专题讲座（一） 陌生化学方程式书写（讲）- 2024年高考化学大一轮复习【专题讲座】

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证据推理与模型认知：通过分析、推理等方法认识氧化还原反应的特征和实质，建立氧化还原反应书写的思维模型；
科学探究与创新意识：认识科学探究是进行科学解释和发现，创造和应用的科学实践活动；
变化观念与平衡思想：从元素建立物质转化，能从物质类别和元素价态两个角度理解物质间的转化，从氧化还原反应的角度，进行陌生情境下化学方程式的书写和配平。
【必备知识解读】
一、信息型氧化还原反应和离子反应方程式书写方法
1.根据题目所给信息准确确定氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物的化学式。
2.利用得失电子数守恒确定氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物的系数。（化合价升降法）
3.利用题目所给的酸性或碱性条件并结合电荷守恒配平等号两边离子数目，若题目没有明确酸性或碱性环境，一般通过在反应物中增加H2O生成H＋或OH－配平。
4.最后利用质量守恒配平其它物质。
5. “补缺”的技巧——缺项化学（离子）方程式的配平：配平化学（离子）方程式时，有时要用H+、OH-、H2O来使化学方程式两边电荷及原子守恒，总的原则是酸性溶液中不能出现OH-，碱性溶液中不能出现H+，具体方法如下：
例1．I.氮是动植物生长不可缺少的元素，含氮化合物也是重要的化工原料。自然界中存在如下氮的循环过程，工业上也可通过一系列的化学反应模拟该过程，实现氮的转化。

(1)写出氨气结构式_______，氮气电子式_______。
(2)自然界中反硝化过程指的是图中_______过程(选填Ⅰ~Ⅴ)。
Ⅱ.大气固氮是在放电或高温下，空气中的N2转化为HNO3的过程。固氮过程中也会产生上述含氮化合物。
N2①NO2HNO3
(3)①为_______(填写化学式)。
(4)上述转化关系中四种含氮物质中，属于共价化合物的有_______种，含共价键的有_______种。
(5)写出过程②的反应方程式_______，该反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为_______。
Ⅲ.含氮量是衡量肥效的指标之一，常见氮肥：CO(NH2)2(尿素)、NH4NO3和(NH4)2SO4
(6)NH4NO3中含有的化学键包括_______。
(7)等物质的量NH4NO3和(NH4)2SO4的混合物，与足量氢氧化钠加热，产生气体10.08L(标准状况下)，发生的离子方程式为_______，固体混合物质量为_______g。
(8)设计实验检验上述化肥样品混合物中的硫酸根_______。
(9)写出铵态氮肥保存或施用时注意事项(任写一点)_______。
Ⅳ.土壤中的硝酸盐会被细菌分解。有一种脱氧硫杆菌能够利用土壤中的硫化物来分解硝酸盐，其主要化学原理如下：_______K2S+_______KNO3+_______H2O_______N2↑+_______K2SO4+_______KOH
(10)配平上述反应方程式，并标出电子转移的方向和数目_______。
(11)被氧化的元素是_______。
【答案】(1)
(2)Ⅴ
(3)NO
(4) 3种 4种
(5)3NO2+H2O＝2HNO3+NO 1：2
(6)离子键和共价键
(7)NH4++OH-NH3↑+H2O 31.8g
(8)取化肥样品溶于水，加入足量稀盐酸后，无沉淀，再加入氯化钡，若产生白色沉淀，证明固体样品中含有硫酸根
(9)保存：避光避热；施用：不与碱性物质一同使用，深施盖土
(10)
(11)K2S中-2价的硫元素
【解析】（1）氨气的分子式为NH3，结构式为，氮气电子式为。
（2）反硝化作用也称脱氮作用，反硝化细菌在缺氧条件下还原硝酸盐释放出N2等的过程，因此自然界中反硝化过程指的是图中过程Ⅴ。
（3）氮气和氧气化合生成NO，则①为NO。
（4）分子中只存在共价键的化合物是共价化合物，则上述转化关系中四种含氮物质中，属于共价化合物的有NO、NO2、HNO3，共计是三种，氮气中存在共价键，所以含共价键的有四种。
（5）过程②是NO2溶于水生成硝酸和NO，反应的反应方程式为3NO2+H2O＝2HNO3+NO，该反应中既是氧化剂也是还原剂，NO是还原产物，硝酸是氧化产物，所以氧化剂与还原剂物质的量之比为1:2。
（6）NH4NO3中含有的化学键包括离子键和共价键。
（7）产生的气体是氨气，反应的离子方程式为NH+OH-NH3↑+H2O，标况下10.08L氨气的物质的量是10.08L÷22.4L/ml＝0.45ml，设NH4NO3和(NH4)2SO4的物质的量均是xml，则x+2x＝0.45，解得x＝0.15，所以固体混合物质量为0.15ml×80g/ml+0.15ml×132g/ml＝31.8g。
（8）硫酸钡不溶于水也不溶于酸，所以检验上述化肥样品混合物中的硫酸根的实验方案为取化肥样品溶于水，加入足量稀盐酸后，无沉淀，再加入氯化钡，若产生白色沉淀，证明固体样品中含有硫酸根。
（9）铵盐受热易分解，且能与碱反应放出氨气，所以铵态氮肥保存或施用时注意事项为，保存：避光避热；施用：不与碱性物质一同使用，深施盖土。
（10）硫元素化合价从－2价升高到+6价，失去8个电子，氮元素化合价从+5价降低到0价，得到5个电子，依据电子得失守恒可知反应中转移40个电子，因此配平后的方程式为；
（11）根据以上分析可知被氧化的元素是K2S中-2价的硫元素。
二、原电池、电解池电极反应式
近年来氧化还原反应和电化学原理结合的题型比较多，我们只要抓住氧化还原反的本质以及原电池或电解池中两极的放电情况，就会迎刃而解。书写电极反应方程式的一般方法：
第一步：确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。
第二步：原电池负极或电解池阳极的电极反应式，按“还原剂－ne-=氧化产物”书写；原电池正极或电解池阴极的电极反应式，按“氧化剂＋ne-=还原产物”书写。
【特别提醒】负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式，如Al－Cu－NaHCO3溶液构成的原电池中，因Al失去电子生成的Al3+能与HCO3－反应：Al3++3HCO3－=Al(OH)3↓+3CO2↑，故铝件（负极）上发生的反应为：Al－3e－+3HCO3－=Al(OH)3↓+3CO2↑，而不是仅仅写为：Al－3e－=Al3+。
第三步：根据电荷守恒和反应混合物的酸碱性，补充H+、OH-或H2O等，并配平电极反应。
【特别提醒】若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，电极反应式中不能出现H+，且水必须写入正极反应式中，与O2结合生成OH-，若电解质溶液为酸性，电极反应式中不能出现OH－，且H+必须写入正极反应式中，与O2结合生成水。
第四步：正负极反应式相加（电子守恒）得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的电极反应式，即得到较难写出的电极反应式。
【特别提醒】
（1）根据“电池充电时，原电池的负极与外接电源的负极相连作电解池的阴极，原电池的正极与外接电源的正极相连作电解池的阳极”知，可充电电池充电时阴极的电极反应是其放电时负极反应的逆过程，充电时阳极的电极反应是其放电时正极反应的逆过程。
（2）电解池中的阳极有最强的氧化能力，阴极有最强的还原能力，所以可以发生平常不能发生的一些氧化还原反应。电解液中氧化性的离子可以在阴极得电子，还原性离子则可以在阳极失电子。同时考虑得失电子产物与电解液可能发生的反应。
（3）书写电极反应式经验总结与分享：巧妙结合新情境题目信息，先确定部分反应物和产物，然后遵循“电荷守恒，查氧补水，差几个氧原子补几分子水”。
例2．已知废旧酸性干电池可通过酸浸、过滤等操作形成、的混合溶液，为了实现废旧普通氯化铵干电池中锌与的同时回收，某研究小组设计了如图实验探究装置：
回答下列问题：
(1)甲池是将_______能转化_______能的装置。
(2)乙池中石墨电极_______电子(填“得”或“失”)，发生_______反应(填“氧化”或“还原”)。
(3)写出电池负极的电极反应式_______。
(4)写出乙池回收锌与的总反应的离子方程式为_______。
(5)若消耗2.24L(标准状况)，且无能量损失，电解池中回收制得19.5g单质Zn，计算乙池中电流效率_______。(生成目标产物消耗的电子数/转移的电子总数×100％)。
【答案】(1)化学 电
(2) 失 氧化
(3)
(4)
(5)75％
【解析】（1）甲池是甲烷燃料电池，将化学能转化为电能的装置。
（2）乙池电解、的混合溶液，甲烷为负极，则铝为阴极，石墨为阳极，阳极失电子发生氧化反应，阳极发生反应。
（3）甲池是甲烷燃料电池，碱性介质中，电池负极为甲烷反应生成碳酸根离子，电极反应式：。
（4）乙池中阴极上锌离子和锰离子得电子转化成锌单质和二氧化锰，结合小问2中阳极反应，可知回收锌与的总反应的离子方程式为。
（5）2.24L(标准状况)CH4，物质的量为0.1ml，根据反应：，可知理论失去电子的物质的量为：0.8ml；回收制得19.5g单质Zn，锌的物质的量为0.3ml，结合电极反应：Zn2++2e-=Zn，则生成目标产物转移的电子为：0.6ml，。
【核心题型例解】
高频考点一 氧化还原方程式书写
例1．过氧化氢俗名双氧水，医疗上利用它有杀菌消毒的作用来清洗伤口。有时可作为矿业废液消毒剂，有“绿色氧化剂”的美称。
(1)配平下列化学反应，并用单线桥表示电子转移的方向和数目：___________。
______H2O2+_____Cr2(SO4)3+______KOH——______K2CrO4+______K2SO4+_______H2O
(2)如消除采矿业胶液中的氰化物(如KCN，C为+2价)，经以下反应实现：KCN+H2O2+H2O=A+NH3↑(已配平)。试指出A的化学式________，如此反应中有6.72L(标准状况)气体生成，转移电子数目为________(用NA表示)。
(3)高锰酸钾也可用于医学杀菌消毒。根据反应条件可判断氧化剂的氧化能力的强弱：
例如：MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O；
2KMnO4+16HCl(浓)=2MnCl2+5Cl2↑+8H2O。
则氧化性MnO2___________KMnO4(填“强于”或“弱于”或“等于”)
某强酸反应体系中，反应物和生成物共六种物质或离子：O2、、H2O、Mn2+、H2O2、H+。已知该反应中H2O2只发生了如下过程：H2O2→O2。则该反应中发生还原反应的过程是：___________→___________，该反应应选择的酸是：___________(填序号)。
A．盐酸 B．稀硫酸 C．醋酸
(4)用0.2ml/LNa2SO3溶液32mL，还原含4×10-3mlXO的溶液，过量的Na2SO3用0.2ml/LKMnO4酸性溶液氧化(其中KMnO4被还原成Mn2+)，共消耗KMnO4溶液0.8mL，则元素X在还原产物中的化合价是___________(填序号)。
A．+1B．+2C．+3D．+4
【答案】(1)
(2) KHCO3 0.6NA
(3) 弱于 Mn2+ B
(4)C
【解析】（1）H2O2中O元素化合价由－1变到－2，得电子化合价降低，Cr元素化合价由+3变到+6，失电子化合价升高。根据得失电子数相等，n(H2O2)：n(Cr2(SO4)3)=3：1，其他根据原子守恒配平，方程式为：3H2O2+Cr2(SO4)3+10KOH=2K2CrO4+3K2SO4+8H2O。单线桥的表示方法为：由还原剂指向氧化剂，在箭头上标出转移电子数，转移电子数=得电子数=失电子数，单线桥表示电子转移的方向和数目为；
（2）已知KCN+H2O2+H2O＝A+NH3↑(已配平)，要想推测A的化学式根据原子守恒即可，得A的化学式为KHCO3，氨气前的系数为1，方程式中转移电子数为2，根据比例关系反应中有6.72L(标准状况)气体生成，即n(NH3)==0.3ml，转移电子数目为N=nNA=0.6NA；
（3）根据反应条件可判断氧化剂的氧化能力的强弱，反应条件越简单说明物质的氧化性越强，二氧化锰与浓盐酸反应需要加热，而高锰酸钾与浓盐酸不需要加热，所以二氧化锰的氧化性弱于高锰酸钾。过氧化氢失电子化合价升高，由－1价变为0价，氧化还原反应中有化合价升高也有化合价降低，根据已知的几种离子，具有氧化性得电子化合价降低发生还原反应的为MnO。该反应的酸应选择硫酸，原因有：1.已知为强酸体系，C中的醋酸为弱酸，2.若为盐酸，根据已知条件高锰酸钾和浓盐酸是会反应生成氯气，与题目所述的六种物质类型不符；
（4）由n(Na2SO3)=0.2ml/L×32×10﹣3L=6.4×10﹣3ml，n(XO)=4×10﹣3ml，n(KMnO4)=0.8×10﹣3L×0.2ml/L=1.6×10﹣4ml，Na2SO3被氧化为Na2SO4，S元素化合价由+4价升高为+6价；KMnO4发生还原反应，Mn元素化合价由+7价降低到+2价，XO中X元素发生还原反应，令X元素在产物中的化合价为a价，由电子守恒可知6.4×10﹣3ml×(6﹣4)=1.6×10﹣4ml×(7﹣2)+4×10﹣3ml×(6﹣a)，解得a=3，故答案为：C。
【变式探究】硫、氮元素是高中化学学习的两种重要非金属元素，其价-类二维图分别如图。
(1)图中物质“d”的化学式是___________；若不加任何其它试剂完成转化过程⑤，则⑤的反应为___________反应(填“吸热”或“放热”)。
(2)将一定量的a气体通入下列溶液中，能观察到白色沉淀现象的是___________(填标号)。
A．Ba(NO3)2溶液B．CaCl2溶液C．H2O2溶液D．Na2CO3溶液
(3)写出反应③的离子方程式___________。
(4)a的水溶液与H2S发生反应可观察到的实验现象是___________。
(5)若e为钾元素的正盐，能被硫酸酸化的K2Cr2O7氧化为K2SO4，Cr2O被还原为Cr3+，请配平化学方程式：_____K2SO3+____K2Cr2O7+_______H2SO4=_____Cr2(SO4)3+________K2SO4+_____H2O
(6)如图为合成氨以及氨氧化制硝酸的流程示意图：
已知：用NaOH溶液进行尾气处理时的化学反应为：，。
为了防止环境污染，用NaOH溶液进行尾气处理，若尾气能完全被吸收，则尾气中NO2与NO的体积必须满足的条件是：___________。
【答案】(1) H2SO3 吸热 (2)A
(3)3NO2+H2O=2H++2+NO
(4)溶液变浑浊，产生淡黄色沉淀
(5)3K2SO3+K2Cr2O7+4H2SO4=Cr2(SO4)3+4K2SO4+4H2O
(6)≥1
【解析】（1）由题干图示硫的价类二维图可知，图中物质“d”为+4价的含硫的酸，则其化学式是H2SO3；由题干图示氮的价类二维图可知，若不加任何其它试剂完成转化过程⑤，即NH4ClNH3↑+HCl↑，则⑤的反应为吸热反应；
（2）由题干图示硫的价类二维图可知，a气体为SO2，据此分析解题：
A. 将一定量的a即SO2气体通入到Ba(NO3)2溶液，由SO2与H2O反应生成H2SO3，溶液显酸性，则Ba(NO3)2电离的硝酸根形成稀硝酸，将亚硫酸氧化为硫酸，则可得到BaSO4白色沉淀，A符合题意；
B. 将一定量的a即SO2气体通入CaCl2溶液，由于HCl的酸性强于H2SO3，二者不反应，得不到CaSO3沉淀，B不合题意；
C. 将一定量的a即SO2气体通入H2O2溶液，发生反应H2O2+SO2=H2SO4，得不到白色沉淀，C不合题意；
D. 将一定量的a即SO2气体通入Na2CO3溶液，发生反应Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2，也得不到白色沉淀，D不合题意；
故答案为：A；
（3）由题干图示氮的价类二维图可知，X为NO，反应③的化学方程式为：3NO2+H2O=2HNO3+NO，故反应③的离子方程式为3NO2+H2O=2H++2NO3-+NO；
（4）由题干图示硫的价类二维图可知，a气体为SO2，a的水溶液与H2S发生反应的方程式为：SO2+2H2S=3S↓+2H2O，故可观察到的实验现象是溶液变浑浊，产生淡黄色沉淀，故答案为：溶液变浑浊，产生淡黄色沉淀；
（5）若e为钾元素的正盐，能被硫酸酸化的K2Cr2O7氧化为K2SO4，Cr2O被还原为Cr3+，由此可知Cr的化合价由+6价变为+3价，降低3个单位，而S的化合价由+4价升高到+6价，升高2个单位，根据得失电子总数相等的最小公倍数法进行氧化还原反应配平可得，该反应方程式为：3K2SO3+K2Cr2O7+4H2SO4=Cr2(SO4)3+4K2SO4+4H2O，故答案为：3K2SO3+K2Cr2O7+4H2SO4=Cr2(SO4)3+4K2SO4+4H2O；
（6）只有NO2时发生反应NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O，只有NO时，不能与NaOH反应，但NO、NO2混合可以发生反应NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O，根据反应的方程式可知，若尾气能完全被吸收，则尾气中≥1，故答案为：≥1。
高频考点二 离子方程式的书写
例2．元素化合物在化工生产和环境科学中有着重要的用途。
(1)向NH4Al(SO4)2溶液中逐滴加入稀NaOH溶液至过量，反应的离子方程式依次为__________。
(2)自然界中Cr主要以+3价和+6价形式存在。中的Cr能引起细胞的突变，可以用亚硫酸钠在酸性条件下将还原。写出该反应的离子方程式：___________。
(3)常温下，氰化钠(NaCN)能与过氧化氢溶液反应生成一种酸式盐和一种能使湿润的红色石蕊试纸变成蓝色的气体，大大降低其毒性。写出该反应的离子方程式：___________。
(4)向次氯酸钙溶液中通入少量的二氧化硫。写出该反应的离子方程式：___________。
(5)溴化亚铁与氯气物质的量之比1：1反应的离子方程式：___________。
【答案】(1)；；Al(OH)3＋OH−=＋2H2O
(2)
(3)
(4)
(5)2Fe2＋＋2Br−＋2Cl2=2Fe3＋＋4Cl−＋Br2
【解析】（1）NH4Al(SO4)2溶液中存在、Al3＋和，向NH4Al(SO4)2溶液中逐滴加入稀NaOH溶液，开始时发生的反应是OH−和Al3＋的反应，反应的离子方程式为：，若OH−先和反应，则生成的NH3•H2O会和Al3＋反应生成Al(OH)3沉淀和，所以Al3＋先和OH−反应；当Al3＋消耗完时，继续和OH−反应，离子方程式为：，若Al(OH)3先和OH−反应，生成的会和发生完全双水解反应生成Al(OH)3和NH3，所以OH−先和反应；当反应结束时，Al(OH)3继续和OH−反应，离子方程式为：Al(OH)3＋OH−=＋2H2O。
（2）酸性条件下，被还原为Cr3＋，被氧化为，根据电子守恒、电荷守恒和质量守恒写出该反应的离子方程式为：。
（3）能使湿润的红色石蕊试纸变成蓝色的气体为氨气，氰化钠（NaCN）能与过氧化氢溶液反应生成一种酸式盐和氨气，根据反应物中的原子可知，酸式盐为NaHCO3，则碳元素的化合价从＋2价升高到＋4价，则H2O2中O元素的化合价从−1价降低到−2价，根据电子守恒、电荷守恒和质量守恒写出该反应的离子方程式为：。
（4）向次氯酸钙溶液中通入少量的二氧化硫，离子方程式为。
（5）亚铁离子的还原性强于溴离子，故亚铁先被氧化，剩下的氯气再氧化溴离子，等物质的量的溴化亚铁与氯气反应为：2Fe2＋＋2Br−＋2Cl2=2Fe3＋＋4Cl−＋Br2。
【变式探究】某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)：
(1)为回收金属，用稀硫酸将“滤液①”调为中性，生成沉淀。写出该反应的离子方程式：___________
(2)硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH．写出该反应的离子方程式：___________
【答案】(1)AlO＋H＋＋H2O=Al(OH)3↓
(2)2Ni2＋＋ClO-＋4OH-=2NiOOH↓＋Cl-＋H2O
【分析】废弃镍催化剂加入氢氧化钠碱溶，镍、铁不反应，铝转化为偏铝酸钠溶液，过滤滤饼加入稀硫酸酸浸得到铁、镍盐溶液，过滤滤液加入过氧化氢将二价铁转化为三价铁，加入氢氧化钠调节pH，将铁转化为沉淀除去，滤液结晶得到硫酸镍晶体。
【解析】（1）“滤液①”中含有生成的偏铝酸钠，调为中性，偏铝酸钠和氢离子生成氢氧化铝沉淀和水，AlO＋H＋＋H2O=Al(OH)3↓；
（2）硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化生成NiOOH，同时次氯酸根离子被还原为氯离子，2Ni2＋＋ClO-＋4OH-=2NiOOH↓＋Cl-＋H2O。
高频考点三 电化学方程式的书写
例3.Ⅰ．根据化学能转化为电能的相关知识，回答下列问题：
(1)根据构成原电池的本质判断，下列化学(或离子)方程式正确且能设计成原电池的是___________(填字母，下同)。
A．B．
C．D．
Ⅱ.铅蓄电池是常用的化学电源。
(2)铅蓄电池属于___________(填“一次”或“二次”)电池。已知硫酸铅为不溶于水的白色固体，生成时附着在电极上。写出该电池放电时，正极上的电极反应式：___________。
(3)甲烷(CH4)燃料电池以30%KOH溶液为电解质溶液，该燃料电池放电时负极上的电极反应式为___________；正极附近溶液的碱性___________(填“增强”、“减弱”或“不变”)。
(4)银锌电池总反应为：Ag2O+Zn+H2O=Zn(OH)2+2Ag。则该电池的正极电极反应式：___________。
(5)如图为氢氧燃料电池的构造示意图。
①氧气从___________(填“a”或“b”)口通入；电池工作时，OH-向___________(填“X”或“Y”)极移动。
②某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质可以传导O2-，则电池工作时负极电极反应式为___________。
【答案】(1)D
(2) 二次 PbO2+2e-++4H+=PbSO4+2H2O
(3) CH4-8e-+10OH-=+7H2O 增强
(4)
(5)b X
【解析】（1）原电池发生的反应是氧化还原反应。
A．该反应是中和反应，反应过程中元素化合价不变，因此不属于氧化还原反应，不能构成原电池，A不符合题意；
B．该反应属于氧化还原反应，但离子方程式书写中，电子不守恒，电荷不守恒，B不符合题意；
C．该反应基本类型是化合反应，但反应反应过程中元素化合价不变，因此不属于氧化还原反应，不能构成原电池，C不符合题意；
D．该反应属于氧化还原反应，反应过程中电子守恒，元素守恒，方程式书写正确，因此能构成原电池，D符合题意；
故合理选项是D。
（2）铅蓄电池能够反复放电和充电使用，因此属于二次电池；
在铅蓄电池放电时，负极材料是Pb，Pb失去电子发生氧化反应，负极的电极反应式为：Pb-2e-+=PbSO4；正极材料是PbO2，PbO2得到电子被还原产生Pb2+结合溶液中的生成PbSO4；O2-结合H+生成H2O，则正极的电极反应式为：PbO2+2e-++4H+=PbSO4+2H2O；
（3）在甲烷燃料电池中，通入燃料甲烷的电极为负极，CH4失去电子被氧化产生的CO2与溶液中的OH-结合形成，同时产生H2O，则负极的电极反应式为CH4-8e-+10OH-=+7H2O；
在正极上O2得到电子，与溶液中的H2O结合形成OH-，故正极附近c(OH-)增大，故正极附近溶液的碱性增强；
（4）银锌电池中，Zn为负极，失去电子发生氧化反应，Ag2O为正极，得到电子发生还原反应，正极的电极反应式为：；
（5）①根据图示可知：在X电极上有电子流出，则X电极为负极，a口通入的气体为H2；在Y电极上有电子流入，则Y电极为正极，b口通入的气体为O2。因此氧气从b口通入；电池工作时，OH-向正电荷较多的负极区移动，因此OH-向X电极移动。
②某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质可以传导O2-，则电池工作时负极上H2失去电子产生的H+结合O2-生成H2O，则负极的电极反应式为。
【变式探究】完成下列小题
(1)绿色电源“直接二甲醚燃料电池”的工作原理示意图如图所示：
正极为___________(填“A电极”或“B电极”)，H+移动方向为由___________到___________(填“A”或“B”)，写出A电极的电极反应式：___________。
(2)SO2和NOx是主要大气污染物，利用下图装置可同时吸收SO2和NO。
①a是直流电源的___________极。
②已知电解池的阴极室中溶液的pH在4～7之间，阴极的电极反应为___________。
③用离子方程式表示吸收NO的原理___________。
(3)结合下图所示的电解装置可去除废水中的氨氮(次氯酸氧化能力强)。
①a极为___________。
②d极反应式为___________。
(4)VB2-空气电池是目前储电能力最高的电池。以VB2-空气电池为电源，用惰性电极电解硫酸铜溶液如图所示，该电池工作时的反应为4VB2+11O2=4B2O3+2V2O5，VB2极发生的电极反应为___________。
【答案】(1)B电极 A B
(2)负
(3)负
(4)
【解析】（1）氧气得到电子发生还原反应为正极，故B电极为正极、A电极为负极，负极上二甲醚失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，；原电池中阳离子向正极迁移，故H+移动方向为由A到B；
（2）①由图可知，左侧亚硫酸氢根离子得到电子发生还原生成，为阴极区，则与其相连的a是直流电源的负极、b为正极。
②已知电解池的阴极室中溶液的pH在4～7之间为酸性，阴极区亚硫酸氢根离子得到电子发生还原生成，电极反应为。
③NO和发生氧化还原反应生成氮气和亚硫酸氢根离子，氮元素化合价由+2变为0、硫元素化合价由+3变为+4，结合电子守恒可知，反应为；
（3）图所示的电解装置可去除废水中的氨氮(次氯酸氧化能力强)，根据题意可知，d极氯离子失去电子反应氧化反应生成次氯酸：，次氯酸将氨氮氧化而除去，d极为阳极，c为阴极，与阴极相连的a为负极；
①由分析可知，a极为负极。
②由分析可知，d极反应式为；
（4）由图可知，空气通入的a极为正极，氧气得到电子发生还原反应，则VB2极为负极，VB2失去电子在碱性条件下发生氧化反应生成B2O3、V2O5，反应为。
高频考点四 工艺流程陌生方程式的书写
例4.（2023·全国乙卷） LiMn2O4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱锰矿（MnCO3，含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素）制备LiMn2O4的流程如下：

已知：Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39，Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33，Ksp[Ni(OH)2]=5.5×10-16。
回答下列问题：
（1）硫酸溶矿主要反应的化学方程式为_______。为提高溶矿速率，可采取的措施_______(举1例)。
（2）加入少量MnO2的作用是_______。不宜使用H2O2替代MnO2，原因是_______。
（3）溶矿反应完成后，反应器中溶液pH=4，此时c(Fe3+)=_______ml·L-1；用石灰乳调节至pH≈7，除去的金属离子是_______。
（4）加入少量BaS溶液除去Ni2+，生成的沉淀有_______。
（5）在电解槽中，发生电解反应的离子方程式为_______。随着电解反应进行，为保持电解液成分稳定，应不断_______。电解废液可在反应器中循环利用。
（6）煅烧窑中，生成LiMn2O4反应的化学方程式是_______。
【答案】（1）MnCO3+H2SO4=MnSO4+H2O+CO2↑ 粉碎菱锰矿
（2）将Fe2+氧化为Fe3+ Fe3+可以催化H2O2分解
（3）2.8×10-9 Al3+ （4）BaSO4、NiS
（5）Mn2++2H2Oeq \(=====,\s\up8(电解))H2↑+MnO2↓+2H+ 加入MnSO4
（6）2Li2CO3+8MnO2eq \(=====,\s\up8(煅烧))4LiMn2O4+2CO2↑+O2↑
【解析】根据题给的流程，将菱锰矿置于反应器中，加入硫酸和MnO2，可将固体溶解为离子，将杂质中的Fe、Ni、Al等元素物质也转化为其离子形式，同时，加入的MnO2可以将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+；随后将溶液pH调至制约等于7，此时，根据已知条件给出的三种氢氧化物的溶度积可以将溶液中的Al3+沉淀出来；随后加入BaS，可以将溶液中的Ni2+沉淀，得到相应的滤渣；后溶液中含有大量的Mn2+，将此溶液置于电解槽中电解，得到MnO2，将MnO2与碳酸锂共同煅烧得到最终产物LiMn2O4。
（1）菱锰矿中主要含有MnCO3，加入硫酸后可以与其反应，硫酸溶矿主要反应的化学方程式为：MnCO3+H2SO4=MnSO4+H2O+CO2↑；为提高溶矿速率，可以将菱锰矿粉碎；
（2）根据分析，加入MnO2的作用是将酸溶后溶液中含有的Fe2+氧化为Fe3+，但不宜使用H2O2氧化Fe2+，因为氧化后生成的Fe3+可以催化H2O2分解，不能使溶液中的Fe2+全部氧化为Fe3+；
（3）溶矿完成以后，反应器中溶液pH=4，此时溶液中c(OH-)=1.0×10-10ml·L-1，此时体系中含有的c(Fe3+)==2.8×10-9ml·L-1，这时，溶液中的c(Fe3+)小于1.0×10-5，认为Fe3+已经沉淀完全；用石灰乳调节至pH≈7，这时溶液中c(OH-)=1.0×10-7ml·L-1，溶液中c(Al3+)=1.3×10-12ml·L-1，c(Ni2+)=5.5×10-4ml·L-1，c(Al3+)小于1.0×10-5，Al3+沉淀完全，这一阶段除去的金属离子是Al3+；
（4）加入少量BaS溶液除去Ni2+，此时溶液中发生的离子方程式为BaS+Ni2++SO42-=BaSO4↓+NiS↓，生成的沉淀有BaSO4、NiS。
（5）在电解槽中，Mn2+发生反应生成MnO2，反应的离子方程式为Mn2++2H2Oeq \(=====,\s\up8(电解))H2↑+MnO2↓+2H+；电解时电解液中Mn2+大量减少，需要加入MnSO4以保持电解液成分的稳定。
（6）煅烧窑中MnO2与Li2CO3发生反应生成LiMn2O4，反应的化学方程式为2Li2CO3+8MnO2eq \(=====,\s\up8(煅烧))4LiMn2O4+2CO2↑+O2↑。
【变式探究】（2023·辽宁卷）某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液 (含)和)。实现镍、钴、镁元素的回收。

已知：
回答下列问题：
（1）用硫酸浸取镍钴矿时，提高浸取速率的方法为_______(答出一条即可)。
（2）“氧化”中，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5)，1mlH2SO5中过氧键的数目为_______。
（3）“氧化”中，用石灰乳调节pH=4，Mn2+被H2SO5氧化为MnO2，该反应的离子方程式为_______(H2SO5的电离第一步完全，第二步微弱)；滤渣的成分为MnO2、_______(填化学式)。
（4）“氧化”中保持空气通入速率不变，Mn(Ⅱ)氧化率与时间的关系如下。SO2体积分数为_______时，Mn(Ⅱ)氧化速率最大；继续增大SO2体积分数时，Mn(Ⅱ)氧化速率减小的原因是_______。

（5）“沉钻镍”中得到的C(Ⅱ)在空气中可被氧化成，该反应的化学方程式为_______。
（6）“沉镁”中使沉淀完全，需控制pH不低于_______(精确至0.1)。
【答案】（1）适当增大硫酸浓度或适当升高温度或将镍钴矿粉碎增大接触面积
（2）NA （3） Fe(OH)3
（4）9.0% SO2有还原性，过多将会降低H2SO5的浓度，降低Mn(Ⅱ)氧化速率
（5）
（6）11.1
【解析】在“氧化”中，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5)，用石灰乳调节pH=4，Mn2+被H2SO5氧化为MnO2，发生反应，Fe3+水解同时生成氢氧化铁，“沉钻镍”过程中，C2+变为C(OH)2，在空气中可被氧化成。
（1）用硫酸浸取镍钴矿时，为提高浸取速率可适当增大硫酸浓度、升高温度或将镍钴矿粉碎增大接触面积
（2）H2SO5的结构简式为，所以1mlH2SO5中过氧键的数目为NA
（3）用石灰乳调节pH=4，Mn2+被H2SO5氧化为MnO2，该反应的离子方程式为：；氢氧化铁的Ksp=10-37.4，当铁离子完全沉淀时，溶液中c(Fe3+)=10-5ml/L，，c(OH-)=10-10.8ml/L，根据Kw=10-14，pH=3.2，此时溶液的pH=4，则铁离子完全水解，生成氢氧化铁沉淀，故滤渣还有氢氧化铁；
（4）根据图示可知SO2体积分数为0.9%时，Mn(Ⅱ)氧化速率最大；继续增大SO2体积分数时，由于SO2有还原性，过多将会降低H2SO5的浓度，降低Mn(Ⅱ)氧化速率
（5）“沉钻镍”中得到的C(OH)2，在空气中可被氧化成，该反应的化学方程式为：；
（6）氢氧化镁的Ksp=10-10.8， 当镁离子完全沉淀时，c(Mg2+)=10-5ml/L，根据Ksp可计算c(OH-)=10-2.9ml/L，根据Kw=10-14，c(H+)=10-11.1ml/L，所以溶液的pH=11.1。
酸性环境
碱性环境
反应物中少氧
左边加H2O，右边加H+
左边加OH-，右边加H2O
反应物中多氧
左边加H+，右边加H2O
左边加H2O，右边加OH-
物质