葛珊珊

化學(xué)反應(yīng)原理題是化學(xué)高考中不可缺少的重點(diǎn)試題，一般以真實(shí)的工業(yè)生產(chǎn)情況作為背景，以前沿科技作為載體展開(kāi)命題，綜合考查學(xué)生的必備知識(shí)、關(guān)鍵能力和綜合素養(yǎng)。

考查項(xiàng)目 具體內(nèi)容

必備知識(shí) 焓變及其計(jì)算、蓋斯定律;各類方程式的書寫;平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率、速率計(jì)算;平衡移動(dòng)原理的應(yīng)用

關(guān)鍵能力 提取圖表信息的能力;接受和整合化學(xué)信息的能力;化學(xué)計(jì)算的能力

核心素養(yǎng) 變化觀念與平衡思想;證據(jù)推理與模型認(rèn)知

由于試題情境新穎，圖表眾多，很多考生在面對(duì)這類試題時(shí)缺乏自信。其實(shí)縱觀近幾年的各地高考題，雖然命題者不斷求新求變，但具體考點(diǎn)是相對(duì)固定的。我們應(yīng)當(dāng)采取化整為零、逐個(gè)擊破的應(yīng)考策略，梳理常見(jiàn)考點(diǎn)，構(gòu)建解題思路，形成思維模型。

蓋斯定律的應(yīng)用

蓋斯定律用于計(jì)算多反應(yīng)體系的熱效應(yīng)，要求學(xué)生掌握化學(xué)方程式整合時(shí)ΔH 的計(jì)算方法，具備細(xì)致處理數(shù)據(jù)的能力。這本是一個(gè)模式化的考查點(diǎn)，但近幾年有了翻新的趨勢(shì)。部分試題不直接提供熱化學(xué)方程式，而是提供反應(yīng)過(guò)程—能量圖作為信息材料。

【例1】（2020年全國(guó)卷Ⅰ理綜節(jié)選）硫酸是一種重要的基本化工產(chǎn)品，接觸法制硫酸生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序是SO2的催化氧化：SO2（g）+O2（g）SO3（g） ΔH =-98 kJ·mol-1。

釩催化劑參與反應(yīng)的能量變化如圖所示，V2O5（s）與SO2（g）反應(yīng)生成VOSO4（s）和V2O4（s）的熱化學(xué)方程式為：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。

【解題指導(dǎo)】

第一步，明確目標(biāo)方程式。根據(jù)反應(yīng)物和生成物，結(jié)合氧化還原配平的方法，得出目標(biāo)方程式：

2V2O5（s） + 2SO2（g） =2VOSO4（s） + V2O4（s）

第二步，明確蓋斯定律需要的熱化學(xué)反應(yīng)方程式。根據(jù)目標(biāo)方程式中的反應(yīng)物和產(chǎn)物，結(jié)合圖像中的兩條曲線寫出兩個(gè)熱化學(xué)方程式：

①V2O4（s）+SO3（g）=V2O5（s）+SO2（g）? ΔH =-24kJ·mol-1

②V2O4（s）+2SO3（g）=2VOSO4（s）? ?ΔH =-399 kJ·mol-1

第三步，確定方程式之間的整合方法。若目標(biāo)方程式中某種物質(zhì)只在一個(gè)方程式中出現(xiàn)，應(yīng)優(yōu)先確定該反應(yīng)方程式的系數(shù)，以此方程式作為突破口確定其他方程式的反應(yīng)方向和系數(shù)。本題可從SO2（g）和VOSO4（s）突破，得到目標(biāo)方程式=②-①×2。

第四步，根據(jù)化學(xué)方程式的系數(shù)變化調(diào)整對(duì)應(yīng)ΔH的計(jì)量數(shù)。目標(biāo)方程式ΔH =（-399 kJ·mol-1）-（-24 kJ·mol-1）×2= -351 kJ·mol-1

【答案】2V2O5（s） + 2SO2（g）=2VOSO4（s） + V2O4（s）

ΔH =-351 kJ·mol-1

蓋斯定律應(yīng)用思維模型

1. 根據(jù)目標(biāo)方程式中的反應(yīng)物和產(chǎn)物篩選試題所給的方程式。若某種物質(zhì)只在一個(gè)方程式中出現(xiàn)，應(yīng)優(yōu)先確定該反應(yīng)方程式的系數(shù)，以此方程式作為突破口確定其他方程式的反應(yīng)方向和系數(shù);

2. 根據(jù)化學(xué)方程式的系數(shù)變化調(diào)整對(duì)應(yīng)ΔH 的計(jì)量數(shù)，注意調(diào)整反應(yīng)方向后改變?chǔ) 的正負(fù)值;

3. 代入數(shù)據(jù)仔細(xì)計(jì)算。

信息背景下方程式的書寫

該考點(diǎn)的試題以書寫化學(xué)反應(yīng)方程式或離子反應(yīng)方程式為主要形式，考查物質(zhì)轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律，要求考生熟悉常見(jiàn)物質(zhì)在氧化還原反應(yīng)中的化合價(jià)變化，關(guān)注不同酸堿性環(huán)境下物質(zhì)的存在形式，根據(jù)題目所給的信息判斷反應(yīng)物和生成物。

【例2】煤燃燒排放的煙氣含有SO2和NOx，形成酸雨，污染大氣。采用NaClO2溶液作為吸收劑可同時(shí)對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫、脫硝。在鼓泡反應(yīng)器中通入含有SO2和NOx的煙氣，反應(yīng)溫度為323 K，NaClO2溶液濃度為5×10-3 mol·L-1。反應(yīng)一段時(shí)間后溶液中離子濃度的分析結(jié)果如下表：

離子 SO42- SO32- NO-3 NO-2 Cl-

c/（mol·L-1） 8.35×10-4 6.87×10-6 1.5×10-4 1.2×10-5 3.4×10-3

（1）寫出NaClO2溶液脫硝過(guò)程中主要反應(yīng)的離子方程式 。

（2）隨著吸收反應(yīng)的進(jìn)行，吸收劑溶液的pH逐漸（填“提高”“不變”或“降低”）。

【解題指導(dǎo)】

第一步，分析主要的反應(yīng)物和產(chǎn)物。根據(jù)題意觀察表格中的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)SO2和NOx被NaClO2溶液吸收后產(chǎn)生了四種離子SO42-，SO32-，NO-3和NO-2，而亞氯酸鈉具有氧化性，在反應(yīng)過(guò)程中化合價(jià)應(yīng)當(dāng)下降，生成Cl-。第（1）問(wèn)要求考生寫出脫硝的主要反應(yīng)，對(duì)比NO-3和NO-2的濃度大小確定NO-3是主反應(yīng)產(chǎn)物，NO-2是副反應(yīng)產(chǎn)物。

第二步，根據(jù)電子得失守恒和電荷守恒進(jìn)行配平。先氧化還原配平可得 3ClO2-+4NO4NO-3+3Cl-，再根據(jù)電荷守恒配出氫離子3ClO2-+4NO4NO-3+3Cl-+4H+，最后根據(jù)原子守恒配出水2H2O+3ClO2-+4NO=4NO-3+3Cl-+4H+。

第三步，根據(jù)反應(yīng)方程式解決相關(guān)問(wèn)題。第（1）小題中兩個(gè)主要反應(yīng)分別是2H2O+ClO2-+2SO2 =2SO42-+Cl-+ 4H+和2H2O+3ClO2-+4NO=4NO-3+3Cl-+4H+?？芍S著吸收反應(yīng)的進(jìn)行，氫離子濃度增大，吸收劑溶液的pH逐漸降低。

試題要求考生根據(jù)數(shù)據(jù)分析多種產(chǎn)物共存的原因，分清主要產(chǎn)物和副產(chǎn)物?？忌訌?qiáng)審題，耐心從數(shù)據(jù)、圖表和語(yǔ)言中挖掘信息，再用書寫陌生方程式的思維模型解決問(wèn)題。

【答案】（1）2H2O+3ClO2-+4NO=4NO-3+3Cl-+4H+;

（2）降低

書寫陌生反應(yīng)方程式思維模型

1.找準(zhǔn)目標(biāo)：寫出主要的反應(yīng)物與生成物。

2.正確配平：（1）選擇守恒視角——電子守恒（氧化還原反應(yīng)）、電荷守恒（離子反應(yīng)）、質(zhì)量守恒（所有反應(yīng)）;（2）補(bǔ)充缺項(xiàng)物質(zhì)——依據(jù)體系酸堿性，補(bǔ)充必要的酸或堿。

3.完善細(xì)節(jié)：（1）依據(jù)事實(shí)標(biāo)明反應(yīng)條件;（2）基于意義規(guī)范使用“”“↑”“↓” 。

常數(shù)計(jì)算

化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算問(wèn)題可以考查考生對(duì)平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率等基本概念的組合，相對(duì)耗時(shí)?？忌杷悸非逦袟l理地完成解題。

【例3】（2020年天津卷節(jié)選）利用太陽(yáng)能光解水，制備的H2用于還原CO2合成有機(jī)物，可實(shí)現(xiàn)資源的再利用。用H2還原CO2可以在一定條件下合成CH3OH（不考慮副反應(yīng)）。

CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）? ? ?ΔH < 0

某溫度下，恒容密閉容器中，CO2和H2的起始濃度分別為 a mol·L-1和3a mol·L-1，反應(yīng)平衡時(shí)，CH3OH的產(chǎn)率為b，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)的值為? ? ? ? ? ? ? ? ?。

【解題指導(dǎo)】

根據(jù)CH3OH的產(chǎn)率為b，如果CO2（g）完全轉(zhuǎn)化為CH3OH（g），理論產(chǎn)量為a mol·L-1，故實(shí)際產(chǎn)量=理論產(chǎn)量×產(chǎn)率=ab，其他平衡量根據(jù)變化量可依次求出。

【答案】

常數(shù)計(jì)算思維模型

1. 用三段法列出反應(yīng)前后各物質(zhì)濃度變化情況（注意：對(duì)信息的提取務(wù)必準(zhǔn)確，將轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率、濃度、物質(zhì)的量概念區(qū)分清晰）;

2. 計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)要代入濃度值，固體和純液體的濃度為1。

圖像分析

化學(xué)反應(yīng)原理綜合題中出現(xiàn)抽象的數(shù)學(xué)圖表已經(jīng)成為常態(tài)，試題要求考生從圖像中獲取、評(píng)價(jià)、整合和應(yīng)用信息解決化學(xué)問(wèn)題。試題以多反應(yīng)體系為背景，涉及化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率知識(shí)，考查考生的證據(jù)推理和模型認(rèn)知素養(yǎng)。

【例4】（2020年南京一模節(jié)選） Jo De Vrieze等設(shè)計(jì)了可以脫除沼氣中的CO2和H2S的膜電解法，并將陰極處理后的混合氣體（含CH4，CO2 和H2）制成高純度生物甲烷。主要發(fā)生的反應(yīng)為：

。

【解題指導(dǎo)】

第一步，分析文本和圖像明確研究?jī)?nèi)容。圖左研究的主要是溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響，圖右研究溫度和壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響。首先必須明確反應(yīng)吸放熱的情況。

第二步，針對(duì)多反應(yīng)體系分析單一反應(yīng)的特點(diǎn)。圖左中出現(xiàn)了CO2，H2，CH4，H2O和CO五根曲線，CO2，H2和H2O在兩個(gè)反應(yīng)中均有出現(xiàn)，對(duì)吸放熱問(wèn)題的分析幫助不大，而CH4只出現(xiàn)在反應(yīng)Ⅰ中，CO只出現(xiàn)在反應(yīng)Ⅱ中，利用CH4和CO曲線可分別判斷出ΔH1<0，ΔH2>0。

第三步，分析單一反應(yīng)對(duì)多反應(yīng)體系的貢獻(xiàn)。由于反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ的吸放熱情況相反，溫度升高時(shí)平衡的移動(dòng)情況恰好相反，根據(jù)圖中出現(xiàn)的實(shí)際情況即可分析出對(duì)體系作出主要貢獻(xiàn)的部分。

【答案】 （1）溫度升高時(shí)，反應(yīng)Ⅰ向左移動(dòng)增加的CO2的量大于反應(yīng)Ⅱ向右移動(dòng)減少的CO2的量;（2）增大壓強(qiáng)，反應(yīng)Ⅱ不移動(dòng)，反應(yīng)Ⅰ向正反應(yīng)方向移動(dòng);反應(yīng)Ⅰ中CO2減小的平衡轉(zhuǎn)化率始終大于反應(yīng)Ⅱ中CO2增大的平衡轉(zhuǎn)化率。

圖像分析思維模型

1.關(guān)注圖像橫縱坐標(biāo)含義，找出題意要求的特殊區(qū)間，如最高值、最低值或者變化最快的區(qū)間等;

2.結(jié)合圖像所呈現(xiàn)的變化趨勢(shì)，用化學(xué)語(yǔ)言表述其中的化學(xué)反應(yīng)原理。常常從反應(yīng)速率、平衡、物質(zhì)轉(zhuǎn)化率等角度展開(kāi)回答。

化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的探究

化學(xué)反應(yīng)機(jī)理題常以陌生反應(yīng)為載體，通過(guò)反應(yīng)歷程圖像、分步反應(yīng)方程式等形式給予考生信息，考查考生對(duì)催化劑、活化能、焓變等基本概念的掌握情況。

【例5】CO和H2O可以在Fe（CO）5的催化作用下發(fā)生反應(yīng)CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g），其反應(yīng)機(jī)理如圖所示。OH-在此反應(yīng)中的作用是 ;若參與反應(yīng)的為C18O，則生成的二氧化碳成分為 （填“只有CO18O”“只有CO2” 或“CO18O和CO2”）。

【解題指導(dǎo)】

反應(yīng)機(jī)理圖通常是比較繁雜的，題目由于使用了Fe（CO）5催化劑而呈現(xiàn)典型的“循環(huán)式”。注意觀察進(jìn)入循環(huán)和離開(kāi)循環(huán)的物質(zhì)，分為四類情況：“只進(jìn)不出”——反應(yīng)物;“只出不進(jìn)”——生成物;“先進(jìn)后出”——催化劑;“先出后進(jìn)”——中間產(chǎn)物。OH-在此反應(yīng)中“先進(jìn)后出”，所以是催化劑。

同位素標(biāo)記法是研究反應(yīng)機(jī)理的常用手段，F(xiàn)e（CO）5吸收C18O成為Fe（CO）5（C18O），圖示的位置將后進(jìn)入的C18O標(biāo)注在上方，但這6個(gè)CO在化學(xué)反應(yīng)中是同等的，F(xiàn)e（CO）5（C18O）在下一步反應(yīng)可能成為Fe（CO）5（C18OOH-）也有可能成為Fe（CO）4（C18O） （COOH-），則生成的二氧化碳成分為CO18O和CO2都有。這里特別值得注意的是，同位素在化學(xué)性質(zhì)上并無(wú)明顯差異。

【答案】催化劑;CO18O和CO2

化學(xué)反應(yīng)機(jī)理思維模型

1. 通觀全局，重點(diǎn)分析“進(jìn)入”和“離開(kāi)”的物質(zhì)，找準(zhǔn)反應(yīng)物、生成物、催化劑和中間產(chǎn)物;

2. 催化劑改變反應(yīng)速率，不影響化學(xué)平衡;改變活化能，不影響焓變;

3. 同位素標(biāo)記不影響元素的化學(xué)性質(zhì)。