课题1 硫代硫酸钠与酸反应速率的影响因素
[浙江选考·加试要求]
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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。
1．化学反应速率的概念
(1)不同的化学反应进行的快慢不同：有些反应进行得非常快，如炸药爆炸、在溶液中进行的离子反应等几乎能在瞬间完成；有些反应却进行得很慢，如塑料分解要经过几百年，石油的形成则要经过百万年甚至更长的时间。
(2)化学反应的平均速率()是在定容条件下，用单位时间内某一反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
(3)化学反应过程中，反应物的浓度在不断变化，每时每刻的反应速率是不同的，所以用瞬时速率表示反应速率更能说明反应进行的真实情况。
(4)注意事项
①化学反应速率通常是指平均速率，即在一段时间内的平均速率；
②同一反应中，用不同物质表示的反应速率数值可以不同，因此，在表示反应速率时必须指明是何物质；
③同一反应中，用各物质表示的反应速率之比等于化学方程式中各物质的系数之比；
④计算时，不管是反应物还是生成物，其浓度变化值均取绝对值，即化学反应速率总是正值。
2．硫代硫酸钠与酸的反应
(1)Na2S2O3(aq)＋H2SO4(稀)===SO2(g)＋S(s)＋Na2SO4(aq)＋H2O
(2)反应缓慢生成不溶于水的硫，使溶液出现乳白色浑浊，通过观察溶液的浊度来估测反应速率。改变硫代硫酸钠的浓度而保持硫酸的浓度不变，通过测定溶液达到同等浊度时所需的时间来比较反应物浓度对反应速率的影响。
[器材与原理]
相关器材
50 mL锥形瓶、烧杯、试管、温度计、白纸、计时器。
相关原理
(1)向Na2S2O3溶液中加入稀硫酸，生成不溶于水的硫，溶液变浑浊：S2O＋2H＋===SO2＋S↓＋H2O。Na2S2O3溶液与稀硫酸混合后出现浑浊的快慢，实际上反映了反应速率的大小。
(2)通过实验可以发现：同一温度下，不同浓度的Na2S2O3溶液与H2SO4溶液反应，出现浑浊的快慢不同；反应温度不同时，相同浓度的Na2S2O3溶液与H2SO4溶液反应，溶液出现浑浊的快慢也不同。因此，可以通过控制Na2S2O3溶液和H2SO4溶液的浓度、反应的温度来研究反应速率和这些因素的关系。
[实验与拓展]
实验流程
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。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。
2．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。
对点集训
1．通过控制或改变反应条件可以加快、减缓甚至阻止反应的进行，使化学反应有利于人类的生存和提高生活质量。下列各图所示的措施中，能加快化学反应速率的是( )
解析：选C 扇子扇煤炉火的目的是增加反应物氧气的浓度，加快煤燃烧的速率。
2．下列说法正确的是( )
A．增加水的浓度或温度可以加快镁跟水的反应速率
B．在高温密闭容器中发生反应CaCO3(s) CaO(s)＋CO2(g)，增加CaCO3浓度可以使反应速率加快
C．增大H2SO4的浓度，可以加快锌与H2SO4反应制取氢气的速率
D．在反应S2O＋2H＋===S↓＋SO2↑＋H2O中，增大S2O
或H＋的浓度可以加快硫析出的速率
解析：选D A项，水是纯液体，浓度可视为定值，而升高水的温度则可以加快Mg与H2O的反应速率；B项，CaCO3是固体，增加其量，不能加快反应速率；C项，增加了H2SO4的浓度，若是浓H2SO4则不能得到H2。
3．下列四支试管中，在不同条件下反应：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，判断产生H2的反应速率最快的是( )
A.① B．②
C．③ D．④
解析：选D 温度越高，浓度越大，接触面积大，则反应速度越大，D项符合题意。
4．硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2＋S↓＋H2O，下列各组实验中最先出现浑浊的是( )
解析：选D 由已知得反应的实质是S2O＋2H＋===S↓＋SO2＋H2O，反应速率取决于反应温度及c(S2O
)、c(H＋)，比较四个实验，A、C反应物浓度相同，但温度C组高，反应速率C＞A；B、D反应物浓度相同，但温度D高，反应速率D＞B，C、D比较温度相同，反应物浓度D＞C，因此D实验反应速率最大，最先出现浑浊。
5．影响化学反应速率的因素很多，某校化学小组用实验的方法进行探究。
实验一：他们只利用Cu、Fe、Mg和不同浓度的硫酸(0.5 mol·L－1、2 mol·L－1、18.4 mol·L－1)设计实验方案来研究影响反应速率的因素。
甲同学的实验报告如下表：
(1)甲同学表中实验步骤②为_______________________________________。
(2)甲同学的实验目的是_________________________________________；要得出正确的实验结论，还需控制的实验条件是__________________。乙同学为了更精确地研究浓度对反应速率的影响，利用如图所示装置进行定量实验。
(3)乙同学在实验中应该测定的数据是_______________________________________，
(4)乙同学完成该实验应选用的实验药品是____________________________________，
该实验中不选用某浓度的硫酸，理由是_________________________________。
实验二：已知 2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋8H2O＋10CO2↑，在高锰酸钾酸性溶液和草酸溶液反应时，发现开始一段时间，反应速率较慢，溶液褪色不明显；但不久突然褪色，反应速率明显加快。
(5)针对上述实验现象，丙同学认为KMnO4与H2C2O4反应放热，导致溶液温度升高，反应速率加快。从影响化学反应速率的因素看，你猜想还可能是________的影响。
(6)若用实验证明你的猜想，除高锰酸钾酸性溶液、草酸溶液外，还需要选择的试剂最合理的是________(填字母)。
A．硫酸钾 B．硫酸锰
C．二氯化锰 D．水
解析：(1)要想通过实验比较法得出正确的结论，必须排除其他因素的变动和干扰，即需要控制好与实验有关的各项反应条件。所以②中加入的Mg、Fe、Cu应该大小、形状都相同。
(2)由实验报告的内容可知甲同学实验的目的是研究反应物本身的性质与反应速率的关系，所以还需要控制的实验条件是温度相同。
(3)可以通过单位时间里产生气体的多少或产生相同体积的气体所需时间的长短来比较化学反应速率的快慢。
(4)常温下Fe、Al遇浓H2SO4钝化且Mg和浓H2SO4反应无氢气生成，所以不能选用18.4 mol·L－1的浓H2SO4。
(5)影响化学反应速率的因素有浓度、温度、压强、催化剂等，结合本题的内容分析推测，还可能是催化剂的影响。
(6)因为该反应中无Cl－出现，所以MnSO4为最佳答案。
答案：(1)分别投入大小、形状相同的Cu、Fe、Mg
(2)研究金属(或反应物)本身的性质与反应速率的关系 温度相同
(3)测定一定时间内产生气体的体积(或产生一定体积的气体所需时间)
(4)Mg(或Fe)、0.5 mol·L－1硫酸和2 mol·L－1硫酸 常温下Mg和18.4 mol·L－1浓硫酸反应生成SO2；Fe在18.4 mol·L－1浓硫酸中发生钝化
(5)MnSO4(或Mn2＋)的催化作用
(6)B
拓展实验
“蓝瓶子”实验
1．实验原理
(1)“蓝瓶子”实验中的亚甲基蓝(methylthionine chloride)是一种氧化还原指示剂，分子式为C16H18ClN3S·3H2O，相对分子质量为373.90。亚甲基蓝是一种暗绿色并略带金属光泽的粉末状有机物，作为一种生物活体染色剂，在验证植物幼根对矿质离子的交换吸附作用中起指示作用。亚甲基蓝还是一种氧化还原指示剂，在溶液中通过一步双电子转移历程改变自身结构而使溶液呈现“蓝色→无色”的颜色变化。
(2)指示剂的颜色变化具有一定的变色范围，如酸碱指示剂的变色范围就是一定的pH范围，而氧化还原指示剂的变色范围与其相应的标准电位有关。不同的氧化还原指示剂有各自不同的标准电位，即不同氧化还原指示剂被氧化和被还原的难易程度有差异。当然，不同氧化还原指示剂的氧化态和还原态的颜色也是有一定区别的。亚甲基蓝被氧化后呈蓝色，被还原后生成无色的亚甲白，它的可逆变化可用下式表示：
(3)固体亚甲基蓝溶于水时，因水中含溶解氧，故亚甲基蓝为氧化态，呈蓝色。“蓝瓶子”实验中的氧化剂是氧气，还原剂是葡萄糖，加碱的目的是为了提高葡萄糖的还原能力。故该实验中NaOH溶液的浓度、葡萄糖的加入量、溶液的温度等因素是决定“蓝瓶子”实验反应速率快或慢的主要原因。
2．相关问题
有趣的化学实验能激发学生学习化学的兴趣，提高学习积极性，同时也活跃课堂气氛。在中学化学教材中，可以挖掘许多有趣的实验，例如：
Ⅰ.[火球游泳] 水火不相容，这是人们公认的常识，从来没有看见过火球能在水面上游来游去。然而，某化学兴趣小组的同学，做了一个“火球游泳”小魔术。他在一个100毫升的烧杯里面装上自来水，然后用镊子将一块豆粒大的金属钾，轻轻地放在烧杯里，这时，烧杯里的水面上立刻生成一个火球，这个火球在水面上滚来滚去，同时发生嗤嗤的响声，场景十分壮观。
Ⅱ.[“蓝瓶子”实验] 在250 mL平底烧瓶中依次加入2 g氢氧化钠、100 mL蒸馏水、2 g葡萄糖(粉末)，振荡使其溶解。滴入4～6滴0.2%的亚甲基蓝溶液，塞上瓶塞(如图)，振荡烧瓶，溶液呈蓝色。静置，约3分钟后蓝色消失，变为无色。再次振荡，无色溶液又呈蓝色。可反复多次。已知：亚甲基蓝容易被还原。根据上述实验，回答下列问题：
(1)实验室中金属钾应保存在________________，原因是________________；化学兴趣小组的同学取出一小粒金属钾的操作是_________________________________________。
(2)写出Ⅰ中金属钾发生反应的离子方程式：_________________________________。
(3)为探究“蓝瓶子”实验是什么原因引起的，某同学做了以下实验：
A．从烧瓶中取出溶液注满一支试管，塞上橡皮塞。试管中的溶液由蓝色变为无色，再振荡试管溶液不能变蓝。
B．在原烧瓶中经A处鼓入空气，溶液又慢慢变蓝了。静置片刻后，蓝色又消失。再次鼓入空气，又慢慢变蓝。
C．为了进一步弄清是何种成分引起的，他又继续探索。从A处改通纯净的N2、CO2，都不能使烧瓶中的无色溶液变蓝。把制得的氧气从A处通入，发现上述无色溶液慢慢变为蓝色。
到此为止，“蓝瓶子”实验原理有了科学结论，请你总结“蓝瓶子”实验的变色原理：____________________________________________________________________________。
答案：(1)煤油或石蜡里 金属钾很活泼，容易跟空气中的氧气、水蒸气等物质反应 用镊子从试剂瓶中取出一块金属钾，放在滤纸上把煤油吸干，用小刀切去一小粒金属钾，剩余的放回试剂瓶中
(2)2K＋2H2O===2K＋＋2OH－＋H2↑
(3)首先亚甲基蓝被葡萄糖还原，还原后的无色物质又被空气中氧气氧化，又成为亚甲基蓝，呈现蓝色
1．演示铁在纯氧中燃烧实验时，将铁丝绕成螺旋状，其主要目的是( )
A．提高铁丝利用率 B．提高反应温度
C．增大反应的接触面 D．使瓶底氧气充分利用
解析：选C 做铁在纯氧中燃烧实验时，将铁丝绕成螺旋状，主要目的是增大反应的接触面，加快反应速率。
2．反应A(g)＋3B(g) 2C(g)＋2D(g)，在不同情况下测得反应速率如下，其中反应速率最快的是( )
A．v(D)＝0.4 mol·L－1·s－1
B．v(C)＝0.5 mol·L－1·s－1
C．v(B)＝0.6 mol·L－1·s－1
D．v(A)＝0.15 mol·L－1·s－1
解析：选B 在单位相同时，用反应速率除以其相应物质的化学计量数，数值大者反应速率大。A项， v(D)＝0.2 mol·L－1·s－1；B项，
v(C)＝0.25 mol·L－1·s－1；C项，
v(B)＝0.2 mol·L－1·s－1；D项，v(A)＝0.15 mol·L－1·s－1，故有
v(C)＞
v(D)＝
v(B)＞v(A)。
3．下列判断正确的是( )
A．0.1 mol·L－1盐酸和0.1 mol·L－1醋酸分别与2 mol·L－1 NaOH反应的速率相同
B．0.1 mol·L－1 盐酸和0.1 mol·L－1 HNO3分别与大小相同的大理石反应的速率相同
C．Mg和Fe与0.1 mol·L－1盐酸反应速率相同
D．大理石与大理石粉分别与0.1 mol·L－1盐酸反应的速率相同
解析：选B A中0.1 mol·L－1盐酸与0.1 mol·L－1醋酸c(H＋)不同，反应速率不同；金属活动性Mg＞Fe，与同浓度盐酸反应时，反应速率Mg＞Fe；D中大理石粉增大了与盐酸的接触面积，所以增大了反应速率。
4．下列说法错误的是( )
A．已知在T℃时，反应2A(g)＋B(g) 3C(g) ΔH＞0的正反应速率表示为v，若降低温度，逆反应速率减小
B．在恒容容器中发生反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，若往容器中充入He，正逆反应的速率均不变
C．当一定量的锌粉和4 mol·L－1的过量盐酸反应时，为了减慢反应速率，又不影响产生H2的总量，可向容器中加入一些水或硝酸钠溶液
D．对任何一个化学反应，温度发生变化，化学反应速率一定发生变化
解析：选C A项，温度降低，正、逆反应速率均减小，正确；B项，在恒容容器中充入不反应的气体，反应物和生成物的浓度均不发生变化，正、逆反应速率均不变，正确；C项，加入一些水，c(H＋)减小，n(H＋)不变，则盐酸与Zn的反应速率减慢，不影响产生H2的总量，加入NaNO3溶液，发生反应3Zn＋2NO＋8H＋===3Zn2＋＋2NO↑＋4H2O，则有NO
存在时不能生成H2，同时也由于消耗了H＋，则生成H2的总量也会减小，错误。
5.在一定温度下，A、B能在溶液中发生反应A＋B===C＋D。
a．将0.2 mol·L－1 A溶液和0.2 mol·L－1 B溶液各20 mL混合
b．将0.5 mol·L－1 A溶液和0.5 mol·L－1 B溶液各50 mL混合
c．将1 mol·L－1 A溶液和1 mol·L－1 B溶液各10 mL混合，同时倒入30 mL蒸馏水
d．将1 mol·L－1 A溶液20 mL和1.2 mol·L－1 B溶液60 mL混合
反应开始时，反应速率由大到小的顺序是( )
A．d＞b＞c＞a B．b＞d＞a＞c
C．d＞c＞b＞a D．b＞c＞d＞a
解析：选A 首先把每种情况下混合溶液中A、B的起始浓度计算出来，然后根据其浓度大小来比较化学反应速率的大小。混合后各物质的起始浓度(mol·L－1)为：
混合后浓度最大的是d，其次是b，最小的是a，所以反应开始时，反应速率由大到小的顺序为d＞b＞c＞a。
6．某探究小组利用丙酮的溴代反应(CH3COCH3＋Br2CH3COCH2Br＋HBr)来研究反应物浓度与反应速率的关系，反应速率v(Br2)通过测定溴的颜色消失所需的时间来确定。在一定温度下，获得如下实验数据：
分析实验数据所得出的结论不正确的是( )
A．增大c(CH3COCH3)，v(Br2)增大
B．实验②和③的v(Br2)相等
C．增大c(HCl)，v(Br2)增大
D．增大c(Br2)，v(Br2)增大
解析：选D A项，由实验①和②对比可知增大c(CH3COCH3)，反应时间变少，v(Br2)增大。B项，实验②和③反应时间相同，起始Br2浓度相同，则v(Br2)相等。C项，比较实验①和③可知，增大c(HCl)时，反应时间缩短，v(Br2)增大。D项，比较实验①和④可知，增大c(Br2)时，v(Br2)并未增大，故选D。
7．在KIO3、KHSO3的酸性混合溶液中加入少量KI和淀粉，不停地搅拌，有下列反应发生：①IO＋5I－＋6H＋===3I2＋3H2O ②I2＋HSO
＋H2O===2I－＋SO
＋3H＋。当反应进行到15 min时，溶液突然变为蓝色，随之又很快消失。这一反应被称作时钟反应，有人用它来解释生物钟现象。下列有关说法不正确的是( )
A．在整个反应过程中，起催化作用的物质是KI
B．上述两个反应中，反应速率较快的是②
C．时钟反应的快慢由反应②决定
D．“溶液突然变为蓝色，随之又很快消失”这一现象与①②的反应速率有关
解析：选C 由反应①②可以得出KI是KIO3与KHSO3反应的催化剂，反应中生成的I2能使淀粉溶液变蓝色，由题给信息——反应进行到15分钟时，溶液变蓝，说明反应①很慢，它决定了时钟反应的快慢。
8．在锌与盐酸反应的实验中，一个学生得到下面的结果：
(1)上表结果表明，温度每升高10 ℃，反应速率为原来的________倍。
(2)20 ℃时，2 g锌箔溶于盐酸中需花的时间为________(取1.4，
取1.7)。
(3)对比结果B与F，得出的结论是________________________________________。
解析：(1)由表可知，温度每升高10 ℃，化学反应速率为原来的2倍。(2)20 ℃时的化学反应速率为15 ℃时的2(20－15)/10＝倍，故溶解于盐酸需要的时间为200 s/
＝143 s。(3)当固体为粉末时，固体的表面积增大，反应速率增大，溶解于酸需要的时间缩短。
答案：(1)2 (2)143 s (3)固体的表面积越大，反应速率越大
9．“碘钟”实验中，3I－＋S2O===I
＋2SO
的反应速率可以用I
与加入的淀粉溶液显蓝色的时间t来度量，t越小，反应速率越大。某探究性学习小组在20 ℃下进行实验，得到的数据如下表：
回答下列问题：
(1)该实验的目的是_________________________________________________________。
(2)显色时间t1＝________。
(3)温度对该反应的反应速率的影响符合一般规律，若在40 ℃下进行编号③对应浓度的实验，显色时间t2的范围为________(填字母)。
A．＜22.0 s B．22.0～44.0 s
C．＞44.0 s D．数据不足，无法判断
(4)通过分析比较上表数据，得到的结论是_________________________________。
解析：(1)由表格的栏目设置(浓度、时间的变化)可以推测实验的目的是研究浓度对反应速率的影响。
(2)由表中数据进行分析可知，实验⑤的反应速率应是实验①的3倍，所以t1＝＝29.3 s。
(3)温度对反应速率影响的一般规律是：温度升高，反应速率增大，所以③组数据的显色时间小于22.0 s。
(4)由5组数据的关系可以得出显色时间与反应物起始浓度乘积成反比(即反应速率与反应物起始浓度乘积成正比)。
答案： (1)研究反应物I－与S2O的浓度对反应速率的影响 (2)29.3 s (3)A (4)显色时间与反应物起始浓度乘积成反比(或反应速率与反应物起始浓度乘积成正比)
10．(2016·余杭联考)某研究性学习小组为了研究影响化学反应速率的因素，设计如下方案：
反应方程式：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O
(1)实验计时方法是从溶液混合开始计时，至________时计时结束。
(2)实验Ⅰ和Ⅱ研究浓度对反应速率的影响，实验Ⅰ和Ⅲ研究温度对反应速率的影响。请在上表空格中填入合理的实验数据。
(3)从实验数据分析，实验Ⅰ和Ⅳ研究________对反应的影响。
解析：(1)实验计时方法是从溶液混合开始计时，到紫红色刚好褪去计时结束。
(2)根据实验目的，选择合理数据：高锰酸钾浓度不变，都是2 mL；实验Ⅰ和Ⅱ研究浓度对反应速率的影响，草酸体积为1 mL；实验Ⅰ和Ⅲ研究温度对反应速率的影响，浓度全部相同。
(3)从实验数据分析，MnSO4溶液在反应中为催化剂。
答案：(1)紫红色刚好褪去
(2)
(3)催化剂
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/2a0aeebeb6360b4c2e3f5727a5e9856a571226f1.html
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