高中化學(xué) 專題2 化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡 第一單元 化學(xué)反應(yīng)速率 2 化學(xué)反應(yīng)速率的測(cè)量學(xué)案 蘇教版選修4.doc

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化學(xué)反應(yīng)速率的測(cè)量 【考點(diǎn)精講】 定量測(cè)量鋅跟硫酸反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率 實(shí)驗(yàn)原理：利用產(chǎn)生10 mL H2所需要的時(shí)間確定化學(xué)反應(yīng)速率。 實(shí)驗(yàn)用品：錐形瓶、雙孔塞、分液漏斗、直角導(dǎo)氣管、50 mL注射器、鐵架臺(tái)、秒表、鋅粒、1 mol/L的硫酸、4 mol/L的硫酸。 實(shí)驗(yàn)裝置： 實(shí)驗(yàn)步驟：（1）取一套裝置，加入40 mL 1mol/L的硫酸，測(cè)量收集10 mL H2所用的時(shí)間。 （2）取另一套裝置，加入40 mL 4mol/L的硫酸，測(cè)量收集10 mL H2所用的時(shí)間。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鋅跟硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氣泡，收集10 mL氣體。②所用的時(shí)間比①所用的時(shí)間短。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 加入試劑 反應(yīng)時(shí)間（min） 反應(yīng)速率mol/（Lmin） 1mol/L H2SO4 長(zhǎng) 小 4mol/L H2SO4 短 大 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：4mol/L的硫酸與鋅粒反應(yīng)的速率比1mol/L的硫酸與鋅粒反應(yīng)的速率快。 注意事項(xiàng)：1. 鋅粒的顆粒（即表面積）大小基本相同。 2. 40mL的硫酸溶液要迅速加入。 3. 裝置氣密性要好，且計(jì)時(shí)要迅速準(zhǔn)確。 思考與交流：鋅跟硫酸反應(yīng)的離子方程式為Zn+2H＋=Zn2++H2↑，還可以采用什么方法測(cè)量該反應(yīng)的速率？ 可用的方法：可利用相同質(zhì)量的鋅完全溶解所用時(shí)間的不同、稀硫酸濃度的變化、單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生氣體的體積或產(chǎn)生相同體積氣體所需要的時(shí)間等方法來(lái)測(cè)量化學(xué)反應(yīng)速率。 【典例精析】 例題1影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素很多，某課外興趣小組用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行探究。他們利用Cu、Fe、Mg和不同濃度的硫酸（0.5mol/L、2mol/L、18.4mol/L），設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)研究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素。 A：甲同學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)報(bào)告如下表： 實(shí)驗(yàn)步驟 現(xiàn)象 結(jié)論 ①分別取等體積的2mol/L的硫酸于試管中 ② 反應(yīng)速率：鎂>鐵，銅不反應(yīng) 金屬的性質(zhì)越活潑，反應(yīng)速率越快 （1）甲同學(xué)表中實(shí)驗(yàn)步驟②為。 （2）甲同學(xué)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖?；要得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，還需控制的實(shí)驗(yàn)條件是。B：乙同學(xué)為了更精確的研究濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響，利用下圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn) （3）乙同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該測(cè)定的數(shù)據(jù)是。 （4）乙同學(xué)完成該實(shí)驗(yàn)應(yīng)選用的實(shí)驗(yàn)藥品是。該實(shí)驗(yàn)中不選用某濃度的硫酸，理由是。 思路導(dǎo)航：（1）要比較不同的金屬與硫酸反應(yīng)的快慢時(shí)，三種金屬的大小、形狀應(yīng)該是相同的，即答案應(yīng)該是分別投入大小、形狀相同的銅、鐵、鎂。 （2）由于三種金屬是不同的，所以實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖茄芯拷饘俦旧淼男再|(zhì)與反應(yīng)速率的關(guān)系。比較不同的金屬與硫酸反應(yīng)的快慢時(shí)，除控制硫酸的濃度、固體的表面積相同以外，溶液的溫度也應(yīng)該是相同的。 （3）要比較濃度不同的硫酸與同一種金屬反應(yīng)的反應(yīng)速率的快慢，可以通過(guò)測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生氣體的體積（或產(chǎn)生一定體積的氣體所需的時(shí)間）。 （4）由于是比較不同濃度的硫酸與金屬反應(yīng)的快慢，所以選擇的金屬和試劑應(yīng)該是鎂（或鐵）和0.5mol/L H2SO4、2mol/L H2SO4。由于常溫下，鎂與18.4mol/L H2SO4反應(yīng)產(chǎn)生SO2，可使對(duì)比實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理不同，而18.4mol/L H2SO4可使鐵鈍化，所以不能選擇濃硫酸。 答案：（1）分別投入大小、形狀相同的銅、鐵、鎂 （2）研究金屬本身的性質(zhì)與反應(yīng)速率的關(guān)系溫度相同 （3）一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生氣體的體積（或產(chǎn)生一定體積的氣體所需的時(shí)間） （4）鎂（或鐵）和0.5mol/L H2SO4、2mol/L H2SO4常溫下，鎂與18.4mol/L H2SO4反應(yīng)產(chǎn)生SO2，18.4mol/L H2SO4可使鐵鈍化，使對(duì)比實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理不同。 例題2 碘在科研與生活中有重要的應(yīng)用。某興趣小組用0.50molL－1KI、0.2％淀粉溶液、0.20molL－1K2S2O8、0.10molL－1 Na2S2O3等試劑，探究反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。已知S2O82－+2I－=2SO42－+I2（慢）、I2 +2S2O32－=2I－+S4O62－（快） （1）向KI、Na2S2O3與淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液，當(dāng)溶液中（寫(xiě)離子符號(hào)）耗盡后，溶液顏色將由無(wú)色變?yōu)樗{(lán)色，為確保能觀察到藍(lán)色，S2O32－與S2O82－初始的物質(zhì)的量需滿足的關(guān)系為n（S2O32－）︰n（S2O82－）。 （2）為探究反應(yīng)物濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案如下表： 實(shí)驗(yàn) 序號(hào) 體積/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。 思路導(dǎo)航：（1）溶液顏色將由無(wú)色變?yōu)樗{(lán)色，說(shuō)明溶液中有單質(zhì)碘生成。所以根據(jù)反應(yīng)S2O82－+2I－=2SO42－+I2（慢）和I2 +2S2O32－=2I－+S4O62－（快）可知，此時(shí)S2O32－已經(jīng)消耗完畢。根據(jù)方程式可知，恰好完全反應(yīng)時(shí)n（S2O32－）︰n（S2O82－）＝2︰1，所以要能觀察到藍(lán)色，則n（S2O32－）要不足，即n（S2O32－）︰n（S2O82－）＜2︰1。 （2）要探究濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響，則溶液的體積必須相同。根據(jù)①②可知，溶液的體積都是20mL，唯一不同的是S2O82－的物質(zhì)的量，所以VX=2.0mL。 答案：（1）S2O32－、＜2：1 （2）2.0、保持溶液總體積不變，僅改變S2O82－的濃度而其他物質(zhì)的濃度不變 【總結(jié)提升】 1. 測(cè)定化學(xué)反應(yīng)速率的基本思路 測(cè)定化學(xué)反應(yīng)速率的關(guān)鍵是測(cè)定某一時(shí)間間隔內(nèi)反應(yīng)體系中某物質(zhì)濃度的變化。由于物質(zhì)的某些物理性質(zhì)（如壓強(qiáng)、體積、吸光度、電導(dǎo)率等）與其物質(zhì)的量或濃度之間存在函數(shù)關(guān)系，因此人們常用物理方法準(zhǔn)確而快速地測(cè)定反應(yīng)物或生成物濃度的變化來(lái)確定化學(xué)反應(yīng)速率。 2. 可能用到的基本性質(zhì) （1）直接可觀察的性質(zhì)，如釋放氣體的體積。 （2）在溶液中，當(dāng)反應(yīng)物或產(chǎn)物本身有比較明顯的顏色時(shí)，常常利用顏色深淺和顯色物質(zhì)濃度間的正比關(guān)系來(lái)跟蹤反應(yīng)的過(guò)程和測(cè)量反應(yīng)速率。 （3）可以依靠科學(xué)儀器來(lái)測(cè)量某些性質(zhì)，如顏色的深淺、光的吸收和發(fā)射、導(dǎo)電能力等。 例題某化學(xué)小組為了研究外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)： [實(shí)驗(yàn)原理]2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4=K2SO4 + 2MnSO4 + 10CO2↑ + 8H2O [實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及記錄](méi) 實(shí)驗(yàn)編號(hào) 室溫下，試管中所加試劑及其用量 / mL 室溫下溶液顏色褪至無(wú)色所需時(shí)間 / min 0.6 mol/L H2C2O4溶液 H2O 0.2mol/L KMnO4溶液 3 mol/L 稀硫酸 1 3.0 2.0 3.0 2.0 4.0 2 3.0 3.0 2.0 2.0 5.2 3 3.0 4.0 1.0 2.0 6.4 請(qǐng)回答： （1）根據(jù)上表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得到的結(jié)論是。 （2）利用實(shí)驗(yàn)1中數(shù)據(jù)計(jì)算，該反應(yīng)的反應(yīng)速率為：υ（KMnO4）=。 思路導(dǎo)航：（1）根據(jù)反應(yīng)中改變的條件及褪色時(shí)間長(zhǎng)短，可以得出的結(jié)論是其他條件相同時(shí)，增大KMnO4濃度（或反應(yīng)物濃度），反應(yīng)速率增大。 （2）高錳酸鉀溶液的濃度變化量是0.2mol/L3/10＝0.06mol/L，所以其反應(yīng)速率是0.06mol/L4min＝1.510－2mol/（Lmin）。 答案：（1）其他條件相同時(shí)，增大KMnO4濃度（或反應(yīng)物濃度），反應(yīng)速率增大。 （2）1.510－2mol/（Lmin）