新教材2024高考化學(xué)二輪專題復(fù)習(xí)專題11化學(xué)工藝流程考點3化工流程中方程式的書寫與計算教師用書

考點3化工流程中方程式的書寫與計算核心梳理1.化工流程中化學(xué)方程式的書寫思路獲取信息首先根據(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)前后元素化合價有無變化判斷反應(yīng)類型確定類型類型1元素化合價無變化則為非氧化還原反應(yīng)，遵循質(zhì)量守恒定律類型2元素化合價有變化則為氧化還原反應(yīng)，除遵循質(zhì)量守恒外，還要遵循得失電子守恒規(guī)律規(guī)范作答最后根據(jù)題目要求寫出化學(xué)方程式或離子方程式(需要遵循電荷守恒規(guī)律)即可2.化工流程中的有關(guān)計算(1)有關(guān)Ksp的計算?？夹问接校孩倥袛嗄芊癯恋恚虎谂袛嗄芊癯恋硗耆?；③計算某一離子的濃度；④沉淀生成和沉淀完全時pH的計算。(2)產(chǎn)率、純度的計算①計算公式純度＝×100%產(chǎn)物的產(chǎn)率＝×100%②計算方法：守恒法或關(guān)系式法。典題精研考向化工流程中方程式的書寫與計算例3用軟錳礦(主要成分為MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制備高純MnCO3的工藝流程如下：已知：MnO2是一種兩性氧化物；25℃時相關(guān)物質(zhì)的Ksp見下表。物質(zhì)Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Mn(OH)2Ksp1×10－16.31×10－38.61×10－32.31×10－12.7回答下列問題：(1)軟錳礦預(yù)先粉碎的目的是________________________________________________________________________，MnO2與BaS溶液反應(yīng)轉(zhuǎn)化為MnO的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________。(2)凈化時需先加入的試劑X為________(填化學(xué)式)，再使用氨水調(diào)溶液的pH，則pH的理論最小值為________(當(dāng)溶液中某離子濃度c≤1.0×10－5mol·L－1時，可認(rèn)為該離子沉淀完全)。(3)碳化過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。練3某廢釩渣(主要成分為V2O3，含有少量Al2O3、CaO)為原料生產(chǎn)V2O5的工藝流程如圖：已知：釩酸(H3VO4)是強(qiáng)酸，NH4VO3難溶于水；＋5價釩在溶液中的主要存在形式與溶液pH的關(guān)系如表。pH4～66～88～1010～12主要離子V2(1)已知Ca(VO3)2難溶于水，可溶于鹽酸。若“酸浸”時溶液的pH＝4，則Ca(VO3)2溶于鹽酸的離子方程式為______________________________________________。(2)Ksp(CaCO3)＝m，Ksp[Ca3(VO4)2]＝n；則反應(yīng)Ca3(VO4)2(s)＋3?2(aq)＋3CaCO3(s)的平衡常數(shù)為____________。(用含m、n的代數(shù)式表示)(3)NH4VO3灼燒脫氨可得V2O5。在硫酸酸化條件下，V2O5可與草酸(H2C2O4)溶液反應(yīng)得到含VO2＋的溶液，反應(yīng)的離子方程式為____________________________________。(4)測定產(chǎn)品中V2O5的純度：取ag產(chǎn)品用硫酸溶解得(VO2)2SO4溶液，加入b1mLc1mol·L－1(NH4)2Fe(SO4)2溶液(＋2H＋＋Fe2＋=VO2＋＋Fe3＋＋H2O)，再用c2mol·L－1KMnO4溶液滴定過量的(NH4)2Fe(SO4)2至終點，消耗KMnO4溶液的體積為b2mL。已知被還原為Mn2＋，假設(shè)雜質(zhì)不參與反應(yīng)。則產(chǎn)品中V2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是________(V2O5的摩爾質(zhì)量為Mg·mol－1)。[例3]解析：(1)對軟錳礦進(jìn)行粉碎，其表面積增大，在后續(xù)加入硫化鋇溶液時，固體與溶液接觸面積大，充分反應(yīng)，能提高反應(yīng)速率。分析該制備工藝流程圖可知，“反應(yīng)”操作中硫化鋇中的硫元素轉(zhuǎn)化為硫單質(zhì)，硫化鋇中的鋇元素轉(zhuǎn)化為氫氧化鋇，故軟錳礦中的二氧化錳在“反應(yīng)”操作中被硫化鋇中的S2－還原，Mn元素由＋4價轉(zhuǎn)化為＋2價，故MnO2與BaS溶液反應(yīng)轉(zhuǎn)化為MnO的化學(xué)方程式是MnO2＋BaS＋H2O=Ba(OH)2＋MnO＋S。(2)由軟錳礦中的雜質(zhì)成分有Fe3O4可知，其經(jīng)過與S2－的“反應(yīng)”操作后主要以Fe2＋形式存在，結(jié)合表中四種氫氧化物的溶度積數(shù)據(jù)，為減少M(fèi)n(OH)2的損失，需將Fe2＋轉(zhuǎn)化為Fe3＋，然后再調(diào)節(jié)溶液pH，使雜質(zhì)Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3，故“凈化”操作中需加入氧化劑，結(jié)合后續(xù)操作中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化可知，“凈化”操作中加入的試劑X為過氧化氫(H2O2)溶液。對比表中的溶度積數(shù)據(jù)可知，相較于Fe(OH)3，Al(OH)3的溶度積較大，若要除去Al(OH)3、Fe(OH)3兩種雜質(zhì)，以前者的溶度積進(jìn)行計算，推知調(diào)節(jié)溶液的pH大小，由已知信息可知，沉淀完全的最大金屬離子濃度為1.0×10－5mol·L－1，此時c3(OH－)＝Ksp[Al(OH)3]/c(Al3＋)＝＝1×10－27.3mol3·L－3，則c(OH－)＝1×10－9.1mol·L－1，c(H＋)＝mol·L－1＝，此時pH＝4.9。(3)由工藝流程圖中的“碳化”操作可知，該操作中加入的物質(zhì)是碳酸氫銨、氨水，而“壓濾”操作后的濾液中含Mn2＋，由目標(biāo)產(chǎn)物可知，該反應(yīng)的生成物中有碳酸錳，故“碳化”過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是+NH3·H2O=MnCO3↓＋＋H2O。答案：(1)增大接觸面積，充分反應(yīng)，提高反應(yīng)速率MnO2＋BaS＋H2O=Ba(OH)2＋MnO＋S(2)H2O24.9(3)＋NH3·H2O=MnCO3↓＋＋H2O[練3]解析：由題給流程可知，廢釩渣中加入CaO在空氣中焙燒時，V2O3與CaO、空氣中的氧氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Ca(VO3)2，Al2O3與CaO反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Ca(AlO2)2；向焙燒后的固體中加入鹽酸，將Ca(VO3)2轉(zhuǎn)化為H3VO4，Ca(AlO2)2轉(zhuǎn)化為沉淀，過濾得到含有Al(OH)3的濾渣1和含有H3VO4的濾液；向濾液中加入石灰乳，將H3VO4轉(zhuǎn)化為Ca3(VO4)2沉淀，過濾得到濾液1和Ca3(VO4)2；向中加入碳酸銨溶液，將Ca3(VO4)2轉(zhuǎn)化為(NH3)3VO4，過濾得到含有CaCO3的濾渣2和含有(NH3)3VO4的濾液；向濾液中加入氯化銨固體，將(NH3)3VO4轉(zhuǎn)化為NH4VO3沉淀，過濾得到濾液2和NH4VO3；NH4VO3灼燒脫氨制得V2O5。(1)酸浸前將塊狀固體粉碎，可以增大反應(yīng)物的接觸面積，加快酸浸速率，使酸浸更加充分；由表格信息可知，溶液pH為4時，釩元素在溶液中以形式存在，則Ca(VO3)2與鹽酸反應(yīng)生成CaCl2、VO2Cl和H2O，反應(yīng)的離子方程式為＋2H2O。(2)由方程式可知，反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝＝＝＝。(3)由題意可知，在硫酸酸化條件下，V2O5與H2C2O4溶液反應(yīng)生成VO2＋、CO2和H2O，反應(yīng)的離子方程式為V2O5＋H2C2O4＋4H＋=2VO2＋＋2CO2↑＋3H2O。(4)測定產(chǎn)品中五氧化二釩的純度