資源簡介

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主觀題突破
4.化工流程中化學方程式的書寫及有關計算
核心精講
01
(一)化工流程中化學方程式的書寫
1.書寫思路
首先根據題給材料中的信息寫出部分反應物和生成物的化學式，再根據反應前后元素化合價有無變化判斷反應類型：
(1)元素化合價無變化則為非氧化還原反應，遵循質量守恒定律；
(2)元素化合價有變化則為氧化還原反應，既遵循質量守恒定律，又遵循得失電子守恒規律。
2.流程中陌生的氧化還原反應的書寫流程
(1)首先根據題給材料中的信息確定氧化劑(或還原劑)與還原產物(或氧化產物)，結合已學知識根據加入的還原劑(或氧化劑)判斷氧化產物(或還原產物)。
(2)根據得失電子守恒配平氧化還原反應。
(3)根據電荷守恒和反應物的酸堿性，在方程式左邊或右邊補充H＋、OH－或H2O等。
(4)根據質量守恒配平反應方程式。
(二)化工流程中的有關計算
1.Ksp計算
(1)判斷能否沉淀。
(2)判斷能否沉淀完全。
(3)計算某一離子的濃度。
(4)沉淀生成和沉淀完全時pH的計算。
2.產率、純度的計算
(1)計算公式
(2)計算的關鍵在于運用守恒或關系式法結合實驗原理找到計算的關系，確定數量關系。
對點訓練
1.工業上以黃銅礦(主要含 CuFeS2，還含FeS等)為原料可以制備Cu，流程如下：
(1)寫出“浸取”時 CuFeS2和FeCl3溶液反應的離子方程式：___________
________________________________。
(2)“稀釋”時反應的化學方程式為________________________________。
3Fe3＋＋
CuFeS2＋Cl－===CuCl＋2S＋4Fe2＋
2Na[CuCl2]===Cu↓＋CuCl2＋2NaCl
根據該工藝流程圖中信息可知，“浸取”時是將黃銅礦與FeCl3溶液充分反應，化學方程式為3FeCl3＋CuFeS2===CuCl＋2S＋4FeCl2,2FeCl3＋FeS===3FeCl2＋S，過濾得到CuCl和S的混合物，洗滌，向洗滌后的固體中加入NaCl溶液，“溶解”時發生的反應為NaCl＋CuCl===Na[CuCl2]，過濾出S，得到濾液，向濾液中加水稀釋得到Cu和CuCl2、NaCl，“稀
釋”時的反應為2Na[CuCl2]===
Cu↓＋CuCl2＋2NaCl。
2.工業上使用催化劑時常需要載體，納米氧化鋅可作為一些催化劑的載體。工業上由軟錳礦(主要成分為MnO2)與鋅精礦(主要成分為ZnS)酸性共融法制備MnO2及納米ZnO的工藝流程如圖。回答下列問題：
(1)寫出酸浸時ZnS與MnO2發生的主要反應的化學方程式：____________
__________________________________(無單質硫生成)。
ZnS＋4MnO2
＋4H2SO4===ZnSO4＋4MnSO4＋4H2O
根據工藝流程分析，酸浸時，ZnS、MnO2分別轉化為ZnSO4、MnSO4，即S由－2價升高為＋6價，Mn由＋4價降低為＋2價，根據得失電子守恒、原子守恒，配平化學方程式為ZnS＋4MnO2＋4H2SO4===ZnSO4＋4MnSO4＋4H2O。
(2)Na2S2O8是一種強氧化劑，能與Mn2＋反應生成 。用Na2S2O8檢驗水相中的Mn2＋時發生反應的離子方程式為_______________
________________________________。
2Mn2＋＋
3.將等體積的4×10－3 mol·L－1的AgNO3溶液和4×10－3mol·L－1 K2CrO4溶液混合，有無Ag2CrO4沉淀產生？[已知：Ksp (Ag2CrO4)＝1.12×10－12]
答案　有
真題演練
02
1
2
1.(2022·廣東，18)稀土(RE)包括鑭、釔等元素，是高科技發展的關鍵支撐。我國南方特有的稀土礦可用離子交換法處理，一種從該類礦(含鐵、鋁等元素)中提取稀土的工藝如下：
1
2
已知：月桂酸(C11H23COOH)的熔點為44 ℃；月桂酸和(C11H23COO)3RE均難溶于水。該工藝條件下，稀土離子保持＋3價不變；(C11H23COO)2Mg的Ksp＝1.8×10－8，Al(OH)3開始溶解時的pH為8.8；有關金屬離子沉淀的相關pH見下表。
離子 Mg2＋ Fe3＋ Al3＋ RE3＋
開始沉淀時的pH 8.8 1.5 3.6 6.2～7.4
沉淀完全時的pH / 3.2 4.7 /
1
2
(1)“氧化調pH”中，化合價有變化的金屬離子是_______。
Fe2＋
離子 Mg2＋ Fe3＋ Al3＋ RE3＋
開始沉淀 時的pH 8.8 1.5 3.6 6.2～
7.4
沉淀完全 時的pH / 3.2 4.7 /
1
2
1
2
由分析可知，“氧化調pH”的目的是除去含鐵、鋁等元素的離子，需要將Fe2＋氧化為Fe3＋，以便后續除雜，所以化合價有變化的金屬離子是Fe2＋。
1
2
(2)“過濾1”前，用NaOH溶液調pH至_____________的范圍內，該過程中Al3＋發生反應的離子方程式為__________________________。
4.7≤pH<6.2
Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
離子 Mg2＋ Fe3＋ Al3＋ RE3＋
開始沉淀 時的pH 8.8 1.5 3.6 6.2～
7.4
沉淀完全 時的pH / 3.2 4.7 /
1
2
由表中數據可知，Al3＋沉淀完全時的pH為4.7，而RE3＋開始沉淀時的pH為6.2，所以為保證Fe3＋、Al3＋沉淀完全，且RE3＋不沉淀，要用NaOH溶液調pH至4.7≤pH<6.2的范圍內，該過程中Al3＋發生反應的離子方程式為Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓。
離子 Mg2＋ Fe3＋ Al3＋ RE3＋
開始沉淀 時的pH 8.8 1.5 3.6 6.2～
7.4
沉淀完全 時的pH / 3.2 4.7 /
1
2
(3)“過濾2”后，濾餅中檢測不到Mg元素，濾液2中Mg2＋濃度為2.7 g·L－1。為盡可能多地提取RE3＋，可提高月桂酸鈉的加入量，但應確?！斑^濾2”前的溶液中c(C11H23COO－)低于__________ mol·L－1(保留兩位有效數字)。
4.0×10－4
離子 Mg2＋ Fe3＋ Al3＋ RE3＋
開始沉淀 時的pH 8.8 1.5 3.6 6.2～
7.4
沉淀完全 時的pH / 3.2 4.7 /
1
2
濾液2中Mg2＋濃度為2.7 g·L－1，即0.112 5 mol·L－1，根據Ksp[(C11H23COO)2Mg]＝c(Mg2＋)·c2(C11H23COO－)，若要加入月桂酸鈉后只生成(C11H23COO)3RE，而不產生(C11H23COO)2Mg，
離子 Mg2＋ Fe3＋ Al3＋ RE3＋
開始沉淀 時的pH 8.8 1.5 3.6 6.2～
7.4
沉淀完全 時的pH / 3.2 4.7 /
1
2
離子 Mg2＋ Fe3＋ Al3＋ RE3＋
開始沉淀 時的pH 8.8 1.5 3.6 6.2～
7.4
沉淀完全 時的pH / 3.2 4.7 /
1
2
(4)①“加熱攪拌”有利于加快RE3＋溶出、提高產率，其原因是________
__________________。
②“操作X”的過程為先__________，再固液分離。
加熱攪
拌可加快反應速率
冷卻結晶
離子 Mg2＋ Fe3＋ Al3＋ RE3＋
開始沉淀 時的pH 8.8 1.5 3.6 6.2～
7.4
沉淀完全 時的pH / 3.2 4.7 /
1
2
“操作X”的結果是分離出月桂酸，由信息可知，月桂酸(C11H23COOH)的熔點為44 ℃，故“操作X”的過程為先冷卻結晶，再固液分離。
離子 Mg2＋ Fe3＋ Al3＋ RE3＋
開始沉淀 時的pH 8.8 1.5 3.6 6.2～
7.4
沉淀完全 時的pH / 3.2 4.7 /
1
2
(5)該工藝中，可再生循環利用的物質有________(寫化學式)。
MgSO4
離子 Mg2＋ Fe3＋ Al3＋ RE3＋
開始沉淀 時的pH 8.8 1.5 3.6 6.2～
7.4
沉淀完全 時的pH / 3.2 4.7 /
1
2
(6)稀土元素釔(Y)可用于制備高活性的合金類催化劑Pt3Y。
①還原YCl3和PtCl4熔融鹽制備Pt3Y時，生成1 mol Pt3Y轉移____ mol電子。
15
離子 Mg2＋ Fe3＋ Al3＋ RE3＋
開始沉淀 時的pH 8.8 1.5 3.6 6.2～
7.4
沉淀完全 時的pH / 3.2 4.7 /
1
2
YCl3中Y為＋3價，PtCl4中Pt為＋4價，而Pt3Y中金屬均為0價，所以還原YCl3和PtCl4熔融鹽制備Pt3Y時，生成1 mol Pt3Y轉移15 mol電子。
離子 Mg2＋ Fe3＋ Al3＋ RE3＋
開始沉淀 時的pH 8.8 1.5 3.6 6.2～
7.4
沉淀完全 時的pH / 3.2 4.7 /
1
2
②Pt3Y/C用作氫氧燃料電池電極材料時，能在堿性溶液中高效催化O2的還原，發生的電極反應為________________________。
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
離子 Mg2＋ Fe3＋ Al3＋ RE3＋
開始沉淀 時的pH 8.8 1.5 3.6 6.2～
7.4
沉淀完全 時的pH / 3.2 4.7 /
1
2
堿性溶液中，氫氧燃料電池正極發生還原反應，發生的電極反應為O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
離子 Mg2＋ Fe3＋ Al3＋ RE3＋
開始沉淀 時的pH 8.8 1.5 3.6 6.2～
7.4
沉淀完全 時的pH / 3.2 4.7 /
1
2
2.[2021·河北，15(1)(2)(3)(6)(7)]綠色化學在推動社會可持續發展中發揮著重要作用。某科研團隊設計了一種熔鹽液相氧化法制備高價鉻鹽的新工藝，該工藝不消耗除鉻鐵礦、氫氧化鈉和空氣以外的其他原料，不產生廢棄物，實現了Cr—Fe—Al—Mg的深度利用和Na＋內循環。工藝流程如圖：
1
2
回答下列問題：
(1)高溫連續氧化工序中被氧化的元素
是________(填元素符號)。
(2)工序①的名稱為__________。
Fe、Cr
溶解浸出
工序①為將氧化后的固體加水溶解浸出可溶性物質。
1
2
(3)濾渣Ⅰ的主要成分是______________(填化學式)。
MgO、Fe2O3
1
2
(6)熱解工序產生的混合氣體最適宜返回工序_____(填“①”“②”“③”或“④”)參與內循環。
②
熱解工序產生的混合氣體為二氧化碳和水蒸氣，將混合氣體通入濾渣Ⅰ中可以將氧化鎂轉化為碳酸氫鎂溶液，則混合氣體最適宜返回的工序為工序②。
(7)工序④溶液中的鋁元素恰好完全轉化為沉淀的pH為__________(通常認為溶液中離子濃度小于10－5 mol·L－1為沉淀完全；Al(OH)3＋OH－
　K＝100.63；Kw＝10－14，Ksp[Al(OH)3]＝10－33)。
8.37
1
2
1
2
1
2
考向預測
03
1
2
3
1.金屬釩在新能源動力電池中有重要作用。含釩尖晶石是釩渣中最主要的含釩物相，其主要成分有V2O3、FeO、Fe2O3、Al2O3、SiO2。采用以下工藝流程制備V2O5。
(1)“焙燒”過程中被氧化的元素為________，寫出V2O3與Na2CO3反應的
化學方程式_____________________________________。
V、Fe
1
2
3
加入碳酸鈉焙燒后，V2O3、Al2O3、SiO2分別生成NaVO3、NaAlO2、Na2SiO3，FeO被氧化為Fe2O3，加水進行水溶，只有Fe2O3不溶，則沉淀1為Fe2O3，加入鹽酸調節pH＝2～3，將硅元素轉化為硅酸，則沉淀2為硅酸，用NaOH調節pH，生成氫氧化鋁和氫氧化鐵沉淀，溶液中只含NaVO3，加
入(NH4)2CO3 “沉釩”
析出NH4VO3，煅燒
NH4VO3得到V2O5。
1
2
3
由上述分析可知，“焙燒”過程中被氧化的元素為V、Fe；焙燒時，V2O3與Na2CO3、O2反應生成NaVO3和二氧化碳，反應的化學方程式為Na2CO3＋V2O3＋O2 2NaVO3＋CO2。
1
2
3
(2)“沉淀1”的成分是________。
(3)“濾液1”中鋁元素所發生反應的離子方程式為
__________________________。
Fe2O3
1
2
3
(4)“沉淀2”加熱分解后固體產物的用途為_______________________(任寫一種)。
(5)該工藝流程中可回收再循環利用的物質有__________。
光導纖維(或制單質硅等)
Na2CO3
1
2
3
2.Zn、Fe及其化合物在生產、生活中應用比較廣泛。工業上利用鋅焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4，還含有少量FeO和CuO等雜質)制取金屬鋅的工藝流程如下：
(1)若凈化后的溶液中Cu2＋濃度為1×10－12mol·L－1，則凈化后溶液中Zn2＋濃度為______________[已知：室溫下Ksp(ZnS)＝1.6×10－24，Ksp(CuS)＝6.4×10－36]。
0.25 mol·L－1
1
2
3
(2)ZnFe2O4是一種性能優良的軟磁材料，工業上常利用ZnFe2(C2O4)3·
6H2O隔絕空氣加熱分解制備，該晶體的熱分解化學方程式為
_________________________________________________________。
測熱分解后產品中ZnFe2O4的質量分數方法如下：取a g產品用硫酸溶解后加入足量KI溶液充分反應，調溶液至弱酸性，再加入淀粉指示劑，用c mol·
L－1 Na2S2O3標準溶液滴定，用去此標準溶液V mL時，剛好達到滴定終點，則此產品中ZnFe2O4的質量分數為
_________(用a、c、V表示)。(已
知：I2＋ )
1
2
3
1
2
3
1
2
3
3.磁性氧化鐵是電訊器材的重要原料，以高硫鋁土礦(主要含Al2O3、Fe2O3、SiO2和少量的FeS2等)提取氧化鋁和磁性氧化鐵的流程如圖：
1
2
3
已知：不同溫度下，NH4Fe(SO4)2和NH4Al(SO4)2的溶解度(g/100 g H2O)如表：
溫度/℃ 0 20 30 40 100
NH4Fe(SO4)2 70.6 75.4 78.3 81.0 102.1
NH4Al(SO4)2 2.1 5.0 7.7 10.9 26.7
1
2
3
(1)寫出“焙燒Ⅱ”中Fe2O3發生反應的化學方程式：__________________
__________________________________。
(2)從濾液中獲得NH4Al(SO4)2的操作是______________________________
__________。
Fe2O3＋4(NH4)2SO4
蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗
滌、干燥
1
2
3
(3)“反應Ⅲ”在隔絕空氣條件下進行，參與反應的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝__________。
1∶16
1
2
3
根據流程圖，焙燒Ⅱ中氧化鐵和
氧化鋁與硫酸銨反應，發生非氧
化還原反應，
1
2
3
氣體Ⅱ為氨氣，反應Ⅲ中發生反應：FeS2＋Fe2O3―→SO2↑＋Fe3O4，據此分析。
反應Ⅲ中發生反應：FeS2＋Fe2O3―→SO2↑＋Fe3O4，令FeS2物質的量為a mol，Fe2O3物質的量為b mol，
1
2
3
(4)為測定Al2O3產品的純度(Al2O3的質量分數)，稱量m g樣品溶解于足量稀硫酸，配成100.00 mL溶液，取出20.00 mL溶液，加入c1 mol·L－1 EDTA標準溶液V1 mL，調節溶液pH并煮沸，冷卻后用c2 mol·L－1 CuSO4標準溶液滴定過量的EDTA至終點，消耗CuSO4標準溶液V2 mL(已知Al3＋、Cu2＋與EDTA反應的化學計量比均為1∶1)。則制得的Al2O3的純度為
______________________________________(用代數式表示)。
1
2
3
Al3＋、Cu2＋與EDTA反應的化學計量比均為1∶1，n(Al3＋)＋n(Cu2＋)＝n(EDTA)，n(Al3＋)＝n(EDTA)－n(Cu2＋)＝V1×10－3 L×c1 mol·L－1
－V2×10－3 L×c2 mol·L－1，
本課結束

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