2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版考点64反应条件的控制与实验方案的设计学案 9页

考点64　反应条件的控制与实验方案的设计 知识条目 必考要求 选考要求 ‎1.硫代硫酸钠和强酸反应的原理及实验现象 b ‎2.浓度、温度对硫代硫酸钠与酸反应速率的影响 c ‎3.不同的催化剂对同一反应的催化效果 c ‎4.变量控制在实验研究中的应用 c ‎5.氯化钴溶液的变色原理 b ‎6.浓度、温度变化对氯化钴溶液平衡体系的影响 b ‎7.不同条件下(酸、碱性)乙酸乙酯水解的速率和程度 b 一、硫代硫酸钠与酸反应速率的影响因素 ‎1．反应原理：Na2S2O3＋H2SO4===SO2↑＋S↓＋H2O＋Na2SO4‎ ‎2．思路解读：‎ ‎3．实验用品：仪器：50 mL锥形瓶(3个)、烧杯、试管、温度计、白纸、计时器。‎ 试剂：0.1 mol/L Na2S2O3溶液、0.1 mol/L H2SO4溶液、蒸馏水、热水。‎ ‎4．实验方案：‎ ‎(1)探究浓度对化学反应速率的影响 锥形瓶编号 Na2S2O3溶液 ‎(0.1 mol·L－1)‎ 蒸馏水 H2SO4溶液 ‎(0.1 mol·L－1)‎ 反应的时间 结论 ‎1‎ ‎10 mL ‎0 mL ‎10 mL 短 ‎2‎ ‎5 mL ‎5 mL ‎10 mL 长 Na2S2O3溶液的浓度越大，反应速率越快 ‎(2)探究温度对化学反应速率的影响 锥形瓶编号 Na2S2O3溶液 ‎(0.1 mol·L－1)‎ H2SO4溶液 ‎(0.1 mol·L－1)‎ 反应温度 反应的时间 结论 ‎1‎ ‎10 mL ‎10 mL 室温 长 ‎2‎ ‎10 mL ‎10 mL ‎40 ℃水浴 短 温度越高，反应速率越快 二、催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响 ‎1．思路解读：‎ ‎2．实验用品：仪器：托盘天平、药匙、锥形瓶、双孔橡胶塞、导管、螺旋夹、水槽、量筒、计时器、分液漏斗。试剂：6%H2O2溶液、MnO2、Fe2O3、蒸馏水、其他可作催化剂的物质。‎ ‎3．实验方案：‎ ‎(1)实验步骤 ‎①按图装配装置，检查气密性。‎ ‎②在锥形瓶中加入0.1 g MnO2粉末，在分液漏斗中加5 mL 6%的H2O2。将H2O2滴入锥形瓶中，反应完毕后，记录各时间段收集到的氧气的体积。‎ ‎③按上述操作，分别换Fe2O3、CuO(或其他自选催化剂)作催化剂，重复操作，记录各时间段收集到的氧气的体积。‎ ‎(2)数据处 催化剂(0.1 g)‎ MnO2‎ Fe2O3(CuO或其他)‎ 实验结论 前15 s产生氧气的量/mL 前30 s产生氧气的量/mL 前45 s产生氧气的量/mL 前60 s产生氧气的量/mL 三、反应条件对化学平衡的影响 ‎1．思路解读：‎ ‎(1)CoCl2溶液颜色的变化 ‎①稀释酸性溶液：[CoCl4]2－＋6H2O[Co(H2O)6]2＋＋4Cl－‎ ‎ 　蓝色 　粉红色 ‎②稀释、加热CoCl2·6H2O的乙醇溶液：‎ ‎(2)不同条件下乙酸乙酯的水解 ‎2．实验用品：仪器：试管、酒精灯、烧杯、三脚架、石棉网、药匙、试管夹、火柴、温度计。试剂：0.5 mol·L－1CoCl2溶液、浓盐酸、蒸馏水、95%乙醇溶液、CoCl2·6H2O晶体、2 mol·L－1H2SO4溶液、4 mol·L－1NaOH溶液、甲基橙指示剂、石蕊溶液、乙酸乙酯。‎ ‎3．实验方案：‎ ‎(1)稀释酸性氯化钴溶液时的颜色变化 实验步骤 实验现象 结论与解释 慢慢滴入浓盐酸时，溶液由粉红色→紫色→蓝紫色→蓝色 滴入浓盐酸时，Cl－浓度逐渐增大，平衡向生成[CoCl4]2－的方向移动 加水稀释时，溶液颜色由蓝色→蓝紫色→紫色→粉红色 加蒸馏水时，平衡向生成[Co(H2O)6]2＋的方向移动 ‎(2)稀释、加热CoCl2·6H2O溶液时的颜色变化 实验步骤 实验现象 结论与解释 ‎(1) ‎ CoCl2·6H2O溶于乙醇时呈蓝色，加水时溶液的颜色由蓝色→粉红色 加蒸馏水时，平衡向生成[Co(H2O)6]2＋的方向移动 ‎(2)加热：用酒精灯缓慢加热(1)中所得溶液，再冷却 加热时，溶液颜色由粉红色 随着温度升高，CoCl2·6H2O逐渐失去结晶水。冷却时，‎ ‎→紫色→蓝色，冷却时，溶液颜色又从蓝色→紫色→粉红色 CoCl2又结合结晶水 ‎4.不同条件下乙酸乙酯的水解 实验步骤 ‎(1)配制样品溶液 ‎(2)加热：将(1)中三支试管同时插入约75 ℃的水浴中，加热5 min 实验现象 三支试管都产生分层现象。下层是水溶液，分别显橙、红和蓝色 试管1无明显变化，试管2、3中油层减小，试管3中油层减小幅度较大 结论与解释 乙酸乙酯不溶于水，密度比水小，浮于水面。甲基橙在水和酸中分别呈现橙色和红色，石蕊在碱溶液中呈蓝色 无酸、碱作催化剂时，乙酸乙酯的水解很慢，酸、碱性条件可促进水解平衡朝正反应方向移动 四、化学实验方案设计的基本要求 科学性：科学性是化学实验方案设计的首要原则。‎ 安全性：实验设计时，应尽量避免使用有毒有腐蚀性的药品和进行有一定危险性的实验操作。‎ 可行性：实验设计应切实可行，所选用的化学药品、仪器、设备和方法在中学现有条件下能够满足。‎ 简约型：实验设计尽可能简单可行，应采取简单的实验装置，用较少的实验步骤和实验药品，并能在较短的时间内完成。‎ 对同一个化学实验，可以设计出多种方案，并对它进行选择。所采用的实验设计方案，应具有效果明显、操作安全、装置简单、用药、步骤少、时间短等优点。‎ ‎【例1】　(1)已知Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O。甲同学通过测定该反应发生时溶液变浑浊的时间，研究外界条件对化学反应速率的影响。设计实验如下(所取溶液体积均为10 mL)：‎ 实验编号 实验温度/℃‎ c(Na2S2O3)/mol·L－1‎ c(H2SO4)/mol·L－1‎ ‎①‎ ‎25‎ ‎0.1‎ ‎0.1‎ ‎②‎ ‎25‎ ‎0.2‎ ‎0.1‎ ‎③‎ ‎25‎ ‎0.1‎ ‎0.2‎ ‎④‎ ‎50‎ ‎0.2‎ ‎0.1‎ ‎⑤‎ ‎50‎ ‎0.1‎ ‎0.1‎ 其他条件不变时，探究温度对化学反应速率的影响，应选择________(填实验编号)；探究浓度对化学反应速率的影响，应选择________(填实验编号)；若同时选择①②③溶液变浑浊的时间，探究______________________对化学反应速率的影响。‎ ‎(2)已知Na2S2O3溶液与Cl2反应时，1 mol Na2S2O3转移8 mol电子。该反应的离子方程式是______________________________，甲同学设计如下实验流程探究Na2S2O3的化学性质。‎ ‎(Ⅰ)甲同学设计实验流程的目的是证明Na2S2O3溶液具有碱性和________性。‎ ‎(Ⅱ)加入BaCl2溶液生成白色沉淀B的离子方程式是________________________________________________________________________。‎ ‎(Ⅲ)乙同学认为应将上述流程中②③所加试剂顺序颠倒，你认为甲、乙两同学的设计更合理的是________(填“甲”或“乙”)，理由是________________________________________________________________________。‎ ‎【解析】　(1)探究温度对反应速率的影响，应控制Na2S2O3、H2SO4的浓度相同，所以应选择①⑤或②④组；探究浓度对化学反应速率的影响，应控制温度相同，所以应选择①②或①③或④⑤；在①②③中，温度相同，改变的是不同反应物的浓度。(2)由于S2O＋4Cl2＋5H2O===2SO＋8Cl－＋10H＋，所以Na2S2O3具有还原性，要证明S2O的还原性，应先加BaCl2溶液，再加足量氯水，这样可以排除BaS2O3的干扰。‎ ‎【答案】　(1)①⑤或②④　①②或①③或④⑤　改变不同反应物的浓度 ‎(2)S2O＋4Cl2＋5H2O===2SO＋8Cl－＋10H＋‎ ‎(Ⅰ)还原　(Ⅱ)SO＋Ba2＋===BaSO4↓　(Ⅲ)乙　可以排除BaS2O3的干扰 ‎【提炼】　化学反应条件的控制注意：1.控制变量法：物质变化往往受到多个因素的影响，在研究化学反应与外界因素之间的关系时，对影响物质变化规律的因素或条件加以人为控制，使其他几个因素不变，集中研究其中一个因素的变化所产生的影响，有利于在研究过程中，迅速寻找到物质变化的规律。常涉及的题型有：(1)外因(浓度、温度、压强等)对化学反应速率、化学平衡的影响；(2)物质性质的递变规律。‎ ‎2．变量探究实验题的解题策略 解答变量探究类试题关键是在其他条件相同的前提下，只改变一个条件对研究对象的影响规律。注意：选择数据要有效，且变量统一，否则无法做出正确判断。‎ ‎3．思路总结 ‎【例2】　某研究小组将纯净的SO2气体通入0.1 mol·L－1的Ba(NO3)2溶液中，得到了BaSO4沉淀。为探究上述溶液中何种微粒能氧化通入的SO2，该小组提出了如下假设：‎ 假设一：溶液中的NO　　　假设二：溶液中溶解的O2‎ ‎(1)验证假设一 该小组设计实验验证了假设一，请在下表空白处填写相关实验现象 实验步骤 实验现象 结论 实验1：向盛有不含O2的25 mL 0.1 mol·L－1BaCl2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体 ‎________________________________‎ 假设一成立 实验2：向盛有不含O2的25 mL 0.1 mol·L－1Ba(NO3)2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体 ‎________________________________‎ ‎(2)为深入研究该反应，该小组还测得上述两个实验中溶液的pH随通入SO2体积的变化曲线如右图。‎ 实验1中溶液pH变小的原因是___________________________________；‎ V1时，实验2中溶液pH小于实验1的原因是(用离子方程式表示)_____________________________ _______________________。‎ ‎(3)验证假设二 请设计实验验证假设二，写出实验步骤、预期现象和结论。‎ 实验步骤、预期现象和结论(不要求写具体操作过程)：_________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)若假设二成立，请预测：在相同条件下，分别用足量的O2和KNO3氧化相同的H2SO3溶液(溶液体积变化忽略不计)，充分反应后两溶液的pH前者________(填“大于”或“小于”)后者，理由是______________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎【解析】　(1)实验1中，在没有O2的条件下，SO2与BaCl2溶液不反应，所以无沉淀产生；实验2中SO2被NO氧化成SO，进一步与Ba2＋结合生成BaSO4沉淀。‎ ‎(2)实验1，SO2溶于水后生成H2SO3，H2SO3电离出H＋，使溶液显酸性，随SO2的不断通入，pH减小；SO2通入Ba(NO3)2溶液中，发生反应：3SO2＋2NO＋2H2O===3SO＋2NO＋4H＋，生成强酸，则通V1体积的SO2时，实验2中溶液pH小于实验1中的。‎ ‎(3)通过对比假设一的验证过程，可设计如下实验步骤：‎ 实验步骤、预期现象和结论(不要求写具体操作过程)：‎ 实验1：作为参照实验 实验3：将纯净的SO2气体缓慢通入未经脱O2处理的25 mL 0.1 mol·L－1BaCl2溶液中，若有白色沉淀，表明假设二成立，否则不成立 ‎(4)2H2SO3＋O2===4H＋＋2SO；3H2SO3＋2NO===2NO↑＋4H＋＋H2O＋3SO，由此可知氧化相同物质的量的亚硫酸，用O2氧化比用KNO3氧化产生的H＋浓度大。‎ ‎【答案】　(1)无明显现象　有白色沉淀　(2)SO2溶于水后生成H2SO3‎ ‎3SO2＋2NO＋2H2O===3SO＋2NO＋4H＋(或3H2SO3＋2NO===2NO↑＋3SO＋4H＋＋H2O)‎ ‎(3)实验1：作为参照实验　实验3：将纯净的SO2气体缓慢通入未经脱O2处理的25 mL 0.1 mol·L－1BaCl2溶液中，若有白色沉淀，表明假设二成立，否则不成立 ‎(4)小于　反应的离子方程式表明，足量的O2和NO分别氧化相同量的H2SO3，生成H＋的物质的量前者多于后者(本题部分小题属于开放性试题，答案合理即可)‎ ‎【提炼】　猜想型实验题的思维流程：‎