化学反应条件的控制（3份）

(共54张PPT)
课题3　反应条件对化学平衡的影响
学习目标
1.通过实验加深对可逆反应的了解和认识、加深对化学平衡移动的理解。
2.学习乙酸乙酯水解反应条件的控制。
3.用实验的方法了解和初步探究温度、浓度、压强等因素对化学平衡的影响。
课前自主学案
自主学习
一、实验原理
1．化学平衡状态
对于可逆反应，当正、逆反应速率_____时，反应物和生成物的浓度不再随时间而改变，反应达到平衡状态。化学平衡状态是一种_________。
相等
动态平衡
2．化学平衡移动
化学平衡是可逆反应体系中的一种特殊状态。反应物浓度、反应温度是影响化学平衡移动的主要因素。对反应前后气体体积发生变化的可逆反应而言，压强也能影响平衡的移动。总之，当外界条件如____、____、____等改变时，平衡就会发生移动，直到建立起新的平衡状态。当可逆反应达到平衡时，如果其他条件不变：
温度
浓度
压强
(1)增大反应物浓度或减小生成物浓度，都会使平衡向_______方向移动；反之，则向________方向移动。由此得出下面两点结论：①在可逆反应中，为了尽可能利用某一反应物，经常用过量的另一种物质和它作用；②不断将产物从反应体系中分离出来，则平衡将不断地向生成物的方向移动。
正反应
逆反应
(2)反应前后气态物质总物质的量发生变化的反应，在恒温下增大压强，会使平衡向气态物质物质的量______的方向移动。
(3)升高温度，平衡向_____反应方向移动；降低温度，平衡向_____反应方向移动。
(4)加催化剂只能缩短达到平衡的时间，并不能使平衡发生移动。
减小
吸热
放热
3．氯化钴溶液的变色原理
在氯化钴溶液中，四氯合钴(Ⅱ)离子与六水合钴(Ⅱ)离子间存在如下平衡：
[CoCl4]2－＋6H2O?? [Co(H2O)6]2＋＋4Cl－
　蓝色　　　　　　　　　粉红色
将溶液稀释时，平衡向_______方向移动，溶液的颜色由___色逐渐转变为_____色；加入能取代[Co(H2O)6]2＋中的水分子的物质(如_______、_______等)，会使上述平衡向_______方向移动，溶液逐渐转变为___色。
正反应
蓝
粉红
浓盐酸
氯化钙
逆反应
蓝
思考感悟
1．有人将棉球用氯化钴溶液浸泡后，悬挂在家中，粗略测估室内的空气湿度，原理是什么？
【提示】　氯化钴在溶液中存在下列平衡：[CoCl4]2－＋6H2O?? [Co(H2O)6]2＋＋4Cl－，其中[CoCl4]2－显蓝色，[Co(H2O)6]2＋显粉红色，随着空气中水分的不同，棉球会发生颜色的变化，由此估计空气的湿度。
酸或碱
水解
思考感悟
2．试分析常用热的纯碱液清洗餐具的原因是什么？
【提示】　加热条件下能够促进Na2CO3的水解，而Na2CO3水解成的NaOH能够促进油脂的水解，故常用热的纯碱液洗涤餐具上的油污。
二、实验步骤
1．氯化钴溶液颜色的变化
(1)观察稀释酸性CoCl2溶液时颜色的变化
在一支试管中加入约3 mL 0.5 mol·L－1CoCl2溶液，再慢慢滴加约6 mL浓盐酸，观察到溶液显蓝色的现象。将上述试管中的溶液一分为二，置于两支试管中，向一支试管中加入约3 mL蒸馏水，与另一支试管作对照，观察到的现象是加水后的溶液变_____色。
粉红
(2)观察稀释、加热CoCl2·6H2O乙醇溶液时颜色的变化
取一支试管，加入3 mL 95 %乙醇溶液和少量(2～3小粒)氯化钻晶体(COCl2·6H2O)，振荡使其溶解，再逐滴滴加蒸馏水，至溶液恰好呈粉红色，然后用酒精灯加热该试管片刻。观察到加热后，溶液颜色变___色的现象。
紫
2．乙酸乙酯水解条件的比较
(1)取三支试管，编为1、2、3号，分别注入4 mL蒸馏水、4 mL 2 mol·L－1H2SO4溶液、4 mL 4 mol·L－1NaOH溶液。在试管1、2中各滴加一些甲基橙指示剂，试管3中滴加一些石蕊溶液，使三支试管中溶液的颜色分别为__色、__色和__色。
(2)在三支试管中各加入2 mL乙酸乙酯，振荡后将三支试管同时插入_______ (约75 ℃)中，加热约5 min(加热过程中注意不要振荡)。观察现象，比较各试管中无色的乙酸乙酯层剩余体积的大小是____________。
橙
红
蓝
热水浴
1号>2号>3号
思考感悟
3．试解释乙酸乙酯的水解实验中要用“水浴”加热的原因。
【提示】　水浴加热的特点是：①受热均匀，②受热温度不超过100 ℃，易控制。乙酸乙酯的沸点低，易挥发，在实验中为了防止乙酸乙酯过度挥发而影响结果，故选用水浴加热的方法。
自主体验
解析：选B。盐酸中H＋结合碳酸钙中CO生成CO2气体，使碳酸钙的溶解平衡向溶解方向移动；B中反应前后气体分子数不变，缩小容积，反应速率增大，但平衡状态不变；Cl－浓度高有利于Cl2＋H2O?? H＋＋Cl－＋HClO平衡逆向移动，有利于氯气的溶解平衡逆向移动；溶解平衡CO2(g)?? CO2(aq)受体系压强和温度影响，打开冰镇啤酒瓶把啤酒倒入玻璃杯，由于压强减小、温度升高，平衡逆向移动，所以杯中立即泛起大量泡沫。
2．下图是表示2X(g)＋Y(s)?? Z(g)＋R(g)(正反应放热)的气体反应速率(v)与时间(t)的关系，t1时开始改变条件，则所改变的条件符合曲线的是(　　)
A．减少Z的物质的量　　 B．减小压强
C．升高温度 D．使用催化剂
解析：选D。因为速率同等倍数增大，说明改变的条件对正、逆反应速率的影响是相同的，所以选D项。
3．Fe(NO3)2溶液呈浅绿色，其中存在下列平衡：Fe2＋＋2H2O?? Fe(OH)2＋2H＋，往该溶液中逐滴加入盐酸，发生的变化是(　　)
A．平衡向逆反应方向移动
B．平衡向正反应方向移动
C．溶液颜色由黄色变为浅绿色
D．溶液颜色由浅绿色变为深绿色
解析：选A。根据勒夏特列原理判断平衡的移动，加入H＋后形成HNO3会将Fe2＋氧化成Fe3＋而使溶液变棕黄色且平衡逆向移动。
课堂互动讲练
化学平衡状态
1．化学平衡状态的建立
对于可逆反应，当正、逆反应速率相等时，反应物和生成物的浓度不再随时间而改变，反应达平衡状态。
2．化学平衡状态的特征
例1
【思路点拨】　解答本题应注意以下两点：
(1)实质：正、逆反应速率是否相等。
(2)特征：体系中各物质的含量是否保持不变。
【解析】　①与②是针对v(正)＝v(逆)，首先看方向是否为同向，如为同向则排除，②为同向排除。如为两个方向的再看量的关系是否正确，①为两个方向，且量的关系正确。③如果NO2为减少的量，NO和O2为增加的量，则为同向，也不正确。⑤当容器容积恒定时混合气体的密度为一定值，不能表明反应达平衡状态。⑥因为反应前后气体体积是变化的，当混合气体的平均相对分子质量不再改变时，反应也达平衡状态；④当反应前后气体颜色不同时，颜色不发生改变也达平衡状态。据此，逐项分析，可知①④⑥是平衡状态。
【答案】　①④⑥
变式训练1　哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得1918年诺贝尔化学奖。现向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2，在一定条件下使该反应发生。下列有关说法正确的是(　　)
A．达到化学平衡时，N2将完全转化为NH3
B．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等
C．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化
D．达到化学平衡时，正反应和逆反应的速率都为零
解析：选C。在密闭容器中进行的任何可逆反应不可能进行到底，因此，达到化学平衡时，氮气不可能完全转化为氨气，A错；当正反应速率和逆反应速率相等(不为零)时，反应达到平衡，此时，N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化，但不能认为N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等。
化学平衡移动
外界条件对化学平衡移动的影响(只改变一个条件)
例2
A．由图甲知，A点SO2的平衡浓度为0.4 mol·L－1
B．由图甲知，B点SO2、O2、SO3的平衡浓度之比为2∶1∶2
C．达平衡后，缩小容器容积，则反应速率变化图象可以用图乙表示
D．压强为0.50 MPa时不同温度下SO2转化率与温度关系如丙图，则T2>T1
【思路点拨】　解答本题时要注意以下三点：
(1)平衡时SO2的物质的量＝SO2的起始量×(1－α)
(2)增大浓度，正、逆反应速率都加快，但速率改变的程度有可能不同。
(3)升高温度，反应速率加快，能缩短达到平衡的时间。
【解析】　由图甲知，在A点SO2转化率是0.80，则平衡时SO2的物质的量为2 mol－(0.80×2 mol)＝0.4 mol，所以A点SO2的平衡浓度为0.04 mol·L－1，同理可以计算出B点SO2、O2、SO3的平衡浓度分别是0.03 mol·L－1、0.015 mol·L－1、0.17 mol·L－1，故A、B错；达平衡后，缩小容器容积，各成分的浓度增大，正、逆反应速率都加快，平衡正向移动，故C正确；丙是一定压强不同温度下的图象，当温度为T1时先达平衡，说明在条件T1下反应速率快，所以T1>T2，D错。
【答案】　C
【规律方法】　观察反应速率与时间的关系曲线：(1)若达新平衡时反应速率比原平衡的大，则改变的条件是增大物质的浓度或增大压强或升高温度或使用催化剂。(2)根据改变条件的瞬间v(正)与v(逆)的相对大小可判定平衡移动的方向，进而确定改变的条件是增大还是减小反应物(或生成物)的浓度；反应是吸热反应还是放热反应；反应方程式两边气体物质化学计量数和的大小关系；是否使用了催化剂。
变式训练2　确认能发生化学平衡移动的是(　　)
A．化学反应速率发生了改变
B．有气态物质参加的可逆反应达到平衡后，改变了压强
C．由于某一条件的改变，使平衡混合物中各组分的浓度发生了不同程度的改变
D．可逆反应达到平衡后，使用催化剂
解析：选C。对反应前后气体体积不变的可逆反应，若达到平衡改变压强，正、逆反应速率和各组分的浓度都会改变，但平衡不移动(等效平衡)，故A、B仍为平衡状态。但对气体体积改变的反应，平衡发生移动。催化剂可等倍数改变正、逆反应速率，平衡也不移动。而C项是各组分的浓度发生了不同程度的改变，不是同倍改变。故A、B、D不能确认为是平衡发生移动的标志。
平衡移动的几个应用
例3
实验步骤：
向试管中加入8 mL NaOH溶液，再加入2 mL乙酸乙酯，用直尺量出乙酸乙酯的高度。再把试管放入70 ℃的水浴中，每隔1 min将其取出，振荡，静置，立即测量并记录剩余酯层的高度，再迅速放回水浴中继续加热，如此反复进行。改变NaOH溶液的浓度，重复实验。
数据记录：
乙酸乙酯水解后剩余的高度/mm
组别 c(NaOH)/
mol·L－1 时间/min
0 1 2 3 4 5 6 7 8
1 0.5 10.0 9.0 8.0 7.5 7.0 6.5 6.5 6.5 6.5
2 1.0 10.0 8.5 7.0 6.0 5.0 4.5 4.5 4.5 4.5
3 2.0 10.0 8.0 6.0 4.5 3.0 2.0 1.5 1.5 1.5
回答下列问题：
(1)完成上述对比实验时，每组实验都必须控制不变的因素有____________、____________、____________、反应时间、试管规格、操作流程等；
(2)分析上述数据，得到乙酸乙酯水解速率的结论是：
①NaOH溶液浓度越大，水解速率越________；
②_______________________________________
_________________________________；
(3)结论②的理论解释是
________________________________________________________________________；
(4)欲使乙酸乙酯完全水解，可采取的措施是
________________________________________________________________________；
(5)有同学认为有必要用蒸馏水代替NaOH溶液重复实验，对上述数据进行修正，主要原因是__________________________________
______________________________________。
【解析】　本题的目的是研究催化剂对反应的作用而不是研究化学平衡问题。催化剂的作用和反应程度问题是两个问题，要区分开来。用蒸馏水重复实验的目的就是研究NaOH以外的因素会不会造成乙酸乙酯高度的变化，题目的设问角度是确定有必要做而问这样做的原因，所以显然要回答NaOH以外的因素是如何影响乙酸乙酯高度的，这样答题方向就找准了。
【答案】　(1)NaOH溶液的体积　乙酸乙酯的用量　反应温度
(2)①快　②乙酸乙酯水解速率先快后慢，一段时间后停止水解
(3)NaOH能与水解产物醋酸发生中和反应，随着反应的进行，NaOH浓度逐渐减小直到完全消耗，其催化作用也逐渐减弱直到没有催化作用
(4)增大NaOH溶液的浓度(或体积)
(5)乙酸乙酯水解过程中部分挥发
【规律方法】　本题考查实验方案的分析、评价和实验数据的处理，其核心思想还是实验条件的控制，要从方案的合理性、物质的成分、反应的外界条件、操作的流程、反应装置等各个角度分析可能对实验结果造成影响的因素，并对可能的影响因素进一步比较，分清哪些是主要的，哪些是次要的，哪些可以通过改进或辅助实验来消除的。
(2)将5滴2 mol/L H2SO4溶液加入上述(1)所得溶液中，描述其现象并阐述理由
________________________________________________________________________。
(3)在上述(2)所得溶液中，再滴入5滴2 mol/L H2SO4溶液，描述其现象并阐述理由
________________________________________________________________________。
探究整合应用
压强对化学平衡的影响
对于可逆反应：2NO2(红棕色) N2O4(无色)，改变压强时，平衡会发生移动。
平衡正向移动，则体系颜色变浅；平衡逆向移动，则体系颜色变深。
例
【答案】　(1)变浅　变深
(2)0.0767 mol/L　83.7%(共53张PPT)
课题2　催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响
学习目标
1.通过比较不同的催化剂对过氧化氢分解速率的影响的差异，从中认识到催化剂的种类、用量等的选择对实验效果的影响。
2.认识实验方法的选择及反应条件的控制在实验研究中的重要作用，加深对化学反应条件控制的重要性的认识。
3.尝试用比较法来寻找实验的最佳方案，通过实验提高处理实验数据和分析实验结果的能力。
自主学习
一、实验原理
1．催化剂的作用
在化工生产中，常常加入催化剂以促进化学反应的进行。例如，硫酸工业中，由二氧化硫制三氧化硫的反应常用五氧化二钒作催化剂；氮气与氢气合成氨的反应，使用的是以铁为主体的多成分催化剂；生物体内的化学反应也与催化剂有着密切的关系，生物体内的各种___具有催化活性，是生物催化剂。
酶
催化剂虽然在反应前后的_____和__________没有发生变化，但有些催化剂却参与了化学变化过程，在参与反应的过程中其化学性质和质量均发生改变，即反应过程中必定既包括有催化剂参与的反应，又包括使催化剂再生成的反应。例：氮的氧化物NO破坏臭氧层：NO＋O3===NO2＋O2，NO2＋O===NO＋O2，由此可见，某些催化剂参与化学反应的特点是“先消后生”。但仅仅是改变始态到终态的途径，不改变反应的结果。
质量
化学性质
因此，某一物质在化学反应中是否为催化剂应从两个方面判断：一看该物质是否改变了化学反应速率。二看反应前后该物质的质量和化学性质是否发生改变。
催化剂能增大化学反应速率，但是它不能改变反应进行的方向，也不能使那些不可能发生的化学反应得以发生。
2．催化剂与反应活化能
分子或离子间的碰撞是发生化学反应的先决条件，但不是每次碰撞都会引发反应。能够引起反应的分子(或离子)间的相互碰撞叫做_________，能够发生有效碰撞的分子叫做_________。活化分子具有较高的能量，因此活化分子所占分数的大小决定了反应速率的快慢。活化分子的平均能量与所有分子的平均能量的差称为________。
有效碰撞
活化分子
活化能
催化剂能使反应的活化能_____ (如图分别代表有、无催化剂时正反应的活化能)，使得具有平均能量的反应物分子只要吸收较少的能量就能变成活化分子，活化分子所占分数增大，可以成千上万倍地增大反应速率。如，二氧化硫氧化为三氧化硫，使用催化剂的速率是不使用催化剂的速率的一亿六千万倍。
降低
双氧水
金属氧化物
判断H2O2分解速率的大小，可以通过观察比较H2O2溶液中放出气泡的快慢程度，或测定单位时间内H2O2分解放出的O2的体积。
思考感悟
1．你认为保存H2O2时要注意些什么？
【提示】　双氧水稳定性较差、易分解，故应保存在棕色瓶或塑料容器中，且放置在阴凉处。另外，因工业品中含较多的金属离子杂质，应加入稳定剂来抑制其催化分解。
二、实验步骤
1.采用______、______等作H2O2
分解的催化剂。各物质的用量
以0.1 g左右为宜。
2. 实验装置可按右图组装。实验时，在50 mL量筒中盛满水，倒置于水槽中，通过分液漏斗把 5 mL 6% H2O2溶液加入锥形瓶中。记录各时间段收集到的氧气的体积。
3．可以自己选择并使用某些物质(如氧化铜、活性炭、氯化铜、猪肝、土豆等)作为催化剂进行实验，把实验结果记录下来。
MnO2
Fe2O3
思考感悟
2.在H2O2分解实验过程中是否可以使用任意质量和形状的催化剂？
【提示】　催化剂的用量以及颗粒直径大小均会影响H2O2分解的速率。所以实验过程中不能使用任意质量和形状的催化剂。
解析：选B。使用催化剂能改变化学反应速率，催化剂参与化学反应过程，在反应前后的化学性质和质量不发生改变。故A、C、D是正确的，即选B。
2．(2011年唐山高二检测)用铝粉和碘甲烷制取(CH3)3Al时，于100 ℃搅拌65 h，产率为0，若用超声波，则室温下反应2.5小时，产率为96%。有关叙述正确的是(　　)
A．超声波加快反应速率的作用小于搅拌
B．超声波使Al溶于CH3I中乳化成为胶体
C．超声波使化学反应物局部急剧升温
D．超声波使CH3I分解为碘和甲烷的速度加快
解析：选B。超声波作用于混合物中使铝粉与碘甲烷的接触面积增大，从而加快了化学反应速率。
3．工业合成氨反应中，使用催化剂和施以高压，下列叙述正确的是(　　)
A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响
B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间
C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有加压对化学平衡状态有影响
D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压强无此作用
解析：选C。对于合成氨反应N2(g)＋3H2(g) ??2NH3(g)，催化剂只能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，不能使化学平衡发生移动，高压能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，也能使化学平衡向生成氨的方向移动。
关于催化剂概念的理解
1．对于可逆反应，催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率。在一定条件下，正反应的优良催化剂必定是逆反应的优良催化剂。
2．使用催化剂只能改变反应途径，不能改变反应的始态和终态，故催化剂只能加快反应速率，缩短达到平衡的时间，而不能改变平衡状态，不能改变化学平衡常数，不能改变平衡转化率，反应的热效应也和催化剂的存在与否无关。
3．催化剂只能加速热力学上认为可以实现的反应，对于通过热力学计算不能发生的反应，催化剂不能使其发生；任何催化剂都不能改变反应发生的方向。
4．使用催化剂可以改变反应速率。“改变”包括加快和减慢，前者称之为正催化剂，后者称之为负催化剂。通常情况下，正催化剂用得较多，因此，若无特殊说明，都是指正催化剂。
5．催化剂的催化作用具有一定的选择性。某种催化剂对某一反应可能是活性很强的催化剂，但对其他反应就不一定有催化作用。没有万能的催化剂，催化剂只能在一定的条件下，催化某个或几个反应。
(2011年无锡高二检测)某化学实验小组欲制取氧化铜并证明氧化铜能加快氯酸钾的分解，进行了如下实验：
Ⅰ.制取氧化铜
①称取2 g CuSO4·5H2O在________(填仪器)中研细后倒入烧杯，加10 mL蒸馏水溶解。
②向上述CuSO4溶液中逐滴加入NaOH溶液，立即产生蓝色沉淀，继续滴加，直到不再产生沉淀，然后将所得混合物转移到________(填仪器)中，加热至沉淀全部变为黑色，停止加热。
例1
③将步骤②所得混合物过滤、洗涤、晾干后研细备用。
回答下列问题：
(1)完成上面的空白。
(2)上述实验步骤中需要使用玻璃棒的是________(填实验序号)。步骤③中洗涤沉淀的操作是____________________________________
_________________________________________
________________________________________________________________________。
Ⅱ.该小组同学从资料中得知氧化铜也能催化分解氯酸钾。他们为了比较氧化铜和二氧化锰的催化效果，设计用如图装置进行实验，实验时均以生成25 mL气体为准，其他可能影响实验的因素均已控制，相关数据见下表：
实验序号 KClO3质量 其他物质的质量 待测数据
④ 1.2 g 无其他物质
⑤ 1.2 g CuO 0.5 g
⑥ 1.2 g MnO2 0.5 g
回答下列问题：
(1)上述实验中的“待测数据”指________________________________________________________________________。
(2)若⑤⑥中待测数据分别为10和7(单位相同)，则________(填写化学式)催化效果好。
(3)为探究CuO在实验(5)中是否起催化作用，需补做如下实验(无需写出具体操作)：
a．________________________________________________________________________，
b．验证CuO的化学性质没有改变。
【解析】　本题是根据实验试题要求，对实验设计方案的考查。
Ⅰ.(1)①研钵；②蒸发溶液用蒸发皿；(2)玻璃棒的作用是：加速溶解；引流转移；过滤、洗涤时引流。
Ⅱ.根据题意，实验要得出结果，必须测定生成25 mL气体所用的时间来确定谁的催化效果好。根据测得的时间可得出MnO2的催化效果好。根据催化剂的特点，质量不变，化学性质不变，所以确定a.测定CuO的质量是否改变。
【答案】　Ⅰ.(1)研钵　蒸发皿　(2)①②③　沿玻璃棒向过滤器中的沉淀上加蒸馏水至刚好浸没沉淀，待溶液滤出后，重复该操作1～2次
Ⅱ.(1)生成25 mL气体所用的时间　(2)MnO2　(3)验证CuO的质量没有改变
变式训练1　下列说法正确的是(双选)(　　)
A．增大反应物浓度，可增大单位体积内活化分子的百分数，从而使有效碰撞次数增大
B．有气体参加的化学反应，若增大压强(即缩小反应容器的体积)，可增加活化分子的百分数，从而使反应速率增大
C．升高温度能使化学反应速率增大的主要原因是增加了反应物分子中活化分子的百分数
D．催化剂能增大单位体积内活化分子的百分数，从而成千成万倍地增大反应速率
解析：选CD。浓度和压强的变化改变单位体积内分子总数，活化分子的百分数不变，单位体积内活化分子的数目发生变化；温度、催化剂是改变活化分子的百分数，单位体积内分子总数不变。故应选CD。
H2O2分解实验注意事项
1．为了便于比较，实验时应在同一地点、使用同一装置完成。
2．实验装置中，分液漏斗可改用安全漏斗，以防在滴加双氧水时，由于反应较快，导致瓶内压强迅速增大而致使液体不能顺利滴下。
3．由于实验中使用H2O2仅为5 mL，催化剂也均称取0.1 g，故锥形瓶最好用容积较小的，如100 mL锥形瓶，以免引起误差过大，也便于催化剂和H2O2充分接触。
4．教材方案是记录单位时间产生的气体的量，可改为记录收集等量气体所需的时间。例如，不使用量筒，改为记录集满一试管气体所需的时间。
影响化学反应速率的客观因素有许多，如温度、浓度、催化剂、表面积等。因此探究客观条件与化学反应速率关系的实验设计及改进也就有许许多多。某同学设计如下实验证明MnO2在H2O2的分解反应过程中起催化作用。
例2
请结合所学知识回答下列问题：
(1)第④步操作后，可能会有什么现象？解释其原因。
________________________________________________________________________。
(2)为什么要将二氧化锰制成团状，且尽可能靠近瓶壁？
________________________________________________________________________。
(3)第③步操作有什么意义？能不能省略？
________________________________________________________________________。
(4)H2O2溶液用量太多或太少能不能达到实验目的？
________________________________________________________________________。
【解析】　本题主要利用喷泉实验的原理，使广口瓶内外形成较大的压强差。
【答案】　(1)广口瓶B中的水被压出，形成红色的喷泉。MnO2催化了H2O2的分解反应，产生大量O2，使装置内部气体压强增大，B中的水被压出
(2)避免MnO2与H2O2溶液接触
(3)起对照实验的作用，证明在H2O2的分解过程中MnO2的催化作用。不能省略
(4)H2O2用量太多，反应剧烈，产生大量气体，可能会把塞子冲出；H2O2用量太少，产生O2的量过少，装置内气体压强小，不能产生喷泉现象
变式训练2　某同学在做过氧化氢分解的实验时，不小心将过氧化氢溶液滴到地面的红砖上，发现有大量的气泡产生。聪明的她立即想到：红砖粉能不能作过氧化氢分解的催化剂呢？于是她立即查阅资料，设计实验方案进行探究。
[提出问题]　红砖粉能不能作过氧化氢分解的催化剂？
[猜想]　(1)红砖粉能够作过氧化氢分解的催化剂。
(2)红砖粉不能作过氧化氢分解的催化剂。
[证明猜想]　(1)该同学直接将带火星的木条伸入装有过氧化氢溶液的试管中，发现木条不复燃，说明_________________________________
_______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)她将装有过氧化氢溶液的试管微微加热，发现有________产生，再将带火星的木条伸入试管，发现木条复燃，说明
________________________________________________________________________。
(3)她在装有过氧化氢溶液的试管中加入少量的红砖粉，再将带火星的木条伸入试管中，可观察到____________________________，说明__________________________________。
于是该同学得出：红砖粉是过氧化氢分解的催化剂。你认为通过上述实验能否得出以上结论？________(填“能”或“不能”)，若不能，还需进行的实验是______________________________
________________________________________。
解析：在该同学的探究方案中，其证明猜想的三个步骤仅仅是对红砖粉是否加快过氧化氢溶液分解速率进行了探究，不难发现红砖粉的确改变了过氧化氢溶液的分解速率，红砖粉使过氧化氢溶液在常温下就能迅速分解，产生氧气。但是，该同学的整个实验设计方案中，没有涉及红砖粉在化学反应前后其质量和化学性质是否改变的探究过程。
所以，通过上述实验不能得出“红砖粉是过氧化氢分解的催化剂”的结论，那么还需补充以下两个探究步骤：①探究红砖粉在过氧化氢溶液分解前后其质量是否发生改变；②探究红砖粉在过氧化氢溶液分解前后其化学性质是否发生改变。
答案：(1)H2O2常温下不易分解
(2)气泡　H2O2受热发生分解
(3)有大量气泡产生且木条复燃　红砖粉使H2O2溶液在常温下就能迅速分解，产生氧气　不能　①测量红砖粉在过氧化氢溶液分解前后质量是否发生改变，②检测红砖粉在过氧化氢溶液分解前后化学性质是否发生改变
过氧化氢酶的催化作用
酶是一种生物催化剂，具有一般催化剂的通性，也有其自身的特性，如具有高效性、专一性。酶的催化活性受酸、碱、温度等条件的影响，还受一些药物、毒物、辅助因子、辅基等的影响。
某学生为了研究MnO2催化H2O2的分解设计了如下装置，回答下列问题。
例1
(1)分液漏斗中盛有液体，打开分液漏斗的活塞时液体H2O2不能流下，可能的原因有________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)该同学发现，小试管中的液体几乎无明显的实验现象，锥形瓶中的溶液产生大量气泡。但反应一段时间后，锥形瓶内溶液产生气体的速率逐渐变慢，原因可能是什么？如何设计实验证明？
假设一：________________________________
________________________________________，
实验操作和结论：__________________________
__________________________________________；
假设二：________________________________
________________________________________，
实验操作和结论：________________________________________________________________________。
(3)现有切成片状的新鲜土豆和煮熟的土豆，证明新鲜土豆也能催化H2O2分解(已知新鲜土豆中含有过氧化氢酶)的实验方法是________________________________________________________________________。
【解析】　本题考查MnO2催化H2O2分解的问题，实验装置和设问的角度都很新颖。(1)是学生使用分液漏斗经常出现的问题，可能的原因有：漏斗上口的塞子没有打开或漏斗塞子上的凹槽与颈部的通气孔未对准。(2)锥形瓶内H2O2的分解速率变小，只能是H2O2或MnO2的原因。可能的原因：一是H2O2的浓度变稀致使产生气泡的速率减小，实验操作是向锥形瓶中添加H2O2溶液，若反应速率增大，则假设成立。
二是部分MnO2的催化活性降低或丧失，实验操作是向锥形瓶中再加入MnO2粉末，若反应速率增大，则假设成立。(3)将片状的新鲜土豆和煮熟的土豆同时放入H2O2溶液中，新鲜土豆片表面产生大量气泡，而煮熟土豆片表面无明显现象(过氧化氢酶在高温下已变性，失去催化活性)，即可证明。
【答案】　(1)漏斗上口的塞子没有打开或漏斗塞子的凹槽与颈部的通气孔未对准
(2)H2O2的浓度变稀致使产生气泡变慢　向锥形瓶中添加H2O2溶液，若反应速率增大，则假设成立　部分MnO2的催化活性降低或丧失　向锥形瓶中再加入MnO2粉末，若反应速率增大，则假设成立
(3)将片状的新鲜土豆和煮熟的土豆同时放入H2O2溶液中，新鲜土豆片表面产生大量气泡，而煮熟土豆片表面无明显现象，即可证明(共47张PPT)
课题1　硫代硫酸钠与酸反应速率的影响因素
学习目标
1.掌握硫代硫酸钠和强酸反应的离子方程式和实验过程中产生的现象。
2.学会用对比的实验方法探究硫代硫酸钠与酸反应速率的影响因素；了解并认识温度、浓度、pH等因素对化学反应的影响程度及某些规律。
3.体验观察和分析实验现象在化学实验研究中的重要作用，能分析影响一个具体的化学反应的因素，并能设计简单的实验加以证实。
课前自主学案
自主学习
一、实验原理
1．化学反应速率
(1)化学反应速率的概念
化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量。
mol ·L－1
mol·L－1·s－1
一般来说化学反应在反应过程中都不是等速进行的，当其他条件不变时，随着反应的进行，反应物浓度不断减小，对应反应物的反应速率每一瞬间都在_____，因此某一段时间内的反应速率实际上是这一段时间内的_____反应速率。
_________________是影响化学反应速率的决定性因素，因此不同的化学反应，具有不同的反应速率，但由于受其他因素的影响，同一个化学反应在不同的外界条件下可能会有不同的化学反应速率。影响化学反应速率的外界条件有____、_____、_______等。
减小
平均
反应物本身的性质
浓度
温度
催化剂
浑浊
快
为了比较溶液中出现浑浊的快慢，可以先在一张白纸上用黑色笔在合适的位置画上粗细、深浅一致的“十”字，衬在反应容器(锥形瓶)的底部。实验以Na2S2O3和H2SO4两溶液相混合时开始计时，到溶液出现的浑浊将锥形瓶底部的“十”字完全遮盖时结束。通过比较反应所需的时间，可以判断反应速率的大小。
思考感悟
在一定温度下，某浓度的Na2S2O3溶液与一定量的稀硫酸反应，其反应速率自始至终都保持不变吗？为什么？
【提示】　不是，该反应速率时刻在变化。因为当其他条件不变时，随着反应的进行，反应物的浓度不断减小，对应反应物的反应速率在每一时刻也都在减小。
二、实验步骤
1．探究浓度对反应速率的影响
取两个50 mL锥形瓶，编为1、2号。向1号锥形瓶中加入10 mL 0.1 mol·L－1Na2S2O3溶液，向2号锥形瓶中加入5 mL 0.1 mol·L－1Na2S2O3溶液和_____蒸馏水。
另取两支试管，各加入10 mL 0.1 mol·L－1硫酸溶液，然后同时将硫酸溶液分别倒入1、2号锥形瓶中，记录反应所需的时间。
5 mL
2．探究温度对反应速率的影响
取一个50 mL锥形瓶，编为3号，向其中加入10 mL 0.1 mol·L－1Na2S2O3溶液，向另一支试管中加入10 mL 0.1 mol·L－1H2SO4溶液，同时放入盛有_____的烧杯中，片刻后将锥形瓶和试管取出，将H2SO4溶液加到Na2S2O3溶液中，记录溶液的温度和反应所需的时间。
热水
自主体验
1．(2011年宁波高二检测)检查钢质设备完好性的方法之一是在被怀疑有裂纹处涂上10%的盐酸，过一段时间，如观察到有粗线裂纹，表明该部分原先确有裂纹，产生粗线裂纹的原因是(　　)
A．裂纹处尘埃多，起催化作用
B．裂纹里面含水分
C．裂纹处铁的表面积大，反应快
D．原裂纹处的Fe2O3与盐酸反应，生成可溶的FeCl3
解析：选D。有粗线裂纹出现，表明该处的反应比其他地方快，即该处应有不同于Fe的性质的物质存在，该物质只能是Fe2O3或Fe(OH)3等碱性物质，故应选D。
2．在下列过程中，需要加快化学反应速率的是(　　)
A．钢铁腐蚀　　　　　 B．食物腐烂
C．工业炼钢 D．塑料老化
解析：选C。改变化学反应速率在实践中有很重要的意 义，在实际生产和生活中，有的需要加快某些生产过程， 如加快炼钢过程，加速合成树脂等，有的需要减慢某些反应速率，如钢铁生锈、塑料和橡胶的老化等。
3．下列不同条件下的化学反应A＋B===C＋D，反应速率由大到小的顺序正确的一组是(　　)
①常温下20 mL含A和B各0.001 mol的溶液；②常温下100 mL含A和B各0.01 mol的溶液；③常温下0.05 mol·L－1A和B溶液各10 mL，加到20 mL蒸馏水中；④常温下80 mL含A 0.01 mol的溶液和20 mL含B 0.005 mol的溶液。(注：不考虑液体混合时的体积变化)
A．①②③④ B．④③②①
C．②④①③ D．②①④③
解析：选C。根据题意可知，其他条件相同，只有A、B的浓度不同。根据浓度对反应速率的影响，浓度越大，反应速率越快。将题目给出的A、B不同的量转化为物质的量浓度进行比较。①中A、B物质的量浓度均为0.05 mol·L－1；②中A、B物质的量浓度均为0.1 mol·L－1；③中A、B物质的量浓度均为0.0125 mol·L－1；④中A物质的量浓度为0.1 mol·L－1，B物质的量浓度为0.05 mol·L－1；即浓度大小顺序为②>④>①>③。
课堂互动讲练
硫代硫酸钠与酸的反应
因此，可以通过控制Na2S2O3溶液和H2SO4溶液的浓度、反应的温度来研究反应速率和这些因素的关系。
(2011年龙岩高二检测)为验证浓度对化学反应速率的影响，使用Na2S2O3和盐酸反应，通过观察产生浑浊的快慢来判断其反应速率的大小，反应原理为Na2S2O3＋2HCl===2NaCl＋S↓＋SO2↑＋H2O。
一同学在下午的活动课中，配制0.2 mol/L的盐酸置于大烧杯中，并取了3 mL 0.1 mol/L Na2S2O3溶液与3 mL该盐酸反应，产生明显的浑浊约需时间t s。由于时间另有安排，停止了实验。第二天又用了3 mL 0.2 mol/L Na2S2O3溶液与3 mL原盐酸反应，产生明显浑浊也需时间t s左右。于是他得出结论：浓度对该反应速率的影响不大。
例1
(1)请你评价该同学的这次实验________。
A．所得结论是可靠的
B．所得结论是不可靠的
C．其结论基本正确，但是有疑点
D．可能正确，也可能不正确
(2)一般说来，对比实验应控制相同的实验条件，具有良好的再现性。
①请你评价该同学的实验控制条件：
________________________________________________________________________。
②请你评价他的实验现象的对比方法：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)若他的对比方法不好，请你给出合理的对比方法(若他的对比方法可行，此问可不答)。
【解析】　当验证某一条件对化学反应速率的影响时，应在其他条件不变的情况下进行。该同学的实验中存在许多问题：
①将配制好的0.2 mol/L的盐酸在大烧杯中放置了较长的时间，其浓度会发生变化。
②两次对比实验分别在两天进行，这样，外界条件可能不同(如温度)。
③实验时，对实验现象的观察，没有明确的对比标准，“明显浑浊”缺乏标准，无法保证两天的实验标准基本一致，故该同学得出的结论是不可靠的。由于上述原因，显然该同学的控制条件是不好的。
【答案】　(1)B
(2)①该同学的实验控制条件是不好的　②其实验现象的对比方法中，“明显浑浊”缺乏统一标准，不能进行严密对比
(3)在对两次实验进行对比时，可在进行实验的两支试管的侧面或两个烧杯的底部贴上同一大小标准的“十”字，并分别记下“十”字看不见时所需的时间。
变式训练1　结合以下表中信息，回答有关问题。
组号 反应温度(℃) 参加反应的物质
Na2S2O3 H2SO4 H2O
V/mL c/mol·L－1 V/mL c/mol·L－1 V/mL
A 10 5 0.1 5 0.1 5
B 10 5 0.1 5 0.1 10
C 30 5 0.1 5 0.1 10
D 30 5 0.2 5 0.2 10
(1)实验比较法是人们研究各类问题常用的方法，但在比较某一因素对实验产生的影响时，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。上述表中可以比较的组合有________________________________________
________________________________。
(2)上述反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(3)上述反应速率最快的是________，最慢的是______。
(4)判断上述反应速率快慢的实验现象可以是
________________________________________________________________________。
解析：实验比较法在比较某一因素对实验产生的影响时，必须是在其它条件不变的情况下进行，不难看出A和B、B和C、C和D符合。
如何设计“反应速率的影响因素”实验
1．“反应速率的影响因素”实验设计的思路
(1)分析可能影响化学反应快慢的因素，明确实验目的；
(2)从所给试剂分析能发生哪些化学反应；
(3)分析所给物质的浓度、状态等的不同，分别设计对比实验。
(5)铁片分别与同浓度的盐酸在常温和加热条件下的实验―→探讨反应温度对反应速率的影响
(6)3%过氧化氢溶液在加入氯化铁溶液或二氧化锰条件下的分解实验―→探讨催化剂对反应速率的影响
(7)块状碳酸钙、碳酸钙粉末分别与同浓度的盐酸反应的实验―→探讨固体反应物的表面积对反应速率的影响
下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据：
例2
实验序号 金属质量/g 金属状态 c(H2SO4) /mol·L－1 V(H2SO4) /mL 溶液温度/℃ 金属消失的时间/s
反应前 反应后
1 0.10 丝 0.5 50 20 34 500
2 0.10 粉末 0.5 50 20 35 50
3 0.10 丝 0.7 50 20 36 250
4 0.10 丝 0.8 50 20 35 200
5 0.10 粉末 0.8 50 20 36 25
6 0.10 丝 1.0 50 20 35 125
7 0.10 丝 1.0 50 35 50 50
8 0.10 丝 1.1 50 20 34 100
9 0.10 丝 1.1 50 20 44 40
分析上述数据，回答下列问题：
(1)实验4和5表明，______________对反应速率有影响，______________，反应速率越快，能表明同一规律的实验还有________(填实验序号)。
(2)仅表明反应物浓度对反应速率产生影响的实验有______________(填实验序号)。
(3)本实验中影响反应速率的其他因素还有________，其实验序号是________。
(4)实验中的所有反应，反应前后溶液的温度变化值(约15 ℃)相近，推测其原因：________________________________________________________________________。
【解析】　比较表中实验1和2、实验4和5，其他条件都一样，只是金属状态由丝变成了粉末，金属消失的时间就少了很多，反应速率变快很多，也就是说明金属固体的表面积越大，反应速率就越快。同理，比较表中各项数据进行分析不难得出正确答案。
【答案】　(1)固体反应物的表面积　表面积越大　1和2
(2)3和4
(3)反应前溶液温度　6和7
(4)一定量的金属跟足量的硫酸反应放出的热量相同
【规律方法】　设计实验研究影响化学反应速率的因素的核心思路是：只改变一种条件，控制其他条件不变，观察实验结果，从而得出该条件对结果的影响。这种思路反映的是变量控制的思想。本题考查了通过处理实验数据研究化学反应速率的影响因素。
变式训练2　某探究小组同学用金属铝分别与稀盐酸和稀硫酸反应的方法研究金属与不同酸反应的差异及影响反应速率的因素。
实验药品：2.0 mol/L盐酸、4.0 mol/L盐酸、2.0 mol/L硫酸、4.0 mol/L硫酸，相同大小的铝片和铝粉(金属表面氧化膜都已除去)；每次实验各种酸的用量均为50.0 mL，金属用量均为9.0 g。
甲同学用铝片分别和稀盐酸、稀硫酸反应，实验及其现象如下：
反应进程(min) 1 2 5 15 20
4.0 mol/L盐酸 少量气泡 较多气泡 大量气泡 反应剧烈 铝片耗尽
2.0 mol/L硫酸 无明显现象 极少量气泡 少量气泡
4.0 mol/L硫酸 无明显现象 少量气泡 有比较连续的气泡
请回答：
(1)写出铝与盐酸反应的离子方程式______________。
(2)反应1 min～15 min内，铝与盐酸的反应速率逐渐加快，其原因是________________________________________________________________________。
(3)根据以上探究“铝与稀盐酸和稀硫酸反应差异的原因”，你能对问题原因作出哪些假设或猜想(列出一种即可)_________________
___________________________。
(4)乙同学设计了如下影响反应速率因素的实验。请你根据实验目的帮助该同学完成以下实验设计表。
实验编号 温度 金属铝形态 盐酸浓度/mol·L－1
① 25 ℃ 铝片 4.0
②
③
④
实验编号 温度 金属铝形态 盐酸浓度/mol·L－1
① 25 ℃ 铝片 4.0
② 25 ℃ 铝片 2.0
③ 50 ℃ 铝片 4.0
④ 25 ℃ 铝粉 4.0
说明：实验③的温度只要与实验①不同且有较大差距即可。
探究整合应用
亚甲基蓝在碱性条件下与葡萄糖作用生成亚甲基白。亚甲基蓝的结构简式如下：
例
著名的蓝瓶子实验操作步骤如下 ：
①如图示在250 mL锥形瓶中，依次加入2 g NaOH，100 mL H2O,3 g C6H12O6(葡萄糖)，搅拌溶解后，再加入3～5滴0.2 %的亚甲基蓝溶液，振荡混合液呈蓝色。
②关闭活塞a、b，塞紧橡皮塞，将溶液静置，溶液变为无色。
③再打开瓶塞，振荡，溶液又变为蓝色。
④关闭活塞a、b，再塞紧橡皮塞，将溶液静置，溶液又变为无色。
以上③、④可重复多次。
试回答：
(1)某学生将起初配得的蓝色溶液分装在A、B两支试管中(如上图，A试管充满溶液，B中有少量溶液)，塞上橡皮塞静置片刻，两溶液均显无色。若再同时振荡A、B试管，能显蓝色的是________(填“A”或“B”)。
(2)若塞紧锥形瓶塞并打开活塞a、b，通入足量氢气后，再关闭活塞a、b并振荡，溶液能否由无色变为蓝色________；若塞紧锥形瓶塞并打开活塞a、b，通入足量氧气，溶液能否由无色变为蓝色________。(填“能”或“不能”)
(3)该实验中，影响溶液颜色互变快慢的主要因素有________________________________________。
(4)从上述变化的总结果看，葡萄糖的作用是________，亚甲基蓝的作用是________。
(5)上述实验中葡萄糖也可用鲜橙汁代替，因为其中含丰富维生素C，可推测维生素C具有________性。
(6)该实验中③、④操作能否无限次重复进行______(填“能”或“不能”)，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【解析】　由反应原理可知，影响“蓝瓶子”实验的因素有：溶液碱性的强弱，葡萄糖的加入量，溶液的温度等。对照分析不难得出答案。
【答案】　(1)B
(2)不能　能
(3)振荡的剧烈程度(或溶解氧气的浓度)
(4)还原剂　催化剂(或催化剂兼作指示剂)　
(5)还原
(6)不能　一段时间后葡萄糖全部转化为其他物质(注：一段时间后葡萄糖在NaOH作用下发生异构化、分解及聚合，当溶液呈棕色时反应不再进行下去)