大数据建模：高考化学反应速率与对照实验设计

【高考化学·考试大纲】了解化学反应速率的概念和定量表示方法。

【课程标准·学业要求】(1)能从化学反应快慢的角度解释生产、生活中简单的化学现象。(2)能运用变量控制的方法探究化学反应速率的影响因素。(3)能运用变量控制的方法初步探究反应规律。(4)能进行化学反应速率的简单计算。(5)能通过实验探究分析不同组分浓度改变对化学反应速率的影响。

下列说法错误的是(　)

A.[18 全国Ⅲ,10]用稀硫酸和锌粒制取H2时,加几滴CuSO4溶液以加快反应速率

B.[18 全国Ⅲ,7]疫苗一般应冷藏存放,以避免蛋白质变性

C.[18 全国Ⅱ,13]探究浓度对反应速率的影响:可通过向2支盛有5mL不同浓度NaHSO3溶液的试管中同时加入2mL5%H2O2溶液,观察实验现象,达到实验目的

一、化学反应速率的概念

1.概念:用______时间内,反应物浓度的_______或生成物浓度的______来表示。

2.表示方法:v(A)=______________。

3.单位:___________________。

4.同一反应,用不同物质表示的化学反应速率一般_________;各物质化学反应速率之比(物质的变化浓度之比或变化物质的量之比)等于化学反应方程式的____________。

二、反应速率与化学平衡的计算——“三段法”

有关化学反应速率与化学平衡的计算中,常按“三段法”

建立模式。

对于反应物:n(平)=n(始)-n(变)

对于生成物:n(平)=n(始)+n(变)

三、影响化学反应速率的因素

1.内因:反应物本身的性质。

2.外因:(1)浓度:浓度越大,反应速率_______。增大反应物浓度,正反应速率_______。

(2)温度:温度升高,反应速率越快。一般地说温度每升高10℃,反应速率增大到原来的2～4倍。注意:升高温度时,吸热反应与放热反应速率都会______。

(3)压强:对于有气体参与的化学反应,通过改变容器体积而使压强变化(PV=nRT):增大压强,相当于增加浓度,反应速率加快。注意:增大压强,气体反应物和气体生成物的浓度都增大,正逆反应速率都增大,相反亦然。

(4)催化剂:使用催化剂,改变化学反应速率,不指明时,一般指正催化剂,加快化学反应速率;对于可逆反应,催化剂可以同等程度地改变正逆反应速率,但不改变焓变ΔH。

(5)其他因素:增大一定量固体的_______(如将固体粉碎成粉末),增加了反应的接触面积,可增大反应速率;但增加固体物质的量,表面积不一定增大,反应速率不一定加快。此外,光照、超声波、电磁波、溶剂等对反应速率也有影响。

【考型1】化学反应速率的计算和不同物质表示的化学反应速率的相互转换

1-1.[14 北京,12]在一定温度下,10mL0.40mol·L-1H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表。下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)(　)

A.0～6min的平均反应速率:v(H2O2)≈3.3×10-2mol·(L·min)-1

B.6～10min的平均反应速率:v(H2O2)<3.3×10-2mol·(L·min)-1

C.反应至6min时,c(H2O2)=0.30mol·L-1

D.反应至6min时,H2O2分解了50%

1-2.[15 广东,31]对反应+2Cl2(g),一定条件下测得反应过程中n(Cl2)数据如下:

计算2.0～6.0min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率__________(以mol·min-1为单位,写出计算过程)。

【考型2】外界条件对化学反应速率的影响(www.xing528.com)

2.[广东高考]已知某条件下,浓度c(S2O2-8)～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,分别画出降低反应温度和加入催化剂时c(S2O2-8)～t的变化曲线示意图(进行相应的标注)。

【考型3】对照实验及其设计

3.[15 福建,25]氯酸钾与碘化钾反应的研究,在不同条件下KClO3可将KI氧化为I2或KIO3。某小组设计了系列实验研究反应条件对反应产物的影响,其中系列a实验的记录表如下(实验在室温下进行):

(1)系列a实验的实验目的是___________________________________________________。

(2)设计1号试管实验的作用是____________________________________________。

(3)若2号试管实验现象为“黄色溶液”,取少量该溶液加入淀粉溶液显蓝色;假设氧化产物唯一,还原产物为KCl,则此反应的离子方程式________________________________________。

一、不同物质反应速率的转换

应用:(1)不同反应速率之间的转换。(2)确定化学反应方程式中的计算系数。

对于反应:mA(g)+nB(g)===pC(g)+qD(g);

有

或

注意:①考题中指定表示反应速率的“物质”与所给反应数据的“物质”常常是不一样的,这时就需要用该公式进行转化。②★计算过程中一定带入单位计算,这是防止单位不统一而出错的有效方法。同时，当计算的量重新定义时，可以通过单位来分析计算式。

二、影响化学反应速率的因素

1.首先区分外界条件对“速率的影响”和对“平衡的影响”是完全不同的两个概念,不能混淆。化学平衡的前提一定是可逆反应,讨论化学反应速率不一定是可逆反应。

2.内因对反应速率的影响:活化能的高低、氧化还原性的强弱。

3.外界条件对反应速率的影响,可以概括为“加加、减减”四个字,即增加浓度(增加反应物或生成物的浓度)、升高温度(无论是放热反应还是吸热反应)、增大压强(对有气体参与的反应加压,或在定容条件下,加入气体反应物或生成物)、加入(正)催化剂、增加固体物质的表面积以增加反应时的接触程度、形成原电池等都可以使反应速率加快;反之亦然。减小浓度、降低温度、减小压强、使用(负)催化剂,均可减小反应速率。

改变反应物接触程度的操作:增加固体物质的表面积;搅拌(溶液或固体)、粉末程度、多孔电极、气体溶解时的多孔琉璃气泡、气体吸附、均相反应(在溶液中进行)等都会加快反应速率;增加固体或液体物质的量不一定能增加表面积、不能加快反应速率;反应生成的沉淀附着在固体反应物表面、钝化、异相反应等,则会阻碍反应的进一步进行。

4.改变一个外界条件,对v(正)、v(逆)的瞬时速率的变化可能不同,一般情况下对v(正)、v(逆)变化与原速率比较的最终影响是一致的。

5.不能改变化学反应速率的几种情况

(1)加入固体反应物、固体生成物或纯液体物质。

(2)在恒容条件下,向反应容器中加入不反应的气体。

6.外界条件对反应速率影响的最有效的手段是使用催化剂,其次是升高温度。

三、对照实验及其设计

为研究某个因素对反应产生的影响,常设计一组对照实验,对照实验的设计原则是:

1.单变量原则:实验组和对照组相比只能有一个变量,以确保造成不同结果的原因与变量的因果关系。实验中通常将第一个实验作为对照实验。

2.等量性原则:除实验变量之外的一切对实验结果有影响的无关变量必须严格控制等量(即相同),以平衡和消除无关变量对结果的影响。例如,研究Cu2+和Fe3+对H2O2分解速率的影响时,应加入同浓度的CuCl2和FeCl3,而不是CuCl2和Fe2(SO4)3。

条件改变对反应影响的对照实验通常用列表或图象分析,根据实验中单变量分析法,先找出两组数据中一个不同变量,以确定这个变量对反应结果的影响。第一个实验常常是基准实验,对照中注意溶液的体积相同,通过加水来实现。

3.*在一些探究性题目中,可能会出现两个变量的传导影响:

例1:Na2CO3和NaHCO3的热稳定性分解实验如图装置,实验观察到接Na2CO3的试管澄清石灰水不变浑浊,接NaHCO3的试管澄清石灰水变浑浊,由此得出结论的是:NaHCO3在较低温度下都能分解,故热稳定性Na2CO3>NaHCO3。

例2:在一定条件下,CO2(g)+C(s)2CO(g)。同时增大压强和升高温度,CO2的转化率增大,可判断该反应为吸热反应(ΔH>0),因为,增大压强化学平衡向逆反应方向移动,而同时增大压强和升高温度,反应向正反应方向移动,说明升高温度向正反应方向移动,这种移动抵消了压强的影响。

例3:一个熵减少的化学反应能自发进行,说明正反应一定是一个放热反应。