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(浙江专用)2018年高中化学 专题4 化学反应条件的控制 课题一 硫代硫酸钠与酸反应速率的影响因素教学案 苏

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课题一 硫代硫酸钠与酸反应速率的影响因素

【学考报告】 知识条目
①硫代硫酸钠和强酸反应的原理及实验现象 ②浓度、温度对硫代硫酸钠与酸反应速率的影响

加试要求 b c

一、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。

2.化学反应速率的表示方法

化学反应速率通常是用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示,其数学表

达式可表示为

v=Δ Δ

ct。式中

Δ

c——某物质的浓度变化,常用单位为

mol·L-1。Δ

t——时间,

常用单位为 s、min、h。v——某一物质的反应速率,常用单位是 mol·L-1·s-1、mol·L-1·min

-1 等。

3.影响化学反应速率的因素

(1)反应物本身的性质是决定反应速率的内因。

(2)外因:反应物浓度、温度、催化剂等。

4.硫代硫酸钠与酸的反应

向 Na2S2O3 溶液中加入稀硫酸,发生如下反应:Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O,反应 的离子方程式是 S2O23-+2H+===SO2↑+S↓+H2O。

由于反应生成不溶于水的 S,使溶液出现浑浊现象。根据出现浑浊现象所需时间的长短,可以

判断化学反应进行的快慢。反应进行得快,则先出现浑浊现象。

二、课题方案设计

1.实验操作要点

为了比较实验中溶液出现浑浊的快慢,可以先在一张白纸上用黑色记号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。通过比较记

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录的反应所需时间,可以判断反应速率的大小。

2.实验记录与结论

(1)探究浓度对反应速率的影响:

①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-1 Na2S2O3 溶液, 向 2 号锥形瓶中加入 5 mL 0.1 mol·L-1 Na2S2O3 溶液和 5 mL 蒸馏水。 ②另取两支试管,各加入 10 mL 0.1 mol·L-1 H2SO4 溶液,然后同时将该溶液分别倒入 1、2

号锥形瓶中,记录反应所需的时间。

锥形 瓶编 号

0.1 mol·L-1 Na2S2O3 溶液/mL

蒸馏 水/mL

0.1 mol·L-1 H2SO4
溶液/mL

反应 时间/s

结论

1

10

0

10

12 s Na2S2O3 溶液的浓度越

大,溶液变浑浊越快,

2

5

5

10

20 s 反应速率越快

(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-1 Na2S2O3 溶液,向另一支试

管中加入 10 mL 0.1 mol·L-1 H2SO4 溶液,同时放入盛有热水的烧杯中,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。

锥形 瓶编


0.1 mol·L-1 Na2S2O3 溶液/mL

0.1 mol·L-1 H2SO4
溶液/mL

反应 温度/℃

反应 时间/s

结论

1

10

10

室温

12 s 反应混合液温度越高,

3

10

溶液变浑浊越快,反应

10

40 ℃

5s

速率越快

思考:在应用实验比较法时应注意什么问题?

提示 实验比较法常通过*行实验或先后的系列实验作观察和对比,分析影响因素。在比较

某一因素对实验产生影响时,必须排除其他因素干扰,即需要控制好与实验有关的各项反应

条件。

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点拨一、实验注意事项 1.由于浑浊出现时间判据在实际操作中存在较大的主观性,如出现什么样的情况才算是出现 浑浊,如果能够借助在纸片上画“十”字、“田”字或“王”字,就可能减少误差,减小主 观因素的影响。 为了保证观察的条件尽可能一致,在纸片上画的“田”字一定要等粗,字体的大小以“田” 字框的四个角刚好到锥形瓶的底边为最佳。字体的颜色以黑色为好,红色太亮,所需遮住时 间太长。“田”字不必画得太深、太粗,否则实验时间太长。当然,被遮盖到字迹看不见为 止也是一个模糊的判据。 2.稀释 H2SO4 溶液和稀释 Na2S2O3 溶液的效果明显不同,实验可见此反应速率更大程度上取决 于 Na2S2O3 溶液的浓度,而且它的浓度大小直接影响沉淀的颜色。 3.硫代硫酸钠(Na2S2O3)与酸反应的速率较快,为了便于记录和比较溶液出现浑浊时间的长短, 控制反应物浓度和反应温度十分重要。夏季做此实验和冬季做此实验可以选择不同的浓度, 冬季室温较低可采用 0.2 mol·L-1 的浓度,速率快,沉淀颜色明显。夏季则可采用低一点的 浓度,0.1 mol·L-1 比较适合。 4.对于实验所需要的加热,采用水浴加热为好,一则便于控制温度,二则此实验温度也不需 要超过 50 ℃。实验时注意把量好的两份液体装在试管中,分别插入温度计,同时放入热水, 等温度快升高到所需温度时立即取出,这时温度还会继续升高,放置一段时间待回落到所需 温度时马上倒入锥形瓶开始实验。注意温度计的水银球不要碰到试管壁和试管底,应停留在 溶液中央。 5.关于硫沉淀的颜色:0.1 mol·L-1 Na2S2O3 溶液和 0.1 mol·L-1 H2SO4 溶液反应后的液体呈 乳白色,0.2 mol·L-1 Na2S2O3 溶液和 0.2 mol·L-1 H2SO4 溶液反应后的液体呈浅黄色。 点拨二、测量化学反应速率 1.基本思路 化学反应速率是通过实验测定的。因为化学反应中发生变化的是体系中的化学物质(包括反应 物和生成物),所以与其中任何一种化学物质的浓度(或质量)相关的性质在测量反应速率时都 可以加以利用。 2.用于化学反应速率测量的基本性质 (1)直接可测量的性质,如释放出气体的体积和体系压强。例如,过氧化氢的分解反应中有气 体生成,可以测量在一定温度和压强下释放出来的气体的体积,再进行适当的转换和计算。 (2)依靠物理仪器才能测量的性质.如颜色的深浅、光的吸收、光的发射、导电能力等。
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(3)在溶液中,当反应物或产物本身有比较明显的颜色时,常常利用颜色深浅和显色物质浓度 间的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。 3.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。 (2)“反应速率的影响因素”设计的实验方案举例

①铜片分别与同浓度的盐酸在常温和加热条件下的实验??
?
②镁条、铁片分别与同浓度的盐酸在常温下的实验 ?? →反应物本身的性质是决定反应速率的主要因素。

③铁片分别与不同浓度的盐酸反应的实验 ???→ ④块状碳酸钙分别与不同浓度的盐酸的实验??

探讨反应物的浓度对反应速率的影响。

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。

⑥3%过氧化氢溶液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的实验―→探讨固体反应物的表面积对反应速

率的影响。

[典例剖析]

为了研究温度、浓度对化学反应速率的影响,某同学做了硫代硫酸钠与酸反应速率的影响因

素的相关实验,实验记录如下:

组号

温度 ℃

A

10

参加反应的物质

体积 mL

Na2S2O3
浓度 (mol·L-1)

10

0.1

体积 mL
10

H2SO4
浓度 (mol·L-1)
0.1

蒸馏水 体积/mL
0

B

10

5

0.1

10

0.1

5

C

10

5

0.2

10

0.2

5

D

30

5

0.1

10

0.1

5

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E

30

10

0.2

5

0.2

5

(1)该同学在实验中主要采用的方法是_____________________________。

(2)实验 A、B 的探究目的是______________________________________。

(3)实验 A、C 的探究目的是____________________________________。

(4)实验 B、D 的探究目的是____________________________________。

(5)你认为该同学设计这组实验的目的是___________________________。

解析 五组实验中,三种液体混合后所得混合溶液的总体积都是 20 mL,可估算出混合溶液中

Na2S2O3、H2SO4 的浓度值。A、C 组中 c(Na2S2O3)都约为 0.05 mol·L-1,B、D 组中 c(Na2S2O3)都 约为 0.025 mol·L-1,E 组中 c(Na2S2O3)约为 0.1 mol·L-1;A、B、D、E 组中 c(H2SO4)都约为 0.05 mol·L-1,C 组中 c(H2SO4)约为 0.1 mol·L-1。结合温度条件,就可确定实验 A、B 中的 变化因素是“Na2S2O3 的浓度”,实验 A、C 中的变化因素是“H2SO4 的浓度”。总体来看,根据 这组实验,可探究温度、浓度对 Na2S2O3 和 H2SO4 的反应速率的影响情况。

答案 (1)比较法

(2)温度都为 10 ℃,为了探究 Na2S2O3 浓度对相关反应速率的影响 (3)温度都为 10 ℃,为了探究 H2SO4 浓度对相关反应速率的影响 (4)为了探究温度对相关反应速率的影响

(5)为了探究温度、浓度对 Na2S2O3 和 H2SO4 的反应速率的影响

[跟踪训练]

下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据:

实 金属
验 质量
序 /g


金 属 c(H2SO4)/ 状 (mol·L-1) 态

V(H2SO4)/mL

溶液 温度/

反应前 反应后

金属消 失的时
间/s

1 0.10 丝

0.5



2 0.10

0.5



3 0.10 丝

0.7

4 0.10 丝

0.8

50

20

34

500

50

20

35

50

50

20

36

250

50

20

35

200

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5 0.10

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

30

44

40

分析上述数据,完成下列问题:

(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 * , 推 测 其 原 因 :

____________________________________________________________

____________________________________________________________

_____________________________________________________________。

解析 本题考查影响化学反应速率的因素,同时考查分析图表、解决问题的能力。既要注意

表格中金属的状态不同,又要通过对比各种数据,综合分析得出答案。

答案 (1)固体反应物的表面积 表面积越大 1、2

(2)1、3、4、6、8 或 2、5

(3)反应温度 6、7 或 8、9

(4)因为所有反应中,金属的质量和硫酸溶液体积均相等,并且硫酸过量,产生的热量相等,

所以溶液的温度变化值相*

方法技巧

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,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。

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