高中化學 專題2 化學反應速率與化學平衡 第一單元 化學反應速率 2 化學反應速率的測量學案 蘇教版選修4.doc

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化學反應速率的測量 【考點精講】 定量測量鋅跟硫酸反應的化學反應速率 實驗原理：利用產(chǎn)生10 mL H2所需要的時間確定化學反應速率。 實驗用品：錐形瓶、雙孔塞、分液漏斗、直角導氣管、50 mL注射器、鐵架臺、秒表、鋅粒、1 mol/L的硫酸、4 mol/L的硫酸。 實驗裝置： 實驗步驟：（1）取一套裝置，加入40 mL 1mol/L的硫酸，測量收集10 mL H2所用的時間。 （2）取另一套裝置，加入40 mL 4mol/L的硫酸，測量收集10 mL H2所用的時間。 實驗現(xiàn)象：鋅跟硫酸反應產(chǎn)生氣泡，收集10 mL氣體。②所用的時間比①所用的時間短。 實驗結(jié)果： 加入試劑 反應時間（min） 反應速率mol/（Lmin） 1mol/L H2SO4 長 小 4mol/L H2SO4 短 大 實驗結(jié)論：4mol/L的硫酸與鋅粒反應的速率比1mol/L的硫酸與鋅粒反應的速率快。 注意事項：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，且計時要迅速準確。 思考與交流：鋅跟硫酸反應的離子方程式為Zn+2H＋=Zn2++H2↑，還可以采用什么方法測量該反應的速率？ 可用的方法：可利用相同質(zhì)量的鋅完全溶解所用時間的不同、稀硫酸濃度的變化、單位時間內(nèi)產(chǎn)生氣體的體積或產(chǎn)生相同體積氣體所需要的時間等方法來測量化學反應速率。 【典例精析】 例題1影響化學反應速率的因素很多，某課外興趣小組用實驗的方法進行探究。他們利用Cu、Fe、Mg和不同濃度的硫酸（0.5mol/L、2mol/L、18.4mol/L），設計實驗方案來研究影響化學反應速率的因素。 A：甲同學研究的實驗報告如下表： 實驗步驟 現(xiàn)象 結(jié)論 ①分別取等體積的2mol/L的硫酸于試管中 ② 反應速率：鎂>鐵，銅不反應 金屬的性質(zhì)越活潑，反應速率越快 （1）甲同學表中實驗步驟②為。 （2）甲同學的實驗目的是；要得出正確的實驗結(jié)論，還需控制的實驗條件是。B：乙同學為了更精確的研究濃度對反應速率的影響，利用下圖所示裝置進行實驗 （3）乙同學在實驗中應該測定的數(shù)據(jù)是。 （4）乙同學完成該實驗應選用的實驗藥品是。該實驗中不選用某濃度的硫酸，理由是。 思路導航：（1）要比較不同的金屬與硫酸反應的快慢時，三種金屬的大小、形狀應該是相同的，即答案應該是分別投入大小、形狀相同的銅、鐵、鎂。 （2）由于三種金屬是不同的，所以實驗目的是研究金屬本身的性質(zhì)與反應速率的關(guān)系。比較不同的金屬與硫酸反應的快慢時，除控制硫酸的濃度、固體的表面積相同以外，溶液的溫度也應該是相同的。 （3）要比較濃度不同的硫酸與同一種金屬反應的反應速率的快慢，可以通過測量一定時間內(nèi)產(chǎn)生氣體的體積（或產(chǎn)生一定體積的氣體所需的時間）。 （4）由于是比較不同濃度的硫酸與金屬反應的快慢，所以選擇的金屬和試劑應該是鎂（或鐵）和0.5mol/L H2SO4、2mol/L H2SO4。由于常溫下，鎂與18.4mol/L H2SO4反應產(chǎn)生SO2，可使對比實驗的反應原理不同，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)與反應速率的關(guān)系溫度相同 （3）一定時間內(nèi)產(chǎn)生氣體的體積（或產(chǎn)生一定體積的氣體所需的時間） （4）鎂（或鐵）和0.5mol/L H2SO4、2mol/L H2SO4常溫下，鎂與18.4mol/L H2SO4反應產(chǎn)生SO2，18.4mol/L H2SO4可使鐵鈍化，使對比實驗的反應原理不同。 例題2 碘在科研與生活中有重要的應用。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，探究反應條件對化學反應速率的影響。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，當溶液中（寫離子符號）耗盡后，溶液顏色將由無色變?yōu)樗{色，為確保能觀察到藍色，S2O32－與S2O82－初始的物質(zhì)的量需滿足的關(guān)系為n（S2O32－）︰n（S2O82－）。 （2）為探究反應物濃度對化學反應速率的影響，設計的實驗方案如下表： 實驗 序號 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。 思路導航：（1）溶液顏色將由無色變?yōu)樗{色，說明溶液中有單質(zhì)碘生成。所以根據(jù)反應S2O82－+2I－=2SO42－+I2（慢）和I2 +2S2O32－=2I－+S4O62－（快）可知，此時S2O32－已經(jīng)消耗完畢。根據(jù)方程式可知，恰好完全反應時n（S2O32－）︰n（S2O82－）＝2︰1，所以要能觀察到藍色，則n（S2O32－）要不足，即n（S2O32－）︰n（S2O82－）＜2︰1。 （2）要探究濃度對反應速率的影響，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. 測定化學反應速率的基本思路 測定化學反應速率的關(guān)鍵是測定某一時間間隔內(nèi)反應體系中某物質(zhì)濃度的變化。由于物質(zhì)的某些物理性質(zhì)（如壓強、體積、吸光度、電導率等）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確而快速地測定反應物或生成物濃度的變化來確定化學反應速率。 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，當反應物或產(chǎn)物本身有比較明顯的顏色時，常常利用顏色深淺和顯色物質(zhì)濃度間的正比關(guān)系來跟蹤反應的過程和測量反應速率。 （3）可以依靠科學儀器來測量某些性質(zhì)，如顏色的深淺、光的吸收和發(fā)射、導電能力等。 例題某化學小組為了研究外界條件對化學反應速率的影響，進行了如下實驗： [實驗原理]2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4=K2SO4 + 2MnSO4 + 10CO2↑ + 8H2O [實驗內(nèi)容及記錄] 實驗編號 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色所需時間 / 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 請回答： （1）根據(jù)上表中的實驗數(shù)據(jù)，可以得到的結(jié)論是。 （2）利用實驗1中數(shù)據(jù)計算，該反應的反應速率為：υ（KMnO4）=。 思路導航：（1）根據(jù)反應中改變的條件及褪色時間長短，可以得出的結(jié)論是其他條件相同時，增大KMnO4濃度（或反應物濃度），反應速率增大。 （2）高錳酸鉀溶液的濃度變化量是0.2mol/L3/10＝0.06mol/L，所以其反應速率是0.06mol/L4min＝1.510－2mol/（Lmin）。 答案：（1）其他條件相同時，增大KMnO4濃度（或反應物濃度），反應速率增大。 （2）1.510－2mol/（Lmin）