應(yīng)用“三個守恒”書寫新高考化工流程題中復(fù)雜化學(xué)方程式方法

徐興宇

(河北豐寧滿族自治縣第一中學(xué),河北 承德 068350)

新高考化學(xué)工藝流程題涉及復(fù)雜化學(xué)方程式書寫[1].本文通過2021年高考化工流程題,分兩種類型詳細介紹用“三個守恒”書寫化學(xué)方程式的方法,并用該方法書寫2022年高考化工流程題涉及的化學(xué)方程式加以佐證.

1 氧化還原反應(yīng)方程式書寫

書寫化學(xué)方程式,使用“三個守恒”順序依次為:得失電子守恒、電荷守恒、原子守恒.

例1[2021年河北省普通高中學(xué)業(yè)水平選擇性考試化學(xué)試題15題 (5)]綠色化學(xué)在推動社會可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用.某科研團隊設(shè)計了一種熔鹽液相氧化法,制備高價鉻鹽的新工藝,該工藝不消耗除鉻鐵礦、氫氧化鈉和空氣以外的其他原料,不產(chǎn)生廢棄物,實現(xiàn)了Cr—Fe—Al—Mg深度利用和Na+內(nèi)循環(huán).工藝流程如圖1所示.

圖1 工藝流程

(5)物質(zhì)V可代替高溫連續(xù)氧化工序中的NaOH,此時發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為:____.

分析書寫步驟如下:

第一步 :確定氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物.

反應(yīng)物:Fe(CrO2)2、O2、NaHCO3

生成物:Na2CrO4,濾渣I中有Fe(CrO2)2中+2價Fe高溫連續(xù)氧化后生成的難溶于水的+3價Fe化合物,經(jīng)分析為Fe2O3.

氧化劑:O2;還原劑: Fe(CrO2)2

氧化產(chǎn)物:Na2CrO4、Fe2O3;還原產(chǎn)物:-2價O化合物

離子方程式:

第二步:根據(jù)得失電子守恒,寫出相應(yīng)系數(shù).

第三步:電荷守恒,即反應(yīng)物所帶電荷數(shù)=生成物所帶電荷數(shù).

第四步:原子守恒,應(yīng)用原子守恒依次配平主要原子和H、O等原子.

①配平主要原子C,使C原子個數(shù)守恒.

反應(yīng)物有16個C原子,生成物也應(yīng)有16個C原子,但必須是呈電中性化合價為+4價的C的化合物.經(jīng)分析16CO2符合.

②最后觀察H、O原子個數(shù),生成物補充8H2O,全部守恒.

寫成化學(xué)方程式:

8Na2CrO4+2 Fe2O3+ 16CO2+8H2O

2 非氧化還原反應(yīng)方程式書寫

書寫化學(xué)方程式,使用“一個守恒”:原子守恒.

例2 [2021年湖南省普通高中學(xué)業(yè)水平選擇性考試化學(xué)試題17題(5)]Ce2(CO3)3可用于催化劑載體及功能材料的制備.天然獨居石中,鈰(Ce)主要以CePO4形式存在,還含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物質(zhì).以獨居石為原料制備Ce2(CO3)3·nH2O的工藝流程如圖2所示.

圖2 工藝流程

回答以下問題:

(5)“沉鈰”過程中,生成Ce2(CO3)3·nH2O的離子方程式為____.

分析書寫步驟如下:

第一步:寫出題中已經(jīng)確定的反應(yīng)物和生成物.

離子方程式:

第二步:原子守恒,應(yīng)用原子守恒配平主要原子.

第三步:電荷守恒,即反應(yīng)物所帶電荷數(shù)=生成物所帶電荷數(shù).

第四步:原子守恒,應(yīng)用原子守恒依次配平主要原子和H、O原子.

①配平主要原子C,使C原子個數(shù)守恒.

反應(yīng)物中有6個C原子,生成物中已有3個C原子還應(yīng)再有3個C原子,但必須是呈電中性化合價為+4價的C元素的化合物,經(jīng)分析3CO2符合.

Ce2(CO3)3·nH2O+3CO2

②最后觀察H、O原子個數(shù),反應(yīng)物補充(n-3)H2O,全部守恒.

Ce2(CO3)3·nH2O+3CO2

例3[2021年全國乙卷化學(xué)試題26題(1)]磁選后的煉鐵高鈦爐渣中,其主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO和少量Fe2O3,為節(jié)約并充分利用資源,通過圖3所示工藝流程回收鈦、鋁、鎂等.

圖3 工藝流程

回答下列問題:

(1)“焙燒”中,TiO2、SiO2幾乎不能發(fā)生化學(xué)反應(yīng),Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3轉(zhuǎn)化為相應(yīng)硫酸鹽,寫出Al2O3轉(zhuǎn)化為NH4Al(SO4)2的化學(xué)方程式____.

分析書寫步驟如下:

第一步 :寫出題中已經(jīng)確定的反應(yīng)物和生成物.

化學(xué)方程式:

第二步:原子守恒,應(yīng)用原子守恒依次配平主要原子和H、O原子.

①Al原子守恒

還有S原子守恒和N原子守恒兩種情況.

第一種情況:

②先S原子守恒:

③再N原子守恒:

反應(yīng)物中有8個N原子,生成物中已有2個N原子還應(yīng)再有6個N原子,但必須是呈電中性化合價為+3價的N元素的化合物.經(jīng)分析6NH3符合.

2NH4Al(SO4)2+6NH3

④最后觀察H、O原子個數(shù),生成物補充3H2O,全部守恒.

2NH4Al(SO4)2+6NH3+3H2O

第二種情況:

⑤先N原子守恒:

⑥再S原子守恒:

反應(yīng)物中有1個S原子,生成物中有4個S原子,反應(yīng)物中還應(yīng)再有3個S原子,但必須是呈電中性化合價為+6價的S元素的化合物.經(jīng)分析3SO3或3H2SO4符合.但從工藝流程分析,高爐礦渣焙燒工序,無SO3或H2SO4參與此步反應(yīng).故這種情況不能寫出化學(xué)方程式.

例4[2022年6月浙江省普通高校招生選考科目考試化學(xué)試題28題(3)]化合物X由三種元素組成,某個實驗小組按圖4所示流程進行實驗.

圖4 工藝流程

回答:

(3)①寫出X到A的化學(xué)方程式____.

②X難溶于水,但可溶于氨水中,寫出該反應(yīng)的離子方程式____.

分析第①問的書寫步驟如下:

第一步 :確定氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物.

反應(yīng)物:BaCu3O4、NH3

生成物:Cu,Cu化合價降低,得到電子,則氨中N化合價升高,NH3被氧化生成N2.

氧化劑:BaCu3O4;還原劑:NH3

氧化產(chǎn)物:N2;還原產(chǎn)物:Cu

第二步:應(yīng)用得失電子守恒,寫出相應(yīng)系數(shù).

第三步:電荷守恒.

反應(yīng)物電荷數(shù):-2,生成物電荷數(shù): 0,反應(yīng)物有NH3參與反應(yīng),堿性環(huán)境,故生應(yīng)物應(yīng)由OH-提供負(fù)電荷,電荷數(shù)為:-1×2 =-2,即生成物由2OH-提供2個負(fù)電荷.

第四步:原子守恒,觀察H、O原子個數(shù),生成物補充2H2O,全部守恒.

寫成化學(xué)方程式:

第②問的書寫步驟如下;

第一步:寫出題中已經(jīng)確定的反應(yīng)物和生成物.

離子方程式:

第二步:應(yīng)用原子守恒配平主要原子.

第三步:電荷守恒.

反應(yīng)物電荷數(shù):-2,生成物電荷數(shù):3×2=+6,反應(yīng)物有NH3·H2O參與反應(yīng),堿性環(huán)境.故生成物應(yīng)由OH-提供負(fù)電荷,電荷數(shù)為:-1×8=-8,即生成物由8OH-提供8個負(fù)電荷.

第四步:原子守恒,觀察H、O原子個數(shù),生成物補充8H2O,全部守恒.