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实验活动7　化学反应速率的影响因素
【实验目的】
1．体验浓度、温度和催化剂对化学反应速率的影响。
2．理解改变反应条件可以调控化学反应的速率。
【实验原理】
1．硫代硫酸钠与硫酸的反应
硫代硫酸钠与硫酸反应会生成不溶于水的硫：
Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O
反应生成的硫使溶液出现乳白色浑浊，比较浑浊现象出现所需时间的长短，可以判断该反应进行的快慢。在不同浓度和温度条件下分别进行上述反应，并比较其反应快慢，可以看出反应物浓度和温度对该反应速率的影响。
2．过氧化氢分解会产生氧气，在有或无催化剂存在下进行对比实验，通过观察氧气产生的快慢可以看出催化剂对该反应速率的影响。
【实验用品】
烧杯、试管、量筒、试管架、胶头滴管、温度计、药匙、秒表。
0．1 mol·L-1 Na2S2O3溶液、0.1 mol·L-1 H2SO4溶液、10% H2O2溶液、1 mol·L-1 FeCl3溶液、MnO2粉末、蒸馏水。
【方法指导】
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(如图)。通过比较记录反应所需时间，可以判断反应速率的大小。
【实验步骤】
1．浓度对化学反应速率的影响
取两支大小相同的试管，分别加入2 mL和1 mL 0.1 mol·L-1 Na2S2O3溶液，向盛有1 mL Na2S2O3溶液的试管中加入1 mL蒸馏水，摇匀。再同时向上述两支试管中加入2 mL 0.1 mol·L-1 H2SO4溶液，振荡。观察、比较两支试管中溶液出现浑浊的快慢。
实验编号 加入0.1 mol·L-1 Na2S2O3溶液的体积/mL 加入水的 体积/mL 加入0.1 mol·L-1 H2SO4溶液的体积/mL 出现浑浊 的快慢 结论
1 2 0 2 较快 其他条件不变时，反应物浓度越大，反应速率________
2 1 1 2 较慢
2.温度对化学反应速率的影响
取两支大小相同的试管，各加入2 mL 0.1 mol·L-1 Na2S2O3溶液，分别放入盛有冷水和热水的两个烧杯中。再同时向上述两支试管中加入2 mL 0.1 mol·L-1 H2SO4溶液，振荡。观察、比较两支试管中溶液出现浑浊的快慢。
实验编号 加入0.1 mol·L-1 Na2S2O3溶液的体积/mL 加入0.1 mol·L-1 H2SO4溶液的体积/mL 水浴温 度/℃ 出现浑浊 的快慢 结论
1 2 2 0 较慢 其他条件不变时，温度越高，反应速率________
2 2 2 40 较快
3.催化剂对化学反应速率的影响
向三支大小相同的试管中各加入2 mL 10% H2O2溶液，再向其中的两支试管中分别加入少量MnO2粉末和2滴1 mol·L-1 FeCl3溶液。观察、比较三支试管中气泡出现的快慢。
实验编号 加入10% H2O2溶液的体积/mL 加入的催化剂 气泡出现 的快慢 结论
1 2 无 较慢 其他条件不变时，加入催化剂，反应速率______
2 2 少量MnO2粉末 很快
3 2 2滴1 mol·L-1 FeCl3溶液 较快
【问题探究】
1．写出硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的离子方程式，可以从哪些方面来测定硫代硫酸钠与酸反应速率的大小？
2．浓度对化学反应速率的影响实验中，实验2加入1 mL水的原因是什么？
3．在通常情况下，铁与冷水或热水都不发生反应，但红热的铁与水蒸气则可发生反应，生成Fe3O4和H2。试从反应条件的角度思考并解释这一事实。
即学即练
1．如图所示实验操作能实现的实验目的是(　　)
A．探究浓度对化学反应速率的影响
B．探究温度对化学反应速率的影响
C．探究压强对化学反应速率的影响
D．探究接触面积对化学反应速率的影响
2．下列各组反应(表中物质均为反应物)在反应刚开始时，放出H2的速率最大的是(　　)
金属(粉末状)及 其物质的量/mol 酸的浓度及体积 反应温 度/℃
A Mg 0.1 3 mol·L-1硫酸 10 mL 30
B Mg 0.1 3 mol·L-1盐酸 10 mL 30
C Fe 0.1 18 mol·L-1硫酸 10 mL 30
D Mg 0.1 6 mol·L-1硝酸 10 mL 30
3.为了研究外界条件对H2O2分解反应速率的影响，某同学在相应条件下进行实验，实验记录如表。
实验 序号 反应物 温度 催化剂 收集V mL 气体所用时间
① 5 mL 5%H2O2溶液 25 ℃ 2滴1 mol·L-1 FeCl3 t1
② 5 mL 5% H2O2溶液 45 ℃ 2滴1 mol·L-1 FeCl3 t2
③ 5 mL 10%H2O2溶液 25 ℃ 2滴1 mol·L-1 FeCl3 t3
④ 5 mL 5%H2O2溶液 25 ℃ 不使用 t4
下列说法中，不正确的是(　　)
A．通过实验①、②，可研究温度对反应速率的影响
B．所用时间t1＞t3
C．通过实验①、④，可研究催化剂对反应速率的影响
D．反应速率③＜④
4．变量控制法是我们化学重要的学科思想，某化学小组欲探究某反应过程中浓度、温度对化学反应速率的影响，进行如表实验(忽略溶液体积变化)。
已知：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===2MnSO4＋K2SO4＋10CO2↑＋8H2O。
编 号 0.01 mol·L-1酸性KMnO4溶液体积/mL 0.1 mol L-1 H2C2O4溶液体积/mL 水的体 积/mL 反应温 度/℃ 反应时 间/min
Ⅰ 2 2 0 20 2.1
Ⅱ 2 V1 1 20 5.5
Ⅲ 2 V2 0 50 0.5
下列说法错误的是(　　)
A．V1＝1，V2＝2
B．实验Ⅰ和实验Ⅲ的目的是探究温度对化学反应速率的影响
C．实验计时是从溶液混合开始，溶液呈紫红色时结束
D．若改用1 mol·L-1酸性KMnO4溶液，将不能达到实验目的
实验活动7　化学反应速率的影响因素
[实验步骤]
1．越快
2．越快
3．加快
[问题探究]　
1．提示：＋2H＋===SO2↑＋S↓＋H2O；溶液浑浊出现的快慢或溶液中氢离子浓度的变化(pH的变化)快慢。
2．提示：为了使混合后溶液总体积相同，从而使混合后只有硫代硫酸钠溶液浓度不同，其余因素均相同。
3．提示：红热的铁与水蒸气可发生反应生成Fe3O4和H2，是因为反应温度高，反应速率大，且反应物H2O为气态，铁与水蒸气的接触面积大，反应速率大，说明反应条件及反应物状态对化学反应速率有重要影响。
即学即练
1．解析：该实验中硫酸的浓度、体积均相同，硫代硫酸钠溶液的体积也相同，只有硫代硫酸钠溶液的浓度不同，所以该实验目的是探究硫代硫酸钠的浓度对化学反应速率的影响。故选A。
答案：A
2．解析：H2SO4为二元酸，3 mol·L-1的硫酸中H＋浓度为6 mol·L-1；HCl为一元酸，3 mol·L-1的盐酸中H＋浓度为3 mol·L-1；18 mol·L-1硫酸是浓硫酸，常温下铁与浓硫酸发生钝化反应，反应的速率较慢；Mg与硝酸反应不生成氢气；则A项反应物浓度最大，反应速率最快，故选A。
答案：A
3．解析：实验①、②中除温度外其他条件均相同，可研究温度对反应速率的影响，A正确；实验①、③中除过氧化氢浓度不同外其他条件均相同，浓度大的反应速率快，故收集相同体积的气体实验③用的时间短，故t1>t3，B正确；实验①、④中，①采用了催化剂，其他条件均相同，可研究催化剂对反应速率的影响，C正确；对比实验③④可知，③中浓度大且使用催化剂，则③中反应速率快，反应速率③>④，D错误。
答案：D
4．解析：根据变量不变原则可知，实验Ⅰ是对照实验，溶液总体积为4 mL，则V1＝4－2－1＝1，V2＝4－2＝2，A正确；实验Ⅰ和Ⅲ的温度不同，其他条件相同，则设计实验Ⅰ和实验Ⅲ的目的是探究温度对反应速率的影响，B正确；高锰酸钾不足，结束时溶液紫色褪去，则实验计时是从溶液混合开始，溶液紫红色褪去时结束，C错误；该定性实验是根据酸性KMnO4溶液褪色时间来判断反应快慢的，若改用1 mol·L-1酸性KMnO4溶液，溶液浓度太大，KMnO4过量，溶液不褪色，不能达到实验目的，D正确。
答案：C

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