9 强化守恒思维巧破计算困局一对一道高考化学反应原理题的解析-《中学生数理化》高考理化2025年10月刊

高考理化02车功月中学生数理化 解题篇高考命题新动向 强化守恒思维 巧破计算困局 对一道高考化学反应原理题的解析 ■广东省佛山市高级中学 韩伟 2025年广东省高考化学第19题以钛单 ②不同温度下，平衡时反应体系的组成 质及其化合物在航空、航天、催化等领域的应 如图1所示。曲线I对应的物质为 用为背景，体现了化学学科的应用价值。题 10 (T0,8.5) 目设问既聚焦核心知识与基本技能，如涉及 Ti(s) (T0,6.0) 价层电子排布、反应的自发性、盖斯定律等课 6 标明确要求的基础内容，又通过计算考查考 生基于图像分析的逻辑推导和数据处理的能 2 TiCla(s) TiCl4(g） 力，深度考查其在新情境下解决问题的高阶 0 思维发展水平。在题目设置的8个填空中有 1073 1173 1273 TK 5个涉及到化学计算，需要考生基于对信息 的理解与化学解题思路相关联，而在解题过 图1 程中灵活运用守恒思想可较好地理清量之间 ③温度T。K下，n[TiC1(g)]= mol, 的关系，破解该题的计算困局。 反应(c)的平衡常数K=(列出算式，无 题目(2025年广东高考化学第19 须化简)。 题)钛单质及其化合物在航空、航天、催化等 (4)钛基催化剂可以催化储氢物质肼 领域应用广泛。 (N2H)的分解反应： (1)基态Ti原子的价层电子排布式 (e)N2 H,-N2 +2H2 为一 (f)3N2H1=N2+4NH (2)298K下，反应TiO2(s)+2C(s)+ 为研究某钛基催化剂对上述反应的影 2C1,(s)-TiCL,(g)+2CO(g)的△H<0、 响，以肼的水溶液为原料（含N2H,的物质的 △S>0,则298K下该反应（填“能”或 量为，进行实验，得到始二随时间？变化 “不能”)自发进行。 的曲线如图2所示。其中，n1为H2与N2的 (3)以TC11为原料可制备TiC1。将 物质的量之和；n2为剩余NH,的物质的量。 5.0 mol TiC1,与10.0 mol Ti放入容积为 设n。为0一t时间段内反应(e)消耗NH,的 V。L的恒容密闭容器中，反应体系存在下列 物质的量，该时间段内，本体系中催化剂的选 过程。 编号 过程 △H 择性用” -×100%表示。 (a) Ti(s)十TC1,(g)一2TiC1,(s) △H (b) T(s)十TiC1,(g)→2TCl3(g) (e,y) +200kJ·mo1-1 (c) Ti(s)+3TiC1,(g)一4TiC13(g） +132.4kJ·mol (to:y2) TiCL2(g)→TiC1,(s) △Hg t/min ①△H1= kJ·mol-t。 图2 27 中学生款理化鳄琴經化声意衡婴新动 ①0t。min内，N2H的转化率为 应(a)、(d)为放热反应，反应(b)、(c)为吸热 (用含y2的代数式表示)。 反应，随着温度升高，反应()、(d)逆向移动， ②0~t。min内，催化剂的选择性为 反应(b)、(c)正向移动，TiCl(g)的含量逐渐 (用含y1与y2的代数式表示，写出推导过 上升，TiCL2(s)的含量逐渐下降，所以曲线I 程)。 对应的物质为TiC1,(s)。 答案解析及考查要点分析： 对于多平衡体系平衡移动及平衡移动结 (1)3d4s 果的分析，需要综合考虑外界因素对多个平 本问考查基本的化学用语，Ti为22号 衡体系的共同影响，并结合曲线变化或量的 元素，价层电子排布式为3d4s2。价电子排 变化进行解释分析，避免因为遗漏或片面的 布式、价电子排布图是化学用语中的重要考 分析导致结论不全面或错误。 点，在理解电子的排布规律基础上要熟记 ③温度T。K下，读图可知n[TiC1(s)] 1一36号电子排布式（图），尤其是第四周期 和n[TiC12(s)]几乎为0，n[Ti(s)]= 的元素，还需特别注意Cu、Cr电子排布的特 8.5mol,n[TiCl(s)]=6.0mol,则根据Ti 殊性。 元素守恒可推出n[TiC1,(g)]=(10.0十5.0 (2)能 -8.5-6.0)mo1=0.5mol。 本问考查反应进行的方向，已知该反应 容器体积为V。L,则c[TiC1,(g)]= 的△H<0、△S>0,依据公式△G=△H- 0.5 T△S可知，该反应在298K下△G<0,即该 V mL[TCLg]-mL,反 反应能自发进行。 c'[TiCl;(g)] (3)①-267.8②TiC12(s)③0.5 应(c)的平衡常数K= c[TiCl,(g)] 6.0\ V 6.0) (0.5 0.5131 本问考查运用盖斯定律进行反应热的计 本问的关键点是求出TC1,(g)的量，依 算，运用勒沙特列原理分析平衡移动的方向， 据题干可知，该多步平衡是把5.0 mol TiCl 读图选点计算，平衡常数的计算。 与10.0 mol Ti放入容积为V。L的恒容密闭 ①已知反应(b)为TiCl2(s)十TiC1,(g) 容器中开始建立的，将初始和T。K时体系内 -一2TiCl(g);反应(c)为Ti(s)+3TiC1,(g) 所有含钛元素的物质逐一列出如下，利用原 -一4TiC1(g),与所求反应热对应反应观察 子个数守恒即可得出n[TiCL(g)]。 对比可知，将反应(c)一2×反应(b)即可得 Ti(s)TiCl,(g)TiCl (s)TiCk (g)TiCl (s) Ti(s)十TiC11(g)一2TiCl2(s),则△H1= n(始)/mol 10.05.00 0 0 132.4kJ·mo1-1-2×200.1kJ·mol1-1= n(To K)/mol 8.5 n 0 6.0 267.8kJ·mo1-1。 对于多平衡体系，利用原子个数守恒可 在该问题中，由于钛的含氯化合物种类 以快速明确各物质之间的关系，准确破解相 和状态比较多样，所以需要看清物质及状态 关计算问题。 抓住盖斯定律的解题关键，找准所求反应的 (4)①(1 一y2）×100% 物质在哪些已知反应中，是做反应物还是生 ②(3y1+y2-1 ×100% 成物，其化学计量数是否与所求反应中物质 8-8y2 的化学计量数一致等关键信息，再建立和已 本问考查信息获取、读图和对数据的分 知反应的关系进行解答。 析与转换能力，进而考查转化率和催化剂选 ②曲线I、Ⅱ可表示TiCl(g)或 择性的计算。在该问的信息中除给出两个反 TC1,(s)的物质的量随温度的变化，由于反 应方程式外，还给出了9个陌生定量，如 28 高考理化0色年新动月中学生教理化 解题篇高考命题新动向 是N2H,的初始物质的量；n1为H?与N2的 物质的量之和；n2为剩余N2H,的物质的量； 剂的选择性为n。一n ne ×100%= n。为0~t时间段内反应(e)消耗N,H,的物 n(1-y2) 6m(1-y2)-2n0y 4 X3 质的量”×100%表示体系中化剂的 -×100%= no-y,no 3y1+y2-1 选择性；图像是用、”随时间t变化的曲线 ）×100%。 n。n 8-8y2 本问需要建立多个量之间的关系，因为 来表示；y1与y,表示两条曲线在t。时或 体系中只有N、H两种元素，可利用整个体系 中总原子个数守恒的关系求解NH的物质 的量。只有理清这多个量之间的联系和区 no 的量，解答思路清晰简单。 别，才能建立各量之间的关系。同样，对于图 方法二：用三段法也可解答该问计算，利 像中的曲线，需要先明确对应关系，才能准确 用已知两个反应，结合已知信息建立如下三 读取所需数据。 段法： ①因为肼(NH,)为反应物，肼的含量逐 N2 H-N2 2H2 渐下降，随时间变化所对应曲线表示的量应 n(始)/mol no 0 0 △n/mol ne ne 2ne 逐渐减小，由此可确定起始时=1的曲线 n(ta)/mol 儿+。2 3 2n. 为肼(N,H,),读图可知t。min时 =y2,则 3N2H1 =N2 4NH no n(始)/moln0 0 0 0~t。min内，N2H1的剩余量为n2=y2×no, (m0ne2】 △r/mol 4X(n0一nen2》 参与反应的NH1的物质的量为n。一y,X n0n。n2） 3 3 n,转化率为0-yXn2×100%=（1 4X(0一ne一n2） n(/mol 儿+。4 3 3 no y2)×100%。 依据n(H,)十n(N2)=n1,可得计算式 n.+ （no-ne-n2） ②方法一：由图可知，0~t。min内，2= 3 十2n。=n1,把n1=y1× no n。,n2=y2×no代入，计算可得n。= y1 ,2=y,剩余的N,H,的物质的量，一 no n6(3y1+y2-1 ,催化剂的选择性”× 8 no-n y,×no,则参加反应的肼N2H1的物质的量 为n(1一y2),生成的H2与N2的物质的量 100%= (3y1十y-1 8-8y2 ）×100%。 之和n1=y1×n。,从原子角度分析，参与反应 ,点评：对比两种解题方法可知，三段法作 的N,H,的原子的总物质的量为6×n。(1一 为化学计算的重要解题模型，解题思路和呈 y2),生成H2与N2的原子物质的量之和为 现形式相对比较固定，有利于考生思维模型 2×y1×no,根据反应前后原子个数守恒，可 的建立和答题规范，而守恒法在解决该类化 得mNH)=6m1-）-2ny,反应（消 学计算时解题逻辑简明清晰，相较于传统三 段法，步骤更为精简。对于化学反应原理的 耗的肼为n(NH,)= 6n(1-y2)-2ny1× 计算，守恒思想犹如解题密钥，巧妙运用不仅 能化繁为简，更能实现事半功倍的效果，也充 「·反应（©）消耗的肼为=n。(1 分彰显了化学学科定量分析中的思维智慧。 6nw(1-y)-2noy1× 3 (债任编辑 谢启刚) ,则催化 4 29