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突破原理題中的曲線歸屬和計(jì)算問(wèn)題

2024-10-24 00:00:00周海歐
廣東教育·高中 2024年10期

《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》中明確提出:關(guān)鍵能力是指即將進(jìn)入高等學(xué)校的學(xué)習(xí)者在面對(duì)與學(xué)科相關(guān)的生活實(shí)踐或?qū)W習(xí)探索問(wèn)題情境時(shí),高質(zhì)量地認(rèn)識(shí)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題所必須具備的能力。自2021年廣東實(shí)行新高考以來(lái),廣東高考化學(xué)卷題型常規(guī),保持穩(wěn)定,情境陌生,創(chuàng)新性高,綜合性和內(nèi)容跨度大,知識(shí)串聯(lián)性強(qiáng),特別是有關(guān)原理題中的圖像和計(jì)算問(wèn)題,區(qū)分度明顯,層次分明,很好的體現(xiàn)了關(guān)鍵能力的考查,有利于引導(dǎo)中學(xué)教學(xué)和高校選才。

近4年廣東高考化學(xué)試題的計(jì)算分?jǐn)?shù)越來(lái)越多,筆記進(jìn)行粗略統(tǒng)計(jì):2021年21分,2022年23分,2023年25分,2024年26分,而很多學(xué)生往往對(duì)計(jì)算題存在恐懼心理,能不做盡量不做,導(dǎo)致丟分嚴(yán)重,其實(shí)我們認(rèn)真研究高考試題,發(fā)現(xiàn)廣東近幾年高考計(jì)算其實(shí)并不難,回歸基礎(chǔ),回歸概念教學(xué),只要理解概念,運(yùn)用概念的定義完全可以突破計(jì)算的難點(diǎn)。

【考點(diǎn)分析】

一、曲線歸屬

【例1】(2023·新課標(biāo)全國(guó)卷節(jié)選)向AgCl飽和溶液(有足量AgCl固體)中滴加氨水,發(fā)生反應(yīng)Ag++NH3\[Ag(NH3)\]+和\[Ag(NH3)\]++NH3\[Ag(NH3)2\]+。lg\[c(M)/(mol×L-1)\]與lg\[c(NH3)/(mol×L-1)\]的關(guān)系如圖1所示(其中M代表Ag+、Cl-、\[Ag(NH3)\]+或\[Ag(NH3)2\]+)。

【問(wèn)題】如何判斷圖像中四條曲線的歸屬?

【解析】定性視角:根據(jù)平衡移動(dòng)原理,分析各微粒濃度隨氨水的不斷滴入呈現(xiàn)出的變化趨勢(shì)。根據(jù)題干信息分析,在AgCl飽和溶液中,存在平衡:AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)。

Ag+和Cl-的濃度相等,向該飽和溶液中滴加氨水,由于氨水中的NH3·H2O與Ag+結(jié)合,導(dǎo)致溶液中Ag+濃度減小,Cl-濃度增大、\[Ag(NH3)\]+濃度增大,繼續(xù)滴加氨水,\[Ag(NH3)\]+增大的幅度小于\[Ag(NH3)2\]+,則曲線I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別表示\[Ag(NH3)2\]+、\[Ag(NH3)\]+、Ag+、Cl-的濃度隨NH3濃度變化的曲線。

【例2】(2023·山東高考節(jié)選)在含HgI2(s)的溶液中,一定c(I-)范圍內(nèi),存在平衡關(guān)系HgI2(s)HgI2(aq);HgI2(aq)Hg2++2I-;HgI2(aq)HgI++I-;HgI2(aq)+I-HgI-3;HgI2(aq)+2I-HgI2-4,平衡常數(shù)依次為K0、K1、K2、K3、K4。已知lgc(Hg2+)、lgc(HgI+)、lgc(HgI-3)、lgc(HgI2-4)隨lgc(I-)的變化關(guān)系如圖2所示。

【問(wèn)題】如何判斷圖像中四條曲線的歸屬?

【解析】定性視角:根據(jù)平衡移動(dòng)原理,分析各微粒濃度隨c(I-)增加呈現(xiàn)出的變化趨勢(shì)。

分析方程式:HgI2(aq)Hg2++2I-;HgI2(aq)HgI++I-;隨c(I-)增大,平衡逆向移動(dòng),c(Hg2+)和c(HgI+)降低;分析方程式:HgI2(aq)+I-HgI-3;HgI2(aq)+2I-HgI2-4,隨c(I-)增大,平衡正向移動(dòng),c(HgI-3)和c(HgI2-4)增大,由此可以把曲線分成2組:1和2一組【c(Hg2+)和c(HgI+)】,3和L一組【c(HgI-3)和c(HgI2-4)】。再注意觀察方程式,I-的計(jì)量數(shù)越大,則改變相同c(I-)的時(shí)候,影響程度越小,則線的斜率越大,由方程式可知,c(Hg2+)和c(HgI2-4)受影響的程度相對(duì)較小,斜率大,則直線1、2、3、L分別代表lgc(Hg2+)、lgc(HgI+)、lgc(HgI-3)、lgc(HgI2-4)隨lgc(I-)變化的圖像。

【例3】(2023·遼寧高考節(jié)選)某廢水處理過(guò)程中始終保持H2S飽和,即c(H2S)=0.1mol·L-1,通過(guò)調(diào)節(jié)pH使Ni2+和Cd2+形成硫化物而分離,體系中pH與-lgc關(guān)系如圖3所示,c為HS-、S2-、Ni2+和Cd2+的濃度,單位為mol·L-1。已知Ksp(NiS)>Ksp(CdS)。

【問(wèn)題】如何判斷圖像中四條曲線的歸屬?

【解析】定性視角:根據(jù)平衡移動(dòng)原理,分析各微粒濃度隨pH增加呈現(xiàn)出的變化趨勢(shì)。

注意縱坐標(biāo)為-lgc,縱坐標(biāo)越大,c越小。分析方程式:H2S(aq)H++HS-、HS-H++S2,隨著pH的增大,H2S的濃度逐漸減小,HS-的濃度增大,S2-濃度逐漸增大,則有-lgc(HS-)和-lgc(S2-)隨著pH增大而減小,S2-濃度逐漸增大會(huì)導(dǎo)致Ni2+和Cd2+濃度逐漸減小,則可以分為兩組:③和④代表-lgc(HS-)和-lgc(S2-),①和②代表-lgc(Ni2+)、-lgc(Cd2+);有根據(jù)“始終保持H2S飽和”,則pH相同時(shí),HS-濃度大于S2-,即-lgc(HS-)小于-lgc(S2-),則③代表-lgc(S2-)-,④代表-lgc(HS-)【或者直接看起點(diǎn)也可以】。Ksp(NiS)>Ksp(CdS),即當(dāng)c(S2-)相同時(shí),c(Ni2+)>c(Cd2+),則-lgc(Ni2+)小于-lgc(Cd2+),由此可知曲線①代表-lgc(Cd2+)、②代表-lgc(Ni2+)。

【例4】(2024·全國(guó)甲卷節(jié)選)將0.10 mmol Ag2CrO4配制成1.0 mL懸濁液,向其中滴加0.10 mol·L-1的NaCl溶液。lg[cM/(mol·L-1)](M代表Ag+、Cl-或CrO2-4)隨加入NaCl溶液體積(V)的變化關(guān)系如圖所示。

【問(wèn)題】如何判斷圖像中3條曲線的歸屬?

【解析】定量視角:根據(jù)平衡移動(dòng)原理和特殊的點(diǎn),尋找剛好完全反應(yīng)的點(diǎn)突破曲線的歸屬問(wèn)題。向1.0 mL含0.10 mmolAg2CrO4的懸濁液中滴加0.10 mol·L-1的NaCl溶液,發(fā)生反應(yīng):Ag2CrO4(s)+2Cl-(aq)2AgCl(s)+CrO2-4(aq),兩者恰好完全反應(yīng)時(shí),NaCl溶液的體積為V(NaCl)=2×0.10 mmol0.10 mol/L=2 mL,2 mL之后再加NaCl溶液,c(Cl-)增大,據(jù)AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq),Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-)可知,c(Ag+)會(huì)隨著c(Cl-)增大而減小,所以2mL后降低的曲線,即最下方的虛線代表Ag+,升高的曲線,即中間虛線代表Cl-,則剩余最上方的實(shí)線為CrO2-4曲線。

【解題策略】

注意審題,分清楚圖像橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)的含義,厘清圖像是否為平衡狀態(tài)的圖像,注意獲取題干中文字信息、方程式信息、巧妙利用圖像特殊點(diǎn)(起點(diǎn)、交點(diǎn)、突變點(diǎn)、數(shù)值整數(shù)點(diǎn)等),深度理解勒夏特列原理,關(guān)注曲線變化趨勢(shì),以此來(lái)破解圖像的歸屬問(wèn)題。

二、經(jīng)典計(jì)算

【例1】(2024·全國(guó)甲卷節(jié)選)甲烷轉(zhuǎn)化為多碳化合物具有重要意義。一種將甲烷溴化再偶聯(lián)為丙烯(C3H6)的研究所獲得的部分?jǐn)?shù)據(jù)如下?;卮鹣铝袉?wèn)題。

(1)已知如下熱化學(xué)方程式:

CH4(g)+Br2(g)=CH3Br(g)+HBr(g)

ΔH1=-29 kJ·mol-1

3CH3Br(g)=C3H6(g)+3HBr(g)

ΔH2=+20 kJ·mol-1

(2)CH4與Br2反應(yīng)生成CH3Br,部分CH3Br會(huì)進(jìn)一步溴化。將8 mmol CH4和8 mmol Br2,通入密閉容器,平衡時(shí),n(CH4)、n(CH3Br)與溫度的關(guān)系見(jiàn)圖5所示(假設(shè)反應(yīng)后的含碳物質(zhì)只有CH4、CH3Br和CH2Br2)。

(?。﹫D中CH3Br的曲線是 (填“a”或“b”)。

(ⅱ)560℃時(shí),CH4的轉(zhuǎn)化α= ,

n(HBr)= mmol。

(ⅲ)560℃時(shí),反應(yīng)CH3Br(g)+Br2(g)=CH2Br2(g)+HBr(g)的平衡常數(shù)K= 。

【解析】本小題考查化學(xué)平衡的移動(dòng)及曲線的歸屬,轉(zhuǎn)化率和平衡常數(shù)的計(jì)算等問(wèn)題,解答此類題的核心關(guān)鍵是列出表達(dá)式,一一求出對(duì)應(yīng)的量,代入公式進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

(?。└鶕?jù)方程式①,升高溫度,反應(yīng)向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng),即平衡逆向移動(dòng),CH4(g)的含量增多,CH3Br(g)的含量減少,故CH3Br的曲線為a。

(ⅱ)觀察圖像可知,560℃時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡,剩余的CH4(g)的物質(zhì)的量為1.6 mmol,其轉(zhuǎn)化率α=轉(zhuǎn)化的CH4起始的CH4=(8 mmol-1.6 mmol)8 mmol×100%=80%;若只發(fā)生一步反應(yīng),則生成6.4 mmol CH3Br,但此時(shí)剩余CH3Br的物質(zhì)的量為5.0 mmol,說(shuō)明還有1.4 mmol CH3Br發(fā)生反應(yīng)生成CH2Br2,則此時(shí)生成的HBr的物質(zhì)的量n=6.4+1.4=7.8 mmol。

(ⅲ)平衡時(shí),反應(yīng)中各組分的物質(zhì)的量分別為n(CH3Br)=5.0 mmol、n(Br2)=0.2 mmol、n(CH2Br2)=1.4 mmol、n(HBr)=7.8 mmol,故該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=c(CH2Br2)·c(HBr)c(CH3Br)·c(Br2)=1.4V×7.8V5.0V×0.2V=10.92。

【答案】(?。゛ (ⅱ)80%,7.8 (ⅲ)10.92

【例2】(2024·廣東卷節(jié)選)在非水溶劑中研究弱酸的電離平衡有重要科學(xué)研究?jī)r(jià)值。一定溫度下,某研究組通過(guò)分光光度法測(cè)定了兩種一元弱酸HX(X為A或B)在非水溶液中的Ka。

a.選擇合適的指示劑HIn,Ka(HXn)=3.6×10-20;其鉀鹽為KIn。

b.向KIn溶液中加入HX,發(fā)生反應(yīng):In-+HXX-+HIn。KIn的起始的物質(zhì)的量為n0(KIn),加入HX的物質(zhì)的量為n(HX),平衡時(shí),測(cè)得c平(In-)/c平(HIn)隨n(HX)/n0(KIn)的變化曲線如圖所示。

已知:該溶劑不電離,鉀鹽在該溶劑中完全電離。

①計(jì)算Ka(HA)。(寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

②在該溶劑中,Ka(HB) Ka(HA);Ka(HB) Ka(HIn)。(填“>”、“<”或“=”)

【解析】本小題考查多重平衡中化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算等問(wèn)題,解答此類題的核心關(guān)鍵是列出表達(dá)式,找到特殊點(diǎn)為突破口,融合、進(jìn)行關(guān)系的轉(zhuǎn)換,再代入公式進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

①確定HA曲線,選擇特殊的點(diǎn)(1,3),此時(shí),c平(In-)/c平(HIn)=3,n(HX)/n0(KIn)=1,根據(jù)KIn的起始的物質(zhì)的量為n0(KIn),則起始的n(HX)=n0,再根據(jù)In元素守恒,平衡時(shí)候:n平(In-)=34n0,n平(HIn)=14n0。

根據(jù)Ka(HIn)=c(H+)·c(In-)c(HIn)=3.6×10-20,推出c(H+)=1.2×10-20mol·L-1

根據(jù)三段式:In-+ HX X-+ HIn

起始:n0 n0 0 0

變化:14n014n014n014n0

平衡:34n034n014n014n0

再根據(jù)Ka(HA)=c(H+)·c(A-)c(HA)=

c(H+)·n(A-)n(HA)=1.2×10-20×14n034n0=4.0×10-21。

②確定曲線HB,選擇特殊的點(diǎn)(1,0.4),根據(jù)同樣的方法,可以快速求出Kb(HA)=2.25×10-19。

【答案】①4.0×10-21②>,>

【例3】(2023·廣東卷節(jié)選)(3)R的衍生物L(fēng)可用于分離稀土。溶液中某稀土離子(用M表示)與L存在平衡:

M+LML K1

ML+LML2 K2

研究組配制了L起始濃度c0(L)=0.02 mol·L-1、M與L起始濃度比c0(M)/c0(L)不同的系列溶液,反應(yīng)平衡后測(cè)定其核磁共振氫譜。配體L上的某個(gè)特征H在三個(gè)物種L、ML、ML2中的化學(xué)位移不同,該特征H對(duì)應(yīng)吸收峰的相對(duì)峰面積S(體系中所有特征H的總峰面積計(jì)為1)如下表。

【注】核磁共振氫譜中相對(duì)峰面積S之比等于吸收峰對(duì)應(yīng)H的原子數(shù)目之比;“<0.01”表示未檢測(cè)到。

①c0(M)/c0(L)=a時(shí),x= 。

②c0(M)/c0(L)=b時(shí),平衡濃度比c平(ML2)∶c平(ML)= 。

(4)研究組用吸收光譜法研究了(3)中M與L反應(yīng)體系。當(dāng)c0(L)=1.0×10-5 mol·L-1時(shí),測(cè)得平衡時(shí)各物種c平/c0(L)隨c0(M)/c0(L)的變化曲線如圖7所示。

c0(M)/c0(L)=0.51時(shí),計(jì)算M的平衡轉(zhuǎn)化率(寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

【解析】本題以各種配合物為載體,通過(guò)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率等知識(shí)進(jìn)行設(shè)問(wèn),考查學(xué)生綜合運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理解釋問(wèn)題、解決實(shí)際問(wèn)題的能力,吸收運(yùn)用新知識(shí)的能力。

(3)①由信息“體系中所有特征H的總鋒面積為1”可知c0(M)/c0(L)=a時(shí),x+0.64=1,則x=0.36。

②c0(M)/c0(L)=b時(shí),平衡濃度比c平(ML2)∶c平(ML)=12S(ML2)∶S(ML)=12×0.6∶0.4=3∶4。

(4)根據(jù)公式:α(M)=M(轉(zhuǎn)化)M(起始)=c轉(zhuǎn)(M)c0(M)

找到圖像中特殊點(diǎn):c0(M)/c0(L)=0.51時(shí),則c0(M)=0.51c0(L)

根據(jù)縱坐標(biāo),c平(ML)=c平(L)=0.4c0(L)

由L守恒可得:c0(L)=c平(L)+c平(ML)+

2c平(ML2),則c平(ML2)=0.1c0(L)

c轉(zhuǎn)(M)=c平(ML)+c平(ML2)=0.5c0(L)

α(M)=0.5c0(L)/0.51c0(L)≈98%。

【答案】(3)①0.36 ②3∶4(4)98%

【例4】(2024·順德三模節(jié)選)Fe3+會(huì)與溶液中的Cl-形成多種配合物。當(dāng)c(Cl-)<0.1 mol·L-1時(shí),溶液中主要存在下列兩個(gè)平衡:

Fe3++Cl-FeCl2+

K1=101.8

FeCl2++Cl-FeCl+2

K2=100.6

改變Cl-起始濃度,測(cè)得平衡時(shí)Fe3+、FeCl2+和FeCl+2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)δ(x)隨lgc(Cl-)的部分變化如圖8所示。

已知:δ(x)=c(x)c(Fe3+)+c(FeCl2+)+c(FeCl-2),若Q點(diǎn)Fe3+對(duì)應(yīng)的起始濃度c0(Fe3+)=a mol·L-1

(Ⅰ)求Q點(diǎn)溶液中c(Cl-)= mol·L-1;

(Ⅱ)計(jì)算Q點(diǎn)溶液中Fe3+的平衡轉(zhuǎn)化率。(寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程,已知100.6≈4)

【解析】本題以鐵的配合物為載體,通過(guò)對(duì)離子濃度、轉(zhuǎn)化率的計(jì)算,考查學(xué)生讀圖能力、利用元素守恒法進(jìn)行計(jì)算的技巧。

方法一:設(shè)Q點(diǎn)溶液中

c(Fe3+)=c(FeCl+2)=x mol·L-1:

根據(jù)K1=c(FeCl2+)c(Fe3+)c(Cl-)=101.8,推出:

c(FeCl2+)=100.6x

則α(Fe3+)=c(FeCl2+)+c(FeCl+2)c(Fe3+)+c(FeCl2+)+c(FeCl+2)=

100.6x+xx+100.6x+x=56

方法二:設(shè)Q點(diǎn)溶液中c(Fe3+)=c(FeCl+2)=x mol·L-1,c(FeCl2+)=y mol·L-1

已知c(Fe3+)+c(FeCl+2)+c(FeCl2+)=amol·L-1

K1=c(FeCl2+)c(Fe3+)c(Cl-),即y10-12x=101.8

2x+y=a y=100.6x=4x

得:x=a6 y=2a3

M點(diǎn)溶液中Fe3+的轉(zhuǎn)化率為83.3%(或56)。

【根據(jù)第2個(gè)方程式計(jì)算同樣可以,合理方法都行】

【解題策略】

回歸基礎(chǔ),理解轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)速率、各種平衡常數(shù)的定義并且能夠活用,例如:α=變化量起始量,

v=變化的量時(shí)間,這個(gè)“量”可以是物質(zhì)的量、濃度、質(zhì)量、壓強(qiáng)等;K=生成物(x)的冪之積反應(yīng)物(x)的冪之積,

如果“x”代表濃度,則K為一般的濃度平衡常數(shù);如果“x”代表分壓,則K為壓力平衡常數(shù)(Kp);如果“x”代表相對(duì)分壓,則K為相對(duì)壓力平衡常數(shù)(Krp)。無(wú)論是何種計(jì)算,都離不開(kāi)利用方程式進(jìn)行三段式計(jì)算或根據(jù)元素守恒,結(jié)合題目中的特殊點(diǎn)進(jìn)行突破。

三、綜合應(yīng)用

【練習(xí)1】(2021·廣東卷節(jié)選)我國(guó)力爭(zhēng)于2030年前做到碳達(dá)峰,2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。CH4與CO2重整是CO2利用的研究熱點(diǎn)之一。該重整反應(yīng)體系主要涉及以下反應(yīng):

a)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1

b)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2

c)CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH3

d)2CO(g)CO2(g)+C(s) ΔH4

e)CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s) ΔH5

(4)設(shè)Krp為相對(duì)壓力平衡常數(shù),其表達(dá)式寫(xiě)法:在濃度平衡常數(shù)表達(dá)式中,用相對(duì)分壓代替濃度。氣體的相對(duì)分壓等于其分壓(單位為kPa)除以p0(p0=100 kPa)。

反應(yīng)a、c、e的lnKrp隨1T(溫度的倒數(shù))的變化如圖9所示。

①反應(yīng)a、c、e中,屬于吸熱反應(yīng)的有 (填字母)。

②反應(yīng)c的相對(duì)壓力平衡常數(shù)表達(dá)式為lnKrp= 。

③在圖9中A點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下、原料組成為n(CO2)∶n(CH4)=1∶1、初始總壓為100 kPa的恒容密閉容器中進(jìn)行反應(yīng),體系達(dá)到平衡時(shí)H2的分壓為40 kPa。計(jì)算CH4的平衡轉(zhuǎn)化率,寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程。

【解析】圖9所示為Krp~1T之間的線性關(guān)系,根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)K與化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)之間的關(guān)系可知:對(duì)于吸熱反應(yīng),隨著溫度升高,平衡常數(shù)K值增大;對(duì)于放熱反應(yīng),隨著溫度升高,平衡常數(shù)K值減小。圖9中所示橫坐標(biāo)為1T(溫度的倒數(shù)),則lnKrp隨著1T的增大而減小的曲線對(duì)應(yīng)的反應(yīng)為吸熱反應(yīng),故答案為ac。

根據(jù)題干中的信息可知,相對(duì)分壓平衡常數(shù)為生成物氣體的相對(duì)分壓冪之積比上反應(yīng)物氣體相對(duì)分壓冪之積,由于C為固態(tài),不寫(xiě)入平衡常數(shù)表達(dá)式。

由圖可知,A點(diǎn)對(duì)應(yīng)反應(yīng)c的lnKpr=0,則

Kpr=(p(H2)p0)2p(CH4)p0=1

即p平(CH4)=p2(H2)p0

已知反應(yīng)平衡時(shí)p平(H2)=40 kPa,則

p平(CH4)=p2(H2)p0=(40 kPa)2100 kPa=16 kPa

且已知初始狀態(tài)時(shí)

p始(CH4)=12×100 Pa=50 KPa

故CH4的平衡轉(zhuǎn)化率

α(CH4)=p始(CH4)-p平(CH4)p始(CH4)×100%=

50 kPa-16 kPa50 kPa×100%=68%

【答案】(4)①ac ②(p(H2)p0)2p(CH4)p0 ③68%

【練習(xí)2】(2020·全國(guó)甲卷節(jié)選)二氧化碳催化加氫合成乙烯是綜合利用CO2的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域?;卮鹣铝袉?wèn)題。

(1)CO2催化加氫生成乙烯和水的反應(yīng)中,產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比n(C2H4)∶n(H2O)= 。

(2)理論計(jì)算表明,原料初始組成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在體系壓強(qiáng)為0.1 MPa,反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),四種組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x隨溫度T的變化如圖所示。

圖中,表示C2H4、CO2變化的曲線分別是 、 。

(3)根據(jù)圖中點(diǎn)A(440K,0.39),計(jì)算該溫度時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp= (MPa)-3(列出計(jì)算式。以分壓表示,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

【解析】(1)根據(jù)題意,CO2催化加氫生成乙烯和水的化學(xué)方程式可表示為2CO2+6H2→CH2=CH2+4H2O,可得n(C2H4)∶n(H2O)=1∶4。

(2)一定要認(rèn)真注意審題:“反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),四種組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x隨溫度T的變化如圖所示”,本題考查的是平衡后溫度的影響,很多同學(xué)容易出錯(cuò):b、d一直減小為反應(yīng)物,a、c增加為生成物。由題中信息可知,兩反應(yīng)物的初始投料之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比,由于消耗的n(CO2)和n(H2)也為1∶3,因此平衡時(shí)n(CO2);n(H2)始終等于1∶3,產(chǎn)物中n(C2H4)∶n(H2O)始終等于1∶4,找出圖中曲線的起點(diǎn)或特殊點(diǎn)坐標(biāo),可知a為H2,c為CO2,b為H2O,d為C2H4。

(3)理解分壓和Kp的含義,代入公式??倝簆=0.1 MPa,且根據(jù)反應(yīng)物之間的物質(zhì)的量的關(guān)系,n(CO2)∶n(H2)=1∶3,n(C2H4)∶n(H2O)=1∶4

2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g)

平衡分壓

0.393p0.39p0.394p0.39p

平衡常數(shù)Kp=0.394×0.3940.396×0.3932×10.13(MPa)-3=94×10.0393(MPa)-3。

【答案】(1)1∶4 (2)d c (3)94×10.0393或0.394×0.3940.396×(0.393)2×10.13

縱觀近幾年化學(xué)平衡題,占分比重一直在增加,但是學(xué)生得分率一直不高,究其原因,并不是題目太難,只是很多學(xué)生對(duì)圖像和計(jì)算存在畏懼心理,實(shí)際只要同學(xué)們靜下心來(lái)認(rèn)真分析,尋找突破口,列出公式,尋找公式中的數(shù)值,步步為營(yíng),一定會(huì)解決這類問(wèn)題。另外,在平時(shí)的復(fù)習(xí)中,多研究歷年高考真題,高考試題永遠(yuǎn)是經(jīng)典,特別是廣東高考化學(xué)試題,真正把課本知識(shí)與“具體真實(shí)的世界”聯(lián)系起來(lái),通過(guò)優(yōu)化考查內(nèi)容、豐富呈現(xiàn)方式、創(chuàng)新設(shè)問(wèn)角度等途徑,突出對(duì)關(guān)鍵能力的考查,查學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)方法分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力,引導(dǎo)學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中建構(gòu)知識(shí)、培養(yǎng)能力、提升素養(yǎng),讓善于獨(dú)立思考、認(rèn)知能力強(qiáng)的學(xué)生脫穎而出。特別是廣東高考原理題,強(qiáng)調(diào)思維過(guò)程和思維方式,鼓勵(lì)學(xué)生多角度主動(dòng)思考、深入探究,發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題、找到新規(guī)律,引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)和備考中減少死記硬背和機(jī)械刷題,真正做到了有效引導(dǎo)教學(xué),實(shí)現(xiàn)高考由“以綱定考”到“考教銜接”的轉(zhuǎn)變。

【作者簡(jiǎn)介:中學(xué)化學(xué)高級(jí)教師,順德區(qū)教育發(fā)展中心高中化學(xué)教研員。曾獲榮譽(yù):順德區(qū)骨干教師、順德區(qū)教書(shū)育人優(yōu)秀教師、佛山市首屆高中化學(xué)優(yōu)秀青年教師、佛山市優(yōu)秀班主任等】

責(zé)任編輯 李平安

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