2025年高中化學(xué)競(jìng)賽圖像分析題專項(xiàng)訓(xùn)練（四）一、化學(xué)平衡圖像綜合分析（一）量值-時(shí)間-溫度圖像的動(dòng)態(tài)解析在恒溫恒容體系中，反應(yīng)2SO?(g)+O?(g)?2SO?(g)ΔH<0的濃度變化曲線顯示，不同溫度下SO?濃度達(dá)到平衡的時(shí)間分別為：T?=5min，T?=3min。根據(jù)"先拐先平"原則，T?體系先達(dá)到平衡狀態(tài)，說(shuō)明溫度T?>T?。對(duì)比平衡時(shí)SO?濃度，T?條件下產(chǎn)物濃度更高，驗(yàn)證該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。當(dāng)溫度從T?升至T?時(shí)，正反應(yīng)速率v正增大倍數(shù)小于逆反應(yīng)速率v逆增大倍數(shù)，導(dǎo)致平衡逆向移動(dòng)，SO?平衡濃度降低。此類圖像需特別注意：轉(zhuǎn)折點(diǎn)前曲線斜率代表反應(yīng)速率，轉(zhuǎn)折點(diǎn)后水平線高度反映平衡狀態(tài)，溫度變化對(duì)速率和平衡的雙重影響需通過(guò)Arrhenius方程和勒夏特列原理綜合判斷。（二）復(fù)合條件下的平衡移動(dòng)圖像某合成氨反應(yīng)在不同壓強(qiáng)（p?=1MPa，p?=3MPa）和溫度下的NH?產(chǎn)率圖像呈現(xiàn)"火山型"曲線。在300℃以下，p?曲線始終位于p?上方，表明增大壓強(qiáng)促進(jìn)平衡正向移動(dòng)；當(dāng)溫度超過(guò)500℃時(shí)，兩條曲線逐漸重合，說(shuō)明此時(shí)溫度成為主導(dǎo)因素。計(jì)算400℃時(shí)p?條件下的平衡常數(shù)Kp，需根據(jù)圖像讀取NH?體積分?jǐn)?shù)為25%，通過(guò)三段式法求得各組分分壓：p(NH?)=0.25p?，p(N?)=0.1875p?，p(H?)=0.5625p?，代入Kp表達(dá)式得Kp=4.74/(p?2)。該題體現(xiàn)了競(jìng)賽中對(duì)"定一議二"原則的深化應(yīng)用，要求考生能從三維圖像中提取壓強(qiáng)、溫度與平衡常數(shù)的定量關(guān)系。二、水溶液離子平衡圖像的深度突破（一）酸堿中和滴定曲線的多元分析用0.1mol/LNaOH滴定20mL0.1mol/LH?PO?的pH曲線中，出現(xiàn)三個(gè)明顯突躍點(diǎn)，對(duì)應(yīng)pH值分別為4.7、9.8和12.4。通過(guò)繪制各型體分布系數(shù)δ-pH圖發(fā)現(xiàn)：在pH=7.2（磷酸二級(jí)電離pKa?）時(shí)，δ(H?PO??)=0.91，δ(HPO?2?)=0.09，此時(shí)溶液中存在質(zhì)子守恒關(guān)系：c(H?)+c(H?PO??)+2c(H?PO?)=c(PO?3?)+c(OH?)。當(dāng)?shù)渭又?5mLNaOH時(shí)，溶液組成為H?PO?-H?PO??緩沖體系，根據(jù)Henderson-Hasselbalch方程計(jì)算得pH=pKa?+lg(n(H?PO??)/n(H?PO?))=2.12+lg(1.5/0.5)=2.60，與圖像實(shí)測(cè)值2.58基本吻合，驗(yàn)證了理論計(jì)算的可靠性。（二）沉淀溶解平衡的雙對(duì)數(shù)圖像應(yīng)用25℃時(shí)，兩種金屬氫氧化物的-lgc(M??)-pH關(guān)系圖像顯示：曲線X在pH=4時(shí)-lgc(M3?)=30.3，曲線Y在pH=8時(shí)-lgc(N2?)=15.6。根據(jù)溶度積表達(dá)式Ksp[M(OH)?]=c(M3?)·c3(OH?)，將pH=4時(shí)c(OH?)=10?1?mol/L代入，得Ksp[M(OH)?]=10?3?.3×(10?1?)3=10???.3≈5.0×10??1；同理計(jì)算Ksp[N(OH)?]=10?1?.?×(10??)2=10?2?.?≈2.5×10?2?。當(dāng)向0.1mol/LM3?溶液滴加NaOH，pH=3.2時(shí)開始沉淀（此時(shí)c(OH?)=10?1?.?mol/L），完全沉淀（c(M3?)<10??mol/L）需pH>5.0，該過(guò)程中-lgc(M3?)與pH呈線性關(guān)系，斜率為3（等于金屬離子電荷數(shù)）。三、電化學(xué)與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)圖像（一）循環(huán)伏安曲線的電極過(guò)程解析某鋰離子電池正極材料LiCoO?的循環(huán)伏安圖在3.8V和4.2V處出現(xiàn)兩對(duì)氧化還原峰。正向掃描時(shí)，3.8V處的氧化峰對(duì)應(yīng)Co3?→Co??的脫鋰過(guò)程，峰電流密度為2.5mA/cm2；反向掃描的還原峰位于3.6V，峰面積比氧化峰大12%，表明存在一定的電化學(xué)極化。通過(guò)計(jì)算峰電位差ΔEp=0.2V，結(jié)合Randles-Sevcik方程i?=2.69×10?n^(3/2)AD^(1/2)v^(1/2)c，當(dāng)掃描速率v=50mV/s時(shí)，求得電子轉(zhuǎn)移數(shù)n=1.02，擴(kuò)散系數(shù)D=1.8×10?1?cm2/s。該類圖像分析需掌握：峰電流與濃度的線性關(guān)系、峰電位與反應(yīng)可逆性的關(guān)聯(lián)、以及循環(huán)過(guò)程中的峰形變化對(duì)材料穩(wěn)定性的表征。（二）反應(yīng)速率的多因素影響圖像用不同濃度KMnO?與H?C?O?反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)曲線顯示：當(dāng)c(MnO??)=0.01mol/L時(shí)，初始速率v?=2.4×10??mol/(L·s)；濃度加倍時(shí)v?=9.5×10??mol/(L·s)，表明反應(yīng)對(duì)MnO??的反應(yīng)級(jí)數(shù)為2級(jí)。通過(guò)繪制lnv?-lnc(MnO??)關(guān)系圖，其斜率為1.98≈2，截距對(duì)應(yīng)H?C?O?的反應(yīng)級(jí)數(shù)項(xiàng)。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在60℃時(shí)反應(yīng)速率是20℃時(shí)的16倍，根據(jù)阿倫尼烏斯公式計(jì)算活化能Ea=ln(k?/k?)×R/(1/T?-1/T?)=ln16×8.314/(1/293-1/333)=52.8kJ/mol。該題綜合考查了濃度、溫度對(duì)反應(yīng)速率的定量影響，要求考生能從速率曲線中提取初始速率數(shù)據(jù)，并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算。四、綜合應(yīng)用題解析（一）工業(yè)流程中的圖像分析某合成氨工廠的工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)獲得如下數(shù)據(jù)：在30MPa、450℃條件下，NH?平衡產(chǎn)率為18%；當(dāng)壓強(qiáng)升至50MPa，其他條件不變時(shí)產(chǎn)率提高至26%。結(jié)合反應(yīng)N?(g)+3H?(g)?2NH?(g)ΔH=-92.4kJ/mol，分析可知增大壓強(qiáng)使平衡正向移動(dòng)，但設(shè)備成本增加35%；若改用鐵催化劑，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)間縮短至原來(lái)的1/4，但產(chǎn)率不變。通過(guò)繪制"成本-產(chǎn)率"關(guān)系曲線，發(fā)現(xiàn)40MPa、500℃是兼顧經(jīng)濟(jì)效益和反應(yīng)效率的最佳點(diǎn)，此時(shí)單位時(shí)間內(nèi)NH?產(chǎn)量達(dá)最大值。該題體現(xiàn)了競(jìng)賽對(duì)工程實(shí)踐的關(guān)注，要求考生能從圖像數(shù)據(jù)中進(jìn)行工藝條件的優(yōu)化選擇。（二）復(fù)雜體系的離子濃度圖像向含有0.01mol/LCu2?和0.01mol/LFe3?的混合溶液中滴加氨水，得到pH與金屬離子濃度的關(guān)系曲線。當(dāng)pH=3.0時(shí)，F(xiàn)e3?濃度降至10??mol/L（已沉淀完全），而Cu2?濃度仍保持0.01mol/L；繼續(xù)滴加氨水至pH=6.5時(shí)，Cu2?開始沉淀。計(jì)算Fe(OH)?的Ksp=10?3?.?，Cu(OH)?的Ksp=10?1?.?，通過(guò)控制pH在4.0~6.0范圍可實(shí)現(xiàn)兩種離子的完全分離。圖像中pH=5.0處出現(xiàn)的平臺(tái)區(qū)，對(duì)應(yīng)NH??-NH?緩沖體系的形成，此時(shí)溶液中存在電荷守恒：c(NH??)+c(H?)=2c(Cu2?)+c(OH?)+c(Cl?)。這類題目要求考生能綜合運(yùn)用沉淀溶解平衡、緩沖溶液理論和三大守恒關(guān)系，對(duì)圖像中的特殊點(diǎn)進(jìn)行定量解析。五、解題策略與易錯(cuò)點(diǎn)警示（一）圖像分析的"四步法則"坐標(biāo)解讀：明確橫縱坐標(biāo)的物理意義及量綱，如濃度-時(shí)間圖像中橫軸單位是min還是s，pH-logc圖像中縱軸是否取負(fù)對(duì)數(shù)。2025年競(jìng)賽真題曾出現(xiàn)將"反應(yīng)速率"誤標(biāo)為"反應(yīng)時(shí)間"的干擾項(xiàng)，需特別注意坐標(biāo)軸標(biāo)題。特征點(diǎn)提?。鹤R(shí)別起點(diǎn)（如pH=7時(shí)的離子濃度）、轉(zhuǎn)折點(diǎn)（反應(yīng)終點(diǎn)、平衡點(diǎn)）、交點(diǎn)（如兩種離子沉淀曲線的交叉點(diǎn)）的數(shù)值，2024年決賽題中要求根據(jù)滴定曲線的二階導(dǎo)數(shù)極值點(diǎn)確定終點(diǎn)pH。曲線走向分析：判斷斜率變化（如催化劑使活化能降低導(dǎo)致速率曲線斜率增大）、平臺(tái)區(qū)意義（如沉淀完全后的離子濃度恒定），注意區(qū)分"漸變"與"突變"對(duì)應(yīng)的不同化學(xué)過(guò)程。定量計(jì)算驗(yàn)證：對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，如通過(guò)lgc-pH曲線斜率計(jì)算電離常數(shù)，用范特霍夫方程計(jì)算不同溫度下的平衡常數(shù)變化。（二）典型錯(cuò)誤案例剖析在分析"酶催化反應(yīng)速率隨溫度變化"的圖像時(shí)，常見錯(cuò)誤是忽略高溫導(dǎo)致酶失活的不可逆性，誤將曲線下降段當(dāng)作平衡移動(dòng)。正確解析應(yīng)區(qū)分：低溫段（0~30℃）符合Arrhenius方程，速率隨溫度升高指數(shù)增加；高溫段（>50℃）蛋白質(zhì)變性導(dǎo)致活性中心破壞，速率急劇下降。另一易錯(cuò)點(diǎn)是混淆"物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)"與"濃度"圖像，如在恒壓體系中，氣體物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化曲線與濃度曲線的形狀可能完全相反，需根據(jù)pV=nRT進(jìn)行換算。六、拓展訓(xùn)練題組（一）選擇題某可逆反應(yīng)A(g)+2B(g)?2C(g)的v-t圖像顯示，t=5s時(shí)正反應(yīng)速率突然增大，而逆反應(yīng)速率逐漸增大，可能的原因是（）A.增大A的濃度B.升高溫度C.加入催化劑D.縮小容器體積下列關(guān)于0.1mol/LH?A溶液的pH-logc圖像的說(shuō)法正確的是（）A.pH=pKa?時(shí)，c(H?A)=c(HA?)B.當(dāng)pH=7時(shí)，溶液中c(A2?)一定大于c(HA?)C.圖像中斜率為1的線段對(duì)應(yīng)HA?的電離過(guò)程D.稀釋溶液會(huì)使a點(diǎn)（pH=3.5）沿曲線向上移動(dòng)（二）計(jì)算題已知反應(yīng)CO(g)+H?O(g)?CO?(g)+H?(g)在不同溫度下的K值如下表：|T/℃|700|800|900||------|-----|-----|-----||K|1.67|1.00|0.64|繪制lnK-1/T關(guān)系圖，計(jì)算該反應(yīng)的ΔH和ΔS（R=8.314J/(mol·K)）。向20mL0.1mol/LNa?CO?溶液中滴加0.1mol/LHCl，繪制pH變化曲線。計(jì)算：（1）當(dāng)加入10mLHCl時(shí)的溶液pH（H?CO?的pKa?=6.38，pKa?=10.25）（2）pH=8.0時(shí)溶液中各含碳粒子的濃度分?jǐn)?shù)（注：完整參考答案及解析可參考2025年《全國(guó)高中學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》附錄部分