1、学科：化学轮次：高中化学同步复习课程专题：控制变量法在化学实验中的应用高中化学同步复习课程专题：控制变量法在化学实验中的应用主讲教师：熊美容1影响化学反应速率的因素很多，某课外兴趣小组用实验的方法进行探究。实验一：他们利用Cu、Fe、Mg和不同浓度的硫酸（0.5mol/L、2mol/L、18.4mol/L），设计实验方案来研究影响反应速率的因素。铜丝甲乙丙 镁条实 验 步 骤现 象结 论分别取等体积的2 mol/L硫酸于试管中；分别投入大小、形状相同的Cu、Fe、Mg。反应快慢：MgFeCu反应物的性质越活泼，反应速率越快。(1) 甲同学研究的实验报告如下表：该同学的实验目的是研究 对反应速率
2、的影响；根据控制变量法，要得出正确的实验结论，还需控制的实验条件是保持_条件相同。(2)乙同学为了更精确地研究浓度对反应速率的影响，利用右图装置进行定量实验。完成该实验应选用的实验药品是_；应该测定的实验数据是_。实验二：已知2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+8H2O+10CO2， 在高锰酸钾酸性溶液和草酸溶液反应时，发现开始一段时间，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。(1)、针对上述实验现象，某同学认为KMnO4与H2C2O4反应是放热反应，导致溶液温度升高，反应速率加快。从影响化学反应速率的因素看，你的猜想还可能是_的影响。
3、(2) 、若用实验证明你的猜想，除酸性高锰酸钾溶液、草酸溶液试剂外，还需要选择的试剂最合理的是_A、硫酸钾 B、硫酸锰 C、水 D、氯化锰2由H2、C2H2、C2H4组成的1 L混合气体在一定条件下发生加成反应后，气体总体积变成x L。请回答(气体体积均在标准状况下测定)：(1)当反应后三种气体均无剩余时，x的取值范围是_；当x0.4时，原混合气体H2、C2H2、C2H4的体积比为_；(2)当x0.6，且反应后混合气体密度为0.714 g/L时，原混合气体H2、C2H2、C2H4的体积比为_。3某化学反应2A BD在四种不同条件下进行，B、D起始浓度为0，反应物A的浓度（mol/L）随反应时间
4、（min）的变化情况如下表： 根据上述数据，完成下列填空：（1）在实验1，反应在10至20分钟时间内平均速率为 mol/(Lmin)。（2）在实验2，A的初始浓度C2 mol/L，反应经20分钟就达到平衡，可推测实验2中还隐含的条件是 。（3）设实验3的反应速率为v3，实验1的反应速率为v1，则v3 v1 ，且C3 1.0 mol/L（填、）（4）比较实验4和实验1，可推测该反应是 反应（选填吸热、放热）。理由是 4铁在冷的稀硝酸中反应的主要还原产物为NO，而在热的稀硝酸中反应其主要还原产物为N2O，当溶液更稀主要还原产物为NH4+，请分析下图，回答有关问题。（1）假设有任一气体产生的曲线内只
5、有一种还原产物，试配平由b点到c点时反应的化学方程式：FeHNO3Fe(NO3)2H2O（2）从0点到a点时的还原产物为_。（3）从a点到b点时还原产物为_，其原因是_。（4）已知达到d点时，反应完全结束，此时溶液中的主要阳离子为_。对应于c、d两点投入的金属铁的物质的量之比_。5已知氨与氯气可迅速发生以下反应：2NH3+3Cl2=N2+6HCl。现有A L氨气、氯气的混合气，其中氨气的体积分数为x，充分反应后气体体积为yL。（1）讨论氨气的体积分数x取不同值时，反应后气体体积y的关系式。（2）当混合气体的体积（A L）为55 L时，计算反应后气体体积y的最大值、最小值及y=A时的氨气的体积分
6、数x的值。（3）画出反应后气体体积y随氨气的体积分数x变化的图象。6某天然碱（纯净物）可看作由CO2和NaOH反应后的产物所组成。称取天然碱样品四份，溶于水后，分别逐滴加入相同浓度的盐酸溶液30mL，产生CO2的体积（标准状况）如下表：盐酸液的体积（mL）30303030样品（g）3.324.155.817.47二氧化碳的体积（mL）672840896672 (1)由第组数据中的CO2体积与样品质量之比，可以推测用2.49g样品进行同样的实验时，产生CO2_mL(标准状况)。(2)另取3.32g天然碱样品于300加热分解至完全（300时Na2CO3不分解），产生CO2112mL（标准状况）和水
7、0.45g，计算并确定该天然碱的化学式。 (3)依据上表所列数据以及天然碱的化学式，讨论并确定上述实验中CO2(标准状况)体积V（mL）与样品质量W（g）之间的关系式。7现有AlCl3和FeCl3的混合溶液，其中Al3+和Fe3+的物质的量之和为0.1 mol。在此溶液中加入90 mL 4 mol / L的NaOH溶液，使其充分反应;设Al3+ 的物质的量与总物质的量的比值为x。 (1) 根据反应的化学方程式计算x0.4时，溶液中产生的沉淀是什么?物质的量是多少? (2) 计算沉淀中只有Fe(OH)3时的x的取值范围。请在图中画出沉淀总量(mol)随x(01)变化的曲线. (3) 若Al3+和
8、Fe3+的物质的量之和为A mol(A为合理数值)，其它条件不变时，求沉淀中同时有Al(OH)3、Fe(OH)3时的x取值范围和各沉淀的物质的量(用含有A、x的式子表示)8在相同条件下进行Mg与HCl、CH3COOH反应的对照实验，相关数据如下；Mg的质量酸量开始时反应速率产生氢气总量I0.24gHCl 0.2molL1 100mL1n1II0.24gCH3COOH 0.2molL1 100mL2n2试比较有关量的大小：1 2，n1 n2（填“”、” =”、”）欲改变反应条件，使实验I中1降低，但不改变n1的值，试写出两种可行的方法。方法I： ；方法II： 。以上习题答案及详解：1答案：实验一
9、：(1)反应物本身的性质对反应速率的关系； 温度相同； (2)Mg(或Fe)和0.5mol/L硫酸和2mol/L硫酸；测定一定时间产生气体的体积（或者测定一定体积的气体所需时间）； 实验二：(1)催化剂(或硫酸锰或Mn2+的催化作用)； (2)B 解析：(1)甲同学用等量等浓度的酸和相同大小的金属反应，研究物质本身性质对反应速率的影响，需要控制反应时的温度形同。（2）乙同学研究浓度对速率的影响，应选用0.5mol/L硫酸和2mol/L硫酸分别和铁（或镁）反应。测生成相同氢气所用的时间或一定时间内生成氢气体积的大小。实验二速率增大的原因除了可能反应放热温度升高外，还可能中产物催化了反应的进行，这
10、里可能的物质是锰离子，利用硫酸锰进行验证，不能用氯化锰，这样会引入氯离子，不能充分说明问题。2答案：(1)x 311 (2)712解析：(1)利用“极端假设”法解题，从方程式可以看出，产生的C2H6其体积与C2H2、C2H4相等，x即为乙烯或是乙炔的值。若混合气为H2与C2H2，由C2H22H2C2H6，可知xL若混合气为H2与C2H4，由C2H4H2C2H6，可知xL所以x当x0.4时，即原混合气中C2H2、C2H4体积共为0.4 L，H2体积为0.6 L，通过化学方程式可知C2H20.2 L，C2H40.2 L。故H2、C2H2、C2H4体积比311(2) 根据混合气的密度可计算混合气的平
11、均摩尔质量，0.714 g/L22.4 L/mol16g/mol，反应后气体为氢气和乙烷。当x0.6时，则反应过程中气体体积缩小0.4 L，即参加反应的H2为0.4 L。用十字交叉法计算x中剩余H2的体积比：V(H2)V(C2 H6)0.3 L则原混合气中V(H2)0.7 LV(C2H2)0.1 L V(C2H4)0.2 LH2、C2H2、C2H4体积比7123答案:（1）0.013（2）1.0 催化剂（3） （4）吸热 温度升高时，平衡向右移动。解析:（1）1组与2组比较，温度相同，到达平衡的时间短，速率大，可能是加入了催化剂，平衡时A的浓度相同，故起始的浓度也相同C21.0 mol/L。（
12、3）三组，可以发现浓度都高于第一组，故 C31.0 mol/L，因此化学反应速率加快了。（4）第四组温度改变后，A的平衡浓度相对于第一组来说减小了，平衡向正反应方向移动了，正反应是吸热反应。4答案：（1）（2）NO （3）N2O 因为该反应放热反应，当温度升高后，则生成N2O。 （4） 和 2:3解析：首先分析图象，c点时，溶液中浓度最小，表明HNO3已全部耗完。和两段内均有气体放出，但两直线的斜率大小不同（与化学方程式中的系数相对应）。写出方程式：反应开始时段放出NO气体，随着反应过程的进行放出热量，体系温度升高且更稀，所以此后被还原的程度更深，故段放出的气体是N2O。反应结束时，溶液中的主
13、要阳离子是和。c、d两点投入的金属的物质的量之比为2:3。5答案：（2）（3）解析：当氨气不足量时，仅发生原题中所述反应，产物为氮气和氯化氢；如果氨气足量，他会与产物氯化氢反应生成氯化铵。2NH3+3Cl2=N2+6HClNH3+HCl=NH4Cl 8NH3+3Cl2=N2+6NH4Cl 计算：当y=A时，y=A（3-4x）=Ax=0.50进行计算并画出图象：6答案：（1）504 （2）2Na2CO3NaHCO32H2O（3）0W4.98 V(CO2)= 4.98W12.45 V(CO2)=22400(mL) 12.45W V(CO2)=0 解析：(1)比较组和组可判断组盐酸过量，样品和二氧化
14、碳的量成比例：即3.32/672=2.49/V(CO2)，V(CO2)=504 毫升。 (2)天然碱热分解得到0.005摩尔CO2和0.025摩尔水，说明含有碳酸氢钠0.01摩尔，根据天然碱和酸反应时得到CO2 0.03摩尔，说明含碳酸钠0.02摩尔。碳酸氢钠分解得到的水0.005摩尔，所以天然碱中含有0.02摩尔水。n(NaHCO3)=2n(CO2)=2 n(Na2CO3)= n(H2O)=0.02（mol） 天然碱组成：2Na2CO3NaHCO32H2O （3）0；= ； 加少量水；降温或加少量CH3COONa。解析：（1）等浓度的盐酸和醋酸，醋酸电离程度小，氢离子浓度小，速率小；等浓度等体积的盐酸和醋酸和等量镁反应时生成氢气量相等。（2）可以加水稀释，降低氢离子浓度，还可以加入少量醋酸钠固体，结合成醋酸分子减小氢离子浓度。