高考化学提升突破专题十一 控制变量探究影响化学反应速率的因素含答案.docx
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高考化学提升突破专题十一控制变量探究影响化学反应速率的因素含答案
专题11控制变量探究影响化学反应速率的因素
——培养科学探究与创新意识
2017版《课程标准》对“影响化学反应速率因素”教学的核心功能与价值的定位是：
引导学生形成对控制变量法的认识、初步学会运用控制变量法研究化学反应，构建出“反应规律的探究实验”的认识模型，形成并发展变量控制的实验思想，发展学生演绎推理、系统假设等思维能力，培养学生科学探究精神和创新意识。
1．【2018·浙江高考真题】某工业流程中，进入反应塔的混合气体中NO和O2的物质的量分数分别为0.10
和0.06，发生化学反应
，在其他条件相同时，测得实验数据如下表：
压强/（×105Pa）
温度/℃
NO达到所列转化率需要时间/s
50%
90%
98%
1.0
30
12
250
2830
90
25
510
5760
8.0
30
0.2
3.9
36
90
0.6
7.9
74
根据表中数据，下列说法正确的是
A．升高温度，反应速率加快
B．增大压强，反应速率变慢
C．在1.0×105Pa、90℃条件下，当转化率为98%时的反应已达到平衡
D．若进入反应塔的混合气体为amol，反应速率以v=Δn/Δt表示，则在8.0×105Pa、30℃条件下转化率从50%增至90%时段NO的反应速率为4a/370mol/s
【答案】D
【解析】A、相同压强时，温度高时达到相同转化率需要的时间多，升高温度，反应速率越小，错误；B、
相同温度，压强高时达到相同转化率需要的时间少，增大压强，反应速率变快，错误；C、在此条件下，当
转化率为98%时需要的时间较长，不确定反应是否达到了平衡，错误；D、在amol混合气体进入反应塔，
题目所示的外界环境下，NO的反应速率为v=∆n/∆t=
=
mol/s，正确。
【素养解读】本题以真实生产工艺流程中温度和压强对化学反应速率的影响为线索，考查了学生对温度和
压强对瞬时反应速率的影响规律的认识情况、对可逆反应是否达到化学平衡状态的理解程度、对一定条件
下某物质在一段时间内表示的平均反应速率计算式的理解程度，体现了运用实验事实、数据等证据素材，
学习运用变量控制方法从定性和定量两个视角研究温度、压强对化学反应速率的影响。
2．【2019·高考全国卷Ⅰ】水煤气变换[CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）]是重要的化工过程，主要用于合成氨、
制氢以及合成气加工等工业领域中。
Shoichi研究了467℃、489℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化
关系（如下图所示），催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的
和
相等、
和
相等。
计算曲线a的反应在30~90min内的平均速率
（a）=___________kPa·min−1。
467℃时
和
随时间变化关系的曲线分别是___________、___________。
489℃时
和
随时间变化关系的曲线分别是___________、___________。
【答案】0.0047bcad
【解析】由图可知，30~90min内a曲线对应物质的分压变化量Δp=（4.08-3.80）kPa=0.28kPa，故曲线a的反应在30~90min内的平均速率
（a）=
=0.0047kPa·min−1；由
（2）中分析得出H2的物质的量分数介于0.25~0.5，CO的物质的量分数介于0~0.25，即H2的分压始终高于CO的分压，据此可将图分成两部分：
由此可知，a、b表示的是H2的分压，c、d表示的是CO的分压，该反应为放热反应，故升高温度，平衡逆向移动，CO分压增加，H2分压降低，故467℃时PH2和PCO随时间变化关系的曲线分别是b、c；489℃时PH2和PCO随时间变化关系的曲线分别是a、d。
【素养解读】本题以真实科学研究成果情境中化学反应速率及其影响因素为载体，考查学生依据实验图像
及其数据等信息的接受、吸收和整合能力，以及平均反应速率计算、温度对水煤气变换反应速率和化学平
衡移动的影响规律等问题的分析与解决能力，认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科
学研究中的重要作用。
在研究影响化学反应速率的因素时，由于外界影响因素较多，故为搞清某个因素的影响均需控制其他因素相同或不变，再进行实验。
因此，常用控制变量思想解决该类问题。
1.常见考查形式
（1）以表格的形式给出多组实验数据，让学生找出每组数据的变化对化学反应速率的影响。
（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化学反应速率的影响。
2.解题策略
（1）确定变量
解答这类题目时首先要认真审题，理清影响实验探究结果的因素有哪些。
（2）定多变一
在探究时，应该先确定其他的因素不变，只变化一种因素，看这种因素与探究的问题存在怎样的关系；这样确定一种以后，再确定另一种，通过分析每种因素与所探究问题之间的关系，得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。
（3）数据有效
解答时注意选择数据（或设置实验）要有效，且变量统一，否则无法作出正确判断。
角度1探究浓度对反应速率的影响
1．【2014·广东高考真题】H2O2是一种绿色氧化还原试剂，在化学研究中应用广泛。
（1）某小组拟在同浓度Fe3+的催化下，探究H2O2浓度对H2O2分解反应速率的影响。
限选试剂与仪器：
30%
H2O2、0.1mol∙L-1Fe2（SO4）3、蒸馏水、锥形瓶、双孔塞、水槽、胶管、玻璃导管、量筒、秒表、恒温水浴槽、
注射器
①写出本实验H2O2分解反应方程式并标明电子转移的方向和数目：
____________
②设计实验方案：
在不同H2O2浓度下，测定____________________________________（要求所测得的数据能直接体现反应速率大小）。
③设计实验装置，完成下图的装置示意图。
④参照下表格式，拟定实验表格，完整体现实验方案（列出所选试剂体积、需记录的待测物理量和所拟定的数据；数据用字母表示）。
物理量
实验序号
V[0.1mol/LFe2（SO4）3]/mL
……
1
a
……
2
a
……
【答案】
（1）①
②生成相同体积的氧气所需的时间
③
④测定反应时间
H2O2的体积（mL）
0.1mol∙L-1Fe2（SO4）3的体积（mL）
加入蒸馏水的体积（mL）
生成O2的体积（mL）
反应时间（min）
实验1
b
a
c
d
实验2
c
a
b
d
角度2探究溶液酸碱性对反应速率的影响
某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。
光照下，草酸（H2C2O4）能将其中的Cr2O72–转化为Cr3+，草酸被氧化成CO2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：
（1）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）。
①和②溶液中的Cr2O72–浓度随时间变化关系如图所示。
（2）上述反应中参加反应的Cr2O72–与草酸的物质的量之比为_____________。
（3）实验①和②的结果表明______________________________________；实验①中0～t1时间段反应速率
v（Cr3+）＝__________________________________（用代数式表示）。
（4）该课题组对铁明矾[Al2Fe（SO4）4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：
假设一：
Fe2+起催化作用；
假设二：
____________________________；
假设三：
____________________________；
（5
）请你设计实验验证上述假设一，完成下表中内容。
[除了上述实验提供的试剂外，可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2（SO4）3·24H2O、Al2（SO4）3等。
溶液中Cr2O72–的浓度可用仪器测定。
]
实验方案（不要求写具体操作过程）
预期实验结果和结论
【答案】
（1）20
（2）1︰3（3）溶液pH对该反应的速率有影响（或溶液pH越小，反应速率越大）；
mol·L–1·min–1
（4）Al3＋起催化作用，SO42–起催化作用（调换顺序亦可）（5）
实验方案（不要求写具体操作过程）
预期实验结果和结论
用等物质的量的K2SO4·Al2（SO4）3·24H2O代替实验①中的铁明矾，控制其他条件与实验①相同，进行对比实验
反应进行相同时间后，若溶液中c（Cr2O72–）大于实验①中的c（Cr2O72–）则假设一成立，若两溶液中的c（Cr2O72–）相同，则假设一不成立（2分
）
【解析】
（1）①②中pH不同，是探究pH对速率的影响；则②③是探究不同浓度时草酸对速率的影响，由
于总体积是100mL，所以草酸溶液的体积为20mL。
（2）反应中Cr元素的化合价从＋6价降低到＋3价，得到3个电子，草酸中碳元素的化合价从＋3价升高
到＋4价，失去1个电子，则根据得失电子守恒可知上述反应中参加反应的Cr2O72-与草酸的物质的量之比
为1：
3；
（3）由实验①②表明溶液pH越小，反应的速率越快，所以溶液pH对该反应的速率有影响；根据图像以
及Cr原子守恒可知实验①中0～t1时间段反应速率v（Cr3＋）＝
mol·L－1·min－1；
（4）根据铁明矾[Al2Fe（SO4）4•24H2O]组成分析，Al3+起催化作用；SO42-也可能催化作用；
（5）要证明Fe2+起催化作用，需做对比实验，再做没有Fe2+存在时的实验，所以要选K2SO4•Al2（SO4）3•24H2O；
用等物质的量K2SO4•Al2（SO4）3•24H2O代替实验①中的铁明矾，控制其他反应条件与实验①相同，进行
对比实验，反应进行相同时间后，若溶液中c（Cr2O72-）大于实验①中c（Cr2O72-），则假设一成立；若两溶
液中的c（Cr2O72-）相同，则假设一不成立。
【考点定位】本题主要是考查探究影响化学反应速率的因素
【素养解读】掌握控制变量法探究影响化学反应速率的因素是解答的关键，由于影响化学反应速率的因素
有多种，在探究相关规律时，需要控制其他条件不变，只改变某一个条件，探究这一条件对反应速率的影
响。
变量探究实验因为能够考查学生对于图表的观察、分析以及处理实验数据归纳得出合理结论的能力，
因而在这几年高考试题中有所考查。
解答此类题时，要认真审题，清楚实验目的，弄清要探究的外界条件
有哪些。
然后分析题给图表，确定一个变化的量，弄清在其他几个量不变的情况下，这个变化量对实验结
果的影响，进而总结出规律。
然后再确定另一个变量，重新进行相关分析。
但在分析相关数据时，要注意
题给数据的有效性。
角度3探究温度及催化剂对反应速率的影响
利用催化剂可使NO和CO发生反应：
2NO（g）+2C0（g）
2CO2（g）+N2（g）△H<0。
已知增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率。
为了分别验证温度、催化剂的比表面积对化学反应速率
的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。
（1）请填全表中的各空格；
（2）实验I中，NO的物质的量浓度（c）随时问（t）的变化如下图所示。
请在给出的坐标图中画出实验Ⅱ、III中NO的物质的量浓度（c）随时间（t）变化的曲线，并标明各曲线的实验编号。
【答案】
【解析】验证温度对化学反应速率的影响规律时，要确保其他条件相同而只有温度不同的情况下比较。
验
证催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律时，要确保其他条件相同而只有催化剂的比表面积不同的
情况下比较。
由于I与III的催化剂比表面积不同，所以，其他的量必须相同，即III中NO与CO的初始物质的量浓度分
别为：
1.20×10-3，5.80×10-3；又因为I与II的催化剂比表面积相同，即II中的温度为280℃，CO的初始浓
度为5.80×10-3；所以，答案为：
在I与II中，只有催化剂的比表面积不同，达到平衡时I与II互为等效平衡，但由于II的催化剂比表面积
更大，达平衡时时间更短；在I与III中，只有反应时的温度不同，对于反应2NO（g）+2C0（g）
2CO2（g）+N2（g）
△H<0，升高温度，平衡将向逆反应方向移动，且速率更快，对于II与III来说，虽然III的温度更高，但II
的催化剂比表面积更大，化学反应速率更快，综上所述，
（2）的答案为：
1．【2017·浙江高考模拟】以反应5H2C2O4+2MnO4-+6H+=10CO2↑+2Mn2++8H2O为例探究“外界条件对化
学反应速率的影响”。
实验时，分别量取H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液，迅速混合并开始计时，通过测定
溶液褪色所需时间来判断反应的快慢。
编号
H2C2O4溶液
酸性KMnO4
温度/oC
浓度/mol·L-1
体积/mL
浓度/mol·L-1
体积/mL
①
0.10
2.0
0.010
4.0
25
②
0.20
2.0
0.010
4.0
25
③
0.20
2.0
0.010
4.0
50
下列说法不正确的是
A．实验①、②、③所加的H2C2O4溶液均要过量
B．实验①测得KMnO4溶液的褪色时间为40s，则这段时间内平均反应速v（KMnO4）=2.5×10-4mol·L-1·s-1
C．实验①和实验②是探究浓度对化学反应速率的影响，实验②和③是探究温度对化学反应速率的影响
D．实验①和②起初反应均很慢，过了一会儿速率突然增大，可能是生成的Mn2+对反应起催化作用
2．【2019·洛阳月考】等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测得在不同时间（t）内产生气体
体积（V）的数据如图所示，根据图示分析实验条件，下列说法中一定不正确的是（ ）
组别
对应曲线
c（HCl）/mol·L－1
反应温度/℃
铁的状态
1
a
30
粉末状
2
b
30
粉末状
3
c
2.5
块状
4
d
2.5
30
块状
A．第4组实验的反应速率最慢
B．第1组实验中盐酸的浓度大于2.5mol·L－1
C．第2组实验中盐酸的浓度等于2.5mol·L－1
D．第3组实验的反应温度低于30℃
3．某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“外界条件对化学反应速率的影响”。
实验时，先
分别量取两种溶液，然后倒入试管中迅速振荡混合均匀，开始计时，通过测定褪色所需时间来判断反应的
快慢。
该小组设计了如下方案。
编号
H2C2O4溶液
酸性KMnO4溶液
温度/℃
浓度/mol·L－1
体积/mL
浓度/mol·L－1
体积/mL
①
0.10
2.0
0.010
4.0
25
②
0.20
2.0
0.010
4.0
25
③
0.20
2.0
0.010
4.0
50
（1）已知反应后H2C2O4转化为CO2逸出，KMnO4溶液转化为MnSO4，每消耗1molH2C2O4转移
________mol电子。
为了观察到紫色褪去，H2C2O4与KMnO4初始的物质的量需要满足的关系为
n（H2C2O4）∶n（KMnO4）≥________。
（2）探究温度对化学反应速率影响的实验编号是________（填编号，下同），可探究反应物浓度对化学反应
速率影响的实验编号是____________。
（3）已知50℃时c（MnO
）～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，画出
25℃时c（MnO
）～t的变化曲线示意图。
4.【2018·天津第一中学月考】为了进一步探究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系
列实验。
将表中所给的混合溶液分别加入6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积气体所需的时间。
实验
混合溶液
A
B
C
D
E
F
4mol·L－1H2SO4/mL
30
V1
V2
V3
V4
V5
饱和CuSO4溶液/mL
0
0.5
2.5
5
V6
20
H2O/mL
V7
V8
V9
V10
10
0
请完成此实验设计，其中：
V1＝________，V6＝________，V9＝________。
5.
（1）某同学设计如下实验方案探究影响锌与稀硫酸反应速率的因素，有关数据如下表所示：
序号
纯锌粉（g）
2.0mol·L－1硫酸溶液（mL）
温度（℃）
硫酸铜固体（g）
加入蒸馏水（mL）
Ⅰ
2.0
50.0
25
0
0
Ⅱ
2.0
40.0
25
0
10.0
Ⅲ
2.0
50.0
25
0.2
0
Ⅳ
2.0
50.0
25
4.0
0
①本实验待测数据可以是________________________________________________________，实验Ⅰ和实验Ⅱ可以探究__________对锌与稀硫酸反应速率的影响。
②实验Ⅲ和实验Ⅳ的目的是______________________________________________________，写出有关反应的离子方程式__________________________________________________。
（2）为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，设计的实验方案如下表：
实验序号
体积V/mL
K2S2O8溶液
水
KI溶液
Na2S2O3溶液
淀粉溶液
①
10.0
0.0
4.0
4.0
2.0
②
9.0
1.0
4.0
4.0
2.0
③
8.0
Vx
4.0
4.0
2.0
表中Vx＝________mL，理由是_______________________________________________。
1．【答案】B
【解析】A.要通过测定溶液褪色所需时间来判断反应的快慢，则实验①、②、③所加的H2C2O4溶液均要过量，A正确；B.不能确定40s内高锰酸钾溶液浓度的变化量，因此不能计算这段时间内平均反应速率，B错误；C.探究温度对化学反应速率影响，必须满足除了温度不同，其他条件完全相同，所以满足此条件的实验编号是：
②和③；探究反应物浓度对化学反应速率影响，除了浓度不同，其他条件完全相同的实验编号是①和②，C正确；D.实验①和②起初反应均很慢，过了一会儿速率突然增大，可能是生成的Mn2+对反应起催化作用，D正确，答案选B。
2．【答案】D
【解析】由图像可知，1、2、3、4组实验产生的氢气一样多，只是反应速率有快慢之分。
第4组实验，反应所用时间最长，故反应速率最慢，A正确；第1组实验，反应所用时间最短，故反应速率最快，根据控制变量法原则知盐酸浓度应大于2.5mol·L－1，B正确；第2组实验，铁是粉末状，与3、4组块状铁相区别，根据控制变量法原则知盐酸的浓度应等于2.5mol·L－1，C正确；由3、4组实验并结合图像知第3组实验中反应温度应高于30℃，D错误。
3．【答案】
（1）2 2.5
（2）②和③ ①和② （3）
【解析】
（1）H2C2O4中碳的化合价是＋3价，CO2中碳的化合价为＋4价，故每消耗1molH2C2O4转移2mol电子，配平反应的化学方程式为2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O，为保证KMnO4完全反应，c（H2C2O4）∶c（KMnO4）≥2.5。
（2）探究温度对反应速率的影响，则浓度必然相同，则为实验②和③；同理探究浓度对反应速率的影响的实验是①和②。
（3）温度降低，化学反应速率减小，故KMnO4褪色时间延长，故作图时要同时体现25℃MnO
浓度降低比50℃时MnO
的浓度降低缓慢和反应完全时间比50℃时“拖后”。
4．【答案】30 10 17.5
【解析】若研究CuSO4的量对H2生成速率的影响，则实验中除CuSO4的量不同之外，其他物质的量均相同，则V1＝V2＝V3＝V4＝V5＝30，最终溶液总体积相同。
由实验F可知，溶液的总体积均为50mL，则V6＝10，V9＝17.5。
5．【答案】
（1）①反应结束所需要的时间（或相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间） 硫酸浓度 ②探究硫酸铜的量对反应速率的影响 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
（2）2.0 保证反应物K2S2O8浓度的改变，而其他物质浓度不变
【解析】
（1）实验Ⅰ和实验Ⅱ中，锌的质量和状态相同，硫酸的浓度不同，实验Ⅲ和实验Ⅳ中加入硫酸铜，Cu2＋的氧化性强于H＋，首先发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，生成的铜附着在锌表面，在稀硫酸溶液中构成原电池，加快锌失电子。
但是加入的硫酸铜过多，生成的铜会覆盖在锌表面，阻止锌与稀硫酸进一步反应，产生氢气的速率会减慢。
①本实验待测数据可以是“反应结束所需要的时间”或“相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间”，实验Ⅰ和实验Ⅱ可以探究硫酸的浓度对反应速率的影响。
②实验Ⅲ和实验Ⅳ加入的硫酸铜的质量不同，可以探究加入硫酸铜的量与反应速率的关系。
（2）实验的目的是探究K2S2O8溶液的浓度对化学反应速率的影响，故应保证每组实验中其他物质的浓度
相等，即溶液的总体积相等（即为20.0mL），从而可
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