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第3講
復雜氧化還原反應方程式的書寫
2024：基于主題教學的高考化學專題復習系列講座
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1．注意記憶、積累常見元素的化合價；認識并掌握常見的氧化劑、還原劑。
(1)強氧化性物質或離子：
Na2O2、Fe3＋、NO2、HNO3(濃)、HNO3(稀)、O2、O3、H2O2、H2SO4(濃)、Cl2、Br2、HClO、NaClO、Ca(ClO)2、KMnO4(H＋)。
(2)強還原性物質或離子：
Fe2＋、Fe(OH)2、SO2(H2SO3、Na2SO3、NaHSO3、SO32－)、H2S(Na2S、NaHS、S2－)、HI(NaI、I－)等。
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2．掌握常見氧化劑、還原劑發生氧化還原反應的產物
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2．掌握常見氧化劑、還原劑發生氧化還原反應的產物
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3．熟記各氧化反應和還原反應得失電子數目
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3．熟記各氧化反應和還原反應得失電子數目
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4．書寫復雜氧化還原反應方程式的步驟
運用“證據→推理→符號”思路書寫復雜氧化還原反應方程式的基本過程如下：
a．“讀”取題目中的有效信息(證據)；
b．寫出主要反應物和生成物的化學式(推理＋表征)；
c．再依據質量守恒、電荷守恒(基本規律)，寫出規范的方程式。
(1)找出發生氧化還原反應的物質或離子。
(2)依據掌握的氧化還原反應規律合理地預測產物(這里要重視題目中的信息提示，或給出的生成物)。
(3)根據氧化還原反應的守恒規律確定氧化劑、還原劑、還原產物、氧化產物的相應計量數。
(4)根據原子守恒和溶液的酸堿性，通過在反應方程式的兩端添加H＋、OH－或H2O的形式使方程式的兩端的電荷守恒。
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1．(2022全國甲卷26題)硫酸鋅(ZnSO4)是制備各種含鋅材料的原料，在防腐、電鍍、醫學上有諸多應用。硫酸鋅可由菱鋅礦制備。菱鋅礦的主要成分為ZnCO3，雜質為SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制備流程如下：
（4）向80~90℃的濾液①中分批加入適量KMnO4溶液充分反應后過濾，濾渣②中有MnO2，該步反應的離子方程式為____________________________________________________。
▲根據菱鋅礦的成分及流程圖，可知濾渣①為SiO2，濾渣②為含Fe元素的沉淀，濾渣③為Cu，濾渣④為CaF2、MgF2
2．(2022遼寧卷16題)某工廠采用輝鉍礦(主要成分為Bi2S3，含有FeS2、SiO2雜質)與軟錳礦(主要成分為MnO2)聯合焙燒法制備BiOCl和MnSO4，工藝流程如下：
已知：焙燒時過量的MnO2分解為Mn2O3，FeS2轉變為Fe2O3；
（2）Bi2S3在空氣中單獨焙燒生成Bi2O3，反應的化學方程式為___________________________________。
（5）生成氣體A的離子方程式為____________________________________。
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▲聯合焙燒時，MnO2轉化為Mn2O3，與MnO2類似，Mn2O3具有氧化性，能與濃鹽酸發生反應生成Cl2。
3．(2022江蘇卷16題)實驗室以二氧化鈰(CeO2)廢渣為原料制備Cl－含量少的Ce2(CO3)3，其部分實驗過程如下：
（1）“酸浸”時CeO2與H2O2溶液反應生成Ce3+并放出O2，該反應的離子方程式為______________。
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▲CeO2為氧化物，在寫離子方程式時，應用化學式表示，不能改寫成離子形式。根據題中所給反應物與生成物，直接寫出離子方程式。
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▲根據題干中降溫收塵中物質含有：TiCl4、VOCl3、SiCl4、AlCl3的沸點，確定除釩時參與反應的物質，再確定化學方程式。
4．(2022湖南卷17題)鈦（Ti）及其合金是理想的高強度、低密度結構材料。以鈦渣（主要成分為TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物雜質）為原料，制備金屬鈦的工藝流程如下：（降溫收塵中物質含有：TiCl4、VOCl3、SiCl4、AlCl3等）
（2）TiO2與C、Cl2，在600 ℃的沸騰爐中充分反應后，混合氣體中各組分的分壓如下表：
物質 TiCl4 CO CO2 Cl2
分壓/MPa 4.59×10－2 1.84×10－2 3.70×10－2 5.98×10－9
①該溫度下，TiO2與C、Cl2反應的總化學方程式為 ；
（3）“除釩”過程中的化學方程式為 ；
5．(2022全國乙卷26題)廢舊鉛蓄電池的鉛膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb。還有少量Ba、Fe、Al的鹽或氧化物等。為了保護環境、充分利用鉛資源，通過下圖流程實現鉛的回收。
（3）在“酸浸”中，除加入醋酸(HAc)，還要加入H2O2。
(ⅱ) H2O2促進了金屬Pb在醋酸中轉化為Pb(Ac)2，其化學方程式為____________________________________；
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▲HAc為一種符號的表征，HAc即為CH3COOH，在寫化學方程式時，不必在意其表示形式。
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▲FeS2焙燒后得到的紅渣的成分為Fe2O3，沉鐵工序中，需找出反應物和生成物，反應物與生成物均隱藏在流程圖中或題干中。
6．(2022河北卷15題)以焙燒黃鐵礦FeS2(雜質為石英等)產生的紅渣為原料制備銨鐵藍Fe(NH4)Fe(CN)6顏料。工藝流程如下：
（3）還原工序中，不生成S單質的反應的化學方程式為_______________________________。
（5）沉鐵工序產生的白色沉淀Fe(NH4)2Fe(CN)6中Fe的化合價為____________，氧化工序發生反應的離子方程式為________________________________________________________________________________。
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▲向懸濁液中加入鐵粉后生成沉淀，懸濁液中物質應用化學式表示，沉淀應用化學式表示；以NaIO3為原料制備I2經歷兩步反應，可分步寫出在合并。
7．（2021全國甲卷·26）碘（紫黑色固體，微溶于水）及其化合物廣泛用于醫藥、染料等方面。回答下列問題：
（1）I2的一種制備方法如下圖所示：
① 加入Fe粉進行轉化反應的離子方程式為__________________________________________，
（2）以NaIO3為原料制備I2的方法是：先向NaIO3溶液中加入計量的NaHSO3，生成碘化物：再向混合溶液中加入NaIO3溶液，反應得到I2，上述制備I2的總離子反應方程式為__________________________________。
8．【2021·湖南卷·17】Ce2(CO3)3可用于催化劑載體及功能材料的制備。天然獨居石中，鈰(Ce)主要以CePO4形式存在，還含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物質。以獨居石為原料制備Ce2(CO3)3·nH2O的工藝流程如下：
（5） “沉鈰”過程中，生成Ce2(CO3)3·nH2O的離子方程式為 。
（6）濾渣II的主要成分為FePO4，在高溫條件下，Li2CO3、葡萄糖(C6H12O6)和FePO4可制備電極材料LiFePO4，同時生成CO和H2O，該反應的化學方程式為 。
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▲碳酸氫銨沉淀金屬陽離子為復分解反應；制備電極材料磷酸亞鐵鋰的反應中生成了CO同時生成了CO2
9．【2021·遼寧卷·16】從釩鉻錳礦渣(主要成分為V2O5、Cr2O3、MnO)中提鉻的一種工藝流程如下：
（5）“轉化”過程中生成MnO2的離子方程式為 。
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▲H2O2在“轉化”過程中為氧化劑，將Mn2+氧化為+4價，“轉化”反應發生的環境為堿性環境。
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▲低價鉬轉化為高價鉬，H2O2在反應中作氧化劑；
▲H2還原(NH4)2Mo2O13反應中，H2為還原劑。
10．【2021·福建卷·11】四鉬酸銨是鉬深加工的重要中間產品，具有廣泛的用途。一種以鉬精礦（主要含MoS2，還有Cu、Fe的化合物及SiO2等）為原料制備四鉬酸銨的工藝流程如下圖所示。
（4）“凈化”后，溶液中若有低價鉬（以MoO32-表示），可加入適量H2O2將其氧化為MoO42-，反應的離子方程式為　 。
（6）高溫下用H2還原(NH4)2Mo4O13可制得金屬鉬，反應的化學方程式為　 。
（已知：(NH4)2Mo4O13受熱分解生成MoO3）
11．（2021·江蘇卷·15）以鋅灰(含ZnO及少量PbO、CuO、Fe2O3、SiO2)和Fe2(SO4)3為原料制備的ZnFe2O4脫硫劑，可用于脫除煤氣中的H2S。脫硫劑的制備、硫化、再生過程可表示為
（3）400℃時，將一定比例H2、CO、CO2和H2S的混合氣體以一定流速通過裝有ZnFe2O4脫硫劑的硫化反應器。
①硫化過程中ZnFe2O4與H2、H2S反應生成ZnS和FeS，其化學方程式為 。
②硫化一段時間后，出口處檢測到COS。研究表明ZnS參與了H2S與CO2生成COS的反應，反應前后ZnS的質量不變，該反應過程可描述為 。
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▲ZnS參與了反應，且在反應前后質量不變，則ZnS在反應中為催化劑，描述該反應過程，應用兩個反應來表示描述。
（4）工序③中發生反應的離子方程式為 。
（5）物質V可代替連續高溫氧化工序中的NaOH，此時發生的主要反應的化學方程式為 。
12．【2021·河北卷·15】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。工藝流程如下：
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▲氣體A為CO2，在高溫連續氧化工序中，O2為氧化劑，NaOH提供堿性環境，NaHCO3也可以提供堿性環境。
13．（2020年新課標Ⅰ高考26題）釩具有廣泛用途。黏土釩礦中，釩以＋3、＋4、＋5價的化合物存在，還包括鉀、鎂的鋁硅酸鹽，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工藝流程可由黏土釩礦制備NH4VO3。
（2）“酸浸氧化”中，VO＋和VO2＋被氧化成VO2＋，同時還有____________________離子被氧化。寫出VO＋轉化為VO2＋反應的離子方程式_______________________________________。
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▲MnO2為氧化劑，反應環境為酸性環境，根據V元素化合價變化，結合守恒關系可寫出該反應的離子方程式。
14．（2020年新課標Ⅲ高考27題）某油脂廠廢棄的油脂加氫鎳催化劑主要含金屬Ni、Al、Fe及其氧化物，還有少量其他不溶性物質。采用如下工藝流程回收其中的鎳制備硫酸鎳晶體（NiSO4·7H2O）：
（5）硫酸鎳在強堿溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作鎳鎘電池正極材料的NiOOH。寫出該反應的離子方程式____________________________。
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▲題干中已給出反應物和生成物，NaClO被還原為氯離子，據此寫出反應的離子方程式。
15．（2020年北京高考18題，節選）MnO2是重要的化工原料，由軟錳礦制備MnO2的一種工藝流程如圖：
溶出時，Fe的氧化過程及得到Mn2＋的主要途徑如圖所示：
步驟II是從軟錳礦中溶出Mn2＋的主要反應，反應的離子方程式是__________________________。
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▲軟錳礦中溶出溶出Mn2＋，Fe2＋為還原劑，結合步驟II可快速寫出該步的離子方程式。
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▲直接提供反應物與生成物
1．實驗室可由軟錳礦（主要成分為MnO2）制備KMnO4，方法如下：軟錳礦和過量的固體KOH和KClO3在高溫下反應，生成錳酸鉀（K2MnO4）和KCl；用水溶解，濾去殘渣，濾液酸化后，K2MnO4轉變為MnO2和KMnO4；濾去MnO2沉淀，濃縮溶液，結晶得到深紫色的針狀KMnO4。試回答：
（1）軟錳礦制備K2MnO4的化學方程式 。
（2）K2MnO4制備KMnO4的離子方程式 。
（3）KMnO4能與熱的經硫酸酸化的Na2C2O4反應，生成Mn2＋和CO2的化學方程式 。
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▲運用氧化還原知識由反應物推測生成物
（2022湖北省高中名校聯盟第二次測評）金屬錸（Re)廣泛應用于國防、石油化工以及電子制造等領域，錸可通過還原高錸酸銨（NH4ReO4)制備。以鉬精礦（主要成分為鉬的硫化物和少量錸的硫化物）制取高錸酸銨的流程如下圖所示。
（6)NH4ReO4經過高溫氫氣還原即可獲得錸粉，該反應的化學方程式為 。
（2022福建三校12月聯考）銦被廣泛應用于電子工業、航空航天、太陽能電池新材料等高科技領域。從銅煙灰氧壓酸浸渣（主要含PbSO4、FeAsO4·H2O、SiO2、S、In2O3、In2S3）中提取銦的工藝如圖所示。
（4）“還原鐵”工藝反應的離子方程式為 。
（6）“置換銦”時，發現會有少量的氣體AsH3生成，AsH3的電子式為 ，生成AsH3的離子方程式為 。
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▲反應物、生成物隱藏于工藝流程圖中
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▲反應物、生成物隱藏于轉化關系圖中
（2022唐山一中月考）V2O5的應用：有氧條件下，NO在釩基催化劑(V2O5)作用下可被NH3還原為N2。根據圖所示反應機理，NO、NH3在有氧條件下的總化學方程式是 。
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▲借鑒已熟悉物質的化學方程式
（天津南開區第三次模擬）氧釩(IV)堿式碳酸銨晶體的化學式為(NH4)5[(VO)6(CO3)4(OH)9]·10H2O，難溶于水，是制備熱敏材料VO2的原料。實驗室以V2O5為原料合成該晶體的流程如圖。
已知：＋4價釩在弱酸性條件下具有還原性。
（2）N2H4的電子式為 ，只用濃鹽酸與V2O5反應也能制備VOCl2溶液，但從環保角度分析，該反應不被推廣的主要原因是(用化學方程式表示) 。
（2022吉安一中期中考試）碳酸錳在空氣中加熱可以生成相應的氧化物，稱取115mg碳酸錳加熱，固體物質的質量隨溫度的變化如圖所示。
①527.4℃時，剩余固體中n(Mn):n(O)為 。
②527.4℃時，MnCO3生成相應固體物質的化學方程式為 。
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▲反應物、生成物隱藏于其他關系圖中
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對于復雜、陌生情境下氧化還原反應方程式的書寫，在解決幾類典型題型時，應注意運用以下策略：
①對于提供反應、生成物不全的陌生氧化還原反應方程式的書寫，要運用常見的氧化劑、還原劑推測出其還原產物、氧化產物，如：SO32－的氧化產物為SO42－；MnO4－的還原產物為MnO2或Mn2＋，離子型氧化還原反應方程式配平時，一般還要根據溶液的酸堿性補H＋、H2O或OH－、H2O。
②對于隱藏于工藝流程圖中的反應物、生成物方程式的書寫，首先要讀懂圖意，從流程圖中找出反應物、生成物及反應條件，箭頭的指向往往表示加入某物或生成轉化成某物。
③對于循環轉化關系圖中物質的箭頭既可以表示加入（反應物）也可表示產出（生成物），首先以某物質為起點，順著箭頭的方向，理順物質間的轉化關系與過程，按題目要求寫出某一步的反應方程式。
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