素养说明:在研究影响化学反应速率的因素时,由于外界影响因素较多,故为搞清某个因素的影响均需控制其他因素相同或不变,再进行实验,因此,常用控制变量思想解决该类问题。
1.常见考查形式(1)以表格的形式给出多组实验数据,让学生找出每组数据的变化对化学反应速率的影响。
(2)给出影响化学反应速率的几种因素,让学生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。
2.解题策略(1)确定变量解答这类题目时首先要认真审题,理清影响实验探究结果的因素有哪些。
(2)定多变一在探究时,应该先确定其他的因素不变,只变化一种因素,看这种因素与探究的问题存在怎样的关系;这样确定一种以后,再确定另一种,通过分析每种因素与所探究问题之间的关系,得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。
(3)数据有效解答时注意选择数据(或设置实验)要有效,且变量统一,否则无法作出正确判断。
3.实例分析探究温度、催化剂对反应:2H2O2===2H2O+O2↑的影响,可以确定催化剂(是否加入MnO2)和温度(加热、常温)作为可变量,其他的则控制为不变量。
探究对象的反应2H2O2===2H2O+O2↑控制的可变量催化剂温度控制的不变量浓度、温度等浓度、催化剂等实验方案取相同量的5%H2O2溶液于取相同量的5%H2O2溶液于两[题型专练]1.(2018·淮北质检)某同学设计如下实验方案探究影响锌与稀硫酸反应速率的因素,有关数据如下表所示:(1)本实验待测数据可以是__________________________________________,实验Ⅰ和实验Ⅱ可以探究________对锌与稀硫酸反应速率的影响。
(2)实验Ⅲ和实验Ⅳ的目的是____________________________________________。
写出有关反应的离子方程式_________________________________________。
解析实验Ⅰ和实验Ⅱ中,锌的质量和状态相同,硫酸的浓度不同,实验Ⅲ和实验Ⅳ中加入硫酸铜,Cu2+的氧化性强于H+,首先发生反应Zn+Cu2+===Zn2++Cu,生成的铜附着在锌表面,在稀硫酸溶液中构成原电池,加快锌失电子。
但是加入的硫酸铜过多,生成的铜会覆盖在锌表面,阻止锌与稀硫酸进一步反应,产生氢气的速率会减慢。
(1)本实验待测数据可以是“反应结束所需要的时间”或“相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间”,实验Ⅰ和实验Ⅱ可以探究硫酸的浓度对反应速率的影响。
(2)实验Ⅲ和实验Ⅳ加入的硫酸铜的质量不同,可以探究加入硫酸铜的量与反应速率的关系。
答案(1)反应结束所需要的时间(或相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间)硫酸浓度(2)探究硫酸铜的量对反应速率的影响Zn+Cu2+===Zn2++Cu,Zn +2H+===Zn2++H2↑2.某兴趣小组用0.5 mol·L-1 KI、0.2 mol·L-1 K2S2O8、0.1 mol·L-1 Na2S2O3、0.2%淀粉溶液等试剂,探究反应条件对反应速率的影响。
已知:S2O2-8+2I-===2SO2-4+I2,I2+2S2O2-3===2I-+S4O2-6(1)为探究反应物浓度对化学反应速率的影响,设计的实验方案如下表:实验序号体积V/mLK2S2O8溶液水KI溶液Na2S2O3淀粉溶液①10.0 0.0 4.0 4.0 2.0②9.0 1.0 4.0 4.0 2.0③8.0 V x 4.0 4.0 2.0表中V x=________mL,理由是________________________________________________________________________________________________________。
(2)已知某条件下,浓度c(S2O2-8)~反应时间t的变化曲线如图所示,若保持其他条件不变,请在坐标图中,分别画出降低反应温度和加入催化剂时c(S2O2-8)~t 的变化曲线示意图(进行相应的标注)。
解析(1)实验的目的是探究K2S2O8溶液的浓度对化学反应速率的影响,故应保证每组实验中其他物质的浓度相等,即溶液的总体积相等(即为20.0 mL),从而可知V x=2.0。
(2)降低温度时,化学反应速率减慢,c(S2O2-8)变化减慢。
加入催化剂时,化学反应速率加快,c(S2O2-8)变化加快,c(S2O2-8)~t的变化曲线如图所示。
答案(1)2.0保证反应物K2S2O8的浓度改变,而其他物质浓度不变(2)如图所示培优训练14:有机合成与推断1.盐酸去氧肾上腺素可用于防治脊椎麻醉及治疗低血压。
盐酸去氧肾上腺素可由化合物E制备得到,E的合成路线如下:回答下列问题:(1)A的结构简式为________,CH3OCH2CH2OCH2Cl中的含氧官能团名称为________。
(2)C生成D的反应类型为________。
(3)设计A→B,D→E两步的目的为_______________________________________。
(4)F是E的同分异构体,且属于氨基化合物,不能与FeCl3溶液发生显色反应,且分子中有5种不同化学环境的氢原子,则F共有________种,写出其中一种同分异构体的结构简式:___________________________________________________。
(5)参照上述合成路线,以、CH3I为原料(无机试剂任选),设计制备A的合成路线:____________________________________________________________________________________________________________________。
解析(1)根据A的分子式,对比B的结构简式可知A中有一个苯环,一个醛基,另一个O形成—OH,则A的结构简式为。
CH3OCH2CH2OCH2Cl中的含氧官能团为醚键。
(2)比较C与D的结构简式可知,化合物C中基团的C—O键断裂,中N—H键断裂,发生加成反应生成D。
(3)起始原料A、目标产物E中均含有酚羟基,所以这两步设计的目的是保护A中酚羟基不被氧化。
(4)应先从官能团的确定入手,根据信息知F中含有氨基,不含酚羟基,由于C原子较多,H原子的种类较少,因此分子结构必然具有较强的对称性,并且C原子个数为奇数,所以必然有一个C原子在对称轴上,符合这些要求的对称结构有两种:或:,再把剩余的基团连接到苯环上,验证分子中是否有5种不同化学环境的氢原子,符合条件的结构有4种:。
(5)从原料到产物,就是将甲基转变成醛基:—CH3―→—CH2Cl―→—CH2OH―→—CHO,但同时需要考虑的是酚羟基易被氧化,需要保护。
故设计合成路线如下:答案(1)醚键(2)加成反应(3)保护A中酚羟基不被氧化(5)2.(2019·佛山市普通高中高三教学质量检测,36)化合物F具有独特的生理药理作用,实验室由芳香化合物A制备的一种合成路线如下:已知:①R —Br ――→CH 3ONaR —OCH 3回答下列问题:(1)A 的名称为________,B 生成C 的反应类型为________。
(2)咖啡酸的结构简式为________。
(3)F 中含氧官能团名称为________。
(4)写出F与足量NaOH溶液反应的化学方程式_____________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ _。
(5)G为香兰素的同分异构体,能使FeCl3溶液变紫色,苯环上只有两个取代基团,能发生水解反应,符合要求的同分异构体有________种,请写出其中核磁共振氢谱图显示有4种不同环境的氢,峰面积比为3∶2∶2∶1的G的结构简式_____________________________________________________________________。
(6)写出以原料(其他试剂任选) 制备肉桂酸的合成路线。
解析C与CH3ONa的反应一定是题目的已知反应①,所以C为,推出B为。
由上,再根据A的分子式得到A为。
香兰素发生题目已知反应②得到D,所以D为。
最后一步E与酯化得到F,所以E为。
(1)A为,所以名称为对甲基苯酚或者4-甲基苯酚。
由B的反应为取代反应。
(2)咖啡酸E为。
(3)根据F的结构简式得到其含氧官能团的名称为(酚)羟基和酯键。
(4)F与足量氢氧化钠反应,其两个酚羟基会与氢氧化钠中和,另外酯键和氢氧化钠水解,所以方程式为:(5)G为香兰素的同分异构体,能使FeCl3溶液变紫色,说明一定有酚羟基,苯环上只有两个取代基团,能发生水解反应,说明除酚羟基外,其余的两个C和两个O都在另一个取代基上,且一定有酯键。
所以符合要求的同分异构体有9种:(各自有邻间对三种同分异构体)。
其中核磁共振氢谱图显示有4种不同环境的氢,峰面积比为3∶2∶2∶1的G的结构简式为:。
(6)很明显制备肉桂酸需要用到题目的已知反应②,所以需要制得,将原料水解后氧化即可得到,所以路线图为:答案(1)4-甲基苯酚或对甲基苯酚取代反应(2)(3)酯键、(酚)羟基3.(2018·青岛市高三一模,36)蜂胶是蜜蜂从植物芽孢或树干上采集的树脂。
在蜂胶众多的功效成分中,咖啡酸苯乙酯(CAPE) 已经被鉴定为蜂胶中的主要活性组分之一。
已知:①A的核磁共振氢谱有三个波峰,红外光谱显示咖啡酸分子中存在碳碳双键合成咖啡酸苯乙酯的路线设计如下:请回答下列各题:(1)物质A 的名称为________。
(2)由B生成C和C 生成D 的反应类型分别是________、________。
(3) E 的结构简式为________。
(4)咖啡酸生成咖啡酸苯乙酯的化学方程式为_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。
(5)芳香化合物X是G(C9H8O3)的同分异构体,X能与饱和碳酸氢钠溶液反应放出CO2,且与新制Cu(OH)2反应生成砖红色沉淀,其核磁共振氢谱显示有5 种不同化学环境的氢,峰面积比为2∶2∶2∶1∶1,写出两种符合要求的X的结构简式_____________________________________________________________________ _。