應(yīng)用“三個(gè)守恒”書(shū)寫(xiě)新高考化工流程題中復(fù)雜化學(xué)方程式方法

徐興宇

摘 要：文章應(yīng)用“得失電子守恒、電荷守恒、原子守恒”三個(gè)守恒，通過(guò)四道高考試題，詳細(xì)介紹了化工流程題中復(fù)雜化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)方法，此方法簡(jiǎn)單、實(shí)用、易于掌握.

關(guān)鍵詞：電子守恒；電荷守恒；原子守恒；化工流程題；化學(xué)方程式；高中化學(xué)

中圖分類號(hào)：G632?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1008-0333（2023）34-0129-04

新高考化學(xué)工藝流程題涉及復(fù)雜化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)［1］.本文通過(guò)2021年高考化工流程題，分兩種類型詳細(xì)介紹用“三個(gè)守恒”書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式的方法，并用該方法書(shū)寫(xiě)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(shū)寫(xiě)

書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式，使用“三個(gè)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(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用.某科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種熔鹽液相氧化法，制備高價(jià)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(shí)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.

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

分析 書(shū)寫(xiě)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(jià)Fe高溫連續(xù)氧化后生成的難溶于水的+3價(jià)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(jià)O化合物

離子方程式：

Fe（CrO2）2+O2CrO2-4+ Fe2O3

第二步：根據(jù)得失電子守恒，寫(xiě)出相應(yīng)系數(shù).

4Fe（CrO2）2+7O28CrO2-4+ 2Fe2O3

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).

反應(yīng)物電荷數(shù)：0，生成物電荷數(shù)：-8×2=-16，反應(yīng)物有NaHCO3參與反應(yīng)，故反應(yīng)物應(yīng)由HCO-3提供負(fù)電荷，電荷數(shù)為：-1×16 =-16，即反應(yīng)物由16HCO-3提供16個(gè)負(fù)電荷.

4Fe（CrO2）2+7O2+16HCO-38CrO2-4+2Fe2O3

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(gè)數(shù)守恒.

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

4Fe（CrO2）2+7O2+16HCO-38CrO2-4+ 2Fe2O3+ 16CO2

②最后觀察H、O原子個(gè)數(shù)，生成物補(bǔ)充8H2O，全部守恒.

4Fe（CrO2）2+7O2+16HCO-38CrO2-4+ 2Fe2O3+ 16CO2+8H2O

寫(xiě)成化學(xué)方程式：

4Fe（CrO2）2+ 7O2+16NaHCO38Na2CrO4+2 Fe2O3+ 16CO2+8H2O

2 非氧化還原反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)

書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式，使用“一個(gè)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(dú)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(dú)居石為原料制備Ce2（CO3）3·nH2O的工藝流程如圖2所示.

回答以下問(wèn)題：

（5）“沉鈰”過(guò)程中，生成Ce2（CO3）3·nH2O的離子方程式為_(kāi)______.

分析 書(shū)寫(xiě)步驟如下：

第一步：寫(xiě)出題中已經(jīng)確定的反應(yīng)物和生成物.

離子方程式：

Ce3++HCO-3Ce2（CO3）3·nH2O

第二步：原子守恒，應(yīng)用原子守恒配平主要原子.

2Ce3++3HCO-3Ce2（CO3）3·nH2O

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).

反應(yīng)物電荷數(shù)：2×3-3×1=3，生成物電荷數(shù)：0，反應(yīng)物有NH4HCO3參與反應(yīng)，故反應(yīng)物應(yīng)由HCO-3提供負(fù)電荷，電荷數(shù)為：-1×3=-3，即反應(yīng)物由3HCO-3提供3個(gè)負(fù)電荷.

2Ce3++3HCO-3+3HCO-3Ce2（CO3）3·nH2O

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(gè)數(shù)守恒.

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

2Ce3++3HCO-3+3HCO-3Ce2（CO3）3·nH2O+3CO2

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

2Ce3++6HCO-3+（n-3）H2O Ce2（CO3）3·nH2O+3CO2

例3 ［2021年全國(guó)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(guò)圖3所示工藝流程回收鈦、鋁、鎂等.

回答下列問(wèn)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(xiě)出Al2O3轉(zhuǎn)化為NH4Al（SO4）2的化學(xué)方程式_______.

分析 書(shū)寫(xiě)步驟如下：

第一步 ：寫(xiě)出題中已經(jīng)確定的反應(yīng)物和生成物.

化學(xué)方程式：

Al2O3+（NH4）2SO4NH4Al（SO4）2

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

1Al2O3+（NH4）2SO42NH4Al（SO4）2

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：

1Al2O3+4（NH4）2SO42NH4Al（SO4）2

③再N原子守恒：

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

1Al2O3+4（NH4）2SO4

2NH4Al（SO4）2+6NH3

④最后觀察H、O原子個(gè)數(shù)，生成物補(bǔ)充3H2O，全部守恒.

1Al2O3+4（NH4）2SO42NH4Al（SO4）2+6NH3+3H2O

第二種情況：

⑤先N原子守恒：

1Al2O3+1（NH4）2SO42NH4Al（SO4）2

⑥再S原子守恒：

反應(yīng)物中有1個(gè)S原子，生成物中有4個(gè)S原子，反應(yīng)物中還應(yīng)再有3個(gè)S原子，但必須是呈電中性化合價(jià)為+6價(jià)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(wú)SO3或H2SO4參與此步反應(yīng).故這種情況不能寫(xiě)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(gè)實(shí)驗(yàn)小組按圖4所示流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

回答：

（3）①寫(xiě)出X到A的化學(xué)方程式_______.

②X難溶于水，但可溶于氨水中，寫(xiě)出該反應(yīng)的離子方程式_______.

分析 第①問(wèn)的書(shū)寫(xiě)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(jià)降低，得到電子，則氨中N化合價(jià)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

離子方程式：NH3+Cu3O2-4Cu+N2

第二步：應(yīng)用得失電子守恒，寫(xiě)出相應(yīng)系數(shù).

2NH3+Cu3O2-43Cu+N2

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(gè)負(fù)電荷.

2NH3+Cu3O2-43Cu+N2+2OH-

第四步：原子守恒，觀察H、O原子個(gè)數(shù)，生成物補(bǔ)充2H2O，全部守恒.

2NH3+Cu3O2-43Cu+N2+2OH-+2H2O

寫(xiě)成化學(xué)方程式：

2NH3+BaCu3O4Ba（OH）2+3Cu+N2+2H2O

第②問(wèn)的書(shū)寫(xiě)步驟如下；

第一步：寫(xiě)出題中已經(jīng)確定的反應(yīng)物和生成物.

離子方程式：

Cu3O2-4+NH3·H2OCu（NH3）2+4

第二步：應(yīng)用原子守恒配平主要原子.

Cu3O2-4+12NH3·H2O3Cu（NH3）2+4

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(gè)負(fù)電荷.

Cu3O2-4+12NH3·H2O3Cu（NH3）2+4+8OH-

第四步：原子守恒，觀察H、O原子個(gè)數(shù)，生成物補(bǔ)充8H2O，全部守恒.

Cu3O2-4+12NH3·H2O

3Cu（NH3）2+4+8OH-+8H2O

BaCu3O4難溶于水，離子方程式中BaCu3O4不能寫(xiě)成Cu3O2-4，

故離子方程式為：

BaCu3O4+12NH3·H2O3Cu（NH3）2+4+Ba2++8OH-+8H2O

參考文獻(xiàn)：

［1］ 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［責(zé)任編輯：季春陽(yáng)］