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]知识内容考试要求(1)硫代硫酸钠和强酸反应的原理及实验现象b(2)浓度、温度对硫代硫酸钠与酸反应速率的影响c(3)不同的催化剂对同一反应的催化效果c(4)变量控制在实验研究中的应用c(5)氯化钴溶液的变色原理b(6)浓度、温度变化对氯化钴溶液平衡体系的影响b(7)不同条件下(酸、碱性)乙酸乙酯水解的速率和程度b 　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NH2．(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： 试管1号2号实验现象(褪色时间)H2C2O4褪色很快(4秒)H2C2O4褪色很慢(31秒)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)。　实验编号初始pH废水样品体积/mL草酸溶液体积/mL蒸馏水体积/mL①4601030②5601030③560  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。 草酸溶液体积/mL蒸馏水体积/mL2020或15或25或25或15a(0<a<40，且a≠10)40－a答案： 草酸溶液体积/mL蒸馏水体积/mL2020(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。编号反应物催化剂①10 mL 2%H2O2溶液无②10 mL 5%H2O2溶液无③10 mL 5%H2O2溶液1 mL 0.1 mol·L－1FeCl3溶液④10 mL 5%H2O2溶液＋少量HCl溶液1 mL 0.1 mol·L－1FeCl3溶液⑤10 mL 5%H2O2溶液＋少量NaOH溶液1 mL 0.1 mol·L－1FeCl3溶液(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(　　) 选项实验内容实验目的A向FeCl2溶液中加入几滴KSCN溶液，观察溶液颜色检验FeCl2溶液是否已变质B将Cl2通入NaBr溶液中比较氯气与溴的氧化性强弱C用冰水冷却铜与浓硝酸反应生成的气体研究温度对化学平衡的影响D直接将CuCl2溶液加热蒸干、灼烧制取无水CuCl2固体 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－1D．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(　　) 选项①②③实验结论A浓盐酸MnO2NaBr溶液氧化性：Cl2>Br2B浓氨水碱石灰AgNO3溶液AgOH具有两性C浓硫酸Na2SO3FeCl3溶液SO2具有还原性D稀盐酸Na2CO3Na2SiO3非金属性：Cl>C>Si 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(　　) 选项实验内容结论A某物质的水溶液能使红色石蕊试纸变蓝该物质一定是氨气B某气体能使湿润的淀粉KI试纸变蓝该气体一定是氧化性气体　　　　　C苯与溴水混合，溴水褪色苯中含碳碳双键D某物质燃烧后的产物既能使白色硫酸铜粉末变蓝，又能使澄清的石灰水变浑浊该物质一定是碳氢化合物 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＝3.0b．10 ℃、pH＝4.0c．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、c11．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