第16題無機化工流程

□研究高考真題——明考情

1.(2018?江蘇高考)以高硫鋁土礦(主要成分為AUh、FezOs、Si02,少量FeS,和金屬硫

酸鹽)為原料，生產(chǎn)氧化鋁并獲得FeQ,的部分工藝流程如下：

空氣、少量TCaONaTOH溶液FTeS,

礦粉T?燒H堿'浸H過濾H焙:燒H磁選fFeQ,

II

濾液

so2

(1)焙燒過程均會產(chǎn)生SOz,用NaOH溶液吸收過量$。2的離子方程式為

(2)添加l%CaO和不添加CaO的礦粉焙燒，其硫去除率隨溫度變化曲線如圖所示。

80〉

期6。一礦產(chǎn)X

2004006008001000

焙燒溫度/"C

已知：多數(shù)金屬硫酸鹽的分解溫度都高于600℃

硫也去除―率=(八1一焙燒后前礦粉中硫元素總質(zhì)量、Jx100%

①不添加CaO的礦粉在低于500℃焙燒時，去除的硫元素主要來源于。

②700℃焙燒時，添加l%CaO的礦粉硫去除率比不添加CaO的礦粉硫去除率低，其主要

原因是。

(3)向“過濾”得到的濾液中通入過量COz,鋁元素存在的形式由(填化學式)轉(zhuǎn)化

為(填化學式)。

(4)“過濾”得到的濾渣中含大量的Fe203?FeG與FeSz混合后在缺氧條件下焙燒生成

FesO,和S02,理論上完全反應消耗的/?(FeS2):〃(FeQ)=。

［把脈考點］

第⑴問考查離子方程式的書寫

第⑵問考查原料的處理與反應條件的控制

第⑶問考查化工原理分析

第⑷問考查陌生氧化還原反應的相關計算

解析：(DNaOII吸收過量SO?的離子方程式為S02+0I「=HS0「。(2)①由已知多數(shù)金屬硫

酸鹽的分解溫度都高于600℃,不添加CaO的礦粉在低于500℃焙燒時，去除的硫元素主要

來源于雜質(zhì)FeSz。②700℃焙燒時，硫元素生成S02,添加CaO后，S0?會與CaO、0?反應生

成CaSO“而留在礦粉中。(3)用NaOH溶液堿浸后,AI2O3、SiO?溶解，轉(zhuǎn)化為NaAlO?和NazSiOs,

通入過量CO,后，NaAlOz與CO,反應轉(zhuǎn)化為Al(0II)3?(4)FeQ與FeS?在缺氧條件下焙燒生成

FesO,和S0”發(fā)生反應的化學方程式配平為16Fez()3+FeS盤媽llFesO-ZSO",可得關系式

FeS2-16Fe203,則理論上完全反應消耗的〃(Fe&)：/?(Fe203)=l：16?

-

答案：(l)S02+0H=HS0；

(2)①FeSz②硫元素轉(zhuǎn)化為CaSO,而留在礦粉中

(3)NaA102Al(OH)3(4)1：16

2.(2017?江蘇高考)鋁是應用廣泛的金屬。以鋁土礦(主要成分為A1Q,含SiO?和FezOs

等雜質(zhì))為原料制備鋁的一種工藝流程如下：

NaOHNaHCO3

溶液溶液。2

,I,I,i,___,,_,,t,

鋁土礦T破溶H過濾iH反應H過源n卜西嘉卜|電解I卜AI

濾‘渣1——|電.II|

注：SiOz在“堿溶”時轉(zhuǎn)化為鋁硅酸鈉沉淀。

(1)“堿溶”時生成偏鋁酸鈉的離子方程式為。

⑵向“過濾I”所得濾液中加入NaHCO：,溶液，溶液的pH(填“增大”“不變”

或“減小”)。

(3)“電解I”是電解熔融AL03,電解過程中作陽極的石墨易消耗，原因是_______。

(4)“電解H”是電解Na2c溶液，原理如下圖所示。陽極的電極反應式為

(5)鋁粉在1000'C時可與N?反應制備A1N。在鋁粉中添加少量NHC1固體并充分混合,

有利于A1N的制備，其主要原因是<,

［把脈考點］

第⑴問考查離子方程式的書寫

第⑵問考查化工原理分析

第⑶問考查化工原理分析

第⑷問考查電極反應式的書寫、產(chǎn)物的判斷

第⑸問考查化工原理分析

解析：(DA1G為兩性氧化物，在NaOH溶液中會溶解生成NaAlO?。(2)加入的NaHC()3與

過量的NaOH反應，導致溶液的pH減小。(3)電解AB。,時陽極上生成0”0?會氧化石墨。(4)

陽極上失去電子生成由HQ電離出的肘可以與C0『反應生成HCO,陰極上HQ放電

生成Hz。

答案：(l)A1203+20H-=2A101+H20

(2)減小(3)石墨電極被陽極上產(chǎn)生的Oz氧化

(4)4C0r+2H20-4e-=4HC0;7+02tH2

(5)NH.,C1分解產(chǎn)生的HC1能夠破壞Al表面的Al◎薄膜

3.(2016?江蘇高考?)以電石渣［主要成分為Ca(OH”和CaCOj為原料制備KC1Q,的流程如

下：

IbOCl2KC1

III

電石渣打漿1-*|筑化H過濾H轉(zhuǎn)化4……—Ke。固體

丁

濾渣

(1)氯化過程控制電石渣過量、在75℃左右進行。氯化時存在Ch與Ca(0II)2作用生成

Ca(C10)2的反應,Ca(C10)z進一步轉(zhuǎn)化為Ca(C103”,少量Ca(C10)z分解為CaCL和O2。

①生成Ca(CIO)2的化學方程式為。

②提高Ch轉(zhuǎn)化為Ca(C103)2的轉(zhuǎn)化率的可行措施有(填序號)。

A.適當減緩通入CL速率

B.充分攪拌漿料

C.加水使Ca(0H)2完全溶解

(2)氯化過程中Ch轉(zhuǎn)化為Ca(C10,的總反應方程式為6Ca(OH)2+6Cl2=Ca(C103)2+

5CaCl2+6Il2O,氯化完成后過濾。

①濾渣的主要成分為(填化學式)。

②濾液中Ca(C103)2與CaCL的物質(zhì)的量之比n[Ca(C103)2]：/?[CaCl2]1：5(填

“〉，，或"=")o

(3)向濾液中加入稍過量KC1固體可將Ca(C103)2轉(zhuǎn)化為KC10；io若溶液中KC1O,的含量為

100g-L^1,從該溶液中盡可能多地析出KC1O-固體的方法是

魂

衰

法

g(

1、

0

g

H

b

)

［把脈考點］

第⑴問考查化學方程式的書寫、反應過程中反應條件的控制

第⑵問考查化工原理分析

第⑶問考查產(chǎn)物的提純方法

解析：(1)①Ck與Ca(0H)2反應的化學方程式為2cl2+2Ca(0H)2=CaCk+Ca(C10)2+

2H20。

②適當減緩通入Cle的速率、充分攪拌漿料均有利于CL的吸收，能夠提高Ck的轉(zhuǎn)化率。

Ca(0H)2是否完全溶解不會影響Ck的吸收，故A、B兩項正確。

(2)①由于電石渣中的CaCCh不參加反應，所以濾渣的主要成分是CaCOj以及未反應的

Ca(0II)2o

②由于氯化過程中除發(fā)生主要反應6Ca(0H)2+6Cl2=Ca(C103)2+5CaCl2+6H20外，還存

在副反應Ca?O)2=CaCk+O21，所以濾液中在副反助力］：/?［CaCl2］<l：5。

(3)由溶解度曲線可知，KC1。,的溶解度受溫度的影響較大，將溶液蒸發(fā)濃縮，得到較高

溫度下的濃溶液，然后再降溫，大部分KC103將會結(jié)晶析出。

答案：(1)@2C12+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(C10)2+2H20②AB(2)①CaCCh、Ca(0H)2②

<(3)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶

4.(2015?江蘇高考)以磷石膏(主要成分CaSO”雜質(zhì)SiOZ、Al曲等)為原料可制備輕質(zhì)

CaCOso

NN。溶液

磷石膏粉一期一同一|百溫二:的……一”盾.（、（（）

氨水漿料化濾通取空一紅旗（《（）.；

（1）勻速向漿料中通入COz,漿料清液的pH和c（S0廠）隨時間變

化見右圖。清液pH>ll時CaSO,轉(zhuǎn)化的離子方程式為；

能提高其轉(zhuǎn)化速率的措施有（填字母）。

A.攪拌漿料B.加熱漿料至100℃

C.增大氨水濃度D.減小CO,通入速率

（2）當清液pH接近6.5時，過濾并洗滌固體。濾液中物質(zhì)的量濃度最大的兩種陰離子為

和（填化學式）;檢驗洗滌是否完全的方法是

（3）在敞口容器中，用NH..C1溶液浸取高溫煨燒的固體，隨著浸取液溫度上升，溶液中

c（Ca?+）增大的原因是?

［把脈考點］

第⑴問考查陌生離子方程式的書寫、反應條件的控制

第⑵問考查化工原理和沉淀洗滌的方法

第⑶問考查反應條件的控制

解析：（1）向磷石膏粉、氨水漿料中通入COz.COz與NH,引2。發(fā)生反應：C（）2+2NH3桃O=2NH：

+C07+lbO,C07濃度增大，促進了CaSO”沉淀的轉(zhuǎn)化：CaS0,+C07=CaC03+S0「，總反應

的離子方程式為CaS0,+2NH3?H20+C02=CaC03+2NH*+S0^+出0。

A項，攪拌漿料，可增大反應物的接觸面積，加快化學反應速率；B項，加熱漿料，由于

NH,的揮發(fā)，導致NHa?乩0濃度降低，不利于CO廠的生成，降低了CaSO,的轉(zhuǎn)化速率；C項，

增大氨水濃度，有利于提高COT的濃度，從而提高CaSO,的轉(zhuǎn)化速率；D項，減小CO?通入速

率，不利于CO：的生成，從而降低CaSO,的轉(zhuǎn)化速率。

（2）由圖像可知，pH=6.5時，溶液中的c（Ca?+）已經(jīng)很小，此時通入的C0?與溶液中濃度

較低的氨水反應生成NHJIC03,故溶液中物質(zhì)的量濃度最大的兩種陰離子為SO7和IIC0.；?過

濾得到的CaC03沉淀上會附著S0:、NH；、HCO；等雜質(zhì)離子。檢驗洗滌是否完全時，可取少量

最后一次從過濾器中流出的洗滌液于試管中，向其中滴加鹽酸酸化的BaCh溶液，檢驗是否

存在S0『即可。若不產(chǎn)生白色沉淀，表明沉淀已洗滌完全。

+

(3)NH￡1溶液中存在水解平衡：NH.r+H2ONH3?H2O+H,溫度升高，上述水解平衡右

移，c(H+)增大，導致部分CaCCh溶解。

答案：(1)CaSO,+2NH3?H20+CO2=CaCO3+2NH*+SOt+H20或CaSG.+COt^aCOs+SOr

AC

(2)sor1IC07取少量最后一次的洗滌過濾液于試管中，向其中滴加鹽酸酸化的BaCL

溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，則表明已洗滌完全

(3)浸取液溫度上升，溶液中c(H+)增大，促進固體中C/十浸出

■瞿分析］

高考題型為非選擇題。以無機化工工藝流程為載體，考查應用元素化合物的性質(zhì)解決實

際問題的能力，涉及知識點多，也非常靈活，對學生的審題能力、分析問題、解決問題、文

字表達等方面的能力要求非常高。其考查形式有：

①考查陌生離子方程式、氧化還原反應方程式的書寫。

②考查反應條件控制的原理、反應產(chǎn)物的判斷、基本實驗操作。

③考查鹽類的水解、沉淀的生成與溶解。

④考查離子的檢驗方法、檢驗沉淀是否完全、沉淀是否洗凈的方法等。

口突破備考重點——提能力

命題點一原料處理與反應條件選擇

［重難主攻］

(一)原料預處理的常用方法?

方法目的

研磨減小固體的顆粒直徑，增大固體與液體或氣體間的接觸面積，增大反應速率

水浸與水接觸反應或溶解

酸浸與酸接觸反應或溶解，使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去

堿浸除去油污，溶解酸性氧化物、鋁及其氧化物

除去可燃性雜質(zhì)或使原料初步轉(zhuǎn)化，如從海帶中提取碘時的灼燒就是為了除去可燃

灼燒

性雜質(zhì)

煨燒改變結(jié)構(gòu)，使一些物質(zhì)能溶解，并使一些雜質(zhì)在高溫下氧化、分解，如燃燒高嶺土

(二)常見反應條件的控制及目的?

1.控制溶液的P【I

(1)控制反應的發(fā)生，增強物質(zhì)的氧化性或還原性，或改變水解程度。

(2)控制溶液的酸堿性使其中某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。

①例如，若要除去Al，+、Mn?+溶液中含有的Fe",先用氧化劑把Fe，+氧化為Fe升,再調(diào)

溶液的pIL

②調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應滿足兩點：能與H，反應，使溶液pH增大；不引入新雜質(zhì)。

例如，若要除去C/+溶液中混有的Fe時,可加入CuO、Cu(OH)?、CuMOH)2c0s等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶

液的pHo

2.控制反應溫度

(1)控制化學反應速率。

(2)控制平衡移動方向。

(3)控制固體的溶解與結(jié)晶，如趁熱過濾能防止某物質(zhì)降溫時析出。

(4)促進溶液中氣體的逸出或?qū)崿F(xiàn)蒸僧。

(5)防止或?qū)崿F(xiàn)某物質(zhì)水解或分解。

(6)使催化劑達到最大活性。

(7)防止副反應的發(fā)生。

3.調(diào)節(jié)反應物的濃度

(D根據(jù)需要選擇適宜濃度，控制一定的反應速率，使平衡移動有利于目標產(chǎn)物的生成,

減小對后續(xù)操作產(chǎn)生的影響。

(2)反應物過量，能保證反應的完全發(fā)生或提高其他物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，但對后續(xù)操作也會產(chǎn)

生影響。

4.控制壓強

(1)改變化學反應速率。

(2)影響平衡移動的方向。

5.使用催化劑

加快反應速率，提高生產(chǎn)效率。

［題點全練］

1.（2019?揚州一模節(jié)選）以高鈦渣（主要成分為TisOs,含少量SiOz、FeO、FeQ）為原料

制備白色顏料TiOz的一種工藝流程如下：

NaOH固體H2OH2SO4H2SO4Ti2（SO,）3

高鈦渣漏眼一康I■乖科—曲f［永解pffeVkfTiOz

泄液

己知：Na/TiQ,難溶于堿性溶液；HliO，中的雜質(zhì)Fe，+比Fe"更易水洗除去。

（1）熔鹽：為加快反應速率，在維持反應物顆粒大小、反應溫度一定的條件下，可采取的

措施是。

（2）過濾

①“濾液”中主要溶質(zhì)為NaOH,還含有少量（填化學式）。

②除雜后的濾液中獲得的NaOH可循環(huán)利用，則“水浸”時，用水量不宜過大的主要原因

是。

（3）脫色：HzTiOs中因存在少量Fe（OH）a而影響TiOz產(chǎn)品的顏色，“脫色”步驟中Tiz（S04）3

的作用是___________________________________________________________________________

解析：（1）為加快反應速率，通常采用增大反應物濃度、適當提高反應溫度、增大固體的

接觸面積、攪拌等方法，此題中是固體在熔融狀態(tài)下的反應，故為加快反應速率在維持反應

物顆粒大小、反應溫度一定的條件下，可采取的措施是攪拌；（2）①由于NaOH與SiOz反應生

成N&SiOs,因此“濾液”中主要溶質(zhì)為NaOH,還含有少量NaeSiCh；

②除雜后的濾液中獲得的NaOH可循環(huán)利用，則“水浸”時，用水量不宜過大的主要原因

是：若用水量過大，導致濾液濃度過低，蒸發(fā)濃縮時能耗增加（或蒸發(fā)濃縮時間過長）：

（3）H1i03中因存在少量Fe（0H）3而影響TiOz產(chǎn)品的顏色，由于HzTiO：；中的雜質(zhì)Fe?+比Fe，+更

易水洗除去，故'‘脫色”步驟中Ti2（S03的作用是將溶液中的Fe、+還原為Fe?+,以便除去雜

質(zhì)鐵，提高/Ti03的純度。

答案：（1）攪拌（2）①NazSiOs②用水量過大，導致濾液濃度過低，蒸發(fā)濃縮時能耗增

加（或蒸發(fā)濃縮時間過長）（3）將溶液中的F1+還原為Fe2+,以便除去雜質(zhì)鐵，提高HJiO,

的純度

2.（2019?蘇州一模節(jié)選）以軟鎰礦（主要成分為MnO?、SiO?等）為原料制備高純MnOz的

流程如下:

20%H2s()4萃取劑

軟號會二I酸浸族HT除鋅F1黑)JMn()<

濾渣含鐵有機相Zn(()H)2

(1)酸浸時，通常加入FeSO,作催化劑加快反應速率。為提高酸浸速率，還可以采取的措

施有(寫一種)。

(2)證明除鐵后所得溶液中不含鐵元素的實驗方法是

(3)酸性條件下，用合適的氧化劑可以將MnSO,轉(zhuǎn)化為高純MnOz。反應中NaCKh的用量不

宜過多的原因是。

解析：(1)為提高酸浸速率，還可以采取的措施有：將礦石粉碎、適當提高酸浸溫度、適

當提高硫酸的濃度、攪拌等；(2)酸浸后所得溶液中含F(xiàn)e2+,用萃取劑除鐵，要證明除鐵后

所得溶液中不含鐵元素即不含F(xiàn)e?+的實驗方法是，取少量溶液，加入KSCN溶液，再滴入少

量氯水，若溶液不變成血紅色，則溶液中不含鐵元素；(3)過量的NaClCh在酸性條件下與C1

一反應會生成有毒的C12。

答案：(1)提高酸浸溫度(將礦石粉碎)

(2)取少量溶液，加入KSCN溶液，再滴入少量氯水，若溶液不變成血紅色，則溶液中不

含鐵元素

(3)過量的NaClOs在酸性條件下與反應會生成有毒的Cl2

3.(2018?蘇錫常鎮(zhèn)二調(diào))一種由菱鎂礦(主要成分MgCOa、CaCOs、FeC03、SiOz)制備高純

氫氧化鎂的工藝如下：

空氣NH|Q、H2()MgS(L氨一

菱II_____II高純

鎂f戚圜一?限和f可斯一雨可f麻錮-氫氧

礦IIIII化鎂

C()2氣體濾渣CaSO；濾液

(1)“浸取”時NH￡1用量對Mg?+浸出率的影響曲線如圖所示。下列有關說法正確的是

(填字母)。

。Q

1℃zH和

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行濾促制t體,

u02

進的可料C晶S

還原反應得失電子守恒進行配平得到Cu2Se+6H2S04===2CuS0i+Se02t+4S0st+6H2O?

(2)Ag溶于濃硫酸中，溶液中含有Ag￡O”在水中加入少量NaCL使微溶的A&SO,轉(zhuǎn)化為更

難溶的AgCl,防止進入CuSO,溶液。(3)過濾得到CuSOi溶液，濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、

過濾、冰水洗滌后可得到CuSO.,?5H20晶體，用冰水洗滌的目的是洗去表面雜質(zhì)，降低晶體

溶解損失。(4)“浸取II”中，為提高浸出速率，可采取攪拌、適當提高反應溫度，但由于鹽

酸易揮發(fā)故不可煮沸，適當增大鹽酸濃度等，選a、co

答案：(1)Cu2Se+6H2SO.,^=2CuSO.,+SeO2t+4S02t+640

(2)使微溶的Ag2soi轉(zhuǎn)化為更難溶的AgCl,防止進入CuSOi溶液

(3)洗去表面雜質(zhì)，降低晶體溶解損失

(4)ac

命題點二陌生反應方程式的書寫

［重難主攻］

(一)離子反應?

1.化工流程題中主要涉及的五類離子反應

(1)難溶物溶解的離子反應

①ZnC。,溶于稀硫酸：

+2+

ZnC0:(+2H=Zn+H20+C02t

②Cr(OH)3溶于鹽酸:

+3+

Cr(OH)3+3H=Cr+3H20

③Al(OH)3溶于強堿：

-

A1(OH)3+OH=A1O；+2H20

(2)沉淀轉(zhuǎn)化的離子反應

①ZnS轉(zhuǎn)化為CuS：ZnS+Cu'+^CuS+Zn'+

②AgCl轉(zhuǎn)化為Agl：Agci+r=Agi+cr

③Mg(OH)2轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3：

3+2+

3Mg(0H)2+2Fe=2Fe(0H),+3Mg

(3)同種元素在同種價態(tài)、不同pH條件下轉(zhuǎn)化的離子反應

①CrO『在酸性條件下轉(zhuǎn)化為Cr20r：

+

2Cr0t+2H=Cn0r+H20

②VzOs在酸浸時轉(zhuǎn)化為V0，

+

V205+2H=2V0^+M0

③Cr(OH)3在堿性條件下轉(zhuǎn)化為Cr(0H)7：

-

Cr(OH)3+0H=Cr(OH)7

(4)與量有關的離子反應

①向Ca(OH)2溶液中滴加NaHCCh溶液

NaHCOs溶液少量：

2+

HC0：r+0H+Ca=CaC0;,I+H20

NaHCO*溶液過量：

-2+

2HC0；+20H+Ca=CaC03I+C0t+2H20

②向NaH$O”溶液中滴加Ba(OH)2溶液

加Ba(0H)2溶液至S0r恰好沉淀：

+2+

H+0IF+S0r+Ba=BaS0,I+H20

加Ba(OH)z溶液至溶液呈中性：

2H++20H-+S0t+Ba2+=BaS04I+2比0

(5)涉及氧化還原反應的離子反應

①KMnOi與鹽酸反應生成MnCk和Cl2：

2MnO7+1OCI-+161l+=2Mn2++5C12f+8II2O

②堿性條件下NaClO將Fe(OH)3氧化為Na2FeO,：

--

2Fe(OH)3+3C10+40FT=2Fe0廠+3C1+5H20

2.書寫離子方程式時需注意的事項

(1)觀察離子方程式中的符號是否正確、合理，如不可逆反應用“="，可逆反應用

“”，氣體符號為“t"，沉淀符號為“I”。

(2)離子方程式中必須用化學式表示的物質(zhì)有難溶于水的物質(zhì)(如AgCl、BaSO,等)、難電

離的物質(zhì)(如弱酸、弱堿等)、非電解質(zhì)(如SO2、CO?等)。

(3)離子方程式中的微溶物［如Ca(0H%等］,作為反應物時，若為澄清溶液則寫離子符號,

若是濁液則寫化學式；作為生成物時一般寫化學式。

(4)多元弱酸的酸式酸根離子，在離子方程式中不能拆開寫，如NaHCO,在水溶液中的離

子是Na+和HCO；,其中HCO；不能拆開寫成射和C(T；而多元強酸的酸式酸根離子在水溶液

中可完全電離，如NallSO,在水溶液中的離子為Na-、1廠和SO廠。

(5)靈活應用電荷守恒及氧化還原反應中的得失電子守恒，判斷離子方程式是否正確。

3.離子不能共存的四種類型

(1)發(fā)生復分解反應而不能大量共存

生成難溶物

如Ba,+和C0廠生成BaCOs,H*和SiOT生成昧論,C產(chǎn)和Off生成Cu(0H)2等

或微溶物

生成氣體或

如H卡與COT、HCO」、SOI-,HSO］、S2->HS一等;NH,和OH一生成NH式力口熱)等

揮發(fā)性物質(zhì)

生成難電離如If與CHsCCXT生成弱酸CHsCOOH,與0如結(jié)合生成H20等；NH：和0如生成

物質(zhì)NH3?H20等

(2)發(fā)生氧化還原反應而不能大量共存

①具有較強氧化性的離子(如MnO；、60,F/+等)與具有較強還原性的離子(如S2-、「、

S(T等)不能共存。

②N0「與廣，S”與SOT,