體會2021年高考化學圖像題之“新”

方蘭 孟凡盛

從實質上看，2021年高考化學圖像題之“新”體現在對考生的關鍵能力的重點考查，同時提高了試卷對優秀考生的區分度，使整套化學試卷具有更科學的難度梯度。從形式上看，2021年高考全國卷化學圖像題之“新”體現在兩點，一是通過改變縱橫坐標的物理量，使坐標圖像呈簡潔美觀的線性關系;二是通過創設兩個橫坐標或兩個縱坐標，使坐標圖像中的有效化學信息更豐富。

一、溶液中的離子平衡：考查信息整理能力和數據處理能力

【例1】（2021年全國甲卷第12題）已知相同溫度下，Ksp（BaSO4）

下列說法正確的是（ ）

A.曲線①代表BaCO3的沉淀溶解曲線

B.該溫度下BaSO4的Ksp（BaSO4）值為1.0×10-10

C.加適量BaCl2固體可使溶液由a點變到b點

D. c（Ba2+）=10-5.1時兩溶液中=10y2-y1

【解析】根據坐標圖中縱橫坐標的化學意義，將圖中的信息作如下整理：BaCO3、BaSO4均為難溶物，飽和溶液中-lg[c（Ba2+）]+{-lg[c（SO42-）]}=-lg[c（Ba2+）×c（SO42-）]= -lg[Ksp（BaSO4）]，同理可知溶液中-lg[c（Ba2+）]+{-lg[c（CO32-）]}=-lg[Ksp（BaCO3）]，因Ksp（BaSO4）

由題可知，曲線上的點均為飽和溶液中微粒濃度關系，由上述分析可知，曲線①為BaSO4的沉淀溶解曲線，A錯誤;曲線①為BaSO4溶液中-lg[c（Ba2+）]與-lg[c（SO42-）]的關系，由圖可知，當溶液中-lg[c（Ba2+）]=3時，-lg[c（SO42-）]=7，則-lg[Ksp（BaSO4）]=7+3=10，因此Ksp（BaSO4）=1.0×10-10，B正確;向飽和BaSO4溶液中加入適量BaCl2固體后，溶液中c（Ba2+）增大，根據溫度不變Ksp（BaSO4）不變知，溶液中c（SO42-）將減小，因此a點將沿曲線①向左上方移動，C錯誤;由圖可知，當溶液中c（Ba2+）=10-5.1時，兩溶液中==10y1-y2，D錯誤。

【答案】B

【例2】（2021年全國乙卷第13題）HA是一元弱酸，難溶鹽MA的飽和溶液中c（M+）隨c（H+）而變化，M+不發生水解。實驗發現，298 K時c2（M+）～c（H+）為線性關系，如下圖中實線所示。

下列敘述錯誤的是（ ）

A.溶液pH=4時，c（M+）<3.0×10-4mol·L-1

B. MA的溶度積Ksp（MA）=5.0×10-8

C溶液pH=7時，c（M+）+c（H+）=c（A-）+c（OH-）

D. HA的電離常數Ka（HA）≈2.0×10-4

【解法一】逐項整理信息，進而判斷正誤。

A項，當pH=4時，c（H+）=1×10-4 mol/L，此時圖像縱坐標：c2（M+）=7.5×10-8（mol/L）2，對數據進行開平方處理：c（M+）=<3.0×10-4 mol/L，A正確。

B項，正確整理圖像中起點的化學信息：當c（H+）→0，

c（OH-）→∞，抑制作用使A-幾乎不水解，有c（M+）=c（A-），結合溶度積的計算公式進行數據處理為：Ksp（MA）=c（M+）·c（A-） =c2（M+）=5×10-8 （mol/L）2，B正確。

C項，關鍵是整理化學信息并判斷：能否用HA調溶液的pH？由于弱酸根A-水解，溶液pH>7，必須加酸調溶液的pH至7，若用HA調溶液的pH，c（H+）增大，c（A-）增大，結合溶度積Ksp（MA）=c（M+）·c（A-） 判斷c（M+）應減小，但圖像顯示c2（M+）增大。故不是用HA調pH，而是要用另一種酸HnB調pH，電荷守恒應為：c（H+）+c（M+）=c（OH-）+c（A-） +n·c（Bn-） ，C錯誤。

D項，先整理化學信息：由電離常數公式Ka（HA）= c（H+）·c（A-）/c（HA）知，當c（A-）=c（HA）時，Ka（HA）=c（H+）。由物料守恒可得：c（M+）=c（A-）+c（HA），c（M+）=2c（A-），c2（M+）=

c（M+）×c（M+）=c（M+）×2c（A-）=2Ksp。結合B項進行數據處

理：c2（M+）=2Ksp=2×5×10-8（mol/L）2=1×10-7（mol/L）2，此時圖像的橫坐標為c（H+）=20×10-5mol/L，即Ka（HA）= 2.0×10-4mol/L，D正確。

【解法二】先整理信息推出線性方程，再根據線性方程進行計算。根據題干中“298 K時c2（M+）～c（H+）為線性關系”，對圖像中的信息進行整理，由物料守恒知：c（M+）=c（HA）+c（A-），c2（M+）=c（M+）·c（HA）+c（M+）·c（A-）= c（M+）·c（H+）·c（A-）/Ka（HA）+Ksp（MA），得到線性方程c2（M+）= c（H+）·Ksp（MA）/Ka（HA）+Ksp（MA）。

由圖可知pH=4，即c（H+）=10×10-5 mol/L時，c2（M+）=

7.5×10-8 （mol/L）2，c（M+）= < 3.0×10-4 mol/L，

A正確;當c（H+）=0 mol/L時，c2（M+）=5.0×10-8，結合線性方

程可知5.0×10-8=0×Ksp（MA）/Ka（HA）+Ksp（MA）=Ksp（MA），B

正確;設調pH所用的酸為HnX，則結合電荷守恒可知c（M+）+c（H+）=c（A-）+c（OH-）+ nc（Xn-），題給等式右邊缺陰離子部分nc（Xn-），C錯誤;當c（H+）=20×10-5 mol/L時，c2（M+）=10.0×10-8 （mol/L）2，結合Ksp（MA）=5.0×10-8代入線性方程有10.0×10-8=2×10-4×+5.0×10-8，解得Ka（HA）≈2.0×10-4，D正確。

【答案】C

二、化學反應原理：綜合考查信息整理能力和演繹推理能力

【例3】（2021年全國甲卷第28題）二氧化碳催化加氫制甲醇，有利于減少溫室氣體二氧化碳。回答下列問題：

（1）二氧化碳加氫制甲醇的總反應可表示為：

CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）

該反應一般認為通過如下步驟來實現：

①CO2（g）+H2（g）=CO（g）+H2O（g） ? ΔH1=+41 J·mol-1

②CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）? ? ?ΔH2=-90 kJ·mol-1

總反應的ΔH= kJ·mol-1;若反應①為慢反應，下列示意圖中能體現上述反應能量變化的是（填標號），判斷的理由是。

（2）合成總反應在起始物n（H2）/n（CO2）=3時，在不同條件下達到平衡，設體系中甲醇的物質的量分數為x（CH3OH），在t=250℃下的x（CH3OH）～p、在p=5×105 Pa下的x（CH3OH）～t如圖所示。

①用各物質的平衡分壓表示總反應的平衡常數，表達式Kp=;

②圖中對應等壓過程的曲線是，判斷的理由是;

③當x（CH3OH）=0.10時，CO2的平衡轉化率α= ，反應條件可能為 或。

【解析】（1）第一空考查蓋斯定律在新情景中的靈活應用。①+②可得二氧化碳加氫制甲醇的總反應的焓變：ΔH=（+41 kJ·mol-1）+（-90 kJ·mol-1）=-49 kJ·mol-1。第二空和第三空考查了“語言解碼能力”和“語言表達能力”：總反應為放熱反應，因此生成物總能量低于反應物總能量，據此淘汰B和D;反應①為慢反應，則反應①的活化能高于反應②，淘汰C，示意圖中能體現反應能量變化的是A項。

（2）①二氧化碳加氫制甲醇的總反應為CO2（g）+3H2（g）= CH3OH（g）+H2O（g），利用各物質的平衡分壓表示總反應的平衡常數表達式為：Kp=。

②高考坐標圖像題中首次設計兩個物理量不同的橫坐標，通過曲線a和b與兩個橫坐標的對應關系的判斷及理由，科學地考查了閱讀理解能力、信息轉化能力、抽象思維能力、語言表達能力等。總反應正向為放熱反應，恒壓升高溫度時平衡向吸熱的方向逆向移動，體系中x（CH3OH）逐漸減小，因此圖中對應等壓過程的曲線是b;總反應正向為氣體分子數減小，恒溫增大壓強時平衡向氣體分子數減小的正向移動，體系中x（CH3OH）逐漸增大，因此圖中對應等溫過程的曲線是a。

③考查數據處理能力和化學計算能力。設起始n（CO2）=1 mol，n（H2）=3mol，則：

3H2（g）+CO2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始（mol）? ? ? ? ? 3? ? ? ? ? ? ?1? ? ? ? ? ?? ?0? ? ? ? ? ? ? 0

轉化（mol）? ? ? ? ? ? 3x? ? ? ? ? ? x? ? ? ? ? ? ? ? ? ?x? ? ? ? ? ? ? x

平衡（mol）? ? ? ? ? ? ?3-3x ? 1-x? ? ? ? x? ? ? ? ? ? ? x

當平衡時，x（CH3OH）=0.10，=0.1，解得 x=mol，平衡時CO2的轉化率α=×100%=33.3%。

題目進一步考查了信息整理能力和歸納概括能力。由圖可知，滿足平衡時x（CH3OH）=0.10的反應條件有“縱坐標0.10與等壓曲線b的交點”和“縱坐標0.10與等溫曲線a的交點”的壓強和溫度。“縱坐標0.10與等壓曲線b的交點”的壓強是題干中的5×105 Pa，讀下面的橫坐標可知溫度為210 ℃;“縱坐標0.10與等溫曲線a的交點”的壓強讀上面的橫坐標可知為9×105 Pa，溫度是題干中的250 ℃。

【答案】（1）-49 A ΔH1為正值，ΔH2和ΔH為負值，反應①活化能大于反應②的

（2）①②b? ? 總反應ΔH<0，升高溫度時平衡向逆反應方向移動，甲醇的物質的量分數變小? ? ③33.3% 5×105 Pa，210 ℃? ? 9×105 Pa，250 ℃