专题六主观题突破4.化工流程中化学方程式的书写及有关计算-2025届高考化学二轮复习课件

Fe3＋ 1.5 3.2
Al3＋ 3.6 4.7
RE3＋ 6.2～7.4
/
由表中数据可知，Al3＋沉淀完全时的pH为4.7，而RE3＋开始沉淀时的 pH为6.2，所以为保证Fe3＋、Al3＋沉淀完全，且RE3＋不沉淀，要用 NaOH溶液调pH至4.7≤pH<6.2的范围内，该过程中Al3＋发生反应的 离子方程式为Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓。
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03 考向预测
1.金属钒在新能源动力电池中有重要作用。含钒尖晶石是钒渣中最主要的 含钒物相，其主要成分有V2O3、FeO、Fe2O3、Al2O3、SiO2。采用以下工 艺流程制备V2O5。
(1)“焙烧”过程中被氧化的元素为__V_、__F_e__，写出V2O3与Na2CO3反应的 焙烧
化学方程式_N__a_2C__O_3_＋__V_2_O_3_＋__O_2_=_=_=_=_=_2_N__a_V_O__3＋__C__O_2_。
Mg2＋ 8.8 /
Fe3＋ 1.5 3.2
Al3＋ 3.6 4.7
RE3＋ 6.2～7.4
/
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(1)“氧化调pH”中，化合价有变化的金属离子是__F_e_2_＋__。
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由流程可知，该类矿(含铁、铝等 元素)加入酸化MgSO4溶液浸取， 得到的浸取液中含有 RE3＋、Mg2＋、 Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、SO24－等离子， 经氧化调 pH 使 Fe3＋、Al3＋形成沉淀， 经过滤除去，滤液 1 中含有 RE3＋、Mg2＋、SO24－等离子， 加入月桂酸钠，使RE3＋形成(C11H23COO)3RE沉淀，滤液2主要含有 MgSO4溶液，可循环利用，滤饼加盐酸，经加热搅拌溶解后，再冷 却结晶，析出月桂酸，再固液分离得到RECl3溶液。
4.0×10－4 mol·L－1。
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(4)①“加热搅拌”有利于加快RE3＋溶出、 提高产率，其原因是__加__热__搅__拌__可__加__快__ _反__应__速__率__。 ②“ 操 作 X” 的 过 程 为 先 __冷__却__结__晶__ ， 再固液分离。
“操作X”的结果是分离出月桂酸，由信息可知，月桂酸(C11H23COOH) 的熔点为44 ℃，故“操作X”的过程为先冷却结晶，再固液分离。
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(5)该工艺中，可再生循环利用的物质有_M__g_S_O__4 _(写化学式)。
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(6)稀土元素钇(Y)可用于制备高活性 的合金类催化剂Pt3Y。 ①还原YCl3和PtCl4熔融盐制备Pt3Y时， 生成1 mol Pt3Y转移__1_5__ mol电子。
YCl3中Y为＋3价，PtCl4中Pt为＋4价，而Pt3Y中金属均为0价，所以 还原YCl3和PtCl4熔融盐制备Pt3Y时，生成1 mol Pt3Y转移15 mol电子。
(2)Na2S2O8是一种强氧化剂，能与Mn2＋反应生成 SO24－ 和紫色MnO－4 。用 Na2S2O8检验水相中的Mn2＋时发生反应的离子方程式为_2_M__n_2_＋_＋__5_S_2_O_28_－_ _＋__8_H_2_O_=_=_=_2_M__n_O__－4 _＋__1_0_S_O_24_－_＋__1_6_H_＋_。
对点训练 1.工业上以黄铜矿(主要含 CuFeS2，还含FeS等)为原料可以制备Cu，流程 如下：
(1)写出“浸取”时 CuFeS2和FeCl3溶液反应的离子方程式：__3_F_e_3＋__＋_____ _C_u_F_e_S_2_＋__C_l_－_=_=_=__C_u_C_l_＋__2_S_＋__4_F_e_2_＋_。 (2)“稀释”时反应的化学方程式为_2_N__a[_C_u_C__l2_]_=_=_=_C_u_↓__＋__C__u_C_l2_＋__2_N__aC__l _。
2.流程中陌生的氧化还原反应的书写流程 (1)首先根据题给材料中的信息确定氧化剂(或还原剂)与还原产物(或氧化 产物)，结合已学知识根据加入的还原剂(或氧化剂)判断氧化产物(或还原 产物)。 (2)根据得失电子守恒配平氧化还原反应。 (3)根据电荷守恒和反应物的酸碱性，在方程式左边或右边补充H＋、OH－或 H2O等。 (4)根据质量守恒配平反应方程式。
2.工业上使用催化剂时常需要载体，纳米氧化锌可作为一些催化剂的载体。 工业上由软锰矿(主要成分为MnO2)与锌精矿(主要成分为ZnS)酸性共融法 制备MnO2及纳米ZnO的工艺流程如图。回答下列问题：
(1)写出酸浸时ZnS与MnO2发生的主要反应的化学方程式：_Z__n_S_＋__4_M__n_O_2_ _＋__4_H_2_S_O__4=_=_=_Z__n_S_O_4_＋__4_M__n_S_O_4_＋__4_H_2_O__(无单质硫生成)。
根据该工艺流程图中信息可知，“浸取”时是将黄铜矿与FeCl3溶液 充 分 反 应 ， 化 学 方 程 式 为 3FeCl3 ＋ CuFeS2===CuCl ＋ 2S ＋ 4FeCl2 ， 2FeCl3＋FeS===3FeCl2＋S，过滤得到CuCl和S的混合物，洗涤，向洗 涤后的固体中加入NaCl溶液，“溶解”时发生的反应为NaCl＋CuCl ===Na[CuCl2] ， 过 滤 出 S ， 得 到 滤 液 ， 向 滤 液 中 加 水 稀 释 得 到 Cu 和 CuCl2、NaCl，“稀释”时的反应为2Na[CuCl2]===Cu↓＋CuCl2＋2NaCl。
热解工序产生的混合气体为二氧化 碳和水蒸气，将混合气体通入滤渣 Ⅰ中可以将氧化镁转化为碳酸氢镁 溶液，则混合气体最适宜返回的工 序为工序②。
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(7)工序④溶液中的铝元素恰好
完全转化为沉淀的pH为__8_._3_7__
(通常认为溶液中离子浓度小于
10 － 5 mol·L － 1 为 沉 淀 完 全 ；
(二)化工流程中的有关计算
1.Ksp计算 (1)判断能否沉淀。 (2)判断能否沉淀完全。 (3)计算某一离子的浓度。 (4)沉淀生成和沉淀完全时pH的计算。
2.产率、纯度的计算 (1)计算公式
纯净物的质量 纯度＝混合物的质量×100%
产物的实际产量 产物的产率＝产物的理论产量×100%
(2)计算的关键在于运用守恒或关系式法结合实验原理找到计算的关系， 确定数量关系。
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(2)工序①的名称为__溶__解__浸__出__。 工序①为将氧化后的固体加 水溶解浸出可溶性物质。
(3)滤渣Ⅰ的主要成分是_M__g_O__、_ _F__e2_O_3__(填化学式)。
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(6)热解工序产生的混合气体最适宜返 回工序___②___(填“①”“②”“③” 或“④”)参与内循环。
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②Pt3Y/C用作氢氧燃料电池电极材料时， 能在碱性溶液中高效催化O2的还原， 发生的电极反应为__O_2_＋__4_e_－_＋__2_H_2_O___ _=_=_=__4_O_H_－__。
碱性溶液中，氢氧燃料电池正极发生还原反应，发生的电极反应为 O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
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2.[2021·河北，15(1)(2)(3)(6)(7)]绿色化学 在推动社会可持续发展中发挥着重要作用。 某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法制 备高价铬盐的新工艺，该工艺不消耗除铬 铁矿、氢氧化钠和空气以外的其他原料， 不 产 生 废 弃 物 ， 实 现 了 Cr—Fe—Al—Mg 的深度利用和Na＋内循环。工艺流程如图： 回答下列问题： (1)高温连续氧化工序中被氧化的元素是__F_e_、__C_r_(填元素符号)。
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已知：月桂酸(C11H23COOH)的熔点为44 ℃；月桂酸和(C11H23COO)3RE均 难溶于水。该工艺条件下，稀土离子保持＋3价不变；(C11H23COO)2Mg 的Ksp＝1.8×10－8，Al(OH)3开始溶解时的pH为8.8；有关金属离子沉淀的 相关pH见下表。
离子 开始沉淀时的pH 沉淀完全时的pH
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(3)“过滤2”后，滤饼中检测不到Mg元素，滤液2中Mg2＋浓度为2.7 g·L－1。 为尽可能多地提取RE3＋，可提高月桂酸钠的加入量，但应确保“过滤2” 前的溶液中c(C11H23COO－)低于_4_._0_×_1_0_－_4__ mol·L－1(保留两位有效数字)。
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滤液2中Mg2＋浓度为2.7 g·L－1，
根 据 工 艺 流 程 分 析 ， 酸 浸 时 ， ZnS 、 MnO2 分 别 转 化 为 ZnSO4 、 MnSO4，即S由－2价升高为＋6价，Mn由＋4价降低为＋2价，根据 得 失 电 子 守 恒 、 原 子 守 恒 ， 配 平 化 学 方 程 式 为 ZnS ＋ 4MnO2 ＋ 4H2SO4===ZnSO4＋4MnSO4＋4H2O。
等体积L－1，c(CrO24－)
＝
2×10
－3mol·L
－
1，Q
＝
c2(Ag
＋
)·c(CrO
2－ 4
)
＝
(2×10
－
3
)2×2×10－3＝
8×10－9＞Ksp，所以有沉淀析出。
02 真题演练
1.(2022·广东，18)稀土(RE)包括镧、钇等元素，是高科技发展的关键支撑。 我国南方特有的稀土矿可用离子交换法处理，一种从该类矿(含铁、铝等 元素)中提取稀土的工艺如下：
主观题突破
01 核心精讲
(一)化工流程中化学方程式的书写
1.书写思路 首先根据题给材料中的信息写出部分反应物和生成物的化学式，再根据 反应前后元素化合价有无变化判断反应类型： (1)元素化合价无变化则为非氧化还原反应，遵循质量守恒定律； (2)元素化合价有变化则为氧化还原反应，既遵循质量守恒定律，又遵循 得失电子守恒规律。
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由分析可知，“氧化调pH”的目 的是除去含铁、铝等元素的离子， 需 要 将 Fe2 ＋ 氧 化 为 Fe3 ＋ ， 以 便 后 续除杂，所以化合价有变化的金 属离子是Fe2＋。
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离子 Mg2＋ Fe3＋ Al3＋ RE3＋
开始沉淀 8.8 1.5 3.6 6.2～7.4
时的pH
沉淀完全
/ 3.2 4.7
即0.112 5 mol·L－1，
根据Ksp[(C11H23COO)2Mg]＝c(Mg2＋)·
c2(C11H23COO－)，若要加入月桂酸钠
后只生成(C11H23COO)3RE，而不产生(C11H23COO)2Mg，
则 c(C11H23COO－)<
KspC1c1HM23gC2O＋O2Mg＝
1.08.×111205－8mol·L－1＝
S2O28－与 Mn2＋反应生成 SO24－和 MnO－4 ，根据得失电子守恒，S2O28－、 Mn2＋的化学计量数之比为 5∶2，再根据电荷守恒和原子守恒，配平 离子方程式为 2Mn2＋＋5S2O28－＋8H2O===2MnO－4 ＋10SO24－＋16H＋。
3.将等体积的4×10－3 mol·L－1的AgNO3溶液和4×10－3mol·L－1 K2CrO4溶 液混合，有无Ag2CrO4沉淀产生？[已知：Ksp (Ag2CrO4)＝1.12×10－12] 答案 有
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加入碳酸钠焙烧后，V2O3、Al2O3、SiO2分别生成NaVO3、NaAlO2、 Na2SiO3，FeO被氧化为Fe2O3，加水进行水溶，只有Fe2O3不溶，则 沉淀1为Fe2O3，加入盐酸调节pH＝2～3，将硅元素转化为硅酸，则 沉淀2为硅酸，用NaOH调节pH，生成氢氧化铝和氢氧化铁沉淀，溶 液 中 只 含 NaVO3 ， 加 入 (NH4)2CO3“ 沉 钒 ” 析 出 NH4VO3 ， 煅 烧 NH4VO3得到V2O5。
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时的pH
(2)“过滤1”前，用NaOH溶液调pH至__4_.7_≤__p_H__<_6_.2__的范围内，该过程中 Al3＋发生反应的离子方程式为__A_l_3＋__＋__3_O_H_－__=_=_=_A_l_(_O_H__)3_↓__。
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离子 开始沉淀时的pH 沉淀完全时的pH
Mg2＋ 8.8 /
Al(OH)3＋OH－
Al(OH)－4
K＝100.63；Kw＝10－14，
Ksp[Al(OH)3]＝10－33)。
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工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的反应为 Al(OH)－4 ＋H＋ Al(OH)3↓＋H2O，
反应的平衡常数为 K1＝c[AlOH14－]·cH＋ ＝c[AlOHc4－]O·cHH－＋ ·cOH－＝K·1Kw＝1013.37， 当 c[Al(OH)－4 ]为 10－5 mol·L－1 时，溶液中氢离子浓度为c[AlO1H4－]·K1 ＝10－5×11013.37 mol·L－1＝10－8.37 mol·L－1，则溶液的 pH 为 8.37。