基于變化觀念和平衡思想的試題建模及例析

1、基于變化觀念和平衡思想的試題建模及例析陌生氧化還原和離子方程式書寫【思維模型】【典例】（1）（2020 武漢 3 月質量檢測）“噴淋液”中所含 ClO2 可通過向酸性氯酸鈉溶液中加入葡萄糖的方法制備，同時產(chǎn)生 CO2 等物質，則該反應的離子方程式為 ，還可將葡萄糖替換為 （填字母標號）。AFeCl3 溶液 BSO3 C甲醇 D酸性 KMnO4 溶液（2）（2020 四川綿陽中學 3 月考試）在強堿性條件下利用 Na2S2O5 氧化 HCOONa 的方法可制備保險粉連二亞硫酸鈉(Na2S2O4)，反應的離子方程式為 。【解析】（1）分析如下：在反應中，葡萄糖作還原劑，選項中只有甲醇可做還原劑，故

2、可將葡萄糖替換為甲醇，離子方程式為：6ClO3-+CH3OH+6H+=6ClO2 +CO2+5H2O。（2）分析如下：第 1 頁 共 11 頁【點評】對于考題中的氧化還原反應離子方程式的書寫，一定要找準得失電子的數(shù)目（即化合價變化的絕對值），再利用得失電子守恒、原子守恒、電荷守恒得出正確的離子方程式。尤其要注意溶液介質的酸堿性，以免產(chǎn)生錯誤。2反應熱及蓋斯定律（1）注意幾個物理量：反應熱（H）：在恒壓條件下進行的反應的熱效應。單位：kJ/mol標準摩爾生成焓（fHm）：某溫度下，用處于標準狀態(tài)的各種元素的最穩(wěn)定單質生成標準狀態(tài)下 1mol 純化合物的熱效應。單位：kJ/mol熱值：單位質量（體

3、積）的燃料完全燃燒時所放出的熱量。單位：kJ/g活化能（能壘）：分子由常態(tài)轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的活躍狀態(tài)所需要的能量。單位：kJ/mol，eV/mol（2）蓋斯定律：定義：對于一個化學反應，無論是一步完成的還是分步完成的，其反應的焓變是不變的。應用：可間接計算某些反應的反應熱。【典例】（1）（2020 天一模擬卷一）利用 CH4(g)和 CO2(g)制備合成氣體。已知：CO2(g)H2O(g)CO2(g)H2(g) H1=41 kJ/molCH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g) H2=802 kJ/molCO(g)的熱值（單位質量的燃料完全燃燒時所放出的熱量）為 10.1 kJ

4、/g則反應 CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g) H= kJ/mol（2）（2020 武漢 3 月質量檢測）三甲胺【N(CH3)3】是重要的化工原料。最近我國科學家實現(xiàn)了使用銅催化劑將 N，N二甲基甲酰胺【(CH3)2NCHO，簡稱 DMF】轉化為三甲胺的合成路線?；卮鹣铝袉栴}：結合實驗與計算機模擬結果，研究單一 DMF 分子在同催化劑表面的反應歷程，如下圖所示：該歷程中最大能壘（活化能）= eV，該步驟的化學方程式為 。該反應變化的H 0（填“ <”、“>”或“=”），制備三甲胺的熱化學方程式為 ?！窘馕觥浚?）根據(jù) CO(g)的熱值可計算出 CO(g)的燃燒熱為 1

5、0.1 kJ/g×28 g/mol=282.8 kJ/mol，其熱化學方程式為： 2CO(g)O2(g)=2CO2(g) H3=565.6 kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律可得H=H1×2(H2H3×2)=247.2 kJ/mol。（2）由圖像可知，該歷程中最大能壘（活化能）應為1.02 eV（2.21 eV）=1.19 eV，該步驟的化學方程式為N(CH3)3 + OH* + H* = N(CH3)3+ H2O；由圖像可知，反應物(CH3)2NCHO 和 H2 的總能量高于 N(CH3)3 和 H2O 的總能量，所以該反應為放熱反應。實驗與計算機模擬研究單一 DMF

6、分子在同催化劑表面的反應歷程，注意這僅僅是一個 DMF 分子反應歷程與能量變化的關系圖，而在熱化學方程式中，其計量數(shù)表示的是該物質的的物質的量，故反應熱H 應擴大 NA 倍，所以其熱化學方程式為(CH3)2NCHO(g)2H2(g)= N(CH3)3(g)H2O(g) H=1.02NA eV/mol；1 eV=1.602×1019J，所以H=1.02×1.602×1019J×6.02×1023J/mol=98.37kJ/mol，所以其熱化學方程式還可以表示為：(CH3)2NCHO(g)2H2(g)= N(CH3)3(g)H2O(g) H=98.

7、37kJ/mol?！军c評】2019 年全國 I 卷出現(xiàn)該類試題以來，這種題型尤其常見。本試題的亮點在于寫出該反應的熱化學方程式，設計的非常巧妙，體現(xiàn)了命題獨具匠心之處。在計算中，還應注意換算關系：1 eV=1.602×1019J，以及熱值和反應熱之間的換算，由此可計算出H。3化學反應速率與化學平衡圖像題【思維模型】第 3 頁 共 11 頁解答該類試題時注意解決五個問題：1化學反應速率問題；2化學平衡問題；3化學反應進行的方向問題；4正確讀取圖像信息問題；5涉及的計算問題?！镜淅浚?020 河南駐馬店 3 月考試）2019 年國際非政府組織“全球碳計劃”12 月 4 日發(fā)布報告：研究

8、顯示，全球二氧化碳排放量增速趨緩，CO2 的綜合利用是解決溫室問題的有效途徑。第 4 頁 共 11 頁【解析】（1）CO2 甲烷化反應又稱為 Sabatier 反應，該反應為使產(chǎn)生的 H2 和 CO2 反應，制得 CH4，由研究過程圖示可知，該反應由 H2O(g)與鐵粉在高溫下反應制得 H2 ，再與 CO2 反應制得 CH4 ，所以生成 H2 的化學方程式為 3Fe 3004H2O(g) = Fe3O44H2；當增大鎳粉的用量時，甲酸的產(chǎn)量迅速減少，說明反應 II 加快的程度更大，使 HCOOH迅速轉化為 CH4。（2）由計算可知，消耗的 n(CO2)=0.2 mol0.4 mol=0.6 m

9、ol，所以轉化率 a(CO2)=60%；在反應平衡體系中，n(CO2)=0.4 mol，n(H2)=2.0 mol ， n(CH4)=0.2 mol ， n(H2O)=1.2 mol ， 容 器 的 體 積 為 1 L ， 所 以 反 應 I 的 平 衡 常 數(shù)c(CH )×c (H O) 0.2´1.22 2K= 4 = = 0.0452；c(CO )×c (H ) 0.4´24 4 2 2（3）由題意和圖示可知，反應得到平衡后，升高溫度，各組分的物質的量分數(shù)發(fā)生如圖所示的變化。由于該反應正向為放熱反應，故升高溫度，平衡逆向移動，反應物的物質的量分數(shù)增

10、大，生成物的物質的量分數(shù)減小，故可知曲線 a 代表 H2，曲線 b 代表 CO2，曲線 c 代表 H2O，曲線 d 代表 C2H5OH。8T4 時，n(CO2)=n(C2H5OH)，即 nx=0.5x，可得 n=1.5x，則此時物質的總物質的量為 nx3n3x0.5x1.5x= n3，第 5 頁 共 11 頁n3 a所以壓強為 20a MPa 時物質 d(C2H5OH)的分壓 P(C2H5OH)= ´20 MPa =2.5a MPa。8n3【點評】學會觀察圖像在本題顯得非常重要，若認為圖 2 的橫坐標為反應過程，則得到的結果會完全相反。模擬題中考查壓強平衡常數(shù)的題非常常見，本題反其道

11、而行之，并不計算壓強平衡常數(shù)，而是要求計算平衡時某物質的分壓，也算是別具一格。4電解質相關圖像(1)基于電離平衡分析弱酸（堿）的稀釋【典例】（2020 山西臨汾）【解析】ab 段是將 CH3COOH 加入到水中，弱電解質在水中的電離是吸熱的，溶液溫度應降低，但由于 CH3COO和H與水形成水合離子，形成水合離子的過程需要釋放出熱量，故該段溶液的溫度有所升高，但不能說明的 CH3COOH第 6 頁 共 11 頁的電離為放熱過程，A 項錯誤；往水中加入的 CH3COOH 越多，c(H)越大，弱電解質的電離遵循越稀越電離的原則，所以 cd 段 CH3COOH 的電離程度越來越小，B 項正確；c 點時

12、，加入等體積等濃度的 NaOH 溶液，能恰好完全反應生成 CH3COONa，CH3COO能水解生成 CH3COOH，但這兩種微粒的濃度和仍然和 Na的濃度相等，C 項正確；d 點時，由于加入的 CH3COOH 較多，由于 CH3COOH 的電離微弱，所以 CH3COOH 主要以分子的形式存在，D 項正確?！军c評】本題屬于基礎試題，難度不大，但非常具有代表性。尤其是溫度的變化曲線，在加入醋酸時溶液溫度升高，導致考生誤以為醋酸的電離是放熱過程，在解題的過程中，一定要思考清楚，掌握基本原理，方能得出正確答案。(2)微粒分布分數(shù)與 pH 的圖像【典例】（2020 山東 3 月線上大聯(lián)考）某三元羧酸 H

13、3A 在表面活性劑、洗滌劑、潤滑劑等方面具有重要的地位。常溫時，向 10 mL 0.01 mol·L1 的 H3A 溶液中滴入 0.01 mol·L1 的 NaOH 溶液，H3A、H2A、HA2、A 3的物質的量分數(shù)與溶液的 pH 的關系如圖所示。下列說法錯誤的是A該溫度下，H3A 的電離常數(shù) Ka1=10aB若 b=7，加入 20 mL NaOH 溶液時，溶液的 pH<7CNaOH 溶液的體積為 30 mL 時，溶液中：c(OH)=3c(H3A)2c(H2A)c(HA2)c(H )D反應 2H2A H3AHA2在該溫度下的平衡常數(shù) K=10ab【解析】對圖像的特殊點

14、進行以下分析：第 7 頁 共 11 頁c(H ) c(H A ) + × -+ × -由信息可知 H3A 屬于三元弱酸，該溫度下，H3A 的電離常數(shù) Ka1 = 2c(H A)3，橫坐標為 a 時，c(H3A)=c(H2A)，Ka1=c(H)，此時溶液 pH=a，則 Ka1=10a，A 項正確；若 b=7，H3A 的電離常數(shù) Ka2=10b=107，加入 20 mL NaOH 溶液時，H3A2OH=HA22H2O，所得溶液的溶質為 Na2HA，HA2的電離常數(shù)即 Ka3，則 Ka3<Ka2=107，HA2的水解常數(shù) Kh2= KKwa2=107，HA2的電離程度小于其

15、水解程度，溶液 pH>7，顯堿性，B 項錯誤；NaOH 溶液的體積為 30 mL時，H3A3OH= A33H2O，溶液中溶質為 Na3A，A3能發(fā)生水解，含 A 元素的微粒有 A3、HA2、H3A、H2A，溶液中存在電荷守恒：c(OH)c(H2A)2c(HA2)3c(A3)=c(Na)c(H)，物料守恒：c(Na)=c(H2A)c(HA2)c(A3)，可得溶液中質子守恒為：c(OH)=3c(H3A)2c(H2A)c(HA2)c(H+)，C 項正確；反應 2H2A H3AHA2的平衡常數(shù) K=c(H A)×c(HA )2-32 -c (H A )2=c(H A)×c(H

16、A ) c(H )2- × +3c (H A )×c(H )2 - +2=K Ka2 a1=10ab，D 項正確?！军c評】正確分析出特殊點的意義，是解決這類問題的關鍵。(3)酸堿中和滴定與溶液的 pH 圖像【典例】（2020 武漢 3 月質量檢測）第 8 頁 共 11 頁【解析】對圖像中的特殊點進行如下分析：由圖像可知 HA 為弱酸，強堿滴定弱酸到終點時，溶液顯堿性，應選擇酚酞做指示劑，A 項錯誤；常溫下，等濃度的HA 和 H3B 兩種酸，H3B 的 pH 小，H3B 的酸性更強，B 項錯誤；對上述圖像分析中的 a、b、c 三點進行分析：特殊點 發(fā)生的反應 主要溶質 溶液酸

17、堿性a 點 H3BNaOH=NaH2BH2O（H3B 反應一半） NaH2B、H3B 酸性b 點 H3BNaOH=NaH2BH2O NaH2B 酸性c 點 NaH2BNaOH=Na2HBH2O（NaH2B 反應一半） Na2HB、NaH2B 堿性由 b 點時，NaH2B 溶液顯酸性可知，H2B的電離程度大于水解程度，由 c 點時，Na2HB、NaH2B 混合溶液顯堿性可知，HB2的水解程度大于 H2B的電離程度，所以 0.0100 mol/LNa2HB 溶液顯堿性，C 項正確；由圖像中 a 點的關系c(H3B)=c(H2B)可得：Ka1=c × +(H B ) c(H2c(H B)3

18、)=c(H)102.5，所以 H2B的水解常數(shù) Kh=-14K 10w=-2.5K1 10a=1011.5=100.5×1012，即其數(shù)量級為 1012，D 項錯誤?！军c評】巧妙設計的 H3B 滴定曲線上的三個點，其中有一個點是“隱藏”的，仔細思索讀懂題目，方能真正領悟其中第 9 頁 共 11 頁的奧秘，也能讓我們懂一題，而懂一類題。(4)鹽類的水解圖像【典例】（2020 九師聯(lián)盟 3 月在線公益聯(lián)考）【解析】對特殊點進行以下分析：【點評】掌握 Na2CO3 和稀鹽酸分步反應的原理，即可知“雙指示劑法”滴定的兩個滴定終點的溶質的成分，根據(jù)滴定終點的 pH 選擇合適指示劑，減小滴定誤差。第 10 頁 共 11 頁(5)沉淀溶解平衡圖像【思維模型】【典例】【解析】圖像整體分析：橫坐標為 pH，即 pH 越大，c(H)越小，縱坐標為 lgc(Ca2)，即 lgc(Ca2)越大，c(Ca2)越大。Ksp(CaF2)只與溫度有