶液的接觸面積，且H2SO4溶液的濃度變得較小，因此反應(yīng)速率會減小。[答案](1)CuSO4＋Zn=ZnSO4＋Cu，Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑(2)CuSO4與Zn反