高中人教版 (2019)第二节 化学反应的速率与限度学案

微专题4　控制变量法探究化学反应速率的影响因素

科学研究中，对于多因素(多变量)的问题，常常采用只改变其中的某一个因素，控制其他因素不变的研究方法，使多因素的问题变成几个单因素的问题，分别加以研究，最后再将几个单因素问题的研究结果加以综合。这种变量控制的方法是科学探究中常用的方法。例如，探究温度对化学反应速率的影响时，控制浓度和其他影响因素相同；而比较不同浓度对化学反应速率的影响时，则控制温度和其他影响因素相同；最后综合得出影响化学反应速率的多种因素。

1．常见考查形式

(1)以表格的形式给出多组实验数据，让同学们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，让同学们设计实验并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，找出影响实验探究结果的因素。

(2)定多变一：在探究时，应先控制其他的因素不变，只改变一种因素，探究这种因素与所探究问题的关系，然后按此方法依次分析其他因素与所探究问题的关系。

(3)数据有效：解答时注意选择的数据(或设置的实验)要有效，且变量统一，否则无法作出正确判断。

【典例】　下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据。

分析上述数据，回答下列问题：

(1)实验4、5表明___________对反应速率有影响，__________，反应速率越大，能表明同一规律的实验还有________。

(2)仅表明反应物浓度会对反应速率产生影响的实验有_____________。

(3)本实验中影响反应速率的其他因素还有_________________，

其实验序号是______________。

(4)实验中的所有反应，反应前后溶液的温度变化值(约15 ℃)相近，推测其原因：_____________________________________________。

[解析]　(1)比较实验4和5：金属质量相等，硫酸浓度相同，反应前溶液温度相同，粉末状金属比丝状金属反应快，这说明固体反应物的表面积对反应速率有影响，固体与液体的接触面积越大，反应速率越快。类似实验还有1和2。(2)其他条件相同，浓度不同的实验有实验1、3、4、6、8和实验2、5。(3)要表明反应温度对反应速率有影响，应控制其他条件相同，仅温度不同，如实验6、7和实验8、9。(4)由表中数据可知，金属质量相等，即一定质量的金属与足量的稀硫酸反应放出的热量相同。

[答案]　(1)固体反应物的表面积　表面积越大　1、2　(2)1、3、4、6、8和2、5　(3)反应温度　6、7和8、9　(4)稀硫酸过量，等量的金属完全反应，放出的热量相等

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。

请回答下列问题：

(1)上述实验中发生反应的化学方程式有_____________________________

________________________________________________________________。

(2)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是_______________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________。

(3)要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措施有

________________________________________________________________

_____________________________________________(答两种)。

(4)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的实验。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时间。

①请完成此实验设计，其中：V1＝______，V6＝________，V9＝________。

②该同学最后得出的结论为当加入少量CuSO4溶液时，生成氢气的速率会大大提高，但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________。

[解析]　(1)因Cu2＋的氧化性比H＋的强，所以加入CuSO4后，Zn先与CuSO4反应，反应后再与酸反应，反应的有关方程式为Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4、Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。

(2)由于CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn在稀硫酸溶液中形成Cu—Zn原电池，因此加快了氢气产生的速率。

(3)要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措施有升高反应温度、适当增大硫酸的浓度、增加锌的比表面积等。

(4)①为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，则硫酸的浓度应该是相同的，因此最终溶液的体积必需相等，A组中硫酸为30 mL，那其他组硫酸也为30 mL，根据表中数据可知总体积是50 mL，则V1＝30，V6＝50－10－30＝10，V9＝50－30－2.5＝17.5。

②当加入一定量的CuSO4后，生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，降低了Zn与H2SO4溶液的接触面积，且H2SO4溶液的浓度变得较小，因此反应速率会减小。

[答案]　(1)CuSO4＋Zn===ZnSO4＋Cu，Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑

(2)CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn在稀硫酸溶液中形成Cu—Zn原电池，加快了氢气产生的速率

(3)升高反应温度、适当增大硫酸的浓度、增加锌的比表面积等

(4)①30　10　17.5

②当加入一定量的CuSO4后，生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，降低了Zn与H2SO4溶液的接触面积，且H2SO4溶液的浓度变得较小