（浙江專用）2022年高中化學(xué) 專題4 化學(xué)反應(yīng)條件的控制 課題一 硫代硫酸鈉與酸反應(yīng)速率的影響因素教學(xué)案 蘇教版選修6

（浙江專用）2022年高中化學(xué) 專題4 化學(xué)反應(yīng)條件的控制 課題一 硫代硫酸鈉與酸反應(yīng)速率的影響因素教學(xué)案 蘇教版選修6 　【學(xué)考報(bào)告】 知識(shí)條目 加試要求 ①硫代硫酸鈉和強(qiáng)酸反應(yīng)的原理及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 ②濃度、溫度對(duì)硫代硫酸鈉與酸反應(yīng)速率的影響 b c 一、化學(xué)反應(yīng)速率 1．化學(xué)反應(yīng)速率的概念 化學(xué)反應(yīng)速率是用來(lái)衡量化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行快慢程度的物理量。 2．化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法 化學(xué)反應(yīng)速率通常是用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減小或生成物濃度的增加來(lái)表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式可表示為v＝。式中Δc——某物質(zhì)的濃度變化，常用單位為mol·L－1。Δt——時(shí)間，常用單位為s、min、h。v——某一物質(zhì)的反應(yīng)速率，常用單位是mol·L－1·s－1、mol·L－1·min－1等。 3．影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素 (1)反應(yīng)物本身的性質(zhì)是決定反應(yīng)速率的內(nèi)因。 (2)外因：反應(yīng)物濃度、溫度、催化劑等。 4．硫代硫酸鈉與酸的反應(yīng) 向Na2S2O3溶液中加入稀硫酸，發(fā)生如下反應(yīng)：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，反應(yīng)的離子方程式是S2O＋2H＋===SO2↑＋S↓＋H2O。 由于反應(yīng)生成不溶于水的S，使溶液出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象。根據(jù)出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象所需時(shí)間的長(zhǎng)短，可以判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢。反應(yīng)進(jìn)行得快，則先出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象。 二、課題方案設(shè)計(jì) 1．實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn) 為了比較實(shí)驗(yàn)中溶液出現(xiàn)渾濁的快慢，可以先在一張白紙上用黑色記號(hào)筆在合適的位置畫上粗細(xì)、深淺一致的“十”字，襯在反應(yīng)容器(錐形瓶)的底部。實(shí)驗(yàn)以Na2S2O3和H2SO4兩溶液相混合時(shí)開始計(jì)時(shí)，到溶液出現(xiàn)的渾濁將錐形瓶底部的“十”字完全遮蓋時(shí)結(jié)束。通過(guò)比較記錄的反應(yīng)所需時(shí)間，可以判斷反應(yīng)速率的大小。 2．實(shí)驗(yàn)記錄與結(jié)論 (1)探究濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響： ①取兩個(gè)50 mL錐形瓶，編為1、2號(hào)。向1號(hào)錐形瓶中加入10 mL 0.1 mol·L－1 Na2S2O3溶液，向2號(hào)錐形瓶中加入5 mL 0.1 mol·L－1 Na2S2O3溶液和5 mL蒸餾水。 ②另取兩支試管，各加入10 mL 0.1 mol·L－1 H2SO4溶液，然后同時(shí)將該溶液分別倒入1、2號(hào)錐形瓶中，記錄反應(yīng)所需的時(shí)間。 錐形 瓶編 號(hào) 0.1 mol·L－1 Na2S2O3 溶液/mL 蒸餾 水/mL 0.1 mol·L－1 H2SO4 溶液/mL 反應(yīng) 時(shí)間/s 結(jié)論 1 10 0 10 12 s Na2S2O3溶液的濃度越大，溶液變渾濁越快，反應(yīng)速率越快 2 5 5 10 20 s (2)探究溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響： 取一個(gè)50 mL錐形瓶，編為3號(hào)，向其中加入10 mL 0.1 mol·L－1 Na2S2O3溶液，向另一支試管中加入10 mL 0.1 mol·L－1 H2SO4溶液，同時(shí)放入盛有熱水的燒杯中，片刻后將錐形瓶和試管取出，將H2SO4溶液加到Na2S2O3溶液中，記錄溶液的溫度和反應(yīng)所需的時(shí)間。 錐形 瓶編 號(hào) 0.1 mol·L－1 Na2S2O3 溶液/mL 0.1 mol·L－1 H2SO4 溶液/mL 反應(yīng) 溫度/℃ 反應(yīng) 時(shí)間/s 結(jié)論 1 10 10 室溫 12 s 反應(yīng)混合液溫度越高，溶液變渾濁越快，反應(yīng)速率越快 3 10 10 40 ℃ 5 s 思考：在應(yīng)用實(shí)驗(yàn)比較法時(shí)應(yīng)注意什么問(wèn)題？ 提示　實(shí)驗(yàn)比較法常通過(guò)平行實(shí)驗(yàn)或先后的系列實(shí)驗(yàn)作觀察和對(duì)比，分析影響因素。在比較某一因素對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響時(shí)，必須排除其他因素干擾，即需要控制好與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的各項(xiàng)反應(yīng)條件。 點(diǎn)撥一、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1．由于渾濁出現(xiàn)時(shí)間判據(jù)在實(shí)際操作中存在較大的主觀性，如出現(xiàn)什么樣的情況才算是出現(xiàn)渾濁，如果能夠借助在紙片上畫“十”字、“田”字或“王”字，就可能減少誤差，減小主觀因素的影響。 為了保證觀察的條件盡可能一致，在紙片上畫的“田”字一定要等粗，字體的大小以“田”字框的四個(gè)角剛好到錐形瓶的底邊為最佳。字體的顏色以黑色為好，紅色太亮，所需遮住時(shí)間太長(zhǎng)?！疤铩弊植槐禺嫷锰睢⑻?，否則實(shí)驗(yàn)時(shí)間太長(zhǎng)。當(dāng)然，被遮蓋到字跡看不見為止也是一個(gè)模糊的判據(jù)。 2．稀釋H2SO4溶液和稀釋Na2S2O3溶液的效果明顯不同，實(shí)驗(yàn)可見此反應(yīng)速率更大程度上取決于Na2S2O3溶液的濃度，而且它的濃度大小直接影響沉淀的顏色。 3．硫代硫酸鈉(Na2S2O3)與酸反應(yīng)的速率較快，為了便于記錄和比較溶液出現(xiàn)渾濁時(shí)間的長(zhǎng)短，控制反應(yīng)物濃度和反應(yīng)溫度十分重要。夏季做此實(shí)驗(yàn)和冬季做此實(shí)驗(yàn)可以選擇不同的濃度，冬季室溫較低可采用0.2 mol·L－1的濃度，速率快，沉淀顏色明顯。夏季則可采用低一點(diǎn)的濃度，0.1 mol·L－1比較適合。 4．對(duì)于實(shí)驗(yàn)所需要的加熱，采用水浴加熱為好，一則便于控制溫度，二則此實(shí)驗(yàn)溫度也不需要超過(guò)50 ℃。實(shí)驗(yàn)時(shí)注意把量好的兩份液體裝在試管中，分別插入溫度計(jì)，同時(shí)放入熱水，等溫度快升高到所需溫度時(shí)立即取出，這時(shí)溫度還會(huì)繼續(xù)升高，放置一段時(shí)間待回落到所需溫度時(shí)馬上倒入錐形瓶開始實(shí)驗(yàn)。注意溫度計(jì)的水銀球不要碰到試管壁和試管底，應(yīng)停留在溶液中央。 5．關(guān)于硫沉淀的顏色：0.1 mol·L－1 Na2S2O3溶液和0.1 mol·L－1 H2SO4溶液反應(yīng)后的液體呈乳白色，0.2 mol·L－1 Na2S2O3溶液和0.2 mol·L－1 H2SO4溶液反應(yīng)后的液體呈淺黃色。 點(diǎn)撥二、測(cè)量化學(xué)反應(yīng)速率 1．基本思路 化學(xué)反應(yīng)速率是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)中發(fā)生變化的是體系中的化學(xué)物質(zhì)(包括反應(yīng)物和生成物)，所以與其中任何一種化學(xué)物質(zhì)的濃度(或質(zhì)量)相關(guān)的性質(zhì)在測(cè)量反應(yīng)速率時(shí)都可以加以利用。 2．用于化學(xué)反應(yīng)速率測(cè)量的基本性質(zhì) (1)直接可測(cè)量的性質(zhì)，如釋放出氣體的體積和體系壓強(qiáng)。例如，過(guò)氧化氫的分解反應(yīng)中有氣體生成，可以測(cè)量在一定溫度和壓強(qiáng)下釋放出來(lái)的氣體的體積，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換和計(jì)算。 (2)依靠物理儀器才能測(cè)量的性質(zhì)．如顏色的深淺、光的吸收、光的發(fā)射、導(dǎo)電能力等。 (3)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．設(shè)計(jì)“反應(yīng)速率的影響因素”實(shí)驗(yàn) (1)“反應(yīng)速率的影響因素”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路 ①分析可能影響化學(xué)反應(yīng)快慢的因素，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? ②從所給試劑分析能發(fā)生哪些化學(xué)反應(yīng)； ③分析所給物質(zhì)的濃度、狀態(tài)等的不同，分別設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。 (2)“反應(yīng)速率的影響因素”設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案舉例 →反應(yīng)物本身的性質(zhì)是決定反應(yīng)速率的主要因素。 → 探討反應(yīng)物的濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響。 ⑤鐵片分別與同濃度的鹽酸在常溫和加熱條件下的實(shí)驗(yàn)―→探討反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響。 ⑥3%過(guò)氧化氫溶液加入氯化鐵溶液或二氧化錳條件下的分解實(shí)驗(yàn)―→探討催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響。 ⑦塊狀碳酸鈣、碳酸鈣粉末分別與同濃度的鹽酸的實(shí)驗(yàn)―→探討固體反應(yīng)物的表面積對(duì)反應(yīng)速率的影響。 [典例剖析] 為了研究溫度、濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，某同學(xué)做了硫代硫酸鈉與酸反應(yīng)速率的影響因素的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)記錄如下： 組號(hào) 參加反應(yīng)的物質(zhì) Na2S2O3 H2SO4 蒸餾水 體積/mL A 10 10 0.1 10 0.1 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 E 30 10 0.2 5 0.2 5 (1)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中主要采用的方法是_____________________________。 (2)實(shí)驗(yàn)A、B的探究目的是______________________________________。 (3)實(shí)驗(yàn)A、C的探究目的是____________________________________。 (4)實(shí)驗(yàn)B、D的探究目的是____________________________________。 (5)你認(rèn)為該同學(xué)設(shè)計(jì)這組實(shí)驗(yàn)的目的是___________________________。 解析　五組實(shí)驗(yàn)中，三種液體混合后所得混合溶液的總體積都是20 mL，可估算出混合溶液中Na2S2O3、H2SO4的濃度值。A、C組中c(Na2S2O3)都約為0.05 mol·L－1，B、D組中c(Na2S2O3)都約為0.025 mol·L－1，E組中c(Na2S2O3)約為0.1 mol·L－1；A、B、D、E組中c(H2SO4)都約為0.05 mol·L－1，C組中c(H2SO4)約為0.1 mol·L－1。結(jié)合溫度條件，就可確定實(shí)驗(yàn)A、B中的變化因素是“Na2S2O3的濃度”，實(shí)驗(yàn)A、C中的變化因素是“H2SO4的濃度”。總體來(lái)看，根據(jù)這組實(shí)驗(yàn)，可探究溫度、濃度對(duì)Na2S2O3和H2SO4的反應(yīng)速率的影響情況。 答案　(1)比較法 (2)溫度都為10 ℃，為了探究Na2S2O3濃度對(duì)相關(guān)反應(yīng)速率的影響 (3)溫度都為10 ℃，為了探究H2SO4濃度對(duì)相關(guān)反應(yīng)速率的影響 (4)為了探究溫度對(duì)相關(guān)反應(yīng)速率的影響 (5)為了探究溫度、濃度對(duì)Na2S2O3和H2SO4的反應(yīng)速率的影響 [跟蹤訓(xùn)練] 下表是稀硫酸與某金屬反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： 實(shí) 驗(yàn) 序 號(hào) 金屬 質(zhì)量/g 金 屬 狀 態(tài) c(H2SO4)/ (mol·L－1) V(H2SO4)/mL 溶液 溫度/ ℃ 金屬消失的時(shí)間/s 反應(yīng)前 反應(yīng)后 1 0.10 絲 0.5 50 20 34 500 2 0.10 粉 末 0.5 50 20 35 50 3 0.10 絲 0.7 50 20 36 250 4 0.10 絲 0.8 50 20 35 200 5 0.10 粉 末 0.8 50 20 36 25 6 0.10 絲 1.0 50 20 35 125 7 0.10 絲 1.0 50 35 50 50 8 0.10 絲 1.1 50 20 34 100 9 0.10 絲 1.1 50 30 44 40 分析上述數(shù)據(jù)，完成下列問(wèn)題： (1)實(shí)驗(yàn)4和5表明________________對(duì)反應(yīng)速率有影響，________反應(yīng)速率越快，能表明同一規(guī)律的實(shí)驗(yàn)還有________。(填實(shí)驗(yàn)序號(hào)) (2)僅表明反應(yīng)物濃度對(duì)反應(yīng)速率產(chǎn)生影響的實(shí)驗(yàn)有________。(填實(shí)驗(yàn)序號(hào)) (3)本實(shí)驗(yàn)中影響反應(yīng)速率的其他因素還有________，其實(shí)驗(yàn)序號(hào)是________。 (4)實(shí)驗(yàn)中的所有反應(yīng)，反應(yīng)前后溶液的溫度變化值(約15 ℃)相近，推測(cè)其原因：____________________________________________________________ ____________________________________________________________ _____________________________________________________________。 解析　本題考查影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，同時(shí)考查分析圖表、解決問(wèn)題的能力。既要注意表格中金屬的狀態(tài)不同，又要通過(guò)對(duì)比各種數(shù)據(jù)，綜合分析得出答案。 答案　(1)固體反應(yīng)物的表面積　表面積越大　1、2 (2)1、3、4、6、8或2、5 (3)反應(yīng)溫度　6、7或8、9 (4)因?yàn)樗蟹磻?yīng)中，金屬的質(zhì)量和硫酸溶液體積均相等，并且硫酸過(guò)量，產(chǎn)生的熱量相等，所以溶液的溫度變化值相近 方法技巧　 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素的核心思路是：只改變一種條件，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而得出該條件對(duì)結(jié)果的影響。這種思路反映的是變量控制的思想。本題考查了通過(guò)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)研究化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素。