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培優(yōu)課堂　信息運(yùn)用——新情境下陌生方程式的書(shū)寫(xiě)
名師導(dǎo)語(yǔ)　化工流程題中常涉及新情境下陌生化學(xué)(或離子)方程式的書(shū)寫(xiě)，該類(lèi)試題所給予的信息新穎，考查的元素大多比較陌生，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)難度大、出錯(cuò)率高。解決此類(lèi)問(wèn)題首先需要克服恐懼心理，陌生元素只是載體，實(shí)則考轉(zhuǎn)化關(guān)系和守恒思想；變的只是情境，不變的還是原來(lái)的解題規(guī)律和方法。解題的關(guān)鍵是分析反應(yīng)前后物質(zhì)的變化，若有化合價(jià)變化則為氧化還原反應(yīng)；若無(wú)變化為非氧化還原反應(yīng)。最后運(yùn)用各自的配平規(guī)律配平即可。
【必備智能】
1.陌生方程式書(shū)寫(xiě)的思路
首先根據(jù)題給材料中的信息寫(xiě)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(wú)變化判斷反應(yīng)類(lèi)型：
(1)元素化合價(jià)無(wú)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)，除遵循質(zhì)量守恒定律外，還要遵循得失電子守恒定律。
最后根據(jù)題目要求寫(xiě)出化學(xué)方程式或離子方程式(需要遵循電荷守恒定律)即可。
2.陌生氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)步驟
【典例1】　SiCl4是生產(chǎn)多晶硅的副產(chǎn)物。利用SiCl4對(duì)廢棄的鋰電池正極材料LiCoO2進(jìn)行氯化處理以回收Li、Co等金屬，工藝路線如下：
回答下列問(wèn)題：
(1)燒渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物，“500 ℃焙燒”后剩余的SiCl4應(yīng)先除去，否則水浸時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量煙霧，用化學(xué)方程式表示其原因___________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)“850 ℃煅燒”時(shí)的化學(xué)方程式為_(kāi)__________________________________
______________________________________________________________。
【典例2】　釩具有廣泛用途。黏土釩礦中，釩以＋3、＋4、＋5價(jià)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N(xiāo)H4VO3。
回答下列問(wèn)題：
“酸浸氧化”中，VO＋和VO2＋被氧化成VO，同時(shí)還有________離子被氧化，其反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)______________________________________________。
寫(xiě)出VO＋轉(zhuǎn)化為VO反應(yīng)的離子方程式：_______________________________
_________________________________________________________________。
【培優(yōu)專(zhuān)練】
1.以焙燒黃鐵礦FeS2(雜質(zhì)為石英等)產(chǎn)生的紅渣為原料制備銨鐵藍(lán)Fe(NH4)Fe(CN)6顏料。工藝流程如下：
回答下列問(wèn)題：
(1)還原工序中，不生成S單質(zhì)的反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_________________________________________________________________。
(2)沉鐵工序產(chǎn)生的白色沉淀Fe(NH4)2Fe(CN)6中Fe的化合價(jià)為_(kāi)___________，氧化工序發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)___________________________________
________________________________________________________________。
2.鈦(Ti)及其合金是理想的高強(qiáng)度、低密度結(jié)構(gòu)材料。以鈦渣(主要成分為T(mén)iO2，含少量V、Si和Al的氧化物雜質(zhì))為原料，制備金屬鈦的工藝流程如下：
已知“降溫收塵”后，粗TiCl4中含有的幾種物質(zhì)的沸點(diǎn)：
物質(zhì) TiCl4 VOCl3 SiCl4 AlCl3
沸點(diǎn)/ ℃ 136 127 57 180
回答下列問(wèn)題：
(1)TiO2與C、Cl2，在600 ℃的沸騰爐中充分反應(yīng)后，混合氣體中各組分的分壓如下表：
物質(zhì) 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(yīng)的總化學(xué)方程式為_(kāi)_________________________。
②隨著溫度升高，尾氣中CO的含量升高，原因是___________________________。
(2)“除釩”過(guò)程中的化學(xué)方程式為_(kāi)_________________；“除硅、鋁”過(guò)程中，分離TiCl4中含Si、Al雜質(zhì)的方法是____________________________________。
3.(2023·全國(guó)乙卷節(jié)選)LiMn2O4作為一種新型鋰電池正極材料受到廣泛關(guān)注。由菱錳礦(MnCO3，含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制備LiMn2O4的流程如下：
已知：Ksp[Fe(OH)3]＝2.8×10－39，Ksp[Al(OH)3]＝1.3×10－33，Ksp[Ni(OH)2]＝5.5×10－16。
回答下列問(wèn)題：
(1)硫酸溶礦主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)___________________________________
________________________________________________________________。
(2)溶礦反應(yīng)完成后，反應(yīng)器中溶液pH＝4，此時(shí)c(Fe3＋)＝________ mol·L－1；用石灰乳調(diào)節(jié)至pH≈7，除去的金屬離子是________。
(3)加入少量BaS溶液除去Ni2＋，生成的沉淀有________。
(4)在電解槽中，發(fā)生電解反應(yīng)的離子方程式為
___________________________________________________________________。
(5)煅燒窯中，生成LiMn2O4反應(yīng)的化學(xué)方程式是__________________________。
培優(yōu)課堂2　信息運(yùn)用——新情境下陌生方程式的書(shū)寫(xiě)
【典例1】　[思維提示]　(1)“500 ℃焙燒”后剩余的SiCl4應(yīng)先除去，否則水浸時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量煙霧，由此可知，四氯化硅可與水反應(yīng)且能生成氯化氫和硅酸或原硅酸，故其原因是：SiCl4遇水劇烈水解，生成硅酸或原硅酸和氯化氫，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiCl4＋3H2O===H2SiO3＋4HCl↑或SiCl4＋4H2O===H4SiO4＋4HCl↑。(2)“850 ℃煅燒”時(shí)，Co(OH)2與O2反應(yīng)生成Co3O4和H2O，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為6Co(OH)2＋O22Co3O4＋6H2O。
答案　(1)SiCl4＋3H2O===H2SiO3＋4HCl↑(或SiCl4＋4H2O===H4SiO4＋4HCl↑)
(2)6Co(OH)2＋O22Co3O4＋6H2O
【典例2】　[思維提示]　“酸浸氧化”中，釩礦粉中的Fe3O4與硫酸反應(yīng)生成FeSO4、Fe2(SO4)3和水，MnO2具有氧化性，F(xiàn)e2＋具有還原性，則VO＋和VO2＋被氧化成VO的同時(shí)還有Fe2＋被氧化成Fe3＋。
VO＋轉(zhuǎn)化為VO時(shí)，釩元素的化合價(jià)由＋3價(jià)升至＋5價(jià)，1 mol VO＋失去2 mol電子，MnO2被還原為Mn2＋，Mn元素的化合價(jià)由＋4價(jià)降至＋2價(jià)，1 mol MnO2得到2 mol電子，根據(jù)得失電子守恒、質(zhì)量守恒和電荷守恒，再根據(jù)書(shū)寫(xiě)陌生氧化還原反應(yīng)方程式的流程，可得VO＋轉(zhuǎn)化為VO反應(yīng)的離子方程式為VO＋＋MnO2＋2H＋===VO＋Mn2＋＋H2O。
答案　Fe2＋　MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O　VO＋＋MnO2＋2H＋===VO＋Mn2＋＋H2O
培優(yōu)專(zhuān)練
1.答案　(1)7Fe2(SO4)3＋FeS2＋8H2O===15FeSO4＋8H2SO4
(2)＋2　6Fe(NH4)2Fe(CN)6＋ClO＋6H＋===6Fe(NH4)Fe(CN)6＋3H2O＋Cl－＋6NH
解析　還原工序中，不產(chǎn)生S單質(zhì)沉淀，則硫元素被氧化為SO，反應(yīng)原理為：14Fe3＋＋FeS2＋8H2O===15Fe2＋＋2SO＋16H＋。
2.答案　(1)①5TiO2＋6C＋10Cl25TiCl4＋2CO＋4CO2?、陔S著溫度升高，CO2與C發(fā)生反應(yīng)：C＋CO22CO
(2)3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3　蒸餾
解析　(1)①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，該溫度下C主要生成CO和CO2，根據(jù)同溫同體積下氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比可知TiCl4、CO和CO2的物質(zhì)的量之比約是5∶2∶4，所以TiO2與C、Cl2反應(yīng)的總化學(xué)方程式為5TiO2＋6C＋10Cl25TiCl4＋2CO＋4CO2。②隨著溫度升高，CO2與C發(fā)生反應(yīng)：C＋CO22CO，導(dǎo)致CO含量升高。(2)“降溫收塵”后釩元素主要以VOCl3形式存在，加入Al得到VOCl2渣，根據(jù)得失電子守恒和元素守恒配平化學(xué)方程式為3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3；AlCl3、SiCl4與TiCl4沸點(diǎn)差異較大，“除硅、鋁”過(guò)程中可采用蒸餾的方法分離AlCl3、SiCl4。
3.答案　(1)MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋H2O＋CO2↑
(2)2.8×10－9　Al3＋
(3)BaSO4、NiS
(4)Mn2＋＋2H2OH2↑＋MnO2↓＋2H＋
(5)2Li2CO3＋8MnO24LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑
解析　根據(jù)題給的流程，將菱錳礦置于反應(yīng)器中，加入硫酸和MnO2，可將固體溶解為離子，將雜質(zhì)中的Fe、Ni、Al等元素物質(zhì)也轉(zhuǎn)化為其離子形式，同時(shí)加入的MnO2可以將溶液中的Fe2＋氧化為Fe3＋；隨后將溶液pH調(diào)至約等于7，此時(shí)，根據(jù)已知條件給出的三種氫氧化物的溶度積進(jìn)行計(jì)算可得出將溶液中的Al3＋沉淀出來(lái)；隨后加入BaS，可以將溶液中的Ni2＋沉淀，得到相應(yīng)的濾渣；反應(yīng)后溶液中含有大量的Mn2＋，將此溶液置于電解槽中電解，得到MnO2，將MnO2與碳酸鋰共同煅燒得到最終產(chǎn)物L(fēng)iMn2O4。(1)菱錳礦中主要含有MnCO3，加入硫酸后可以與其反應(yīng)，硫酸溶礦主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋H2O＋CO2↑。(2)溶礦完成以后，反應(yīng)器中溶液pH＝4，此時(shí)溶液中c(OH－)＝1.0×10－10 mol·L－1，此時(shí)體系中含有的c(Fe3＋)＝＝2.8×10－9 mol·L－1，這時(shí)，溶液中的c(Fe3＋)小于1.0×10－5，認(rèn)為Fe3＋已經(jīng)沉淀完全；用石灰乳調(diào)節(jié)至pH≈7，這時(shí)溶液中c(OH－)＝1.0×10－7 mol·L－1，溶液中c(Al3＋)＝1.3×10－12 mol·L－1，c(Ni2＋)＝5.5×10－2 mol·L－1，c(Al3＋)小于1.0×10－5，Al3＋沉淀完全，這一階段除去的金屬離子是Al3＋。(3)加入少量BaS溶液除去Ni2＋，此時(shí)溶液中發(fā)生的離子方程式為BaS＋Ni2＋＋SO===BaSO4↓＋NiS↓，生成的沉淀有BaSO4、NiS。(4)在電解槽中，Mn2＋發(fā)生反應(yīng)生成MnO2，反應(yīng)的離子方程式為Mn2＋＋2H2OH2↑＋MnO2↓＋2H＋。(5)煅燒窯中MnO2與Li2CO3發(fā)生反應(yīng)生成LiMn2O4，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Li2CO3＋8MnO24LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑。

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