2024屆江蘇高考大二輪復(fù)習(xí) 專題六 水溶液中的離子平衡 主觀題突破 4-化工流程中化學(xué)方程式的書寫及有關(guān)計(jì)算 學(xué)案

(一)化工流程中化學(xué)方程式的書寫1．書寫思路首先根據(jù)題給材料中的信息寫出部分反應(yīng)物和生成物的化學(xué)式，再根據(jù)反應(yīng)前后元素化合價(jià)有無變化判斷反應(yīng)類型：(1)元素化合價(jià)無變化則為非氧化還原反應(yīng)，遵循質(zhì)量守恒定律；(2)元素化合價(jià)有變化則為氧化還原反應(yīng)，既遵循質(zhì)量守恒定律，又遵循得失電子守恒規(guī)律。2．流程中陌生的氧化還原反應(yīng)的書寫流程(1)首先根據(jù)題給材料中的信息確定氧化劑(或還原劑)與還原產(chǎn)物(或氧化產(chǎn)物)，結(jié)合已學(xué)知識(shí)根據(jù)加入的還原劑(或氧化劑)判斷氧化產(chǎn)物(或還原產(chǎn)物)。(2)根據(jù)得失電子守恒配平氧化還原反應(yīng)。(3)根據(jù)電荷守恒和反應(yīng)物的酸堿性，在方程式左邊或右邊補(bǔ)充H＋、OH－或H2O等。(4)根據(jù)質(zhì)量守恒配平反應(yīng)方程式。(二)化工流程中的有關(guān)計(jì)算1．Ksp計(jì)算(1)判斷能否沉淀。(2)判斷能否沉淀完全。(3)計(jì)算某一離子的濃度。(4)沉淀生成和沉淀完全時(shí)pH的計(jì)算。2．產(chǎn)率、純度的計(jì)算(1)計(jì)算公式純度＝eq\f(純凈物的質(zhì)量,混合物的質(zhì)量)×100%產(chǎn)物的產(chǎn)率＝eq\f(產(chǎn)物的實(shí)際產(chǎn)量,產(chǎn)物的理論產(chǎn)量)×100%(2)計(jì)算的關(guān)鍵在于運(yùn)用守恒或關(guān)系式法結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理找到計(jì)算的關(guān)系，確定數(shù)量關(guān)系。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1．工業(yè)上以黃銅礦(主要含CuFeS2，還含F(xiàn)eS等)為原料可以制備Cu，流程如下：(1)寫出“浸取”時(shí)CuFeS2和FeCl3溶液反應(yīng)的離子方程式：_____________________________________________________________________________________________。(2)“稀釋”時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________________________________________________________________________________________________。2．工業(yè)上使用催化劑時(shí)常需要載體，納米氧化鋅可作為一些催化劑的載體。工業(yè)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?；卮鹣铝袉栴}：(1)寫出酸浸時(shí)ZnS與MnO2發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式：______________________________________________________________________________________________(無單質(zhì)硫生成)。(2)Na2S2O8是一種強(qiáng)氧化劑，能與Mn2＋反應(yīng)生成SOeq\o\al(2－,4)和紫色MnOeq\o\al(－,4)。用Na2S2O8檢驗(yàn)水相中的Mn2＋時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___________________________________________________________________________________________________________________。3．將等體積的4×10－3mol·L－1的AgNO3溶液和4×10－3mol·L－1K2CrO4溶液混合，有無Ag2CrO4沉淀產(chǎn)生？[已知：Ksp(Ag2CrO4)＝1.12×10－12]________________________________________________________________________1．(2022·廣東，18)稀土(RE)包括鑭、釔等元素，是高科技發(fā)展的關(guān)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：已知：月桂酸(C11H23COOH)的熔點(diǎn)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(jià)不變；(C11H23COO)2Mg的Ksp＝1.8×10－8，Al(OH)3開始溶解時(shí)的pH為8.8；有關(guān)金屬離子沉淀的相關(guān)pH見下表。離子Mg2＋Fe3＋Al3＋RE3＋開始沉淀時(shí)的pH8.81.53.66.2～7.4沉淀完全時(shí)的pH/3.24.7/(1)“氧化調(diào)pH”中，化合價(jià)有變化的金屬離子是__________。(2)“過濾1”前，用NaOH溶液調(diào)pH至__________的范圍內(nèi)，該過程中Al3＋發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)“過濾2”后，濾餅中檢測(cè)不到Mg元素，濾液2中Mg2＋濃度為2.7g·L－1。為盡可能多地提取RE3＋，可提高月桂酸鈉的加入量，但應(yīng)確?！斑^濾2”前的溶液中c(C11H23COO－)低于__________mol·L－1(保留兩位有效數(shù)字)。(4)①“加熱攪拌”有利于加快RE3＋溶出、提高產(chǎn)率，其原因是___________________________________________________________________________________________。②“操作X”的過程為先____________，再固液分離。(5)該工藝中，可再生循環(huán)利用的物質(zhì)有__________(寫化學(xué)式)。(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(shí)，生成1molPt3Y轉(zhuǎn)移__________mol電子。②Pt3Y/C用作氫氧燃料電池電極材料時(shí)，能在堿性溶液中高效催化O2的還原，發(fā)生的電極反應(yīng)為__________________。2．[2021·河北，15(1)(2)(3)(6)(7)]綠色化學(xué)在推動(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。某科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種熔鹽液相氧化法制備高價(jià)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(chǎn)生廢棄物，實(shí)現(xiàn)了Cr—Fe—Al—Mg的深度利用和Na＋內(nèi)循環(huán)。工藝流程如圖：回答下列問題：(1)高溫連續(xù)氧化工序中被氧化的元素是________(填元素符號(hào))。(2)工序①的名稱為________。(3)濾渣Ⅰ的主要成分是_____________________________________________(填化學(xué)式)。(6)熱解工序產(chǎn)生的混合氣體最適宜返回工序____________(填“①”“②”“③”或“④”)參與內(nèi)循環(huán)。(7)工序④溶液中的鋁元素恰好完全轉(zhuǎn)化為沉淀的pH為__________(通常認(rèn)為溶液中離子濃度小于10－5mol·L－1為沉淀完全；Al(OH)3＋OH－Al(OH)eq\o\al(－,4)K＝100.63；Kw＝10－14，Ksp[Al(OH)3]＝10－33)。1．金屬釩在新能源動(dòng)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(yīng)的化學(xué)方程式______________________________________________________________________________________________________________。(2)“沉淀1”的成分是____________________________________________________。(3)“濾液1”中鋁元素所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________。(4)“沉淀2”加熱分解后固體產(chǎn)物的用途為___________________________________________________________________________________________________(任寫一種)。(5)該工藝流程中可回收再循環(huán)利用的物質(zhì)有________________________________________________________________________。答案(1)V、FeNa2CO3＋V2O3＋O2eq\o(=,\s\up7(焙燒))2NaVO3＋CO2(2)Fe2O3(3)AlOeq\o\al(－,2)＋4H＋=Al3＋＋2H2O(4)光導(dǎo)纖維(或制單質(zhì)硅等)(5)Na2CO3解析加入碳酸鈉焙燒后，V2O3、Al2O3、SiO2分別生成NaVO3、NaAlO2、Na2SiO3，F(xiàn)eO被氧化為Fe2O3，加水進(jìn)行水溶，只有Fe2O3不溶，則沉淀1為Fe2O3，加入鹽酸調(diào)節(jié)pH＝2～3，將硅元素轉(zhuǎn)化為硅酸，則沉淀2為硅酸，用NaOH調(diào)節(jié)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)由上述分析可知，“焙燒”過程中被氧化的元素為V、Fe；焙燒時(shí)，V2O3與Na2CO3、O2反應(yīng)生成NaVO3和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na2CO3＋V2O3＋O2eq\o(=,\s\up7(焙燒))2NaVO3＋CO2。(3)“濾液1”中鋁元素以AlOeq\o\al(－,2)形式存在，加入鹽酸發(fā)生反應(yīng)：AlOeq\o\al(－,2)＋4H＋=Al3＋＋2H2O。2．Zn、Fe及其化合物在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用比較廣泛。工業(yè)上利用鋅焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4，還含有少量FeO和CuO等雜質(zhì))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]。(2)ZnFe2O4是一種性能優(yōu)良的軟磁材料，工業(yè)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(xué)方程式為__________________________________________________________________________________________________________________。測(cè)熱分解后產(chǎn)品中ZnFe2O4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)方法如下：取ag產(chǎn)品用硫酸溶解后加入足量KI溶液充分反應(yīng)，調(diào)溶液至弱酸性，再加入淀粉指示劑，用cmol·L－1Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，用去此標(biāo)準(zhǔn)溶液VmL時(shí)，剛好達(dá)到滴定終點(diǎn)，則此產(chǎn)品中ZnFe2O4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為________________________________________________________________________(用a、c、V表示)。(已知：I2＋2S2Oeq\o\al(2－,3)=2I－＋S4Oeq\o\al(2－,6))答案(1)0.25mol·L－1(2)ZnFe2(C2O4)3·6H2Oeq\o(=,\s\up7(隔絕空氣),\s\do5(△))ZnFe2O4＋4CO↑＋2CO2↑＋6H2Oeq\f(241cV,20a)%解析(1)若凈化后的溶液中Cu2＋濃度為1×10－12mol·L－1，c(S2－)＝eq\f(KspCuS,cCu2＋)＝eq\f(6.4×10－36,1×10－12)mol·L－1＝6.4×10－24mol·L－1，則凈化后溶液中c(Zn2＋)＝eq\f(KspZnS,cS2－)＝eq\f(1.6×10－24,6.4×10－24)mol·L－1＝0.25mol·L－1。(2)由題可知關(guān)系式：ZnFe2O4～I(xiàn)2～2S2Oeq\o\al(2－,3)，w(ZnFe2O4)＝eq\f(0.5cV×10－3×241,a)×100%＝eq\f(241cV,20a)%。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：已知：不同溫度下，NH4Fe(SO4)2和NH4Al(SO4)2的溶解度(g/100gH2O)如表：溫度/℃0203040100NH4Fe(SO4)270.675.478.381.0102.1NH4Al(SO4)22.15.07.710.926.7(1)寫出“焙燒Ⅱ”中Fe2O3發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：____________________________________________________________________________________________________。(2)從濾液中獲得NH4Al(SO4)2的操作是____________________。(3)“反應(yīng)Ⅲ”在隔絕空氣條件下進(jìn)行，參與反應(yīng)的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝__________。(4)為測(cè)定Al2O3產(chǎn)品的純度(Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù))，稱量mg樣品溶解于足量稀硫酸，配成100.00mL溶液，取出20.00mL溶液，加入c1mol·L－1EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液V1mL，調(diào)節(jié)溶液pH并煮沸，冷卻后用c2mol·L－1CuSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定過量的EDTA至終點(diǎn)，消耗CuSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液V2mL(已知Al3＋、Cu2＋與EDTA反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量比均為1∶1)。則制得的Al2O3的純度為________(用代數(shù)式表示)。主觀題突破4化工流程中化學(xué)方程式的書寫及有關(guān)計(jì)算核心精講對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1.(1)3Fe3＋＋CuFeS2＋Cl－=CuCl＋2S＋4Fe2＋(2)2Na[CuCl2]=Cu↓＋CuCl2＋2NaCl解析根據(jù)該工藝流程圖中信息可知，“浸取”時(shí)是將黃銅礦與FeCl3溶液充分反應(yīng)，化學(xué)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(shí)發(fā)生的反應(yīng)為NaCl＋CuCl=Na[CuCl2]，過濾出S，得到濾液，向?yàn)V液中加水稀釋得到Cu和CuCl2、NaCl，“稀釋”時(shí)的反應(yīng)為2Na[CuCl2]=Cu↓＋CuCl2＋2NaCl。2．(1)ZnS＋4MnO2＋4H2SO4=ZnSO4＋4MnSO4＋4H2O(2)2Mn2＋＋5S2Oeq\o\al(2－,8)＋8H2O=2MnOeq\o\al(－,4)＋10SOeq\o\al(2－,4)＋16H＋解析(1)根據(jù)工藝流程分析，酸浸時(shí)，ZnS、MnO2分別轉(zhuǎn)化為ZnSO4、MnSO4，即S由－2價(jià)升高為＋6價(jià)，Mn由＋4價(jià)降低為＋2價(jià)，根據(jù)得失電子守恒、原子守恒，配平化學(xué)方程式為ZnS＋4MnO2＋4H2SO4=ZnSO4＋4MnSO4＋4H2O。(2)S2Oeq\o\al(2－,8)與Mn2＋反應(yīng)生成SOeq\o\al(2－,4)和MnOeq\o\al(－,4)，根據(jù)得失電子守恒，S2Oeq\o\al(2－,8)、Mn2＋的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為5∶2，再根據(jù)電荷守恒和原子守恒，配平離子方程式為2Mn2＋＋5S2Oeq\o\al(2－,8)＋8H2O=2MnOeq\o\al(－,4)＋10SOeq\o\al(2－,4)＋16H＋。3．有解析等體積混合后，濃度為原來的一半。c(Ag＋)＝2×10－3mol·L－1，c(CrOeq\o\al(2－,4))＝2×10－3mol·L－1，Q＝c2(Ag＋)·c(CrOeq\o\al(2－,4))＝(2×10－3)2×2×10－3＝8×10－9＞Ksp，所以有沉淀析出。真題演練1．(1)Fe2＋(2)4.7≤pH<6.2Al3＋＋3OH－=Al(OH)3↓(3)4.0×10－4(4)①加熱攪拌可加快反應(yīng)速率②冷卻結(jié)晶(5)MgSO4(6)①15②O2＋4e－＋2H2O=4OH－解析由流程可知，該類礦(含鐵、鋁等元素)加入酸化MgSO4溶液浸取，得到的浸取液中含有RE3＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、SOeq\o\al(2－,4)等離子，經(jīng)氧化調(diào)pH使Fe3＋、Al3＋形成沉淀，經(jīng)過濾除去，濾液1中含有RE3＋、Mg2＋、SOeq\o\al(2－,4)等離子，加入月桂酸鈉，使RE3＋形成(C11H23COO)3RE沉淀，濾液2主要含有MgSO4溶液，可循環(huán)利用，濾餅加鹽酸，經(jīng)加熱攪拌溶解后，再冷卻結(jié)晶，析出月桂酸，再固液分離得到RECl3溶液。(1)由分析可知，“氧化調(diào)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(xù)除雜，所以化合價(jià)有變化的金屬離子是Fe2＋。(2)由表中數(shù)據(jù)可知，Al3＋沉淀完全時(shí)的pH為4.7，而RE3＋開始沉淀時(shí)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(diào)pH至4.7≤pH<6.2的范圍內(nèi)，該過程中Al3＋發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Al3＋＋3OH－=Al(OH)3↓。(3)濾液2中Mg2＋濃度為2.7g·L－1，即0.1125mol·L－1，根據(jù)Ksp[(C11H23COO)2Mg]＝c(Mg2＋)·c2(C11H23COO－)，若要加入月桂酸鈉后只生成(C11H23COO)3RE，而不產(chǎn)生(C11H23COO)2Mg，則c(C11H23COO－)<eq\r(\f(Ksp\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(C11H23COO2Mg)),cMg2＋))＝eq\r(\f(1.8×10－8,0.1125))mol·L－1＝4.0×10－4mol·L－1。(4)②“操作X”的結(jié)果是分離出月桂酸，由信息可知，月桂酸(C11H23COOH)的熔點(diǎn)為44℃，故“操作X”的過程為先冷卻結(jié)晶，再固液分離。(6)①YCl3中Y為＋3價(jià)，PtCl4中Pt為＋4價(jià)，而Pt3Y中金屬均為0價(jià)，所以還原YCl3和PtCl4熔融鹽制備Pt3Y時(shí)，生成1molPt3Y轉(zhuǎn)移15mol電子。②堿性溶液中，氫氧燃料電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋4e－＋2H2O=4OH－。2．(1)Fe、Cr(2)溶解浸出(3)MgO、Fe2O3(6)②(7)8.37解析(2)工序①為將氧化后的固體加水溶解浸出可溶性物質(zhì)。(6)熱解工序產(chǎn)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(zhuǎn)化為碳酸氫鎂溶液，則混合氣體最適宜返回的工序?yàn)楣ば颌凇?7)工序④溶液中的鋁元素恰好完全轉(zhuǎn)化為沉淀的反應(yīng)為Al(OH)eq\o\al(－,4)＋H＋Al(OH)3↓＋H2O，反應(yīng)的平衡常數(shù)為K1＝eq\f(1,c[AlOH\o\al(－,4)]·cH＋)＝eq\f(cOH－,c[AlOH\o\al(－,4)]·cH＋·cOH－)＝eq\f(1,K·Kw)＝1013.37，當(dāng)c[Al(OH)eq\o\al(－,4)]為10－5mol·L－1時(shí)，溶液中氫離子濃度為eq\f(1,c[AlOH\o\al(－,4)]·K1)＝eq\f(1,10－5×1013.37)mol·L－1＝10－8.37mol·L－1，則溶液的pH為8.37?？枷蝾A(yù)測(cè)1．(1)V、FeNa2CO3＋V2O3＋O2eq\o(=,\s\up7(焙燒))2NaVO3＋CO2(2)Fe2O3(3)AlOeq\o\al(－,2)＋4H＋=Al3＋＋2H2O(4)光導(dǎo)纖維(或制單質(zhì)硅等)(5)Na2CO3解析加入碳酸鈉焙燒后，V2O3、Al2O3、SiO2分別生成NaVO3、NaAlO2、Na2SiO3，F(xiàn)eO被氧化為Fe2O3，加水進(jìn)行水溶，只有Fe2O3不溶，則沉淀1為Fe2O3，加入鹽酸調(diào)節(jié)pH＝2～3，將硅元素轉(zhuǎn)化為硅酸，則沉淀2為硅酸，用NaOH調(diào)節(jié)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)由上述分析可知，“焙燒”過程中被氧化的元素為V、Fe；焙燒時(shí)，V2O3與Na2CO3、O2反應(yīng)生成NaVO3和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na2CO3＋V2O3＋O2eq\o(=,\s\up7(焙燒))2NaVO3＋CO2。(3)“濾液1”中鋁元素以AlOeq\o\al(－,2)形式存在，加入鹽酸發(fā)生反應(yīng)：AlOeq\o\al(－,2)＋4H＋=Al3＋＋2H2O。2．(1)0.25mol·L－1(2)ZnFe2(C2O4)3·6H2Oeq\o(=,\s\up7(隔絕空氣),\s\do5(△))ZnFe2O4＋4CO↑＋2CO2↑＋6H2Oeq\f(241cV,20a)%解析(1)若凈化后的溶液中Cu2＋濃度為1×10－12mol·L－1，c(S2－)＝eq\f(KspCuS,cCu2＋)＝eq\f(6.4×10－36,1×10－12)mol·L－1＝6.4×10－24mol·L