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苏教版 (2019)必修 第二册第一单元 化学反应速率与反应限度第2课时导学案
展开第2课时 影响化学反应速率的因素
[核心素养发展目标] 1.理解影响化学反应速率的因素及规律,并能合理解释生产、生活中的相关化学现象。2.学会运用变量控制研究影响化学反应速率的方法。
一、影响化学反应速率的因素
1.内因
决定化学反应速率的主要原因是反应物本身的性质。例如:Mg、Zn分别与等浓度的盐酸反应时,Mg发生的反应更剧烈,反应更快。
2.实验探究——外界条件对化学反应速率的影响
(1)催化剂对化学反应速率的影响
实验
操作
实验现象
①产生少量气泡
②产生大量气泡
实验结论
MnO2可以使H2O2分解的速率加快
(2)温度对化学反应速率的影响
实验操作
实验现象
①产生气泡
速率较慢
②产生气泡
速率较快
实验结论
对于反应2H2O2===2H2O+O2↑来说,温度升高,H2O2的分解速率加快
(3)浓度对化学反应速率的影响
实验操作
实验现象
装有12% H2O2溶液的试管中先产生气泡
实验结论
增大反应物浓度能使H2O2分解速率加快
(4)固体反应物表面积对化学反应速率的影响
实验
操作
实验
现象
加碳酸钙粉末的试管内产生气泡较快,加块状碳酸钙的试管内产生气泡较慢
实验
结论
其他条件相同时,固体反应物表面积越大,大理石与盐酸的反应速率越大
3.其他因素
除催化剂、温度和反应物的浓度外,增加反应物的接触面积,能增大反应速率,此外,对于有气体参加的反应,反应体系的压强越大,反应速率越大。光照等条件对一些化学反应速率也有一定的影响。
1.在带有活塞的密闭容器中发生如下反应:3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g),分析改变下列条件化学反应速率如何改变(填“变大”“变小”或“不变”),并阐述理由。
(1)增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)________,理由:_______________________。
(2)保持容器的体积不变,增加水蒸气的通入量______,理由:____________________。
(3)保持容器内压强不变,充入一定量的氩气________,理由:____________________。
(4)保持容器的容积不变,充入一定量的氩气________,理由:____________________。
答案 (1)不变 纯固体的浓度视为常数,改变用量不影响化学反应速率
(2)变大 增大反应物浓度,化学反应速率加快
(3)变小 保持压强不变,充入氩气,容器体积增大,水蒸气的浓度变小,因而化学反应速率变小
(4)不变 容器的容积不变,充入氩气,反应物和生成物的浓度均不改变,因而化学反应速率不变
2.为了研究碳酸钙与稀盐酸反应的反应速率,某同学通过实验测定反应中生成的CO2气体体积随反应时间变化的情况如图所示:
在O~t1、t1~t2、t2~t3三个相同的时间段里
(1)哪个时间段反应速率最大?
提示 t1~t2。
(2)哪个时间段收集到的气体最多?
提示 t1~t2。
(3)分析上述三个时间段里,反应速率不同的可能原因。
提示 该反应放热,随着反应进行,c(H+)减小,混合液的温度升高,t1~t2段温度对反应速率的影响比浓度大,t2~t3段浓度对反应速率的影响比温度大。
压强对化学反应速率的影响
有气体参加的反应,改变压强对反应速率的影响实质是改变体积使反应物的浓度改变。
(1)压缩体积或充入气态反应物,使压强增大,都能加快化学反应速率。
(2)充入非反应气体对化学反应速率的影响
①恒容时:充入非反应气体→压强增大,但各物质浓度不变→反应速率不变。
②恒压时:充入非反应气体→压强不变→体积增大→各物质浓度减小→反应速率减慢。
1.正误判断
(1)Na、Mg、Al的金属性决定了它们与水反应的速率大小( )
(2)对一定条件下C(s)+O2(g)CO2(g)的反应,增加C的量,该反应的化学反应速率加快
( )
(3)实验室制O2和Cl2时,都用到MnO2固体,MnO2作用相同( )
(4)改变压强,化学反应速率必然改变( )
(5)用铁和稀硫酸反应制氢气时,换成浓硫酸产生H2的速率加快( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×
2.硫代硫酸钠(Na2S2O3)溶液与稀硫酸发生如下反应:Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O,析出硫的快慢可说明该反应反应速率的快慢。请判断下列几种情况下,最先看到硫析出的是( )
温度
Na2S2O3溶液的体积和物质的量浓度
H2SO4溶液的体积和物质的量浓度
水的
体积
A
20 ℃
5 mL
0.2 mol·L-1
5 mL
0.2 mol·L-1
20 mL
B
20 ℃
10 mL
0.1 mol·L-1
10 mL
0.1 mol·L-1
10 mL
C
40 ℃
5 mL
0.3 mol·L-1
5 mL
0.2 mol·L-1
20 mL
D
40 ℃
20 mL
0.1 mol·L-1
10 mL
0.2 mol·L-1
0
答案 D
解析 温度越高,Na2S2O3和H2SO4浓度越大,则生成硫的速率越快,现象则越明显,由选项分析,D项中温度高,反应物Na2S2O3和H2SO4浓度最大,故反应速率最快。
3.在密闭系统中有反应C(s)+CO2(g)2CO(g),能使反应速率加快的措施是( )
①通过减小容器体积增大压强 ②升高温度 ③将炭粉碎 ④通入CO2 ⑤恒容条件下通入N2
A.①②③④ B.①②④⑤
C.①②③⑤ D.①②③④⑤
答案 A
解析 ①通过减小容器体积增大压强,反应物的浓度增大,反应速率加快;②升高温度,反应速率加快;③将炭粉碎,固体表面积增大,反应速率加快;④通入CO2气体,反应物的浓度增大,反应速率加快;⑤恒容条件下通入N2,各物质的浓度不变,反应速率不变。
影响化学反应速率的因素
(1)内因
反应物本身的性质是影响化学反应速率的主要因素。
(2)外因(其他条件不变,只改变一个条件)
二、控制变量法
探究化学反应速率的影响因素,关键是控制好变量。其大致步骤如下:
1.某实验小组以H2O2分解为例,研究浓度、催化剂、温度对反应速率的影响。按照如下方案完成实验。
方案
反应物
催化剂
温度
①
10 mL 10%H2O2溶液
无
25 ℃
②
10 mL 20%H2O2溶液
无
25 ℃
③
10 mL 20%H2O2溶液
无
40 ℃
④
10 mL 20%H2O2溶液
1~2滴0.1 mol·L-1FeCl3溶液
40 ℃
通过实验得到氧气的体积与时间的关系如图所示。
(1)曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表哪个实验?
提示 反应温度越高、使用催化剂、反应物浓度越大,反应速率越快,实验①中双氧水浓度最小,没有使用催化剂,温度为25 ℃,则在实验①~④中反应速率最小,图中斜率越大,反应速率越快,并且①中产生O2是②③④的一半,则代表实验①的为Ⅳ,代表实验②的为Ⅲ,代表实验③的为Ⅱ,代表实验④的为Ⅰ。
(2)对比实验③和④的目的是什么?
提示 实验③④中,反应物浓度、反应温度相同,而实验④使用了催化剂,所以对比实验③和④的目的是研究催化剂对反应速率的影响。
(3)对比实验②和③的目的是什么?
提示 根据实验②③可知,升高反应温度,反应速率加快。
(4)若实验④改为加1 mL 0.1 mol·L-1FeCl3溶液,其他3组实验如何改动,才能得出正确的结论?
提示 实验①②③中催化剂一栏改为加1 mL水。
2.(2020·淮北市杜集区校级期中)H2O2可用于羊毛、生丝、纸浆等的漂白。5% H2O2溶液在常温下分解速率很慢,为了加快H2O2分解,改变某一条件,下列装置与改变的条件相对应的是( )
A.甲-温度、乙-浓度、丙-催化剂
B.甲-浓度、乙-催化剂、丙-温度
C.甲-催化剂、乙-温度、丙-浓度
D.甲-温度、乙-催化剂、丙-浓度
答案 A
解析 由图可知,甲与常温下5% H2O2溶液的试管装置相比,在60 ℃的热水中反应速率加快,则改变的条件是温度;乙与常温下5% H2O2溶液的试管装置相比,用10%的过氧化氢溶液反应速率加快,则改变的条件是浓度;丙与常温下5% H2O2溶液的试管装置相比,加了催化剂氯化铁,则改变的条件是催化剂,所以装置与改变的条件相对应的是甲-温度、乙-浓度、丙-催化剂。
控制变量法探究影响化学反应速率的因素
(1)确定变量
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,故为弄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,从而理清影响实验探究结果的因素。
(2)定多变一
在探究时,应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,这样确定一种因素的影响结果以后,再确定另一种因素的影响结果,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。
1.下列食品添加剂中,其使用目的与反应速率有关的是( )
A.抗氧化剂 B.调味剂
C.着色剂 D.增稠剂
答案 A
解析 A项,抗氧化剂减少食品与氧气的接触,延缓氧化的反应速率;B项,调味剂是为了增加食品的味道,与速率无关;C项,着色剂是为了给食品添加某种颜色,与速率无关;D项,增稠剂是改变物质的浓度,与速率无关。
2.下列有关反应速率的说法正确的是( )
A.用铁片和稀硫酸反应制氢气时,改用98%的硫酸可以加快反应速率
B.100 mL 2 mol·L-1的盐酸跟锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变
C.SO2的催化氧化反应是一个放热的反应,所以升高温度,反应速率减小
D.汽车尾气中的NO和CO可以缓慢反应生成N2和CO2,减小压强反应速率减小
答案 D
解析 铁遇浓硫酸钝化,不能加快反应速率,A错误;加入氯化钠溶液,盐酸的浓度减小,反应速率减小,B错误;升高温度,反应速率增大,C错误;减小压强,反应速率减小,D正确。
3.(2020·鱼台县校级月考)下列各组反应(表中物质均为反应物)中,反应刚开始时放出H2的速率最大的是( )
选项
金属(粉末状)/mol
体积/mL
酸浓度/(mol·L-1)
酸
反应温度/℃
A
Mg
0.1
10
6
HNO3
60
B
Mg
0.1
10
3
HCl
60
C
Fe
0.1
10
3
HCl
60
D
Mg
0.1
10
3
H2SO4
60
答案 D
解析 硝酸与镁反应不生成氢气,Mg比Fe活泼,与酸反应较剧烈;B和D相比较,D中氢离子浓度较大,反应速率较大。
4.容积可变的密闭容器中加入WO3和H2发生反应:WO3(s)+3H2(g)W(s)+3H2O(g),下列说法不正确的是( )
A.将容器的体积缩小一半,其反应速率增大
B.保持体积不变,充入氩气,其反应速率不变
C.保持压强不变,充入氖气,H2O(g)的生成速率增大
D.保持压强不变,充入氖气,H2O(g)的生成速率减小
答案 C
解析 将容器的体积缩小一半,导致压强增大,气体浓度增大,则反应速率增大,故A正确;保持体积不变,充入氩气,参加反应的气体的浓度不变,则其反应速率不变,故B正确;保持压强不变,充入氖气,则容器体积增大,参加反应的气体的浓度减小,H2O(g)的生成速率减小,故C错误、D正确。
5.(2020·广东佛山三水中学高一检测)CaCO3与稀盐酸反应(放热反应)生成CO2的量与反应时间的关系如图所示。下列结论不正确的是( )
A.反应开始4 min内温度对反应速率的影响比浓度大
B.一段时间后,反应速率减小的原因是c(H+)减小
C.反应在2~4 min内平均反应速率最大
D.反应在2~4 min内生成CO2的平均反应速率为v(CO2)=0.06 mol·L-1·s-1
答案 D
解析 随着反应的进行,c(H+)减小,而前4 min内反应速率变大,根据反应是放热反应,可推出前4 min内温度对反应速率的影响比浓度大,A、B项正确;在2~4 min内 n(CO2)的变化量最大或曲线的斜率最大,可判断出平均反应速率最大,C项正确;由题意及图像可知,该题不知道容器体积,故不能计算出反应速率,D项错误。
题组一 化学反应速率的影响因素
1.化学反应条件的控制具有重要的现实意义。如下反应条件的控制中,不恰当的是( )
A.为防止铁生锈,在其表面涂一层防锈油漆
B.为防止火灾,在面粉厂、加油站等场所要严禁烟火
C.为加快KClO3的分解速率而加入MnO2
D.降温加快H2O2的分解速率
答案 D
解析 降温,H2O2的分解速率减慢。
2.四个试管中都装有5 mL 0.1 mol·L-1Na2S2O3溶液,分别在不同温度下加入0.1 mol·L-1硫酸和一定量水,最先出现浑浊的是( )
A.20 ℃,10 mL硫酸
B.20 ℃,5 mL硫酸和5 mL水
C.30 ℃,10 mL硫酸
D.30 ℃,5 mL硫酸和5 mL水
答案 C
解析 温度越高,反应速率越大;温度相同时,浓度越大,反应速率越大;30 ℃、10 mL硫酸时,硫酸和Na2S2O3浓度最大,速率最大,最先出现浑浊。
3.下列措施中,不能加快化学反应速率的是( )
A.Fe和稀硫酸反应制取H2,适当升高温度
B.Na2CO3和稀盐酸反应生成CO2,加蒸馏水
C.Al在O2中燃烧生成Al2O3,用铝粉代替铝片
D.KClO3分解制取O2时,添加少量MnO2
答案 B
解析 升高温度能使Fe和稀硫酸反应制取H2的反应速率加快;加蒸馏水稀释,碳酸钠和稀盐酸的浓度减小,从而使Na2CO3和稀盐酸反应生成CO2的反应速率减慢;用铝粉代替铝片,增大反应物的接触面积,从而使Al在O2中燃烧生成Al2O3的反应速率加快;添加少量MnO2作催化剂,从而使KClO3分解制取O2的反应速率加快。
4.恒温、恒容的密闭容器中进行反应A(g)+B(g)===C(g),若反应物的浓度从2 mol·L-1降到0.8 mol·L-1需20 s,那么反应物浓度由0.8 mol·L-1降到0.2 mol·L-1所需的反应时间( )
A.10 s B.大于10 s
C.小于10 s D.无法判断
答案 B
解析 如果按反应物浓度从2 mol·L-1降到0.8 mol·L-1需20 s计算,那么反应物浓度由0.8 mol·L-1降到0.2 mol·L-1所需的反应时间为10 s。随着反应的进行,反应物的浓度逐渐降低,化学反应速率逐渐减慢,因此所需的反应时间应大于10 s。
5.一定量的盐酸跟过量的铁粉反应时,为了减缓反应的速率,且不影响生成H2的总量,可向反应容器中加入适量的( )
A.NaOH(s) B.H2O(l)
C.NaHSO4(s) D.Na2CO3(s)
答案 B
解析 NaOH消耗盐酸,氢离子总量减小,速率减慢,生成H2的总量减少,A不符合题意;加水稀释降低盐酸浓度,减缓反应的速率,氢离子总量不变,不影响生成H2的总量,B符合题意;加入NaHSO4固体,因其电离出氢离子,溶液中氢离子浓度增大,加快反应的速率,且生成H2的总量增加,C不符合题意;Na2CO3消耗盐酸,氢离子总量减小,速率减慢,生成H2的总量减少,D不符合题意。
6.下列措施能减慢化学反应速率的是( )
A.用Zn和2 mol·L-1 H2SO4溶液反应制取H2时,放在热水浴中反应
B.日常生活中,将食物贮藏在冰箱中
C.用过氧化氢溶液制氧气时添加少量二氧化锰粉末
D.用相同质量的锌粉替代锌粒与同浓度、同体积的盐酸反应制氢气
答案 B
解析 将食物贮藏在冰箱里,温度降低,反应速率减慢,B正确;在H2O2分解反应中MnO2起到催化剂作用,加入二氧化锰,反应速率加快,C错误;用锌粉替代锌粒,固体与酸接触面积增大,反应速率加快,D错误。
7.相同温度下,下列有关反应速率的说法正确的是( )
A.0.1 mol·L-1盐酸和0.1 mol·L-1硫酸与2 mol·L-1NaOH溶液反应的速率相同
B.大理石块和大理石粉与0.1 mol·L-1盐酸反应的速率相同
C.等量的镁粉、铝粉和0.1 mol·L-1盐酸反应的速率相同
D.0.1 mol·L-1盐酸和0.1 mol·L-1硝酸与相同形状和大小的大理石反应的速率相同
答案 D
解析 A项是酸碱中和反应,硫酸中的H+浓度是盐酸中H+浓度的2倍,所以反应速率快;B项中大理石块与盐酸接触面积比大理石粉小,反应速率慢;C项中Mg比Al活泼,反应速率快。
题组二 影响化学反应速率的因素探究及分析
8.为了探究温度对化学反应速率的影响,下列实验方案可行的是( )
答案 D
解析 没有对比实验,A错误;催化剂不同,温度不同,无法比较,B错误;前者没有催化剂,后者有催化剂,且温度不同,无法比较,C错误;只有温度不同,其他条件都相同,该方案可行,D正确。
9.将质地相同的大理石磨制成相同大小的四块立方体,分别与足量的20 ℃ 1 mol·L-1的盐酸、15 ℃ 0.25 mol·L-1的盐酸、20 ℃ 2 mol·L-1的盐酸、15 ℃ 1 mol·L-1的盐酸反应,得到图中的四条曲线,其中表示15 ℃ 1 mol·L-1的盐酸和大理石反应的是曲线( )
A.1 B.2 C.3 D.4
答案 C
解析 将质地相同的大理石磨成相同大小的四块立方体,分别与足量的20 ℃ 1 mol·L-1的盐酸、15 ℃ 0.25 mol·L-1的盐酸、20 ℃ 2 mol·L-1的盐酸、15 ℃ 1 mol·L-1的盐酸反应,一般来说,温度越高,浓度越大,反应速率越大,则反应速率从大到小的顺序为20 ℃ 2 mol·
L-1的盐酸、20 ℃ 1 mol·L-1的盐酸、15 ℃ 1 mol·L-1的盐酸和15 ℃ 0.25 mol·L-1盐酸,故表示15 ℃ 1 mol·L-1的盐酸和大理石反应的是曲线3,C正确。
10.在5 mL 1 mol·L-1H2O2溶液中,加入少量FeCl3粉末,发生反应①2Fe3++H2O2===O2↑+2Fe2++2H+;②2Fe2++H2O2+2H+===2H2O+2Fe3+,下列有关说法正确的是( )
A.向溶液中再加入少量NaCl粉末,增加了Cl-浓度,反应速率加快
B.Fe2+是H2O2分解的催化剂
C.升高温度,能加快H2O2的分解速率
D.将1 mol·L-1H2O2溶液的体积增至10 mL,则H2O2的分解速率增至原来的2倍
答案 C
解析 反应速率与Cl-浓度无关,A错误;Fe3+是H2O2分解的催化剂,B错误;升高温度加快化学反应速率,C正确;溶液体积增大,c(H2O2)不变,速率不变,D错误。
11.对水样中溶质M的分解速率影响因素进行研究。在相同温度下,M的物质的量浓度(mol·
L-1)随时间(min)变化的有关实验数据见下表:
时间
水样
0
5
10
15
20
25
Ⅰ(pH=2)
0.4
0.28
0.19
0.13
0.10
0.09
Ⅱ(pH=4)
0.4
0.31
0.24
0.20
0.18
0.16
Ⅲ(pH=4)
0.2
0.15
0.12
0.09
0.07
0.05
Ⅳ(pH=4,含Cu2+)
0.2
0.09
0.05
0.03
0.01
0
下列说法不正确的是( )
A.在0~20 min内,Ⅰ中M的分解速率为0.015 mol·L-1·min-1
B.水样酸性越强,M的分解速率越快
C.在0~20 min内,Ⅲ中M的分解百分率比Ⅱ大
D.由于Cu2+存在,Ⅳ中M的分解速率比Ⅰ快
答案 D
解析 在0~20 min内,Ⅰ中M的分解速率为 mol·L-1·min-1=0.015 mol·L-1·
min-1,A正确;对于Ⅰ、Ⅱ组数据,0~5 min内,Ⅰ、Ⅱ中M的浓度变化分别为0.12 mol·
L-1、0.09 mol·L-1,B正确;在0~20 min内,Ⅲ中分解百分率为=,Ⅱ中分解百分率为=,则Ⅲ中M的分解百分率比Ⅱ大,C正确;0~5 min内,Ⅰ中M的分解速率为 mol·L-1·min-1=mol·L-1·min-1,Ⅳ中M的分解速率为 mol·
L-1·min-1=mol·L-1·min-1,故Ⅰ中M的分解速率比Ⅳ快,D错误。
12.为了说明影响化学反应快慢的因素,甲、乙、丙、丁四位学生分别设计了如下A~D四个实验,你认为结论不正确的是( )
A.相同温度下,将大小、形状相同的镁条和铝条与相同浓度的稀盐酸反应时,两者速率一样大
B.在相同条件下,等质量的大理石块和大理石粉与相同浓度的稀盐酸反应,大理石粉反应快
C.将浓硝酸分别放在冷暗处和强光照射下,会发现光照可以加快浓硝酸的分解
D.两支试管中分别加入相同质量的氯酸钾,其中一支试管中再加入少量二氧化锰,同时加热,产生氧气的快慢不同
答案 A
解析 影响化学反应速率的因素很多,外界条件除浓度、压强、温度、催化剂等主要因素外,还有光照、固体颗粒大小、超声波等。镁和铝由于活泼性不同,决定了镁和盐酸反应比铝和盐酸反应要快得多,反应物的性质是影响反应速率大小的决定因素,A项错误;等质量的固体,表面积越大,反应速率越大,B项正确;光照可以加快反应速率,C项正确;催化剂和升高温度都可以加快反应速率,D项正确。
13.研究反应2X(g)Y(g)+Z(g)的速率影响因素,在不同条件下进行4组实验,Y、Z起始浓度为0,反应物X的浓度(mol·L-1)随反应时间(min)的变化情况如图所示。下列说法不正确的是( )
A.比较实验②④得出:升高温度,化学反应速率加快
B.比较实验①②得出:增大反应物浓度,化学反应速率加快
C.若实验②③只有一个条件不同,则实验③使用了催化剂
D.在0~10 min内,实验②的平均速率v(Y)=0.04 mol·L-1·min-1
答案 D
解析 实验②④起始浓度相同,但温度不同,实验④反应速率较大,则可得出:升高温度,化学反应速率加快,故A正确;实验①②温度相同,但浓度不同,实验①浓度较大,则可得出:增大反应物浓度,化学反应速率加快,故B正确;实验②③温度、浓度相同,实验③反应速率较大,应为加入催化剂,故C正确;在0~10 min内,实验②中X的浓度变化为0.2 mol·
L-1,则v(Y)=v(X)=×=0.01 mol·L-1·min-1,故D错误。
14.向200 mL 6 mol·L-1盐酸中加入一定量的纯净CaCO3,产生气体的体积随时间的变化曲线如图所示(气体体积均在标准状况下测定)。请回答下列问题:
(1)设OE段的反应速率为v1,EF段的反应速率为v2,FG段的反应速率为v3,则v1、v2、v3从大到小的顺序为____________________。
(2)为了减缓上述反应的速率,欲向该溶液中加入下列物质,你认为可行的是______(填字母)。
A.蒸馏水 B.氯化钾固体
C.氯化钠溶液 D.浓盐酸
(3)加入CaCO3的质量为________。
(4)若反应过程中溶液体积的变化忽略不计,则EF段用盐酸表示的化学反应速率v(HCl)=________。
答案 (1)v2>v1>v3 (2)AC (3)25 g
(4)1.5 mol·L-1·min-1
解析 (1)根据题图中数值计算速率大小为v2>v1>v3。
(2)加蒸馏水、氯化钠溶液,相当于减小反应物的浓度,反应速率减慢。
(3)最终生成标准状况下5.6 L CO2,n(CaCO3)=n(CO2)==0.25 mol,加入CaCO3的质量为0.25 mol×100 g·mol-1=25 g。
(4)EF段生成标准状况下n(CO2)==0.15 mol,参加反应的n(HCl)=0.30 mol,v(HCl)==1.5 mol· L-1·min-1。
15.某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“外界条件对化学反应速率的影响”,进行了如下实验:2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4===2MnSO4+K2SO4+10CO2↑+8H2O。
编号
0.01 mol·L-1酸性KMnO4溶液
0.1 mol·L-1
H2C2O4溶液
水
某种
物质
反应
温度
/℃
反应
时间
/min
Ⅰ
2 mL
2 mL
0
0
20
2.1
Ⅱ
V1 mL
2 mL
1 mL
0
20
5.5
Ⅲ
V2 mL
2 mL
0
0
50
0.5
Ⅳ
2 mL
2 mL
0
少量
20
0.2
请回答:
(1)实验计时方法是从溶液混合开始记时,至________________________时记时结束。
(2)V1=________,V2=________;设计实验Ⅰ、Ⅲ的目的是________________________。
(3)有同学在实验中发现酸性高锰酸钾溶液和草酸溶液反应时,开始一段时间反应速率较慢,溶液褪色不明显;但不久突然褪色,反应速率明显加快。某同学认为是放热导致溶液温度升高所致,重做Ⅰ号实验,测定过程中溶液不同时间的温度,结果温度没有明显变化。由此你得出的结论是:
①________不是反应速率突然加快的原因;
②可能是反应产物有催化作用。Ⅳ号实验是为验证你的猜测,实验中加入的少量某种物质是________。
答案 (1)紫红色刚好褪去 (2)1 2 探究温度对反应速率的影响 (3)①温度 ②MnSO4固体
解析 (1)酸性KMnO4溶液呈紫红色,因而可以用颜色变化来判断反应结束终点,即实验计时方法是从溶液混合开始记时,至紫红色刚好褪去时记时结束。(2)Ⅰ和Ⅱ反应温度相同,Ⅱ中加入1 mL水,根据控制变量的原则,溶液总体积保持不变,因而易算出V1=1 mL,同理可得V2=2 mL;Ⅰ、Ⅲ实验温度不同,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。(3)①根据信息“某同学认为是放热导致溶液温度升高所致,重做Ⅰ号实验,测定过程中溶液不同时间的温度,结果温度没有明显变化”,说明温度不是反应速率突然加快的原因。②根据信息可推断有催化剂生成,常见的催化剂有金属离子,因而可推测是生成了Mn2+加快了反应速率,为验证猜测需要加入含Mn2+的盐,其加入的阴离子为体系中所含阴离子,这样才不会造成干扰,所以该阴离子为SO,因而加入MnSO4固体。
16.(2020·山西长治二中高一期中)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)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)。
(3)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。
实验
混合溶液
A
B
C
D
E
F
4 mol·L-1 H2SO4/mL
30
V1
V2
V3
V4
V5
饱和CuSO4溶液/mL
0
0.5
2.5
5
V6
20
H2O/mL
V7
V8
V9
V10
10
0
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。请分析生成氢气速率下降的主要原因:_____________________________________________________________________。
答案 (1)CuSO4+Zn===ZnSO4+Cu,Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑
(2)升高反应温度、适当增大硫酸的浓度、增加锌的比表面积等(答两种即可)
(3)①30 10 17.5
②当加入过量的CuSO4溶液后,生成的单质Cu会沉积在Zn的表面,降低了Zn与稀H2SO4的接触面积
解析 (1)在稀硫酸中加入硫酸铜后发生了两个反应:CuSO4+Zn===ZnSO4+Cu,Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑。(2)要加快生成H2的反应速率,还可以采取如下措施:升高反应温度、适当增大硫酸的浓度、增加锌的比表面积等。(3)①因为要研究CuSO4的量对反应速率的影响,所以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30 mL,即V1=30,根据F中增加的水与硫酸铜溶液的体积之和为20 mL,可以求得V6=10,V7=20,V8=19.5,V9=17.5,V10=15。②因析出的铜的量较多,会覆盖在锌的表面,使得锌与稀硫酸接触面积大大减小,故反应速率反而减慢了。
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