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題型整合練　控制變量法探究影響化學反應速率的因素
1.不同條件下,用O2氧化一定濃度的FeCl2溶液過程中所測得的實驗數據如圖所示。下列分析或推測不合理的是(　　)
A.由①和②可知,pH越大,Fe2+的氧化速率越大
B.一定時間內,Fe2+的氧化率隨時間延長而逐漸增大
C.由①和③可知,溫度越高,Fe2+的氧化速率越大
D.氧化過程的離子方程式為4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O
2.下列實驗內容和所得到的實驗結論均正確的是(　　)
選項 實驗內容 實驗結論
A 向兩支試管中各加入2 mL 0.1 mol/L Na2S2O3溶液,分別放入盛有冷水和熱水的兩個燒杯中,再同時分別向兩支試管中加入2 mL 0.1 mol/L H2SO4溶液,振蕩,觀察現象 探究溫度對化學反應速率的影響
B 取兩支試管,分別加入4 mL 0.01 mol/L酸性KMnO4溶液,然后向一支試管中加入0.01 mol/L H2C2O4溶液4 mL,向另一支試管中加入0.005 mol/L H2C2O4溶液4 mL,第一支試管中溶液褪色所需時間長 H2C2O4濃度越大,反應速率越快
C 取兩支試管,分別加入等體積等濃度的H2O2溶液,然后向試管①中加入0.01 mol/L FeCl3溶液2 mL,向試管②中加入0.01 mol/L CuCl2溶液2 mL,試管①產生氣泡快 加入FeCl3時,過氧化氫分解反應的活化能較大
D 檢驗FeCl3溶液中是否含有Fe2+時,將溶液滴入酸性KMnO4溶液中,溶液紫色褪去 能證明溶液中含有Fe2+
3.某化學小組為了研究外界條件對化學反應速率的影響,進行了如下實驗:
實驗 編號 實驗 溫度/ ℃ 試管中所加試劑及其用量/mL
0.6 mol·L-1 H2C2O4 溶液 H2O 3 mol·L-1 稀H2SO4 溶液 0.05 mol·L-1 KMnO4 溶液
① 25 3.0 V1 2.0 3.0
② 25 2.0 3.0 2.0 3.0
③ 30 2.0 V2 2.0 3.0
(1)該實驗還需要測量的數據是　　　　　　　　。該實驗的原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　(用化學方程式表示)。
(2)V1=　　　　,V2=　　　　。
(3)探究溫度對化學反應速率的影響,應選擇實驗　　　　(填實驗編號)。
(4)若實驗①用時1.5 min,則第一組實驗的化學反應速率(用草酸表示)為　　　　。
(5)某同學繪制了瞬時速率v和時間t的圖像。
①該同學提出猜想
猜想a:溫度上升導致速率快速上升。
猜想b:反應產生了催化劑。
該同學發現該反應前后體系溫度上升了0.5 ℃,因此　　　　不成立(填“猜想a”或“猜想b”)。
②該同學推測可能的催化劑是　　　　(填物質化學式)。
③驗證猜想的方法是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案與分層梯度式解析
題型整合練　控制變量法探究影響化學反應速率的因素
1.A　①和②的反應溫度和溶液的pH均不相同,無法判斷溶液的pH和Fe2+氧化速率的關系,A錯誤;由題圖可知,一定時間內,Fe2+的氧化率隨時間延長而逐漸增大,B正確;①和③的溶液的pH相同,溫度越高,Fe2+氧化速率越大,C正確;氧化過程發生的反應為酸性條件下,亞鐵離子與氧氣反應生成鐵離子和水,反應的離子方程式為4Fe2++O2+ 4H+ 4Fe3++2H2O,D正確。
2.A　其他條件相同,只有溫度不同,可以探究溫度對化學反應速率的影響,A正確;酸性高錳酸鉀溶液過量,溶液不能完全褪色,所以不能探究H2C2O4濃度對化學反應速率的影響,B錯誤;試管①產生氣泡快,說明加入FeCl3時,過氧化氫分解反應的活化能較小,C錯誤;酸性高錳酸鉀溶液能氧化Fe2+和Cl-,Fe2+和Cl-都能使酸性高錳酸鉀溶液褪色易錯點,根據實驗現象,不能判斷溶液中含有Fe2+,D錯誤。
3.答案　(1)溶液褪色所需要的時間　2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4 K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O
(2)2.0　3.0
(3)②③
(4)0.025 mol·L-1·min-1
(5)①猜想a　②MnSO4　③以表中第①組實驗為對照實驗,在控制其他條件相同的情況下,將H2O換為2 mL MnSO4溶液,記錄兩組實驗從反應開始到溶液褪色的時間
解析　(1)草酸溶液和酸性高錳酸鉀溶液反應生成硫酸錳、硫酸鉀、二氧化碳和水,草酸中C元素化合價升高,失去電子,高錳酸鉀中Mn元素化合價降低,得到電子,根據得失電子守恒和原子守恒可知,反應為2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4 K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O;高錳酸鉀溶液為紫色,可以通過測量溶液褪色所需要的時間來比較反應速率的快慢。(2)①、②溫度相同,探究H2C2O4濃度對反應速率的影響,因此溶液的總體積相等,則V1=2.0;②、③溫度不同,應是探究溫度對反應速率的影響,因此溶液的總體積相等,則V2=3.0。(3)②、③只有溫度不同,可以探究溫度對化學反應速率的影響。(4)由反應2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4 K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O和題表數據可知,高錳酸鉀的量不足,完全反應,H2C2O4有剩余,實驗①用時1.5 min,則第一組實驗的化學反應速率為v(H2C2O4)=v(KMnO4)=× =0.025 mol·L-1·min-1。(5)①該反應前后體系溫度變化不大,但是反應速率變化明顯,則猜想a不成立。②反應過程中生成了錳離子,故推測可能的催化劑是MnSO4。③證明硫酸錳可以催化反應的進行,可以設計對比實驗。
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