1、专题突破专题突破 24 控制变量探究影响化学反应速率的因素控制变量探究影响化学反应速率的因素 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，常用控制变量思想解决该类问题。 1常见考查形式 (1)以表格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。 (2)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。 2解题策略 (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，应该先确定其他的因素不变，只变化一种因素，看
2、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，否则无法作出正确判断。 3实例分析 探究温度、催化剂对反应：2H2O2=2H2OO2的影响，可以确定催化剂(是否加入 MnO2) 和温度(加热、常温)作为可变量，其他的则控制为不变量。 探究对象的反应 2H2O2=2H2OO2 控制的可变量 催化剂 温度 控制的不变量 浓度、温度等 浓度、催化剂等 实验方案 取相同量的 5%H2O2溶液于两 支规格相同的试管中，向其中 一支试
3、管中加入少量 MnO2， 另一支不加，在常温下观察 取相同量的 5%H2O2溶液于两支 规格相同的试管中， 给其中一支试 管加热，另一支不加热，观察 1 (2019 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 ( ) 组别 对应曲线 c(HCl)/mol L 1 反应温度/ 铁的状态 1 a 30 粉末状 2 b 30 粉末状 3 c 2.5 块状 4 d 2.5 30 块状 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 2.5 mol L 1 C第
4、2 组实验中盐酸的浓度等于 2.5 mol L 1 D第 3 组实验的反应温度低于 30 答案 D 解析 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 2.5 mol 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 2.5 mol 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。 2某小组利用 H2C2O
5、4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”。实验时，先分别量取两种溶液，然后倒入试管中迅速振荡混合均匀，开始计时，通过 测定褪色所需时间来判断反应的快慢。该小组设计了如下方案。 编号 H2C2O4溶液 酸性 KMnO4溶液 温度/ 浓度/mol L 1 体积/mL 浓度/mol L 1 体积/mL 0.10 2.0 0.010 4.0 25 0.20 2.0 0.010 4.0 25 0.20 2.0 0.010 4.0 50 (1)已知反应后 H2C2O4转化为 CO2逸出，KMnO4溶液转化为 MnSO4，每消耗 1 mol H2C2O4 转移_mol 电子。
6、为了观察到紫色褪去，H2C2O4与 KMnO4初始的物质的量需要满足 的关系为 n(H2C2O4)n(KMnO4)_。 (2)探究温度对化学反应速率影响的实验编号是_(填编号，下同)，可探究反应物浓度 对化学反应速率影响的实验编号是_。 (3)已知 50 时 c(MnO 4)反应时间 t 的变化曲线如图。 若保持其他条件不变， 请在坐标图中， 画出 25 时 c(MnO 4)t 的变化曲线示意图。 答案 (1)2 52 (2)和 和 (3) 解析 (1)H2C2O4中碳的化合价是3 价， CO2中碳的化合价为4 价， 故每消耗 1 mol H2C2O4 转移 2 mol 电子，反应的化学方程式
7、为 2KMnO45H2C2O43H2SO4=K2SO42MnSO4 10CO28H2O，为保证 KMnO4完全反应，c(H2C2O4)c(KMnO4)52。 (2)探究温度对反应速率的影响，则浓度必然相同，则为实验和；同理探究浓度对反应速 率的影响的实验是和。(3)温度降低，化学反应速率减小，故 KMnO4褪色时间延长，故 作图时要同时体现 25 MnO 4浓度降低比 50 时 MnO 4的浓度降低缓慢和反应完全时间比 50 时“拖后”。 3 (2020 天津第一中学月考)为了进一步探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
8、 Zn 粒的反应瓶中，收集 产生的气体，记录获得相同体积气体所需的时间。 实验 混合溶液 A B C D E F 4 mol L 1 H 2SO4/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 请完成此实验设计，其中：V1_，V6_，V9_。 答案 30 10 17.5 解析 若研究 CuSO4的量对 H2生成速率的影响，则实验中除 CuSO4的量不同之外，其他物 质的量均相同，则 V1V2V3V4V530，最终溶液总体积相同。由实验 F 可知，溶液的 总体积均为 50 mL，则 V6
9、10，V917.5。 4(1)某同学设计如下实验方案探究影响锌与稀硫酸反应速率的因素，有关数据如下表所示： 序号 纯锌粉/g 2.0 mol L 1硫酸 溶液/mL 温度/ 硫酸铜 固体/g 加入蒸 馏水/mL 2.0 50.0 25 0 0 2.0 40.0 25 0 10.0 2.0 50.0 25 0.2 0 2.0 50.0 25 4.0 0 本实验待测数据可以是_， 实验和实验可以探究_对锌与稀硫酸反应速率的影响。 实验和实验的目的是_， 写出有关反应的离子方程式_。 (2)为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，设计的实验方案如下表： 实验 序号 体积 V/mL K2S2O8溶液 水
10、 KI 溶液 Na2S2O3溶液 淀粉溶液 10.0 0.0 4.0 4.0 2.0 9.0 1.0 4.0 4.0 2.0 8.0 Vx 4.0 4.0 2.0 表中 Vx_，理由是_。 答案 (1)反应结束所需要的时间(或相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间) 硫酸浓 度 探究硫酸铜的质量对反应速率的影响 ZnCu2 =Zn2Cu，Zn2H=Zn2 H2 (2)2.0 保证反应物 K2S2O8浓度的改变，而其他物质浓度不变 解析 (1)实验和实验中，锌的质量和状态相同，硫酸的浓度不同，实验和实验中加 入硫酸铜，Cu2 的氧化性强于 H，首先发生反应 ZnCu2=Zn2Cu，生成的铜附着在 锌表面，在稀硫酸溶液中构成原电池，加快锌失电子。但是加入的硫酸铜过多，生成的铜会 覆盖在锌表面，阻止锌与稀硫酸进一步反应，产生氢气的速率会减慢。本实验待测数据可 以是“反应结束所需要的时间”或“相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间”，实验 和实验可以探究硫酸的浓度对反应速率的影响。实验和实验加入的硫酸铜的质量不 同，可以探究加入硫酸铜的质量与反应速率的关系。 (2)实验的目的是探究 K2S2O8溶液的浓度对化学反应速率的影响，故应保证每组实验中其他 物质的浓度相等，即溶液的总体积相等(即为 20.0 mL)，从而可知 Vx2.0。 控制变量法解决问题的基本思路以第 4 题(1)为例
