内容正文:
系统建模— “化学反应原理”大题的解题方略
一、试题的命制及答题思维建模
“化学反应原理”从热力学、动力学等方面探索化学反应的规律及人类对其控制与利用,对于发展学生“变化观念与平衡思想”“科学探究与创新意识”素养具有无法替代的作用。
(一)考什么——“化学反应原理”大题的考点布局
1.总体布局
2.具体分析
对于热化学
根据给定的热化学方程式利用盖斯定律推算目标反应的热化学方程式或焓变(ΔH)或根据化学键能计算指定反应的焓变(ΔH)等
对于电化学
根据给定的电化学装置和题干情境,进行电极反应式或电池反应方程式书写,或电化学的有关计算等
对于化学反应速率
根据化学反应和题中数据或图像,考查反应速率的有关计算或影响因素的分析
对于化学平衡
根据给定的可逆反应,结合题中数据或图像,考查平衡常数(Kc、Kp、Kx)和转化率的有关计算和影响平衡因素的分析
(二)怎么考、怎么办——试题命制的3个层级及其解题思维建模
“化学反应原理”综合题的考点的布设点多面广,灵活性较大。但从高考命题“既要让大多数考生考出成就感,又要体现出高考的选拔功能”这一命题原则考量,高考试题在命制时一般要照顾到以下三个层级:
1.创设单一反应体系情境,凸显知识的基础性
化学反应原理试题大多是“拼盘”考查,各设问间有的没有任何联系,属于对单点知识的基础性考查,如:化学平衡常数的计算问题,首先建立反应体系,从题干数据入手进行归纳和论证,从而找到解决平衡常数计算的依据和方法。
[示例1] (2022·全国乙卷·节选)在1 470 K、100 kPa反应条件下,将n(H2S)∶n(Ar)=1∶4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等,H2S平衡转化率为__________,平衡常数Kp=________ kPa。
[答案] 50% 4.76
[命题解读]
情境创设
本题的反应体系由单一反应构建,通过列三段式可求出物质的平衡浓度
模型构建
依据原料的起始量和转化量计算各组分的平衡浓度,可构建如下思维模型:
2.创设多反应体系情境,凸显能力的综合性
在化学反应原理试题中为凸显高考试题的选拔功能,会设置知识交汇、方法交织、能力交叉情境,体现综合性和应用性考查。如:创设多反应体系情境将平衡常数计算的难度增大,而解决该问题的关键是理清反应次序关系和数据关系。
[示例2] (2020·山东等级考·节选)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2=-90.4 kJ·mol-1
Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3
一定条件下,向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应,达到平衡时,容器中CH3OH(g)为a mol,CO为b mol,此时H2O(g)的浓度为____________ mol·L-1(用含a、b、V的代数式表示,下同),反应Ⅲ的平衡常数为____________。
[答案]
[命题解读]
情境创设
本题为平行反应体系,解决问题的关键为理清各种物质量的关系,确定了平衡的浓度,即可进行计算
模型构建
依据反应确定化学反应平衡的体系,理清反应次序,确定体系达到平衡时各微粒的转化关系,由此计算化学平衡常数
3.创设信息迁移情境,凸显创新应用能力
[示例3] (2021·全国乙卷·节选)一氯化碘(ICl)是一种卤素互化物,具有强氧化性,可与金属直接反应,也可用作有机合成中的碘化剂。回答下列问题:
McMorris测定和计算了在136~180 ℃范围内下列反应的平衡常数Kp:
2NO(g)+2ICl(g)2NOCl(g)+I2(g) Kp1
2NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g) Kp2
得到lg Kp1~和lg Kp2~均为线性关系,如下图所示:
反应2ICl(g)===Cl2(g)+I2(g)的K=______(用Kp1、Kp2表示);该反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”),写出推理过程:________________________________________________________________________。
[答案] Kp1·Kp2 大于 设T′>T,即<,由图可知:lg Kp2(T′)-lg Kp2(T)>|lg Kp1(T′)-lg Kp1(T)|=lg Kp1(T)-lg Kp1(T′)则:lg[Kp2(T′)·Kp1(T′)]>lg[Kp2(T)·Kp1(T)]