1、- 1 -专题 10 化工流程中信息化学方程式的书写一根据题目信息书写方程式根据题目中的叙述，找出关键的字词，知道生成物是什么，写出化学方程式。典例 1 钛( 22Ti)由于其特殊的性能被誉为“未来世纪的金属” 。钛铁矿主要成分为FeTiO3（含有少量 MgO、SiO 2等杂质） ，Li 4Ti5O12和 LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿来制备，工艺流程如下：(1)Ti 位于元素周期表中的位置为_。钛铁矿在预处理时需要进行粉碎，其原因是_。(2)过程中，铁的浸出率结果如图所示。由图可知，当铁的浸出率为 80%时，所采用的实验条件是_。(3)过程中固体 TiO2与双氧水、氨水
2、反应转化成(NH 4)2Ti5O15溶液时，Ti 元素的浸出率与反应温度的关系如图所示，反应温度过高时，Ti 元素浸出率下降的原因是_。- 2 -(4)写出由滤液 D 生成 FePO4的离子方程式_。(5)由流程图可知 FePO4制备 LiFePO4的化学方程式是_。【答案】第四周期 IVB 增大反应物接触面积，加快反应速率 100 3 小时温度过高，双氧水分解与氨气逸出导致 Ti 元素浸出率下降 2Fe2+ H2O2+ 2H3PO4 = 2FePO4 + 4H+ 2H2O2FePO4+ Li2CO3+ H2C2O4 2LiFePO4+ 3CO2+ H2O典例 2 工业上以铬铁矿(主要成分为
3、FeO 和 Cr2O3，含有 Al2O3、SiO 2等杂质)为主要原料生产化工原料红矾钠(主要成分为:Na 2Cr2O72H2O)，其主要工艺流程如下：- 3 -查阅相关资料得知:i.常温下，NaBiO 3不溶于水，有强氧化性，在碱性条件下能将 Cr3+转化为 CrO42 ，自身被还原为 Bi(OH)3固体。 ii.几种金属离子沉淀的 pH：物质 开始沉淀的 pH 完全沉淀的 pHFe(OH)3 2.7 3.7Al(OH)3 3.4 4.4Cr(OH)3 4.6 5.9Fe(OH)2 7.5 9.7Bi(OH)3 0.7 4.5回答下列问题:(1)加入过量硫酸之前先要将铬铁矿矿石粉碎，其目的是
4、_。(2)操作 I、III、IV 用到的主要玻璃仪器有玻璃棒和_（填仪器名称） 。(3)写出反应的化学方程式_。(4)中酸化是使 CrO42 转化为 Cr2O72 写出该反应的离子方程式_。(5)将溶液 H 经下列操作：蒸发浓缩，_，过滤，洗涤，干燥即得红矾钠。(6)取一定质量的固体 D 溶解于 200 mL 的稀硫酸中，向所得溶液中加入 5.0 mol/L 的 NaOH溶液，生成沉淀的物质的量（n）与加入 NaOH 溶液的体积（V）关系如图所示，则稀硫酸的浓度为_，固体 D 中含铁化合物的物质的量为_。- 4 -【答案】增大反应物的接触面积，加快反应速率，提高浸出率 漏斗、烧杯 3NaBiO
5、3 + Cr2(SO4)3+ 7NaOH+ H2O = 2Na2CrO4 + 3Na2SO4 +3Bi(OH)3 2CrO42 +2H+ Cr2O72 +H2O 冷却结晶 2.5molL 1 0.1mol 【解析】(1)加入过量硫酸之前先要将铬铁矿矿石粉碎，其目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率，提高浸出率；综上所述，本题答案是：增大反应物的接触面积，加快反应速率，提高浸出率。(2)操作 I、III、IV 均为过滤，则用到的主要玻璃仪器有玻璃棒和漏斗、烧杯；综上所述，本题答案是：漏二根据氧化还原反应判断产物陌生情景中的化学反应往往是氧化还原反应，在氧化还原反应中，元素化合价有升高必然有降低
6、，根据化合价升降可判断出反应产物。典例 3 以铬铁矿Fe(CrO 2)2为原料可制备 K2Cr2O7和金属铬。实验流程如下:- 5 -已知:2CrO 42-+2H+=Cr2O72-+H2O。pH3.0，CrO 42-含量极小。（1）写出铬铁矿焙烧转化为 Na2CrO4的化学反应方程式:_ _；焙烧时不能使用陶瓷容器的原因是_。（2）加入稀硫酸后所得 Na2Cr2O7溶液的 pH 应小于 3.0，可用_测定溶液pH。（3）操作包括过滤和洗涤。实验室洗涤沉淀的操作是_。（4）Na 2S 的作用是_和_。（5）Fe 3+在 pH 为 3.7 时可完全转化为 Fe(OH)3。在上述流程中所得 Na2C
7、r2O7溶液中含有少量Fe3+。请结合下图有关物质的溶解度曲线，设计由 Na2Cr2O7溶液制备 K2Cr2O7固体的实验方案(实验中须选用的试剂:硫酸溶液、NaOH 溶液、KCl 固体、蒸馏水)_。 【答案】4Fe(CrO 2)2+7O2+8Na2CO3 2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2 陶瓷在高温下会与Na2CO3反应 pH 计 沿玻璃棒加水至浸设沉淀，待水自然滤出后重复 23 次 调节溶液的酸碱度 将重铬酸钠还原为氢氧化铬 向 Na2Cr2O7溶液中加入适量 NaOH 溶液调节pH 大于 3.7，过滤；向中滤液加入硫酸溶液至 pH 小于 3.0，再加入适量 KCl 固体，蒸发浓缩
8、，冷却结晶，过滤，洗涤，干燥 - 6 -典例 4 明矾KAl(SO 4)212H2O 在生产、生活中有广泛用途：饮用水的净化；造纸工业上作施胶剂；食品工业的发酵剂等。利用炼铝厂的废料铝灰(含 Al、 Al2O3及少量 SiO2和FeO xFe2O3)可制备明矾。工艺流程如下：回答下列问题：(1)明矾净水的原理是_(用离子方程式表示)。(2)检验滤液 A 中是否存在 Fe2 的试剂是_(只用一种试剂)。(3)将铝灰投入氢氧化钠溶液中生成气体的化学方程式是_，在滤液A 中加入高锰酸钾发生反应的离子方程式为(该条件下 MnO4- 转化为 Mn2 )：_。(4)已知：在 pH3、加热条件下，MnO 4
9、- 可与 Mn2 反应生成 MnO2。加入 MnSO4发生反应的离子方程式为：_。滤渣 2 含有的物质是_。【答案】Al 3 3H 2O Al(OH)3(胶体)3H 酸性高锰酸钾溶液(或铁氰化钾溶液) - 7 -2Al2NaOH2H 2O= 2NaAlO23H 2 5Fe2 MnO 4-8H =5Fe3 Mn 2 4H 2O 3Mn2 2MnO 4-2H 2O=5MnO24H MnO2、Fe(OH) 3 铁沉淀；故答案为：MnO 2、Fe(OH) 3。【解题技巧】关键结合题目信息、流程图信息并熟记常见的氧化产物和还原产物判断生成物。1新情境氧化还原反应方程式的书写程序根据电子转移数或常见化合价
10、确定未知产物中元素的化合价；根据溶液的酸碱性确定未知物的类别根据电子守恒配平根据溶液的酸碱性确定参与反应的 H或 O 根据电荷守恒配平 根据原子守恒确定并配平其 他物质2. 熟记常见的氧化剂及对应的还原产物、还原剂及对应的氧化产物氧化剂 Cl2 O2 浓 H2SO4 HNO3KMnO4(H )、MnO2Fe3 KClO3 、ClO H2O2还原产物 Cl O2 SO2 NO、NO 2 Mn2+ Fe2 Cl H2O还原剂 I S2 (H2 CO、C Fe2 NH3 SO2、S H2O2- 8 -S) O23氧化产物 I2 S CO2 Fe3 NO 、N 2 SO42- O23 掌握书写信息型氧
11、化还原反应的步骤(3 步法)第 1 步：根据氧化还原顺序规律确定氧化性最强的为氧化剂，还原性最强的为还原剂；根据化合价规律及题给信息和已知元素化合物性质确定相应的还原产物、氧化产物；根据 氧化 还 原 反 应 的 守 恒 规 律 确 定 氧 化 剂 、 还 原 剂 、 还 原 产 物 、 氧 化 产 物 的 相 应 化 学 计 量 数 。第 2 步：根据溶液的酸碱性，通过在反应方程式的两端添加 H 或 OH 的形式使方程式的两端的电荷守恒。第 3 步：根据原子守恒，通过在反应方程式两端添加 H2O(或其他小分子)使方程式两端的原子守恒。4. 氧化还原反应方程式的配平：步骤: 标出化合价变化了的
12、元素的化合价。 列变化：分别标出化合价升高数和化合价降低数 根据化合价升降总数相等确定发生氧化还原反应的物质的化学计量数。利用元素守恒，观察配平其他物质5. “补缺”的技巧缺项化学方程式的配平：配平化学方程式时，有时要用 H+、OH -、H 2O 来使化学方程式两边电荷及原子守恒，总的原则是酸性溶液中不能出现 OH-，碱性溶液中不能出现 H+，具体方法如下：酸性环境 碱性环境反应物中少氧 左边加 H2O，右边加 H+ 左边加 OH-，右边加 H2O反应物中多氧 左边加 H+，右边加 H2O 左边加 H2O，右边加 OH-典例 5 工业上用含三价钒（V 2O3）为主的某石煤为原料（含有 Al2O
13、3、CaO 等杂质） ，钙化法焙烧制备 V2O5，其流程如下： （资料）：+5 价钒在溶液中的主要存在形式与溶液 pH 的关系：pH 46 68 810 1012主要离子 VO2+ VO3 V2O74 VO43- 9 -（1）焙烧：向石煤中加生石灰焙烧，将 V2O3转化为 Ca(VO3)2的化学方程式是_。 （2）酸浸：Ca(VO 3)2难溶于水，可溶于盐酸。若焙砂酸浸时溶液的 pH4，Ca(VO 3)2溶于盐酸 的离子方程式是_。 酸度对钒和铝的溶解量的影响如下图所示： 酸浸时溶液的酸度控制在大约 3.2%，根据右图推测，酸浸时不选择更高酸度的原因是_。（3）转沉：将浸出液中的钒转化为 NH
14、4VO3固体，其流程如下：浸出液中加入石灰乳的作用是_。 已知 CaCO3的溶解度小于 Ca3(VO4)2。向 Ca3(VO4)2沉淀中加入(NH 4)2CO3溶液，可使钒从沉淀中溶出。结合化学用语，用平衡移动原理解释其原因：_。 向(NH 4)3VO4溶液中加入 NH4Cl 溶液，控制溶液的 pH7.5。当 pH8 时，NH 4VO3的产量明显降低，原因是_。 （4）测定产品中 V2O5的纯度：称取 ag 产品，先用硫酸溶解，得到(VO 2)2SO4溶液。再加入b1mL c1molL1(NH4)2Fe(SO4)2溶液（VO 2+2H+Fe+=VO2+Fe3+H2O） 。最后用 c2molL1
15、KMnO4溶液滴定过量的(NH 4)2Fe(SO4)2至终点，消耗 KMnO4溶液的体积为 b2mL。已知 MnO4被还原为Mn2+，假设杂质不参与反应。则产品中 V2O5的质量分数是_。 （V 2O5的摩尔质量：182 gmol1）【答案】 CaO+ O2+ V2O3=Ca(VO3)2 Ca(VO3)2+ 4H+=2VO2+ Ca2+ 2H2O 酸度大于 3.2时，钒的溶解量增大不明显，而铝的溶解量增大程度更大 调节溶液的 pH，并提供 Ca2+，形成 Ca3(VO4)2沉淀（富集钒元素） Ca3(VO4)2的浊液中存在平衡 Ca3(VO4)2(s) 3Ca2+(aq)+ 2VO43(aq)
16、，(NH 4)2CO3溶液中的 CO32与 Ca2+结合生成更难溶的 CaCO3沉淀， c(Ca2+)降低，平衡正向移动，使钒从沉淀中溶出 pH8 时，钒的主要存在形式不是 VO3 91(c1b1-5c2b2)- 10 -/(1000a)b1c110-3-5b210-3c2 mol，因此 VO2+ 的量为 b1c110-3-5b210-3c2 mol，产品中V2O5的量为 1/2(b1c110-3-5b210-3c2) mol, 产品中 V2O5的质量为 1/2(b1c110-3-5b210-3c2)182=91(c1b1-5c2b2) 10-3g，则产品中 V2O5的质量分数是 91(c1b
17、1-5c2b2)/(1000a)；正确答案：91(c 1b1-5c2b2)/(1000a)。典例 6 活性 ZnO 在橡胶、塑料等工业中有重要应用，某工厂以含铅锌烟气（主要成分是ZnO、PbO，还有少量 FeO、CuO）制备活性 ZnO 的工艺流程如下：（1）下图为温度与 Zn、Pb 元素浸出率的关系图， “酸浸”时采用 30而不是更高的温度的原因是：减少盐酸挥发；_。- 11 -（2） “氧化”的目的是除去酸浸液中的 Fe2+，在 pH 约为 5.1 的溶液中，加入高锰酸钾溶液，生成 MnO2和 Fe(OH)3沉淀，该反应的离子方程式为_。（3）若“过滤 I”所得的滤液浑浊，则处理的方法为_
18、。 “除杂”时，滤渣的主要成分是 Cu、Pb，试剂 X 应为_。（4）在“过滤”后的溶液中加入 Na2CO3溶液，生成碱式碳酸锌Zn 2(OH)2CO3等物质。该反应的化学方程式为_。检验碱式碳酸锌洗涤干净的操作为_。【答案】 随温度升高，Zn 2+浸出率基本不变，Pb 2+浸出率增大，杂质含量增大 3Fe2+MnO4+7H2OMnO 2+3Fe(OH) 3+5H + 将滤液重新过滤 Zn 2Na2CO3 + 2ZnCl2 + H2O4NaCl + Zn2(OH)2CO3 + CO2（或 3Na2CO3 + 2ZnCl2 + 2H2O4NaCl + Zn2(OH)2CO3 + 2NaHCO3） 取最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，若无白色沉淀生成，则洗净【解析】（1）从 Zn、Pb 元素浸出率的关系图可知， “酸浸”时采用 30而不是更高的温度的原因是除减少盐酸挥发- 12 -
