2026届高考化学专题复习：化工流程中化学方程式的书写及有关计算

(共44张PPT)
专题六　水溶液中的离子平衡
化工流程中化学方程式的书写及有关计算
1.化学工艺流程中常考试剂的作用
类别 物质 作用
氧化剂 H2O2、HNO3、KMnO4、MnO2 空气、次氯酸等 氧化某些还原性物质,便于后续分离,如氧化Fe2+、Co2+等
还原剂 SO2、Na2SO3、I-、Fe2+、金属单质等 还原某些氧化性物质,便于后续分离,如还原Fe3+等
类别 物质 作用
酸 HCl、H2SO4、HNO3等 溶解金属和金属氧化物,调节溶液pH促进水解(沉淀),H2SO4可提供S作沉淀剂
碱 NaOH、 NH3·H2O等 去油污;调节溶液pH,促进水解(沉淀),NaOH可溶解氧化铝、铝、二氧化硅
碳酸盐 Na2CO3、(NH4)2CO3 调pH使某些离子沉淀,提供C使某些离子(如Cu2+[1]、Ca2+、Pb2+、Ba2+等)沉淀
类别 物质 作用
碳酸 氢盐 NaHCO3、NH4HCO3 调pH使某些离子沉淀,提供HC使某些离子{如
[Al(OH)4]-[2]、Fe3+[3]、Al3+、Fe2+[4]、Mg2+、Mn2+、Co2+等}沉淀
草酸盐 Na2C2O4 使Ba2+、Ca2+等离子沉淀
硫化物 H2S、Na2S、 (NH4)2S 使Cu2+、Cu+、Pb2+、Ag+、Sn2+等离子沉淀
氟化物 HF、CaF2 使Ba2+、Ca2+、Mg2+等离子沉淀
[1]、[2]、[3]、[4]发生的反应分别是:
[1]2Cu2++2C+H2O═Cu2(OH)2CO3↓+CO2↑;
[2][Al(OH)4]-+HCAl(OH)3↓+C+H2O;
[3]Fe3++3HCFe(OH)3↓+3CO2↑;
[4]Fe2++2HCFeCO3↓+CO2↑+H2O。
2.陌生的氧化还原反应的书写
3.流程中的计算
(1)产率、纯度计算。
纯度=×100%;
产物的产率=×100%。
(2)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。
1.(2024·石家庄摸底)LiFePO4是锂离子电池的电极材料,BaTiO3是用途广泛的压电材料。钛铁矿的主要成分为FeTiO3,还含有少量MgO、SiO2等杂质。利用钛铁矿制备LiFePO4和BaTiO3的工艺流程如下:
(1)“酸浸”后,钛主要以形式存在,其水解生成TiO2·xH2O沉淀的离子方程式为　 。
(2)“高温煅烧”时,由FePO4制备LiFePO4的化学方程式为　
　 。
TiOC+(x+1)H2O═TiO2·xH2O↓+2H++4Cl-　
2FePO4+Li2CO3+H2C2O4 2LiFePO4+H2O+3CO2↑
【解析】(1)TiOC水解生成TiO2·xH2O,根据质量守恒知,生成物还有HCl,水解的离子方程式为TiOC+(x+1)H2O═TiO2·xH2O↓+2H++4Cl-。
(2)高温煅烧时,反应物为FePO4、Li2CO3、H2C2O4,FePO4中Fe元素化合价为+3价,生成物LiFePO4中Fe元素化合价为+2价,Fe元素的化合价降低,FePO4为氧化剂,Li元素的化合价反应前后不变,故H2C2O4为还原剂,发生氧化反应生成CO2,根据得失电子守恒和质量守恒配平可得化学方程式为2FePO4+Li2CO3+H2C2O4 2LiFePO4+H2O+3CO2↑。
2.(2024·哈尔滨一模)镓是优良的半导体材料。氮化镓是制作发光二极管的新材料,用于雷达、卫星通信设备等。某工厂利用铝土矿(主要成分为Al2O3、Ga2O3,还有少量Fe2O3等杂质)制备氮化镓的流程如下:
已知:①镓性质与铝相似,金属活动性介于锌和铁之间。
②Al(OH)3、Ga(OH)3均为两性氢氧化物,Ga(OH)3的酸性略强于Al(OH)3酸性。
(1)“二次酸化”中Na[Ga(OH)4]与适量CO2发生反应的离子方程式为　
　 。
(2)“电解”可得金属镓(铝不干扰镓盐的电解),写出阴极电极反应式:　
　 。
(3)“合成”得到的三甲基镓与氨反应得到氮化镓,写出此反应的化学方程式:　
　 。
CO2+2[Ga(OH)4]-═2Ga(OH)3↓+C+H2O
[Ga(OH)4]-+3e-═Ga+4OH-
Ga(CH3)3+NH3═GaN+3CH4
【解析】(1)“二次酸化”中Na[Ga(OH)4]与适量CO2反应生成Ga(OH)3和Na2CO3,离子方程式为CO2+2[Ga(OH)4]-═2Ga(OH)3↓+C+H2O。
(2)“电解”时,阴极上得电子,元素化合价降低,因此阴极上是[Ga(OH)4]-得电子转化成Ga,电极反应式为+3e-═Ga+4OH-。
(3)“合成”得到的三甲基镓与NH3反应得到氮化镓,化学方程式为Ga(CH3)3+NH3═GaN+3CH4。
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:
(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)=
　　　　。
Fe2O3+4(NH4)2SO4 2NH4Fe(SO4)2+6NH3↑+3H2O
蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、
洗涤、干燥　
1∶16
(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 mol·L-1EDTA标准溶液V1 mL,调节溶液pH并煮沸,冷却后用c2 mol·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)。
×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+11O2
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)2SO4 2NH4Al(SO4)2+6NH3↑+3H2O、Fe2O3+4(NH4)2SO4
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 mol,Fe2O3物质的量为b mol,根据得失电子数目守恒,a×（-2）+2a×[4-(-1)]=b×2×（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+)=V1×10-3L×c1 mol·L-1-V2×10-3L×c2 mol·L-1,根据原子守恒,m g样品中氧化铝的纯度为
×100%=×100%。
4.铊广泛用于高能物理、超导材料等领域,铊冶炼厂的含铊废水中铊离子(Tl+)浓度仍较高,还含有Zn2+、Cu2+、S等离子,需要处理达标后才能排放,处理流程如图甲所示:
图甲
已知:①常温下,部分金属离子的沉淀pH范围如表所示:
离子种类 Tl3+ Cu2+ Zn2+
开始沉淀pH 1.4 5.2 5.9
完全沉淀pH 2.8 6.4 8.9
②Tl+性质与碱金属离子类似,其盐易溶于水,易被氧化为Tl3+。
回答下列问题:
(1)常温下,“中和”步骤加入石灰调节pH为9.0,则滤渣1的主要成分除了Zn(OH)2外还有　　　　 　　　　(填化学式)。
Cu(OH)2、CaSO4
(2)“氧化”步骤加入不同氧化剂时铊的去除率随氧化剂投加量的变化如图乙所示,则氧化剂及其投加量应选择　　 　　;写出选用次氯酸钠作氧化剂时发生反应的离子方程式:　 。
图乙
GY-1、2.5 mg·L-1　
Tl++ClO-+2H+═Tl3++Cl-+H2O
【解析】(1)由已知信息可知Tl+与碱金属离子类似,“中和”时不会被沉淀,故由题表可知,pH=9.0时Zn2+、Cu2+形成Zn(OH)2、Cu(OH)2沉淀,同时加入的石灰可以与S形成微溶的CaSO4。(2)由图乙可知,相同条件下GY-1作氧化剂时铊去除率更高,并且加入量为2.5 mg·L-1时铊去除率达到最大,超过此加入量后铊去除率下降且成本增加。氧化剂的作用是将Tl+氧化为Tl3+,故发生的反应为Tl+与ClO-在酸性条件下反应,ClO-被还原为Cl-,Tl+被氧化为
Tl3+。
5.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　 。
V、Fe
Na2CO3+V2O3+O2
2NaVO3+CO2
Fe2O3
Al+4H+═Al3++2H2O
光导纤维(或制单质硅等)　
Na2CO3
6.(2025·广东梅州一模节选)五氧化二钒是接触法制取硫酸的催化剂,具有强氧化性。从废钒催化剂(主要成分为:V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2和Fe2O3等)中回收V2O5的一种生产工艺流程如下图所示:
已知:+5价钒在溶液中主要以V和V的形式存在,两者转化关系为V+H2O V+2H+。
(1)“废渣Ⅰ”的主要成分为　　　　 。“还原”后的溶液中含有阳离子VO2+、Fe2+、K+、H+,“还原”过程中V2O5发生反应的离子方程式为
______________________________________________________________。
SiO2　
V2O5+4H++SS+2H2O+2VO2+
(2)“萃取”和“反萃取”的变化过程可简化为(下式中的R表示VO2+或Fe2+,HA表示有机萃取剂的主要成分):RSO4(水层)+2HA(有机层) 2RA2(有机
层)+H2SO4(水层)。工艺流程中可循环使用的试剂有　　 　　 (写化学式)。
(3)“氧化”时欲使3 mol的VO2+变为V,需要氧化剂KClO3至少为
　　　　mol。
(4)“调pH”中加入KOH有两个目的,分别为　　　　　 、
　　　　　 。
H2SO4、HA
0.5
促使Fe3+水解成Fe(OH)3沉淀
促使VO2+转化为V,有利于下一步沉钒
【解析】利用废钒催化剂(主要成分为:V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2和Fe2O3等)回收V2O5的工艺流程为:将废钒催化剂加入K2SO3在硫酸作用下进行还原,SiO2不溶于酸,过滤后在废渣I中,得到含阳离子VO2+、Fe2+、K+、H+的滤液,再加有机萃取剂HA进行萃取,分液得有机层,再加入试剂X进行反萃取,分液后有机萃取剂进入萃取环节循环使用,得到酸性水溶液,加KClO3氧化,再加KOH调节pH,过滤得废渣Ⅱ和含钒滤液,加入NH4Cl沉钒得NH4VO3,最后煅烧NH4VO3得产品V2O5,据此分析解答。
(1)根据分析,废渣I为难溶于硫酸的SiO2;“还原”过程中V2O5被K2SO3在酸性作用还原为VO2+,则反应的离子方程式为:V2O5+S+4H+═2VO2++S+2H2O。
(2)根据萃取和反萃取方程式:RSO4(水层)+2HA(有机层) 2RA2(有机层)+H2SO4(水层)可知,当发生萃取时,水层有硫酸生成,可以用在反萃取操作中;当发生反萃取时,有机层有HA产生,可以用在萃取操作中,所以可以循环使用的物质为:H2SO4、HA。
(3)根据分析,在氧化时发生的反应为:6VO2++Cl+3H2O═6V+Cl-+6H+,根据方程中关系量可知,要使3 mol的VO2+变为V,需要氧化剂KClO3至少为0.5 mol。　
(4)由于在反萃取后的酸性水溶液中还存在VO2+和Fe2+,经KClO3氧化后变为V和Fe3+,所以加入KOH后首先调节pH,促使Fe3+水解形成Fe(OH)3沉淀,过滤除去,同时根据题目已知转化V+H2O V+2H+,得到加入KOH还可以消耗H+使平衡右移生成更多的V,有利于下一步沉钒操作。
1.(2025·广东卷节选)我国是金属材料生产大国,绿色生产是必由之路。一种从多金属精矿中提取Fe、Cu、Ni等并探究新型绿色冶铁方法的工艺如下。
已知:多金属精矿中主要含有Fe、Al、Cu、Ni、O等元素。
氢氧化物 Fe(OH)3 Al(OH)3 Cu(OH)2 Ni(OH)2
Ksp(298K) 2.8×10-39 1.3×10-33 2.2×10-20 5.5×10-16
(1)“高压加热”时,生成Fe2O3的离子方程式为:
　　+O2+　　H2OO3↓+　　H+。
(2)①“700 ℃加热”步骤中,混合气体中仅加少量H2,但借助工业合成氨的逆反应,可使Fe不断生成。该步骤发生反应的化学方程式为
　　　　　　　　　 　和　　　　　　　 　　　　　　。
4Fe2+
4
2
8
2NH3 N2+3H2　
Fe2O3+3H2 2Fe+3H2O
【解析】(1)由于通入SO2“酸浸”,故浸取液中不含有Fe3+,“高压加热”时,Fe2+在酸性条件下被氧化为Fe2O3,离子方程式为:4Fe2++O2+4H2O
2Fe2O3↓+8H+;(2)①氨气分解为N2和H2,H2还原Fe2O3得到Fe单质和水,化学方程式为:2NH3 N2+3H2、Fe2O3+3H2 2Fe+3H2O。
2.(2025·甘肃卷节选) 研究人员设计了一种从铜冶炼烟尘(主要含S、As2O3及Cu、Zn、Pb的硫酸盐)中高效回收砷、铜、锌和铅的绿色工艺,部分流程如下:
已知:As2O3熔点314℃,沸点460 ℃。
分解温度:CuO 1100 ℃,CuSO4 560 ℃,
ZnSO4 680 ℃,PbSO4高于1000 ℃。
Ksp(PbSO4)=1.8×10-8。
(1)将SO2通入Na2CO3和Na2S的混合溶液可制得Na2S2O3,该反应的化学方程式为　　　 　　。
4SO2+Na2CO3+2Na2S═3Na2S2O3+CO2
【解析】(1)将SO2通入Na2CO3和Na2S的混合溶液可制得Na2S2O3,根据元素守恒可知还生成了二氧化碳,该反应的化学方程式为4SO2+Na2CO3+2Na2S═3Na2S2O3+CO2,故答案为:4SO2+Na2CO3+2Na2S═3Na2S2O3+CO2。
3.(2025·甘肃卷)铬盐产品广泛应用于化工、医药、印染等领域。通过闭环生产工艺将铬铁矿转化为重铬酸钾同时回收利用钾资源,可实现绿色化学的目标。过程如下:
已知:铬铁矿主要成分是Fe、、Al2O3、SiO2。
回答下列问题:
补全还原、分离工序中发生反应的化学方程式:
Fe(CO)5+　　 +　 ═Cr(OH)3↓+　　 +　　 +　　CO ↑

K2CrO4
4H2O
2KOH
5
【解析】Fe(CO)5做还原剂,将滤液Ⅰ中剩余的K2CrO4还原为Cr,自身转化为Fe,铁元素由0价升高到+3价,Cr由+6价降低到+3价,根据得失电子守恒,原子守恒,化学方程式:Fe(CO)5+K2CrO4+4H2O═Cr↓+Fe↓+2KOH+5CO↑。
4.(2024·江苏卷)贵金属银应用广泛。Ag与稀HNO3制得AgNO3,常用于循环处理高氯废水。
(1)还原AgCl。在AgCl沉淀中埋入铁圈并压实,加入足量0.5 mol·L-1盐酸后静置,充分反应得到Ag。铁将AgCl转化为单质Ag的化学方程式为　
　　　　　　　　　 (已知不与铁圈接触的AgCl也能转化为Ag)。
Fe+AgCl+2HCl═FeCl3+Ag+H2↑
(2)Ag的抗菌性能。纳米Ag表面能产生Ag+杀死细菌(如图所示),其抗菌性能受溶解氧浓度影响。纳米Ag溶解产生Ag+的离子方程式为
__________________________________。
4Ag+4H++O2═4Ag++2H2O
5.(2024·安徽卷)精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等多种元素。研究人员设计了一种从铜阳极泥中分离提取金和银的流程,如下图所示。
回答下列问题:
(1)“浸取2”步骤中,单质金转化为HAuCl4的化学方程式为
______________________________________________________________。
(2)“还原”步骤中,被氧化的N2H4与产物Au的物质的量之比为　　　　。
2Au+3H2O2+8HCl═2HAuCl4+6H2O
3∶4
【解析】(1)“浸取2”步骤中Au在盐酸作用下被H2O2氧化为HAuCl4,根据
Au、O元素的化合价变化和得失电子守恒等可写出化学方程式为2Au+3H2O2+8HCl═2HAuCl4+6H2O。
(2)结合题图流程及氧化还原反应规律可写出“还原”步骤的化学方程式为4HAuCl4+3N2H4═4Au+3N2↑+16HCl,反应中被氧化的N2H4与产物Au的物质的量之比为3∶4。