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专题六 水溶液中的离子平衡 主观题突破 4.化工流程中化学方程式的书写及有关计算（含解析）-2024年江苏高考化学大二轮复习讲义
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这是一份专题六 水溶液中的离子平衡 主观题突破 4.化工流程中化学方程式的书写及有关计算（含解析）-2024年江苏高考化学大二轮复习讲义，共12页。试卷主要包含了书写思路等内容，欢迎下载使用。
(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。
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。
(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
纯度＝eq \f(纯净物的质量,混合物的质量)×100%
产物的产率＝eq \f(产物的实际产量,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。
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：_____________________
________________________________________________________________________。
(2)“稀释”时反应的化学方程式为____________________________________________
________________________________________________________________________。
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：______________________
________________________________________________________________________(无单质硫生成)。
(2)Na2S2O8是一种强氧化剂，能与Mn2＋反应生成SOeq \\al(2－,4)和紫色MnOeq \\al(－,4)。用Na2S2O8检验水相中的Mn2＋时发生反应的离子方程式为___________________________________________
________________________________________________________________________。
3．将等体积的4×10－3 ml·L－1的AgNO3溶液和4×10－3ml·L－1 K2CrO4溶液混合，有无Ag2CrO4沉淀产生？[已知：Ksp (Ag2CrO4)＝1.12×10－12]
________________________________________________________________________
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：
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。
(1)“氧化调pH”中，化合价有变化的金属离子是__________。
(2)“过滤1”前，用NaOH溶液调pH至__________的范围内，该过程中Al3＋发生反应的离子方程式为________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(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__________ ml·L－1(保留两位有效数字)。
(4)①“加热搅拌”有利于加快RE3＋溶出、提高产率，其原因是___________________
________________________________________________________________________。
②“操作X”的过程为先____________，再固液分离。
(5)该工艺中，可再生循环利用的物质有__________(写化学式)。
(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 ml Pt3Y转移__________ ml电子。
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__________________。
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________(填元素符号)。
(2)工序①的名称为________。
(3)滤渣Ⅰ的主要成分是_____________________________________________(填化学式)。
(6)热解工序产生的混合气体最适宜返回工序____________(填“①”“②”“③”或“④”)参与内循环。
(7)工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的pH为__________(通常认为溶液中离子浓度小于10－5 ml·L－1为沉淀完全；Al(OH)3＋OH－Al(OH)eq \\al(－,4) K＝100.63；Kw＝10－14，Ksp[Al(OH)3]＝10－33)。
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________________________________________，
写出V2O3与Na2CO3反应的化学方程式______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)“沉淀1”的成分是____________________________________________________。
(3)“滤液1”中铝元素所发生反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
(4)“沉淀2”加热分解后固体产物的用途为____________________________________
_______________________________________________________________(任写一种)。
(5)该工艺流程中可回收再循环利用的物质有
________________________________________________________________________。
答案 (1)V、Fe Na2CO3＋V2O3＋O2eq \(=====,\s\up7(焙烧))2NaVO3＋CO2 (2)Fe2O3 (3)AlOeq \\al(－,2)＋4H＋===Al3＋＋2H2O (4)光导纤维(或制单质硅等) (5)Na2CO3
解析 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。
(1)由上述分析可知，“焙烧”过程中被氧化的元素为V、Fe；焙烧时，V2O3与Na2CO3、O2反应生成NaVO3和二氧化碳，反应的化学方程式为Na2CO3＋V2O3＋O2eq \(=====,\s\up7(焙烧))2NaVO3＋CO2。(3)“滤液1”中铝元素以AlOeq \\al(－,2)形式存在，加入盐酸发生反应：AlOeq \\al(－,2)＋4H＋===Al3＋＋2H2O。
2．Zn、Fe及其化合物在生产、生活中应用比较广泛。工业上利用锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4，还含有少量FeO和CuO等杂质)制取金属锌的工艺流程如下：
(1)若净化后的溶液中Cu2＋浓度为1×10－12ml·L－1，则净化后溶液中Zn2＋浓度为______________[已知：室温下Ksp(ZnS)＝1.6×10－24，Ksp(CuS)＝6.4×10－36]。
(2)ZnFe2O4是一种性能优良的软磁材料，工业上常利用ZnFe2(C2O4)3·6H2O隔绝空气加热分解制备，该晶体的热分解化学方程式为__________________________________________
________________________________________________________________________。
测热分解后产品中ZnFe2O4的质量分数方法如下：取a g产品用硫酸溶解后加入足量KI溶液充分反应，调溶液至弱酸性，再加入淀粉指示剂，用c ml·L－1 Na2S2O3标准溶液滴定，用去此标准溶液V mL时，刚好达到滴定终点，则此产品中ZnFe2O4的质量分数为________________________________________________________________________
(用a、c、V表示)。(已知：I2＋2S2Oeq \\al(2－,3)===2I－＋S4Oeq \\al(2－,6))
答案 (1)0.25 ml·L－1 (2)ZnFe2(C2O4)3·6H2Oeq \(=======,\s\up7(隔绝空气),\s\d5(△))ZnFe2O4＋4CO↑＋2CO2↑＋6H2O eq \f(241cV,20a)%
解析 (1)若净化后的溶液中Cu2＋浓度为1×10－12ml·L－1，c(S2－)＝eq \f(KspCuS,cCu2＋)＝eq \f(6.4×10－36,1×10－12)ml·L－1＝6.4×10－24ml·L－1，则净化后溶液中c(Zn2＋)＝eq \f(KspZnS,cS2－)＝eq \f(1.6×10－24,6.4×10－24) ml·L－1＝0.25 ml·L－1。(2)由题可知关系式：ZnFe2O4～I2～2S2Oeq \\al(2－,3)，w(ZnFe2O4)＝eq \f(0.5cV×10－3×241,a)×100%＝eq \f(241cV,20a)%。
3．磁性氧化铁是电讯器材的重要原料，以高硫铝土矿(主要含Al2O3、Fe2O3、SiO2和少量的FeS2等)提取氧化铝和磁性氧化铁的流程如图：
已知：不同温度下，NH4Fe(SO4)2和NH4Al(SO4)2的溶解度(g/100 g H2O)如表：
(1)写出“焙烧Ⅱ”中Fe2O3发生反应的化学方程式：____________________________
________________________________________________________________________。
(2)从滤液中获得NH4Al(SO4)2的操作是____________________。
(3)“反应Ⅲ”在隔绝空气条件下进行，参与反应的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝__________。
(4)为测定Al2O3产品的纯度(Al2O3的质量分数)，称量m g样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 ml·L－1 EDTA标准溶液V1 mL，调节溶液pH并煮沸，冷却后用c2 ml·L－1 CuSO4标准溶液滴定过量的EDTA至终点，消耗CuSO4标准溶液V2 mL(已知Al3＋、Cu2＋与EDTA反应的化学计量比均为1∶1)。则制得的Al2O3的纯度为________(用代数式表示)。
主观题突破4 化工流程中化学方程式的书写及有关计算
核心精讲
对点训练 1.(1)3Fe3＋＋CuFeS2＋Cl－===CuCl＋2S＋4Fe2＋
(2)2Na[CuCl2]===Cu↓＋CuCl2＋2NaCl
解析 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。
2．(1)ZnS＋4MnO2＋4H2SO4===ZnSO4＋4MnSO4＋4H2O
(2)2Mn2＋＋5S2Oeq \\al(2－,8)＋8H2O===2MnOeq \\al(－,4)＋10SOeq \\al(2－,4)＋16H＋
解析 (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。(2)S2Oeq \\al(2－,8)与Mn2＋反应生成SOeq \\al(2－,4)和MnOeq \\al(－,4)，根据得失电子守恒，S2Oeq \\al(2－,8)、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＋＋5S2Oeq \\al(2－,8)＋8H2O===2MnOeq \\al(－,4)＋10SOeq \\al(2－,4)＋16H＋。
3．有
解析 等体积混合后，浓度为原来的一半。c(Ag＋)＝2×10－3ml·L－1，c(CrOeq \\al(2－,4))＝2×10－3ml·
L－1，Q＝c2(Ag＋)·c(CrOeq \\al(2－,4))＝(2×10－3 )2×2×10－3＝8×10－9＞Ksp，所以有沉淀析出。
真题演练
1．(1)Fe2＋ (2)4.7≤pH<6.2 Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
(3)4.0×10－4
(4)①加热搅拌可加快反应速率 ②冷却结晶 (5)MgSO4
(6)①15 ②O2＋4e－＋2H2O===4OH－
解析 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＋、SOeq \\al(2－,4)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＋、SOeq \\al(2－,4)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。(1)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＋。(2)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↓。(3)滤液2中Mg2＋浓度为2.7 g·L－1，即0.112 5 ml·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－)2．(1)Fe、Cr (2)溶解浸出 (3)MgO、Fe2O3
(6)② (7)8.37
解析 (2)工序①为将氧化后的固体加水溶解浸出可溶性物质。
(6)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。
(7)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)eq \\al(－,4)＋H＋Al(OH)3↓＋H2O，反应的平衡常数为K1＝eq \f(1,c[AlOH\\al(－,4)]·cH＋)＝eq \f(cOH－,c[AlOH\\al(－,4)]·cH＋·cOH－)＝eq \f(1,K·Kw)＝1013.37，当c[Al(OH)eq \\al(－,4)]为10－5 ml·L－1时，溶液中氢离子浓度为eq \f(1,c[AlOH\\al(－,4)]·K1)＝eq \f(1,10－5×1013.37) ml·L－1＝10－8.37 ml·L－1，则溶液的pH为8.37。
考向预测
1．(1)V、Fe Na2CO3＋V2O3＋O2eq \(=====,\s\up7(焙烧))2NaVO3＋CO2
(2)Fe2O3 (3)AlOeq \\al(－,2)＋4H＋===Al3＋＋2H2O
(4)光导纤维(或制单质硅等) (5)Na2CO3
解析 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。
(1)由上述分析可知，“焙烧”过程中被氧化的元素为V、Fe；焙烧时，V2O3与Na2CO3、O2反应生成NaVO3和二氧化碳，反应的化学方程式为Na2CO3＋V2O3＋O2eq \(=====,\s\up7(焙烧))2NaVO3＋CO2。(3)“滤液1”中铝元素以AlOeq \\al(－,2)形式存在，加入盐酸发生反应：AlOeq \\al(－,2)＋4H＋===Al3＋＋2H2O。
2．(1)0.25 ml·L－1 (2)ZnFe2(C2O4)3·6H2Oeq \(======,\s\up7(隔绝空气),\s\d5(△))ZnFe2O4＋4CO↑＋2CO2↑＋6H2O eq \f(241cV,20a)%
解析 (1)若净化后的溶液中Cu2＋浓度为1×10－12ml·L－1，c(S2－)＝eq \f(KspCuS,cCu2＋)＝eq \f(6.4×10－36,1×10－12)ml·L－1＝6.4×10－24ml·L－1，则净化后溶液中c(Zn2＋)＝eq \f(KspZnS,cS2－)＝eq \f(1.6×10－24,6.4×10－24) ml·L－1＝0.25 ml·L－1。(2)由题可知关系式：ZnFe2O4～I2～2S2Oeq \\al(2－,3)，w(ZnFe2O4)＝eq \f(0.5cV×10－3×241,a)×100%＝eq \f(241cV,20a)%。
3．(1)Fe2O3＋4(NH4)2SO4eq \(=====,\s\up7(焙烧))2NH4Fe(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O (2)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥 (3)1∶16 (4)eq \f(255V1×10－3×c1－V2×10－3×c2,m)×100%
解析 根据高硫铝土矿的成分，焙烧Ⅰ中FeS2与氧气发生反应：4FeS2＋11O2eq \(=====,\s\up7(高温))2Fe2O3＋8SO2，根据流程图，焙烧Ⅱ中氧化铁和氧化铝与硫酸铵反应，发生非氧化还原反应，根据原子守恒进行分析，其反应的化学方程式为Al2O3＋4(NH4)2SO4eq \(=====,\s\up7(焙烧))2NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O、Fe2O3＋4(NH4)2SO4eq \(=====,\s\up7(焙烧))2NH4Fe(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O，气体Ⅱ为氨气，反应Ⅲ中发生反应：FeS2＋Fe2O3―→SO2↑＋Fe3O4，据此分析。(3)反应Ⅲ中发生反应：FeS2＋Fe2O3―→SO2↑＋Fe3O4，令FeS2物质的量为a ml，Fe2O3物质的量为b ml，根据得失电子数目守恒，a×(eq \f(8,3)－2)＋2a×[4－(－1)]＝b×2×(3－eq \f(8,3))，则a∶b＝1∶16。(4)Al3＋、Cu2＋与EDTA反应的化学计量比均为1∶1，n(Al3＋)＋n(Cu2＋)＝n(EDTA)，n(Al3＋)＝n(EDTA)－n(Cu2＋)＝V1×10－3 L×c1 ml·L－1－V2×10－3 L×c2 ml·L－1，根据原子守恒，m g样品中氧化铝的纯度为eq \f(V1×10－3×c1－V2×10－3×c2×\f(100,20)×\f(1,2)×102,m)×100%＝eq \f(255V1×10－3×c1－V2×10－3×c2,m)×100%。
离子
Mg2＋
Fe3＋
Al3＋
RE3＋
开始沉淀时的pH
8.8
1.5
3.6
6.2～7.4
沉淀完全时的pH
/
3.2
4.7
/
温度/℃
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
(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。
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。
(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
纯度＝eq \f(纯净物的质量,混合物的质量)×100%
产物的产率＝eq \f(产物的实际产量,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。
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：_____________________
________________________________________________________________________。
(2)“稀释”时反应的化学方程式为____________________________________________
________________________________________________________________________。
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：______________________
________________________________________________________________________(无单质硫生成)。
(2)Na2S2O8是一种强氧化剂，能与Mn2＋反应生成SOeq \\al(2－,4)和紫色MnOeq \\al(－,4)。用Na2S2O8检验水相中的Mn2＋时发生反应的离子方程式为___________________________________________
________________________________________________________________________。
3．将等体积的4×10－3 ml·L－1的AgNO3溶液和4×10－3ml·L－1 K2CrO4溶液混合，有无Ag2CrO4沉淀产生？[已知：Ksp (Ag2CrO4)＝1.12×10－12]
________________________________________________________________________
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：
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。
(1)“氧化调pH”中，化合价有变化的金属离子是__________。
(2)“过滤1”前，用NaOH溶液调pH至__________的范围内，该过程中Al3＋发生反应的离子方程式为________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(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__________ ml·L－1(保留两位有效数字)。
(4)①“加热搅拌”有利于加快RE3＋溶出、提高产率，其原因是___________________
________________________________________________________________________。
②“操作X”的过程为先____________，再固液分离。
(5)该工艺中，可再生循环利用的物质有__________(写化学式)。
(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 ml Pt3Y转移__________ ml电子。
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__________________。
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________(填元素符号)。
(2)工序①的名称为________。
(3)滤渣Ⅰ的主要成分是_____________________________________________(填化学式)。
(6)热解工序产生的混合气体最适宜返回工序____________(填“①”“②”“③”或“④”)参与内循环。
(7)工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的pH为__________(通常认为溶液中离子浓度小于10－5 ml·L－1为沉淀完全；Al(OH)3＋OH－Al(OH)eq \\al(－,4) K＝100.63；Kw＝10－14，Ksp[Al(OH)3]＝10－33)。
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________________________________________，
写出V2O3与Na2CO3反应的化学方程式______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)“沉淀1”的成分是____________________________________________________。
(3)“滤液1”中铝元素所发生反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
(4)“沉淀2”加热分解后固体产物的用途为____________________________________
_______________________________________________________________(任写一种)。
(5)该工艺流程中可回收再循环利用的物质有
________________________________________________________________________。
答案 (1)V、Fe Na2CO3＋V2O3＋O2eq \(=====,\s\up7(焙烧))2NaVO3＋CO2 (2)Fe2O3 (3)AlOeq \\al(－,2)＋4H＋===Al3＋＋2H2O (4)光导纤维(或制单质硅等) (5)Na2CO3
解析 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。
(1)由上述分析可知，“焙烧”过程中被氧化的元素为V、Fe；焙烧时，V2O3与Na2CO3、O2反应生成NaVO3和二氧化碳，反应的化学方程式为Na2CO3＋V2O3＋O2eq \(=====,\s\up7(焙烧))2NaVO3＋CO2。(3)“滤液1”中铝元素以AlOeq \\al(－,2)形式存在，加入盐酸发生反应：AlOeq \\al(－,2)＋4H＋===Al3＋＋2H2O。
2．Zn、Fe及其化合物在生产、生活中应用比较广泛。工业上利用锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4，还含有少量FeO和CuO等杂质)制取金属锌的工艺流程如下：
(1)若净化后的溶液中Cu2＋浓度为1×10－12ml·L－1，则净化后溶液中Zn2＋浓度为______________[已知：室温下Ksp(ZnS)＝1.6×10－24，Ksp(CuS)＝6.4×10－36]。
(2)ZnFe2O4是一种性能优良的软磁材料，工业上常利用ZnFe2(C2O4)3·6H2O隔绝空气加热分解制备，该晶体的热分解化学方程式为__________________________________________
________________________________________________________________________。
测热分解后产品中ZnFe2O4的质量分数方法如下：取a g产品用硫酸溶解后加入足量KI溶液充分反应，调溶液至弱酸性，再加入淀粉指示剂，用c ml·L－1 Na2S2O3标准溶液滴定，用去此标准溶液V mL时，刚好达到滴定终点，则此产品中ZnFe2O4的质量分数为________________________________________________________________________
(用a、c、V表示)。(已知：I2＋2S2Oeq \\al(2－,3)===2I－＋S4Oeq \\al(2－,6))
答案 (1)0.25 ml·L－1 (2)ZnFe2(C2O4)3·6H2Oeq \(=======,\s\up7(隔绝空气),\s\d5(△))ZnFe2O4＋4CO↑＋2CO2↑＋6H2O eq \f(241cV,20a)%
解析 (1)若净化后的溶液中Cu2＋浓度为1×10－12ml·L－1，c(S2－)＝eq \f(KspCuS,cCu2＋)＝eq \f(6.4×10－36,1×10－12)ml·L－1＝6.4×10－24ml·L－1，则净化后溶液中c(Zn2＋)＝eq \f(KspZnS,cS2－)＝eq \f(1.6×10－24,6.4×10－24) ml·L－1＝0.25 ml·L－1。(2)由题可知关系式：ZnFe2O4～I2～2S2Oeq \\al(2－,3)，w(ZnFe2O4)＝eq \f(0.5cV×10－3×241,a)×100%＝eq \f(241cV,20a)%。
3．磁性氧化铁是电讯器材的重要原料，以高硫铝土矿(主要含Al2O3、Fe2O3、SiO2和少量的FeS2等)提取氧化铝和磁性氧化铁的流程如图：
已知：不同温度下，NH4Fe(SO4)2和NH4Al(SO4)2的溶解度(g/100 g H2O)如表：
(1)写出“焙烧Ⅱ”中Fe2O3发生反应的化学方程式：____________________________
________________________________________________________________________。
(2)从滤液中获得NH4Al(SO4)2的操作是____________________。
(3)“反应Ⅲ”在隔绝空气条件下进行，参与反应的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝__________。
(4)为测定Al2O3产品的纯度(Al2O3的质量分数)，称量m g样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 ml·L－1 EDTA标准溶液V1 mL，调节溶液pH并煮沸，冷却后用c2 ml·L－1 CuSO4标准溶液滴定过量的EDTA至终点，消耗CuSO4标准溶液V2 mL(已知Al3＋、Cu2＋与EDTA反应的化学计量比均为1∶1)。则制得的Al2O3的纯度为________(用代数式表示)。
主观题突破4 化工流程中化学方程式的书写及有关计算
核心精讲
对点训练 1.(1)3Fe3＋＋CuFeS2＋Cl－===CuCl＋2S＋4Fe2＋
(2)2Na[CuCl2]===Cu↓＋CuCl2＋2NaCl
解析 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。
2．(1)ZnS＋4MnO2＋4H2SO4===ZnSO4＋4MnSO4＋4H2O
(2)2Mn2＋＋5S2Oeq \\al(2－,8)＋8H2O===2MnOeq \\al(－,4)＋10SOeq \\al(2－,4)＋16H＋
解析 (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。(2)S2Oeq \\al(2－,8)与Mn2＋反应生成SOeq \\al(2－,4)和MnOeq \\al(－,4)，根据得失电子守恒，S2Oeq \\al(2－,8)、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＋＋5S2Oeq \\al(2－,8)＋8H2O===2MnOeq \\al(－,4)＋10SOeq \\al(2－,4)＋16H＋。
3．有
解析 等体积混合后，浓度为原来的一半。c(Ag＋)＝2×10－3ml·L－1，c(CrOeq \\al(2－,4))＝2×10－3ml·
L－1，Q＝c2(Ag＋)·c(CrOeq \\al(2－,4))＝(2×10－3 )2×2×10－3＝8×10－9＞Ksp，所以有沉淀析出。
真题演练
1．(1)Fe2＋ (2)4.7≤pH<6.2 Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
(3)4.0×10－4
(4)①加热搅拌可加快反应速率 ②冷却结晶 (5)MgSO4
(6)①15 ②O2＋4e－＋2H2O===4OH－
解析 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＋、SOeq \\al(2－,4)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＋、SOeq \\al(2－,4)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。(1)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＋。(2)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↓。(3)滤液2中Mg2＋浓度为2.7 g·L－1，即0.112 5 ml·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－)
(6)② (7)8.37
解析 (2)工序①为将氧化后的固体加水溶解浸出可溶性物质。
(6)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。
(7)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)eq \\al(－,4)＋H＋Al(OH)3↓＋H2O，反应的平衡常数为K1＝eq \f(1,c[AlOH\\al(－,4)]·cH＋)＝eq \f(cOH－,c[AlOH\\al(－,4)]·cH＋·cOH－)＝eq \f(1,K·Kw)＝1013.37，当c[Al(OH)eq \\al(－,4)]为10－5 ml·L－1时，溶液中氢离子浓度为eq \f(1,c[AlOH\\al(－,4)]·K1)＝eq \f(1,10－5×1013.37) ml·L－1＝10－8.37 ml·L－1，则溶液的pH为8.37。
考向预测
1．(1)V、Fe Na2CO3＋V2O3＋O2eq \(=====,\s\up7(焙烧))2NaVO3＋CO2
(2)Fe2O3 (3)AlOeq \\al(－,2)＋4H＋===Al3＋＋2H2O
(4)光导纤维(或制单质硅等) (5)Na2CO3
解析 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。
(1)由上述分析可知，“焙烧”过程中被氧化的元素为V、Fe；焙烧时，V2O3与Na2CO3、O2反应生成NaVO3和二氧化碳，反应的化学方程式为Na2CO3＋V2O3＋O2eq \(=====,\s\up7(焙烧))2NaVO3＋CO2。(3)“滤液1”中铝元素以AlOeq \\al(－,2)形式存在，加入盐酸发生反应：AlOeq \\al(－,2)＋4H＋===Al3＋＋2H2O。
2．(1)0.25 ml·L－1 (2)ZnFe2(C2O4)3·6H2Oeq \(======,\s\up7(隔绝空气),\s\d5(△))ZnFe2O4＋4CO↑＋2CO2↑＋6H2O eq \f(241cV,20a)%
解析 (1)若净化后的溶液中Cu2＋浓度为1×10－12ml·L－1，c(S2－)＝eq \f(KspCuS,cCu2＋)＝eq \f(6.4×10－36,1×10－12)ml·L－1＝6.4×10－24ml·L－1，则净化后溶液中c(Zn2＋)＝eq \f(KspZnS,cS2－)＝eq \f(1.6×10－24,6.4×10－24) ml·L－1＝0.25 ml·L－1。(2)由题可知关系式：ZnFe2O4～I2～2S2Oeq \\al(2－,3)，w(ZnFe2O4)＝eq \f(0.5cV×10－3×241,a)×100%＝eq \f(241cV,20a)%。
3．(1)Fe2O3＋4(NH4)2SO4eq \(=====,\s\up7(焙烧))2NH4Fe(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O (2)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥 (3)1∶16 (4)eq \f(255V1×10－3×c1－V2×10－3×c2,m)×100%
解析 根据高硫铝土矿的成分，焙烧Ⅰ中FeS2与氧气发生反应：4FeS2＋11O2eq \(=====,\s\up7(高温))2Fe2O3＋8SO2，根据流程图，焙烧Ⅱ中氧化铁和氧化铝与硫酸铵反应，发生非氧化还原反应，根据原子守恒进行分析，其反应的化学方程式为Al2O3＋4(NH4)2SO4eq \(=====,\s\up7(焙烧))2NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O、Fe2O3＋4(NH4)2SO4eq \(=====,\s\up7(焙烧))2NH4Fe(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O，气体Ⅱ为氨气，反应Ⅲ中发生反应：FeS2＋Fe2O3―→SO2↑＋Fe3O4，据此分析。(3)反应Ⅲ中发生反应：FeS2＋Fe2O3―→SO2↑＋Fe3O4，令FeS2物质的量为a ml，Fe2O3物质的量为b ml，根据得失电子数目守恒，a×(eq \f(8,3)－2)＋2a×[4－(－1)]＝b×2×(3－eq \f(8,3))，则a∶b＝1∶16。(4)Al3＋、Cu2＋与EDTA反应的化学计量比均为1∶1，n(Al3＋)＋n(Cu2＋)＝n(EDTA)，n(Al3＋)＝n(EDTA)－n(Cu2＋)＝V1×10－3 L×c1 ml·L－1－V2×10－3 L×c2 ml·L－1，根据原子守恒，m g样品中氧化铝的纯度为eq \f(V1×10－3×c1－V2×10－3×c2×\f(100,20)×\f(1,2)×102,m)×100%＝eq \f(255V1×10－3×c1－V2×10－3×c2,m)×100%。
离子
Mg2＋
Fe3＋
Al3＋
RE3＋
开始沉淀时的pH
8.8
1.5
3.6
6.2～7.4
沉淀完全时的pH
/
3.2
4.7
/
温度/℃
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
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