2020浙江高考化学二轮讲义：专题八第2讲　化学反应条件的控制

第2讲　化学反应条件的控制

[考试说明]

　化学反应影响因素的探究[学生用书P83]

1．实验探究程序

提出问题→做出假设→设计实验程序→预测可能的结果→进行实验→获得实验数据→分析实验数据→得出结论。

2．化学反应探究类型

(1)对反应条件的探究

探究一个反应发生的条件，通常需要从反应发生所处的环境，如温度、压强、使用催化剂以及溶液的浓度大小等方面进行考虑。

(2)对反应途径的探究

一个化学反应的发生，从反应物到最终生成物都有一个反应历程，即反应途径。对反应途径的探究，就是通过分析反应可能进行的途径后，确定其最可能的一种情况。

(3)对实验原理的探究

对实验原理的探究，就是根据实验现象或结果进行“追根溯源”，寻找产生这种实验现象或实验结果的原理，并使之与对应的原理相吻合。

(4)对化学理论的探究

根据实验事实提出假设的理论依据，在此基础上构思原理并设计出实验方案，若得到的实验结果与假设相符，则理论正确。

(5)对反应现象的探究

反应现象是反应原理的表现形式，探究反应现象，就是列举出产生这种现象反对应的各种原理、理论，要注意可能的解释是否合理、准确。

(6)对物质成分的探究

根据提供的实验现象、实验数据及其他相关的实验内容，假设某物质可能的成分，再以这些成分的物理性质、化学性质及特征反应设计出实验方案，最后通过分析实验结果，得出结论。

(7)对反应结论的探究

反应结论是实验的最终结果，反应结论可以是实验现象、数据或图表，还可以是一个化学方程式等。结论是唯一的，而对反应结论的探究方案却可以有多种，关键是要依据题给信息设计出合理、简便的实验方案。

(8)对计算结果的探究

计算结果是实验过程的定量体现。在设计对计算结果的探究实验方案时，要立足于计算结果的来源，对每个实验数据要反复核算，直至准确无误。

1．(2018·浙江4月选考，T28)某学习小组欲从含有[Cu(NH3)4]SO4、乙醇和氨水的实验室废液中分离乙醇并制备硫酸铜铵[CuSO4·(NH4)2SO4]固体，完成了如下实验：

已知：[Cu(NH3)4]2＋＋4H＋===Cu2＋＋4NH

请回答：

(1)步骤①中，试剂X应采用________。

(2)甲、乙两同学取相同量的溶液Y分别进行蒸馏，收集到的馏出液体积相近，经检测，甲同学的馏出液中乙醇的含量明显偏低，可能的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)设计实验方案验证硫酸铜铵固体中的NH：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案：(1)H2SO4

(2)加热温度偏高，馏出速度太快；冷却效果不好，造成乙醇损失

(3)取少量硫酸铜铵固体于试管中，加水溶解，再滴加足量的NaOH浓溶液，振荡加热，将湿润的红色石蕊试纸置于试管口，若观察到试纸变蓝，表明该固体中存在NH

2．(2017·浙江4月选考，T28)FeSO4受热分解的化学方程式为2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑。

请回答：

(1)将FeSO4受热产生的气体按图示装置进行实验，证实含有SO3和SO2。能说明SO2存在的实验现象是________________________________；为测定BaSO4沉淀的质量，后续的操作步骤依次为________、洗涤、干燥、称量。

(2)设计一个实验方案，用化学方法验证FeSO4受热后固体的成分(不考虑其他反应)。

答案：(1)品红溶液褪色　过滤

(2)取适量固体，加足量稀盐酸溶解。取一份试液滴加KSCN溶液，若显血红色，则有Fe3＋(含Fe2O3)；另取一份试液滴加BaCl2溶液，若有白色沉淀，则有SO(含有未分解的FeSO4)。(其他答案合理即可)

3．某化学兴趣小组在一次实验探究中发现，向草酸(弱酸)溶液中逐滴加入高锰酸钾溶液时，溶液褪色总是先慢后快，即反应速率由小变大。为此，甲同学做了如下实验进行探究。(已知：①MnO在酸性环境下的还原产物是Mn2＋，②2KClO32KCl＋3O2↑，2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑)

【实验用品】

仪器：试管(若干个)、胶头滴管(2支)

试剂：0.1 mol/L H2C2O4溶液、0.1 mol/L KMnO4溶液、稀硫酸、MnSO4固体

【实验内容】

在1号和2号试管中分别加入10 mL硫酸酸化的H2C2O4溶液，在1号试管中加入硫酸锰固体。然后在两支试管中加入0.1 mol/L KMnO4溶液。现做如下对比实验，现象如下表所示：

请回答下列问题：

(1)甲同学进行该实验还缺少的实验仪器是________。

(2)H2C2O4溶液与KMnO4溶液在酸性条件下反应的离子方程式为________________________________________________________________________。

(3)甲同学认为该反应褪色由慢到快是何种原因引起的？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)乙同学和丙同学从甲同学的实验探究中得到启示，他们也分别提出了能影响该溶液化学反应速率的另外两种可能原因，你认为他们提出的两种可能原因是

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________。

解析：(2)据题中的已知条件①知MnO在酸性环境下的还原产物是Mn2＋，又H2C2O4属于弱酸，应写分子式，故H2C2O4溶液与KMnO4溶液在酸性条件下反应的离子方程式为5H2C2O4＋2MnO＋6H＋===10CO2↑＋2Mn2＋＋8H2O。

答案：(1)秒表　(2)5H2C2O4＋2MnO＋6H＋===10CO2↑＋2Mn2＋＋8H2O

(3)Mn2＋在反应中起到催化剂的作用，加快了反应速率

(4)①温度升高，反应速率增大，溶液褪色加快

②加入少量硫酸，可以促进草酸和高锰酸钾溶液的反应

解答影响因素探究类试题关键是在其他条件相同的前提下，只改变一个条件对研究对象的影响规律。思路如下：

　化学实验中的变量控制[学生用书P84]

1．反应速率影响因素的实验设计

以硫代硫酸钠与酸反应为例：2H＋＋S2O===S↓＋SO2↑＋H2O，实验中由于生成的SO2易溶于水，所以观察不太方便，实验中以S产生快慢来判断反应快慢，这就是实验比较法，在设计实验比较时，必须排除其他因素的变动和干扰，即需要控制好与实验有关的各项反应条件。

(1)浓度对反应速率的影响

容器1：10 mL 0.1 mol/L Na2S2O3溶液＋10 mL 0.1 mol/L H2SO4

容器2：5 mL 0.1 mol/L Na2S2O3溶液＋5 mL蒸馏水＋10 mL 0.1 mol/L H2SO4

(2)温度对反应速率的影响

容器1：两个试管分别装10 mL 0.1 mol/L Na2S2O3溶液、10 mL 0.1 mol/L H2SO4，室温下

容器2：两个试管分别装10 mL 0.1 mol/L Na2S2O3溶液、10 mL 0.1 mol/L H2SO4，放在水浴中加热到某温度

室温下的两溶液和加热到某温度下的两溶液分别快速混合后，观察溶液变浑浊的快慢。

2．催化剂对化学反应速率影响的探究

(1)不同催化剂对化学反应速率的影响

2H2O22H2O＋O2↑

选用等量不同催化剂(MnO2、CuO、Fe2O3、酶)，测定相同时间产生O2的快慢。

(2)变量控制在实验研究中的设计方法

不同状态、不同温度、不同酸度下过氧化氢酶对过氧化氢分解的影响，比较产生O2的快慢。

3．反应条件对化学平衡的影响

(1)氯化钴溶液的变色原理

[CoCl4]2－＋6H2O[Co(H2O)6]2＋＋4Cl－，在溶液中加水稀释时，平衡向正反应方向移动，溶液的颜色由蓝色逐渐变为红色，加入浓盐酸、氯化钙等物质时，平衡向逆反应方向移动，溶液由红色逐渐变为蓝色。

(2)二氯化钴的水合物的颜色变化

(3)乙酸乙酯水解的影响因素

实验中比较不同的催化剂对乙酸乙酯水解快慢和程度的影响。

4．化学实验条件的控制方法

1．某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O转化为Cr3＋。某课题组研究发现，少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可对该反应起催化作用。为进一步研究有关因素对该反应速率的影响，探究如下：

在25 ℃下，控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同，调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量，做对比实验，完成以下实验设计表(表中不要留空格)。　

解析：弄清实验目的。由题干可以看出实验目的是探究初始pH和一定浓度草酸的用量对反应速率的影响。三个实验中溶液的最终体积都是100 mL。由图中数据对比可以看出②③组实验探究的是草酸的用量对反应速率的影响，因此草酸溶液的体积要改变，为了保证混合溶液其他成分不发生变化，溶液的总体积不能发生改变，因此组合有很多种，如下表所示。

答案：

(其他合理答案也正确)

2．某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。

(1)催化剂能加快化学反应速率的原因是________________________。

(2)实验①和②的目的是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

实验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论。资料显示，通常条件下H2O2稳定，不易分解。为了达到实验目的，你对原实验方案的改进是________________________________________________________________________。

(3)实验③、④、⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如图。

分析上图能够得出的实验结论是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)加入催化剂，能降低反应的活化能，使更多的分子成为活化分子，从而加快化学反应速率。(2)实验①、②中均没有使用催化剂，只是增大了H2O2的浓度，故实验①、②的目的是探究浓度对化学反应速率的影响。因实验过程中现象不明显，可采用升温或使用同种催化剂的方法加快反应速率来达到实验目的。(3)实验③、④、⑤中H2O2的浓度相同，并加入相同量的同种催化剂，而改变的条件是④中酸性增强，⑤中碱性增强。通过相同时间内产生O2的快慢(⑤>③>④)可得出如下结论：溶液的碱性增强，能加快H2O2的分解，而溶液的酸性增强，能减慢H2O2的分解。

答案：(1)降低了活化能　(2)探究浓度对反应速率的影响　向反应物中加入等量同种催化剂(或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中)　(3)碱性环境能增大H2O2分解的速率，酸性环境能减小H2O2分解的速率

探究影响化学反应速率因素的两种题型

(1)以表格或图像的形式给出多组实验数据，让学生找出每组数据的变化对反应速率的影响规律。

(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反应速率的影响规律。

课后达标检测[学生用书P135(单独成册)]

一、选择题

1．下述实验不能达到预期目的的是(　　)

解析：选D。直接将CuCl2溶液蒸干，因CuCl2易水解：CuCl2＋2H2OCu(OH)2＋2HCl，HCl易挥发，蒸干后最终得到CuO固体。

2．下列实验方案可行的是(　　)

A．用1 mol/L的盐酸与MnO2反应制取氯气

B．用湿润的淀粉­碘化钾试纸鉴别二氧化氮和溴蒸气

C．用10 mL量筒量取8.50 mL浓硫酸用于配制一定物质的量浓度的稀硫酸

D．用湿润的有色纸条鉴别氯化氢和氯气

解析：选D。制取氯气需要浓盐酸，而1 mol/L的盐酸是稀盐酸，A项错误；二氧化氮与水反应生成的硝酸、溴蒸气都具有氧化性，都能氧化碘离子，B项错误；量筒属于粗量仪器，不能精确到小数点后两位数，C项错误。

3．已知分解1 mol H2O2放出热量98 kJ，在含少量I－的溶液中，H2O2分解的机理为

H2O2＋I－―→H2O＋IO－　　　　慢

H2O2＋ IO－―→H2O ＋O2＋I－　快

下列有关该反应的说法正确的是(　　)

A．反应速率与I－浓度有关

B．IO－也是该反应的催化剂

C．反应活化能等于98 kJ·mol－1

D．v(H2O2)＝v(H2O)＝v(O2)

解析：选A。A.将题给两个反应合并可得总反应为2H2O2===2H2O＋O2↑，该反应中I－作催化剂，其浓度的大小将影响该反应的反应速率。B.该反应中IO－是中间产物，不是该反应的催化剂。C.反应的活化能表示一个化学反应发生所需要的最小能量，分解1 mol H2O2放出98 kJ热量，不能据此判断该反应的活化能。D.由反应速率与化学方程式中对应物质的化学计量数的关系可知v(H2O2)＝v(H2O)＝2v(O2)。

4．利用如图所示装置进行下列实验，能得出相应实验结论的是(　　)

解析：选C。A项，浓盐酸和二氧化锰反应是在加热的条件下发生的，故不能完成实验；B项，本实验中只在硝酸银溶液中通入了氨气这一种碱性气体，没有加入酸性物质，故不能说明AgOH具有两性；D项，稀盐酸和Na2CO3反应生成的CO2中含有氯化氢气体杂质，且盐酸不是氯元素的最高价含氧酸，得不到相应的结论。

5．下列实验设计能够成功的是(　　)

A．检验亚硫酸钠试样是否变质：

试样溶液白色沉淀沉淀不溶解

B．除去乙酸乙酯中混有的乙酸：

混合液溶液分层得到上层液体

C．证明酸性条件下H2O2氧化性比I2强：

NaI溶液溶液变蓝色

D．鉴定盐A的成分是FeBr3：

解析：选B。Na2SO3与Ba(NO3)2反应生成的BaSO3可被HNO3氧化生成BaSO4，A错误；乙酸能与Na2CO3反应，上层是乙酸乙酯，B正确；在NaI溶液中加HNO3酸化，HNO3可氧化I－，C错误；D项中若盐A是FeBr2，也会出现同样的现象，D错误。

6．某课外实验小组设计的下列实验不合理的是(　　)

解析：选C。A项，生成的H2能将体系中的O2排出，能观察到Fe(OH)2白色沉淀；B项，脱脂棉燃烧能说明Na2O2与水反应放热；C项，不能用排水法收集NO2气体；D项，NaOH固体溶于水放热且提供OH－，抑制NH3·H2O的电离，能用于制备少量NH3。

7．实验测得某反应在不同pH下产物A的浓度随时间变化的关系如图(其他条件相同)。则下列有关说法正确的是(　　)

A．若增大压强，该反应的反应速率一定增大

B．pH＝6.8时，随着反应的进行反应速率逐渐增大

C．一定pH范围内，溶液中H＋浓度越小，反应速率越快

D．可采用调节pH的方法使反应停止

解析：选D。无法确定反应有没有气体参加，A错误；图像中表示反应速率的是曲线的斜率，B错误；pH越小，H＋浓度越大，反应速率越快，C错误；pH＝8.8时，反应速率接近于0，D正确。

8．下列有关实验原理或实验操作正确的是(　　)

A．各放一张质量相同的滤纸于天平的两个托盘上，将NaOH固体放在左盘上称量

B．欲除去CO2中少量的SO2，将混合气通入饱和碳酸钠溶液

C．实验室用图1所示装置制取少量氨气

D．实验室用图2所示装置检验火柴头燃烧产生的SO2

解析：选D。NaOH固体应放在小烧杯中称量，A项错；Na2CO3溶液在除去SO2的同时也会与CO2反应，B项错；加热NH4Cl固体不会得到氨气，且加热固体时试管口应略向下倾斜，C项错。

9．根据下列实验内容得出的结论正确的是(　　)

解析：选B。A项，只要是碱性溶液均可使红色石蕊试纸变蓝，不一定是氨气的水溶液；B项，能使湿润的淀粉­KI试纸变蓝的气体一定是氧化性气体，如NO2、溴蒸气等；C项，苯与溴水混合，溴水褪色，是萃取过程，不是加成反应；D项只能说明该物质中含有C、H元素或S、H元素，既可能为碳氢化合物，也可能为碳氢氧化合物，还可能为硫氢化合物。

二、非选择题

10．臭氧是一种强氧化剂，常用于消毒、灭菌等。O3在水中易分解，一定条件下，O3的浓度减少一半所需的时间(t)如下表所示。已知：O3的起始浓度为 0.021 6 mol/L。

(1)pH增大能加速O3分解，表明对O3分解起催化作用的是______________。

(2)在30 ℃、pH＝4.0条件下，O3的分解速率为________mol/(L·min)。

(3)据表中的递变规律，推测O3在下列条件下分解速率依次增大的顺序为________(填字母代号)。

a．40 ℃、pH＝3.0

b．10 ℃、pH＝4.0

c．30 ℃、pH＝7.0

解析：(1)pH增大，OH－浓度增大，加速了O3分解，表明OH－对O3分解具有催化作用。

(2)30 ℃、pH＝4.0时，O3分解的Δc＝＝0.010 8 mol/L，用时108 min，则O3分解速率v＝＝1.00×10－4 mol/(L·min)。

(3)据表中递变规律，40 ℃、pH＝3.0时，所用时间介于31～158 min；10 ℃、pH＝4.0时所用时间>231 min；30 ℃、pH＝7.0时所用时间<15 min，则分解速率依次增大顺序为b、a、c。

答案：(1)OH－　(2)1.00×10－4　(3)b、a、c

11．在实验室用氢气、一氧化碳、碳均可还原氧化铜。比较三个反应并回答下列问题：

(1)上述四种装置中，可用于氢气还原氧化铜的是装置________，可用于碳还原氧化铜的是装置________。(填装置代号)

(2)CO还原CuO若采用装置3，装置3中广口瓶内的溶液为澄清石灰水，反应开始后广口瓶中的现象是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________，产生这种现象说明

________________________________________________________________________。写出产生该现象的化学方程式：

________________________________________________________________________。

(3)CO还原CuO若采用装置4，装置4末端酒精灯的作用是________________________________________________________________________。

解析：(1)氢气还原氧化铜时，应先通入氢气，待还原反应结束、冷却后再停止通入氢气，故需选装置1；用碳还原氧化铜时，两种固态反应物可先混合均匀后装入试管再加热，利用澄清石灰水检验有无CO2生成，从而证明反应是否已发生，故应选用装置2。(2)由CO＋CuOCO2＋Cu可知反应开始后广口瓶中的澄清石灰水会变浑浊；产生该现象的原因是CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O。(3)CO有毒，故CO还原CuO若采用装置4，要进行尾气处理，末端酒精灯的作用就是使CO燃烧，防止污染空气。

答案：(1)1　2

(2)澄清石灰水变浑浊　有二氧化碳生成

Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O

(3)点燃尾气，防止未反应完的一氧化碳污染空气

12．硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]是分析化学中的重要试剂。

[查阅材料]隔绝空气加热至500 ℃时硫酸亚铁铵能完全分解，分解产物中含有铁氧化物、硫氧化物、氨气和水蒸气等。

[实验探究]某化学小组选用下图所示部分装置进行实验(夹持装置略)。

实验Ⅰ　验证分解产物中含有氨气和水蒸气，并探究残留固体成分。

(1)所选用装置的正确连接顺序为

________________________________________________________________________

(填装置代号)。

(2)证明有水蒸气生成的实验现象为

________________________________________________________________________。

(3)证明有氨气生成的实验现象为

________________________________________________________________________。

(4)A中固体完全分解后变为红棕色粉末，设计实验证明A中残留固体仅为Fe2O3，而不含FeO或Fe3O4：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

实验Ⅱ　乙同学为探究分解产物中的硫氧化物，连接装置A—E—F—B进行实验。

(5)实验过程中观察到：E中没有明显现象，F中溶液褪色，据此得出的结论是

________________________________________________________________________。

(6)B的作用是

________________________________________________________________________。

(7)实验证明(NH4)2Fe(SO4)2受热分解除生成上述产物外，还有N2生成，写出A中反应的化学方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)要验证水蒸气和氨气，应先验证水蒸气，由题图可知，用无水硫酸铜验证水蒸气，用足量碱石灰吸收水蒸气，用酚酞验证氨气，所以装置的连接顺序为ACBD。(2)无水硫酸铜为白色粉末，结合水蒸气形成蓝色的硫酸铜晶体。(3)氨气溶于水生成一水合氨，一水合氨为弱碱，酚酞遇碱变红。(4)验证残留固体仅为Fe2O3，而不含FeO或Fe3O4，可加入稀硫酸将残留固体溶解，再加入少量酸性高锰酸钾溶液，若酸性高锰酸钾溶液不褪色，则证明残留固体中不含FeO或Fe3O4。(5)E中没有明显现象，说明没有SO3生成，F中溶液褪色，说明有SO2生成。(6)B中盛有碱石灰，可以吸收SO2气体，防止污染空气。(7)反应物为(NH4)2Fe(SO4)2，生成物为Fe2O3、SO2、NH3、N2、H2O，配平得：2(NH4)2Fe(SO4)2Fe2O3＋4SO2↑＋2NH3↑＋N2↑＋5H2O。

答案：(1)ACBD

(2)C中无水硫酸铜变蓝

(3)D中溶液变为红色

(4)取少量A中残留固体，加入适量稀硫酸使其完全溶解，向溶液中滴加少量酸性高锰酸钾溶液，若高锰酸钾溶液不褪色，则残留固体是Fe2O3，而不含FeO或Fe3O4(其他合理答案也可)

(5)分解产物中有SO2，没有SO3

(6)吸收SO2，防止污染空气

(7)2(NH4)2Fe(SO4)2Fe2O3＋4SO2↑＋2NH3↑＋N2↑＋5H2O