2025年下學(xué)期高一化學(xué)化學(xué)建模初步實踐試題一、選擇題（共10題，每題3分，共30分）下列關(guān)于化學(xué)模型的說法正確的是（）A.化學(xué)模型一旦建立就不會改變B.數(shù)學(xué)公式是描述化學(xué)模型的唯一方式C.化學(xué)模型需要通過實驗數(shù)據(jù)驗證其合理性D.微觀模型比宏觀模型更能反映事物本質(zhì)在研究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素時，某同學(xué)建立了"濃度-時間"關(guān)系模型。該模型屬于（）A.數(shù)學(xué)模型B.物理模型C.概念模型D.圖像模型下列化學(xué)概念中，不屬于模型認(rèn)知范疇的是（）A.用電子式表示分子結(jié)構(gòu)B.用化學(xué)方程式表示化學(xué)反應(yīng)C.用pH值表示溶液酸堿性D.用元素符號表示元素種類在建立化學(xué)平衡模型時，不需要考慮的因素是（）A.反應(yīng)溫度B.反應(yīng)物濃度C.反應(yīng)容器體積D.反應(yīng)時間下列關(guān)于化學(xué)建模的基本步驟，正確的順序是（）①模型驗證②模型應(yīng)用③模型構(gòu)建④問題提出A.④③①②B.③④①②C.④①③②D.③①④②在溶液濃度計算模型中，下列關(guān)系式正確的是（）A.c1V1=c2V2（稀釋定律）B.c=n/V（物質(zhì)的量濃度定義式）C.ω=m溶質(zhì)/m溶液×100%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義式）D.以上均正確用數(shù)學(xué)模型表示反應(yīng)速率時，v=k[A]^m[B]^n中，k表示（）A.反應(yīng)速率B.速率常數(shù)C.反應(yīng)物濃度D.反應(yīng)級數(shù)在化學(xué)平衡模型中，平衡常數(shù)K的大小與下列哪個因素有關(guān)（）A.反應(yīng)物濃度B.生成物濃度C.反應(yīng)溫度D.催化劑下列實驗數(shù)據(jù)中，不適合用于建立化學(xué)模型的是（）A.不同溫度下的反應(yīng)速率B.不同濃度下的溶液pH值C.不同時間點的反應(yīng)物濃度D.實驗者的姓名在原電池模型中，鹽橋的主要作用是（）A.提供電子通路B.提供離子通路C.防止電極腐蝕D.加快反應(yīng)速率二、填空題（共5題，每題4分，共20分）化學(xué)建模的核心思想是將________問題轉(zhuǎn)化為________模型，通過對模型的分析和求解來解決實際問題。構(gòu)建化學(xué)模型的基本步驟包括：問題提出、________、模型構(gòu)建、________和模型應(yīng)用。在溶液稀釋模型中，稀釋前后溶液中溶質(zhì)的________保持不變，數(shù)學(xué)表達(dá)式為________?；瘜W(xué)平衡模型中，當(dāng)Qc<K時，反應(yīng)向________方向進(jìn)行；當(dāng)Qc>K時，反應(yīng)向________方向進(jìn)行。反應(yīng)速率模型中，影響反應(yīng)速率的主要因素有________、________和催化劑。三、簡答題（共3題，每題10分，共30分）簡述化學(xué)建模在高中化學(xué)學(xué)習(xí)中的意義和作用。以醋酸與氫氧化鈉的中和反應(yīng)為例，說明如何構(gòu)建酸堿滴定模型。簡述原電池模型的構(gòu)成要素及其工作原理。四、計算題（共2題，每題10分，共20分）現(xiàn)有20mL0.1mol/L的鹽酸溶液，若要將其稀釋至0.05mol/L，需要加入多少體積的水？（忽略溶液體積變化）在某溫度下，反應(yīng)2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)的平衡常數(shù)K=100。若反應(yīng)開始時，c(SO2)=0.1mol/L，c(O2)=0.1mol/L，c(SO3)=0，求平衡時各物質(zhì)的濃度。五、建模實踐題（共2題，每題25分，共50分）某研究小組探究了不同溫度對某化學(xué)反應(yīng)速率的影響，得到如下數(shù)據(jù)：溫度/℃反應(yīng)速率/(mol·L^-1·s^-1)200.01300.02400.04500.08600.16請根據(jù)以上數(shù)據(jù)：（1）建立反應(yīng)速率與溫度的數(shù)學(xué)模型；（2）計算該反應(yīng)的活化能；（3）預(yù)測70℃時的反應(yīng)速率。某學(xué)生設(shè)計了如下原電池：鋅片、銅片、硫酸銅溶液、硫酸鋅溶液、鹽橋。（1）畫出該原電池的模型圖；（2）寫出電極反應(yīng)式；（3）若將硫酸銅溶液濃度從0.1mol/L增加到0.2mol/L，電池電動勢如何變化？請用能斯特方程解釋。六、開放探究題（共1題，30分）某工廠擬采用催化反應(yīng)處理含氮氧化物的廢氣，已知反應(yīng)為：2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g)。為提高氮氧化物的轉(zhuǎn)化率，請你設(shè)計一個研究方案，包括：（1）需要考慮的主要影響因素；（2）實驗設(shè)計方案；（3）數(shù)據(jù)處理方法；（4）模型構(gòu)建思路。要求：方案具有科學(xué)性、可操作性，并能運用化學(xué)建模思想分析問題。七、綜合應(yīng)用題（共1題，30分）近年來，全球氣候變化問題日益突出，CO2的捕集和利用成為研究熱點。某研究團(tuán)隊提出利用CO2與H2反應(yīng)制備甲醇：CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<0。請回答下列問題：（1）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式是什么？（2）若要提高CO2的轉(zhuǎn)化率，可以采取哪些措施？請用化學(xué)平衡模型解釋。（3）在一定溫度和壓強(qiáng)下，若CO2和H2的起始濃度分別為1mol/L和3mol/L，平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率為20%，計算該溫度下的平衡常數(shù)K。（4）請設(shè)計一個實驗方案，探究溫度對該反應(yīng)平衡的影響。要求：能運用化學(xué)平衡模型分析問題，并體現(xiàn)模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。參考答案及評分標(biāo)準(zhǔn)一、選擇題（每題3分，共30分）C2.A3.D4.D5.A6.D7.B8.C9.D10.B二、填空題（每題4分，共20分）實際化學(xué)，數(shù)學(xué)或物理數(shù)據(jù)收集，模型驗證物質(zhì)的量，c1V1=c2V2正反應(yīng)，逆反應(yīng)溫度，濃度三、簡答題（每題10分，共30分）化學(xué)建模在高中化學(xué)學(xué)習(xí)中的意義和作用：（1）幫助學(xué)生理解抽象的化學(xué)概念和理論；（2）培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和創(chuàng)新能力；（3）提高學(xué)生分析和解決實際問題的能力；（4）促進(jìn)學(xué)生跨學(xué)科知識的整合和應(yīng)用；（5）為學(xué)生未來從事科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。醋酸與氫氧化鈉中和滴定模型的構(gòu)建：（1）確定滴定反應(yīng)：CH3COOH+NaOH=CH3COONa+H2O（2）明確滴定曲線的特點：開始時pH變化緩慢，接近終點時pH突躍（3）選擇合適的指示劑：酚酞（變色范圍8.2-10.0）（4）建立pH計算模型：滴定前：計算醋酸溶液的pH滴定中：形成緩沖溶液，用Henderson-Hasselbalch方程計算計量點：計算醋酸鈉溶液的pH計量點后：計算過量NaOH的pH（5）繪制滴定曲線，確定滴定終點原電池模型的構(gòu)成要素及工作原理：構(gòu)成要素：（1）兩個電極：正極（還原反應(yīng)）和負(fù)極（氧化反應(yīng)）（2）電解質(zhì)溶液：提供離子通路（3）外電路：提供電子通路（4）鹽橋（可選）：維持溶液電中性工作原理：（1）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子（2）電子通過外電路流向正極（3）正極發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子（4）離子通過電解質(zhì)溶液或鹽橋遷移，維持溶液電中性（5）電子定向移動形成電流，實現(xiàn)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化四、計算題（每題10分，共20分）解：根據(jù)稀釋定律c1V1=c2V20.1mol/L×20mL=0.05mol/L×V2V2=(0.1×20)/0.05=40mL需要加水的體積：40mL-20mL=20mL答：需要加入20mL水。解：設(shè)平衡時SO3的濃度為2x2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)起始濃度：0.10.10變化濃度：2xx2x平衡濃度：0.1-2x0.1-x2xK=[SO3]^2/([SO2]^2[O2])=(2x)^2/[(0.1-2x)^2(0.1-x)]=100解得x≈0.04mol/L平衡濃度：[SO2]=0.1-2×0.04=0.02mol/L[O2]=0.1-0.04=0.06mol/L[SO3]=2×0.04=0.08mol/L答：平衡時SO2、O2、SO3的濃度分別為0.02mol/L、0.06mol/L和0.08mol/L。五、建模實踐題（每題25分，共50分）（1）建立反應(yīng)速率與溫度的數(shù)學(xué)模型：觀察數(shù)據(jù)可知，溫度每升高10℃，反應(yīng)速率加倍，符合阿倫尼烏斯方程：k=Ae^(-Ea/RT)取自然對數(shù)：lnk=lnA-Ea/(RT)以lnk對1/T作圖，可得一直線，斜率為-Ea/R（2）計算活化能：選取20℃（293K）和30℃（303K）的數(shù)據(jù)：ln(0.01)=lnA-Ea/(R×293)ln(0.02)=lnA-Ea/(R×303)兩式相減：ln(0.02/0.01)=Ea/R(1/293-1/303)ln2=Ea/8.314(1/293-1/303)解得Ea≈52.9kJ/mol（3）預(yù)測70℃時的反應(yīng)速率：根據(jù)溫度每升高10℃，速率加倍的規(guī)律：60℃時速率為0.16mol·L^-1·s^-170℃時速率為0.32mol·L^-1·s^-1（1）原電池模型圖：Zn|ZnSO4||CuSO4|Cu（注明鹽橋、電極、電解質(zhì)溶液）（2）電極反應(yīng)式：負(fù)極（Zn）：Zn-2e^-=Zn^2+(氧化反應(yīng))正極（Cu）：Cu^2++2e^-=Cu(還原反應(yīng))總反應(yīng)：Zn+Cu^2+=Zn^2++Cu（3）電池電動勢變化：根據(jù)能斯特方程：E=E°-(RT/nF)ln([Zn^2+]/[Cu^2+])當(dāng)CuSO4濃度增加，[Cu^2+]增大，ln([Zn^2+]/[Cu^2+])減小，E增大因此，電池電動勢增大六、開放探究題（30分）研究方案：提高氮氧化物轉(zhuǎn)化率的催化反應(yīng)研究（1）需要考慮的主要影響因素：反應(yīng)溫度反應(yīng)壓力反應(yīng)物濃度比（NO:CO）催化劑種類和用量空速（氣體流速）（2）實驗設(shè)計方案：選取5個溫度水平（如200℃、250℃、300℃、350℃、400℃）選取3個壓力水平（如0.1MPa、0.5MPa、1.0MPa）選取3個濃度比（如1:1、1:2、2:1）固定催化劑種類和用量、空速等其他因素采用正交實驗設(shè)計，減少實驗次數(shù)測定不同條件下NO的轉(zhuǎn)化率（3）數(shù)據(jù)處理方法：繪制轉(zhuǎn)化率-溫度曲線，確定最佳反應(yīng)溫度繪制轉(zhuǎn)化率-壓力曲線，確定最佳反應(yīng)壓力繪制轉(zhuǎn)化率-濃度比曲線，確定最佳反應(yīng)物配比采用方差分析法，確定各因素的顯著性建立轉(zhuǎn)化率與各影響因素的多元回歸模型（4）模型構(gòu)建思路：基于實驗數(shù)據(jù)，建立反應(yīng)動力學(xué)模型：r=k[NO]^a[CO]^b確定反應(yīng)級數(shù)a、b和速率常數(shù)k建立速率常數(shù)與溫度的關(guān)系：Arrhenius方程構(gòu)建反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型，模擬不同工藝條件下的轉(zhuǎn)化率基于模型優(yōu)化反應(yīng)條件，提高NO轉(zhuǎn)化率七、綜合應(yīng)用題（30分）（1）平衡常數(shù)表達(dá)式：K=[CH3OH][H2O]/([CO2][H2]^3)（2）提高CO2轉(zhuǎn)化率的措施及解釋：降低溫度：該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度使平衡正向移動增大壓強(qiáng)：反應(yīng)前后氣體分子數(shù)減少，增大壓強(qiáng)使平衡正向移動增大H2濃度：增加反應(yīng)物濃度，使平衡正向移動減小CH3OH或H2O濃度：減少生成物濃度，使平衡正向移動移除產(chǎn)物：及時分離出CH3OH，使平衡正向移動（3）計算平衡常數(shù)K：CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)起始濃度：1300變化濃度：0.20.60.20.2平衡濃度：0.82.40.20.2K=(0.2×0.2)/(0.8×2.4^3)=0.04/(0.8×13.824)=0.04/11.0592≈0.0036（4）探究溫度對反應(yīng)平衡影響的實驗方案：實驗?zāi)康模禾骄繙囟葘O2與H2反應(yīng)平衡的影響實驗原理：溫度變化會影響平衡常數(shù)，從而改變平衡轉(zhuǎn)化率實驗裝置：高壓反應(yīng)釜、氣體鋼瓶、取樣裝置、氣相色譜儀實驗步驟：準(zhǔn)備CO2和H2氣體，摩爾比1:3選取5個溫度水平：200℃、250℃、300℃、350℃、400℃固定壓強(qiáng)（如5MPa）、反應(yīng)時間等其他條件在不同溫度下進(jìn)行反應(yīng)，