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氧化还原反应方程式的书写
1.(2023·邢台模拟)电池级Li2CO3广泛应用于高能锂电池制造领域。一种以铁锂云母(主要成分为K2O、Li2O、FeO、Al2O3、SiO2等)为原料制备Li2CO3的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)从工业生产实际分析,氧化时加入物质A的最佳选择为　　　　(填选项字母),该步骤的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
a.Cl2 b.H2O2 c.空气 d.KMnO4
(2)“沉铁”时生成Fe4[Fe(CN)6]3,则“转化”时发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
2.(2023·佛山一模)镍是重要的战略金属资源,一种从某高镁低品位铜镍矿(主要成分为CuFeS2、FeS2、3NiO·4SiO2·H2O、3MgO·4SiO2·H2O等)中回收Cu、Ni的工艺流程如图所示:
(1)NaFe3(SO4)2(OH)6中,Fe元素的化合价为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)“氧压浸出”的滤渣有S和　　　　,该环节中CuFeS2发生的化学反应方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
3.(2023·天津河西区二模)锰的冶炼有多种方法,其中以某锰矿(主要成分为MnCO3,主要杂质有SiO2、MnS、CuS、FeS)为原料,设计如下流程可制得金属Mn。
已知:金属硫化物的溶度积常数如下表。
物质 CuS MnS FeS
Ksp 6.3×10-36 2.5×10-10 6.3×10-18
(1)脱硫步骤:硫化物均转化为单质S,其反应中的氧化剂为　　　　;SiO2能被部分反应而得到的产物为　　　　。
(2)酸浸步骤:ⅰ反应后的溶液中含Fe2+,写出ⅱ反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
滤渣1含有的物质有　　　　。若未经脱硫直接酸浸,不利的方面是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)调pH的目的为去除铁元素,则产生滤渣2的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
4.(2023·承德模拟)氧化钡广泛用于玻璃、陶瓷工业,是制取过氧化钡和钡盐的原料。一种利用钡泥[含BaCO3、BaSO3、Ba(FeO2)2等]制取氧化钡的绿色工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)酸溶时,Ba(FeO2)2与稀硝酸反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)产生滤渣1反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
5.(2023·西安二模)HDS催化剂广泛用于石油炼制和化学工业生产中,通常利用加碱焙烧——水浸取法从HDS废催化剂(主要成分为MoS、NiS、V2O5、Al2O3)中提取贵重金属钒和钼,其工艺流程如图所示。
已知:Ⅰ.MoO3、V2O5、Al2O3均可与纯碱反应生成对应的钠盐,而NiO不行。
Ⅱ.高温下,NH4VO3易分解产生N2和一种含氮元素的气体。
请回答下列问题:
(1)请写出“焙烧”过程中MoS及Al2O3分别与纯碱反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)“浸渣”的成分为　　　　(填化学式);“滤液2”中的成分除了Na2MoO4外,还含有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(填化学式)。
(3)“沉钒”时生成NH4VO3沉淀,请写出“煅烧”中发生反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
6.(2023·南阳三模)铝酸铋[Bi(AlO2)3]主要用作抗酸药及抗溃疡药,具有中和胃酸和收敛作用。以辉铋矿(主要成分为Bi2S3,含有SiO2、Cu2S、FeS2杂质)为原料制备铝酸铋的一种工艺流程如图所示:
已知:①Cu(OH)2能溶于氨水生成[Cu(NH3)4]2+。
②Sn2+和Sn4+在碱性溶液中分别以[Sn(OH)4]2-和[Sn(OH)6]2-的形式存在。
请回答下列问题:
(1)滤渣1中除了硫单质,还含另一种物质是　　　　　　　　　　　　　　　　　,
FeCl3与Cu2S反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为　　　　。
(2)“还原”时,加入铋的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)在碱性溶液中,可用[Sn(OH)4]2-鉴定Bi3+存在,Bi3+被还原为Bi写出该反应的离子方程式:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)在氢氧化钠溶液中,次氯酸钠能将Bi(OH)3氧化为NaBiO3,写出该反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
7.(2023·福州质检)菱锰矿的主要成分为MnCO3,主要杂质为SiO2、CaCO3、Al2O3、FeCO3、NiS。利用菱锰矿制晶体MnO的流程如下:
(1)酸浸时含锰组分发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)氧化过滤时体系溶液的pH=3,此时发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)沉锰时发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
滤液X中含有　　　　,经浓缩结晶可做化肥。
8.(2023·茂名一模)某废旧锂离子电池的正极材料成分为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和Al,下图为从其中回收钴、镍的工艺流程。
回答下列问题:
(1)LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2中的Co元素为+3价,Ni2+、Ni3+和Co3+个数比为3∶2∶2,则Mn元素化合价为　　　　。
(2)“碱浸过滤”所得滤液的主要成分为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)“还原焙烧”过程发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
9.(2023·岳阳二模)硼氢化钠(NaBH4)广泛用于化工生产,常温下能与水反应,碱性条件下能稳定存在,易溶于异丙胺(沸点为33 ℃)。工业上可用硼镁矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O,含少量杂质Fe3O4)制取NaBH4,其工艺流程如图所示。
回答下列问题:
(1)碱溶过滤得滤渣的主要成分是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　、
　　　　　　。
(2)写出Na2B4O7制取NaBH4的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
10.(2023·安庆二模)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”中铝元素所发生的离子反应方程式
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
11.(2023·无锡模拟)用低品铜矿(主要含CuS、FeO)制备Cu2O的一种工艺流程如图:
(1)“酸浸”中CuS发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)“除锰”时的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
氧化还原反应方程式的书写
1.(1)c　4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O
(2)Fe4[Fe(CN)6]3+12OH-4FeO(OH)+3[Fe(CN)6]4-+4H2O
解析　(1)从工业生产实际分析,考虑环保和经济成本两个角度,氧化时加入物质A的最佳选择为空气,该步骤的离子方程式为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O。(2)“沉铁”时生成Fe4[Fe(CN)6]3沉淀,加氢氧化钠后转变为FeO(OH)和Na4[Fe(CN)6],则“转化”时发生反应的离子方程式Fe4[Fe(CN)6]3+12OH-4FeO(OH)+3[Fe(CN)6]4-+4H2O。
2.(1)+3　(2)SiO2　4CuFeS2+10H2SO4+5O24CuSO4+2Fe2(SO4)3+8S↓+10H2O
解析　(1)已知钠离子带一个正电荷,硫酸根带两个负电荷,氢氧根带一个负电荷,根据化合价代数和为0可知NaFe3(SO4)2(OH)6中,Fe元素的化合价为+3价;(2)“氧压浸出”的滤渣有S和SiO2,该环节中CuFeS2与H2SO4、O2反应生成CuSO4、Fe2(SO4)3、S和H2O,根据氧化还原反应配平可得该反应的化学反应方程式为4CuFeS2+10H2SO4+5O24CuSO4+2Fe2(SO4)3+8S↓+10H2O。
3.(1)O2　Na2SiO3　(2)MnO2+2Fe2++4H+Mn2++2Fe3++2H2O　SiO2、H2SiO3、MnO2　酸浸时会产生污染空气的有毒气体H2S
(3)Fe3++3NH3·H2OFe(OH)3↓+3N
解析　(1)脱硫步骤:硫化物均转化为单质S,硫元素化合价升高为还原剂,反应中氧气中氧元素化合价降低,为氧化剂,故其反应中的氧化剂为氧气;部分SiO2能和氢氧化钠生成硅酸钠;(2)酸浸步骤:ⅰ反应后的溶液中含Fe2+,亚铁离子和加入的二氧化锰发生氧化还原反应生成铁离子、锰离子和水:MnO2+2Fe2++4H+Mn2++2Fe3++2H2O;滤渣1含有的物质有部分不反应的SiO2,Na2SiO3与H2SO4反应生成的H2SiO3,及过量的MnO2;若未经脱硫直接酸浸,不利的方面是酸浸时硫化物与酸反应会产生污染空气的有毒气体H2S;(3)调pH的目的为去除铁元素,则产生滤渣2反应为加入的氨水和铁离子生成红褐色氢氧化铁沉淀和铵根离子,Fe3++3NH3·H2OFe(OH)3↓+3N。
4.(1)Ba(FeO2)2+8HNO3Ba(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O
(2)3BaSO3+2H++2N3BaSO4↓+2NO↑+H2O
解析　(1)酸溶时,Ba(FeO2)2与稀硝酸反应的化学方程式为Ba(FeO2)2+8HNO3Ba(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O。(2)产生滤渣1反应的离子方程式是3BaSO3+2H++2N3BaSO4↓+2NO↑+H2O。
5.(1)2MoS+2Na2CO3+5O22Na2MoO4+2CO2+2SO2　Al2O3+Na2CO32NaAlO2+CO2↑
(2)NiO　NaVO3、NaHCO3
(3)6NH4VO33V2O3+2N2↑+2NH3↑+9H2O
解析　(1)由题中的信息可知,MoS及Al2O3分别与纯碱反应的化学方程式为2MoS+2Na2CO3+5O22Na2MoO4+2CO2+2SO2、Al2O3+Na2CO32NaAlO2+CO2↑;(2)硫化物焙烧时生成氧化物和二氧化硫,由于NiO不能与碳酸钠反应,故“水浸”时以“浸渣”的形式沉淀出来,而MoO3、V2O5、Al2O3与纯碱反应生成Na2MoO4、NaVO3和NaAlO2,沉铝时通入过量的CO2生成沉淀Al(OH)3和NaHCO3,故“浸渣”的成分为NiO;“滤液2”中的成分除了Na2MoO4外,还含有NaVO3、NaHCO3;(3)由信息和流程可知,NH4VO3沉淀煅烧时分解产生V2O3和两种气体,根据氧化还原反应原理可知,其中一种气体为氮气,另外一种只能是氨气,故反应的化学方程式为6NH4VO33V2O3+2N2↑+2NH3↑+9H2O。
6.(1)SiO2　4∶1　(2)将Fe3+还原为Fe2+,防止沉铋时有Fe(OH)3生成
(3)2Bi3++3[Sn(OH)4]2-+6OH-2Bi↓+3[Sn(OH)6]2-
(4)Bi(OH)3+NaOH+NaClONaBiO3+NaCl+2H2O
解析　由题给流程可知,辉铋矿中加入氯化铁和盐酸的混合溶液浸取时,金属硫化物转化为硫和可溶性金属氯化物,二氧化硅与混合溶液不反应,过滤得到含有硫、二氧化硅的滤渣和滤液;向滤液中加入铋,将溶液中的铁离子还原为亚铁离子,过滤得到滤液;调节滤液的pH,将铋离子、铜离子转化为氢氧化铋、氢氧化铜沉淀,过滤得到含有亚铁离子的滤液和滤渣;向滤渣中加入氨水,将氢氧化铜转化为四氨合铜离子,过滤得到含有四氨合铜离子的滤液和氢氧化铋;氢氧化铋溶于稀硝酸得到硝酸铋溶液,硝酸铋溶液与偏铝酸钠溶液反应制得铝酸铋。(1)由分析可知,滤渣1的主要成分是硫和二氧化硅;氯化铁溶液与硫化亚铜反应生成氯化亚铁、氯化铜和硫沉淀,反应的化学方程式为4FeCl3+Cu2S4FeCl2+2CuCl2+S,则反应中氧化剂氯化铁与还原剂硫化亚铜的物质的量之比为4∶1;(2)由分析可知,“还原”时,加入铋的目的是将溶液中的铁离子还原为亚铁离子,防止沉铋时有氢氧化铁沉淀生成;(3)由题意可知,碱性溶液中 [Sn(OH)4]2-与Bi3+反应生成Bi和[Sn(OH)6]2-,反应的离子方程式为2Bi3++3[Sn(OH)4]2-+6OH-2Bi↓+3[Sn(OH)6]2-;(4)由题意可知,在氢氧化钠溶液中,次氯酸钠溶液与Bi(OH)3反应生成NaBiO3、氯化钠和水,反应的化学方程式为Bi(OH)3+NaOH+NaClONaBiO3+NaCl+2H2O。
7.(1)MnCO3+H2SO4MnSO4+H2O+CO2↑
(2)MnO2+2Fe2++4H2O2Fe(OH)3↓+Mn2++2H+
(3)Mn2++2HCMnCO3↓+H2O+CO2↑　
(NH4)2SO4
解析　(1)酸浸时MnCO3和硫酸反应生成硫酸锰、二氧化碳、水,发生反应的化学方程式为MnCO3+H2SO4MnSO4+H2O+CO2↑;(2)氧化过滤时体系溶液的pH=3,目的是氧化Fe2+生成Fe(OH)3沉淀,此时发生反应的离子方程式为MnO2+2Fe2++4H2O2Fe(OH)3↓+Mn2++2H+。(3)沉锰时碳酸氢铵和硫酸锰反应生成碳酸锰沉淀、硫酸铵、二氧化碳,发生反应的离子方程式为Mn2++2HCMnCO3↓+H2O+CO2↑;滤液X中含有(NH4)2SO4,经浓缩结晶可做化肥。
8.(1)+4　(2)NaAlO2
(3)10LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2+6C5Ni+2Co+3MnO+CO2↑+5Li2CO3
解析　(1)LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2中的Co元素为+3价,Ni2+、Ni3+和Co3+个数比为3∶2∶2,根据化合价代数和为0,可知1+0.3×2+0.2×3+0.2×3+x×0.3+(-2)×2=0,求得x=4,Mn元素化合价为+4;(2)Al溶于NaOH生成NaAlO2,所得滤液中主要成分是NaAlO2;(3)“还原焙烧”过程C做还原剂,将LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2还原,由题中信息可知产物为Ni、Co、MnO、Li2CO3和CO2,所以发生反应的化学方程式10LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2+6C5Ni+2Co+3MnO+CO2↑+5 Li2CO3。
9.(1)Fe3O4　Mg(OH)2
(2)Na2B4O7+16Na+8H2+7SiO24NaBH4+7Na2SiO3
解析　(1)Fe3O4不溶于氢氧化钠,Mg2B2O5·H2O和氢氧化钠反应生成氢氧化镁沉淀、NaBO2,过滤出Fe3O4、氢氧化镁沉淀,碱溶过滤得滤渣的主要成分是Fe3O4、Mg(OH)2;(2)Na2B4O7、Na、H2、SiO2在高温条件下生成NaBH4和硅酸钠,制取NaBH4的化学方程式为Na2B4O7+16Na+8H2+7SiO24NaBH4+7Na2SiO3。
10.(1)V、Fe或钒、铁　Na2CO3+V2O3+O22NaVO3+CO2
(2)Fe2O3
(3)[Al(OH)4]-+4H+Al3++4H2O(或Al+4H+Al3++2H2O)
解析　加入碳酸钠焙烧后,V2O3、Al2O3、SiO2分别生成NaVO3、NaAlO2、Na2SiO3,FeO被氧化为Fe2O3,加水进行水溶,只有Fe2O3不溶,则沉淀1为Fe2O3,加入盐酸调节pH=2~3,将硅元素转化为硅酸,则沉淀2为硅酸,用NaOH调节pH,生成氢氧化铝和氢氧化铁沉淀,溶液中只含NaVO3,加入(NH4)2CO3 “沉钒”析出NH4VO3,煅烧NH4VO3得到V2O5。(1)“焙烧”过程中被氧化的元素为V、Fe或钒、铁;焙烧时,V2O3与Na2CO3、O2反应生成NaVO3和二氧化碳,反应的化学方程式为Na2CO3+V2O3+O22NaVO3+CO2;(2)由上述分析可知,“沉淀1”的成分为Fe2O3;(3)“滤液1”中铝元素以[Al(OH)4]-形式存在,加入盐酸发生反应[Al(OH)4]-+4H+Al3++4H2O(或Al+4H+Al3++2H2O)。
11.(1)CuS+MnO2+2H2SO4CuSO4+MnSO4+S+2H2O　(2)Mn2++NH3·H2O+HC+H2O

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