长题长什么样
第二部分的前三道是长题,每道 10 分。一道长题通常围绕一个情境(一个反应、一个实验),分成七八个小问,跨好几个单元:方程式和计量、气体、热化学、平衡、结构……题目开头常给一张数据表,后面的小问要从里面取数据。前面小问的结果常常要在后面用到。
做长题的五步
- 通读(1–2 分钟)。 看完所有小问,圈出数据和单位,弄清每一问要什么。
- 按小问作答,标好 (a)、(b)…… 写在对应的位置。
- 卡住就跳过,或者用假设的数值接着做。 写明“设 (c) 的结果为 ……”。
- 每个计算都用四行写法(4.3.2):公式、带单位代入、结果、回答问题。
- 留 1–2 分钟检查: 单位、正负号、有效数字,以及每一问是否真的回答了。
按分值分配,一道长题大约 22 分钟,一道短题大约 9 分钟(4.1.3)。用下面的计时器限时练习:
例题:一道完整的长题
丙烷 C₃H₈ 是常用的燃料。25 °C 时的标准生成焓(OpenStax 附录 G):
| 物质 | ΔfH° / (kJ/mol) |
|---|---|
| C₃H₈(g) | −103.8 |
| O₂(g) | 0 |
| CO₂(g) | −393.51 |
| H₂O(l) | −285.83 |
(a) 写出丙烷完全燃烧(生成液态水)的配平方程式。
(b) 用上表计算这个反应的 ΔH°。
(c) 一名学生在罐中燃烧 0.250 g 丙烷,加热罐里的 400.0 g 水,水温升高 6.10 °C(水的比热容 4.18 J/(g·°C))。计算水吸收的热量。
(d) 由 (c) 计算每摩尔丙烷燃烧放出的热量,写出 ΔH(实验值)。
(e) 实验值和 (b) 相比怎样?给出一个原因。
(f) 计算燃烧 0.250 g 丙烷需要的 O₂ 在 25 °C、1.00 atm 下的体积。
(g) 画出 CO₂ 的 Lewis 结构,说明分子的形状和极性。
先用计时器限时 22 分钟自己做,再逐步看解答:
-
(a)(1 分)配平方程式。 先配 C 和 H,最后配 O:
-
(b)(2 分:代入正确 1 分,结果和符号 1 分)由生成焓求 ΔH°。
-
(c)(1 分)水吸收的热量。
-
(d)(2 分:物质的量 1 分,ΔH 及负号 1 分)每摩尔的 ΔH。
燃烧放热,水吸收的热量来自反应,所以 ΔH 取负号。
-
(e)(1 分)比较并给出原因。 实验值的大小只有理论值的 1800 ÷ 2220 ≈ 81%。原因例如:一部分热量散失到空气中或用来加热罐子,没有被水吸收;或者燃烧不完全(生成了 CO 或碳黑),放出的热量更少。
-
(f)(2 分:O₂ 的物质的量 1 分,体积 1 分)O₂ 的体积。 由方程式,n(O₂) = 5 n(C₃H₈):
-
(g)(1 分)CO₂ 的结构。 O=C=O,C 和每个 O 之间是双键,每个 O 上有两对孤电子对;C 周围有两个电子域,分子是直线形(键角 180°)。两个 C=O 键的偶极大小相等、方向相反,互相抵消,CO₂ 是非极性分子。
- (c) 要用 (b) 的结果,(b) 你已经算出来了
直接用自己的结果往下做。
- (d) 要用 (c) 的结果,而 (c) 已经卡了 5 分钟
设一个合理的数值做 (d),写明假设。
- (e) 是一道解释题,你知道答案
会做的先拿分。
- (b) 要算 ΔH,你一时找不到某个生成焓的数值
数据就在题目开头的表里,回去找。
- 这道长题已经用了 25 分钟,还剩最后两问
超时了,先做别的题,有空再回来。
- (a) 只要求写一个配平的方程式
很快就能拿分。
- (f) 需要一个你完全没有思路的方法
先做后面能做的小问。
- 算出的摩尔质量是 0.08 g/mol,明显不合理
马上回头检查单位换算,往往很快能找到错。
常见误区
误区 1:“长题必须从 (a) 一直做到最后。” 小问之间虽然有联系,但很多可以单独做。卡住的小问先跳过,或者用假设的数值接着往下做,不要让一问拖住整道题。
误区 2:“每一问都是独立的,不用通读。” 后面的小问常用到前面的结果和开头的数据。先通读,才知道 (b) 的结果在 (d) 还要用,算的时候就会多保留一位。
误区 3:“做完就交,不用检查。” 留 1–2 分钟检查单位、符号和有效数字,往往能找回一两分;例如把放热反应的 ΔH 写成正的,就会丢掉一个得分点。
即时小测
第二部分的一道长题满分多少分?
3 道长题每道 10 分,4 道短题每道 4 分。
按分值分配时间,一道长题大约给多少分钟?
留 5 分钟检查时,每分约 2.2 分钟,10 分约 22 分钟。
通读一道长题时,最该做的是什么?
先弄清楚题目给了什么、要什么,再动笔。
例题中实验测得的 |ΔH| 比理论值小。最可能的原因是?
热量散失会让水吸收的热量偏少,算出的 |ΔH| 偏小。
(d) 要用 (c) 的结果,你写明了“设 (c) 的结果为 10.0 kJ”并接着做。(d) 通常怎样给分?
方法正确、计算和你的假设一致,通常能拿到这一问的分。
长题做完后的检查,下面哪一项不在清单上?
字写得清楚就行;单位、符号、有效数字和是否回答了问题才是要检查的。
AP 式练习
接触法生产硫酸的关键一步是 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g),工业上在约 700 K、用 V₂O₅ 作催化剂进行。25 °C 时的数据如下,ΔfH° 的单位是 kJ/mol,S° 的单位是 J/(mol·K)(OpenStax 附录 G):
| 物质 | ΔfH° | S° |
|---|---|---|
| SO₂(g) | −296.83 | 248.2 |
| O₂(g) | 0 | 205.2 |
| SO₃(g) | −395.72 | 256.76 |
(a) 计算反应的 ΔH°。
(b) 预测 ΔS° 的符号并说明理由,再计算 ΔS°。
(c) 计算 25 °C 时的 ΔG° 和平衡常数 K。
(d) 假设 ΔH° 和 ΔS° 不随温度变化,估算在多高温度以上,这个反应在标准状态下变为不利。
(e) 25 °C 时 K 非常大,为什么工业上还要在约 700 K 下进行,并且使用催化剂?
(f) 温度不变时把反应容器压缩到原体积的一半,用 Q 和 K 的关系判断平衡移动的方向。
参考答案与评分要点
(a) ΔH° = 2(−395.72) − [2(−296.83) + 0] = −791.44 + 593.66 = −197.8 kJ/mol(反应)。(1 分)
(b) 负值:反应物 3 mol 气体变成 2 mol 气体,气体分子减少,混乱度减小。ΔS° = 2(256.76) − [2(248.2) + 205.2] = 513.52 − 701.6 = −188.1 J/(mol·K)。(2 分:符号和理由 1 分,计算 1 分)
(c) ΔG° = ΔH° − TΔS° = −197.8 − 298.15 × (−0.1881) = −141.7 kJ/mol;ln K = −ΔG°/(RT) = 141 700 ÷ (8.314 × 298.15) = 57.2,K ≈ 7 × 10²⁴。(2 分)
(d) ΔG° = 0 时 T = ΔH°/ΔS° = (−197 800 J) ÷ (−188.1 J/K) ≈ 1.05 × 10³ K。高于约 1050 K 时 ΔG° > 0,反应在标准状态下不利。(1 分)
(e) 25 °C 时反应在热力学上非常有利,但活化能高,速率极慢(受动力学控制)。升温到约 700 K 可以加快反应,而 700 K 仍低于 1050 K,K 仍大于 1。V₂O₅ 催化剂降低活化能,使反应在这个温度下足够快;催化剂同等程度地加快正、逆反应,不改变 K。(2 分)
(f) 体积减半,每种气体的分压都变为 2 倍:Q = p²(SO₃) ÷ [p²(SO₂)·p(O₂)] 变为原来的 2² ÷ (2² × 2) = 1/2,Q < K,反应向正方向进行,生成更多 SO₃(向气体分子数少的方向移动)。(2 分)
评分要点(共 10 分): (a) 1;(b) 2;(c) 2;(d) 1;(e) 2;(f) 2。
小结
- 长题:一个情境、七八个小问、跨几个单元,前后小问常有联系;每道约 22 分钟。
- 五步:通读圈数据 → 按小问作答并标号 → 卡住就跳过或假设数值 → 计算用四行写法 → 留 1–2 分钟检查。
- 做完对照评分要点逐点打分,记下丢分原因。
AP 提示: 考前每周至少限时做一道完整的长题(历年真题或本站的模拟考),做完马上对照评分标准打分。坚持几周,你会明显感到 22 分钟够用了。
数据来源:ΔfH° 和 S° 取自 OpenStax《Chemistry 2e》附录 G。