分类突破陌生情境下化学方程式的书写-《中学生数理化》高考理化2025年6月刊

■河南省汝阳县第一高级中学 侯晨鹞(正高级教师) 化学方程式是最具有化学学科特征的一 种化学用语(符号表征),陌生化学方程式的 书写是高考中常见题型,也是“信息量较大” 的一类题型,试题主要从复分解反应、氧化还 原反应、热化学、电化学等方面考查考生接 受、整合化学信息和分析解决问题的能力。 陌生方程式的书写综合性强,能力要求高,是 考生答题的难点和失分点,考生做这部分题 时,往往会出现因考虑不全而不能快速准确 判断出反应物和生成物,也难以正确配平化 学方程式,因此,考前熟练掌握方程式书写的 方法和技巧是提高化学成绩的有效措施。 一、陌生情境下非氧化还原型方程式书 写的思维建模 例 1 Li4Ti5O12 和LiFePO4 都是锂离 子电池的电极材料,可利用钛铁矿(主要成分 为FeTiO3,还含有少量 MgO、SiO2 等杂质) 来制备,工艺流程如下所示。 “酸浸”后,钛主要以TiOCl2-4 形式存在, 写出相应反应的离子方程式: 。 解析:第一步,依据题意写出已知的反应物 和生成物。用盐酸溶解FeTiO3,反应后钛主要 以TiOCl2-4 形式存在,则Fe +2 Ti +4 O3———Ti +4 OCl2-4 。 第二步,依据质量守恒和电荷守恒完成 方程式。①经分析,反应物中有氯元素,产物 中有铁元素,且钛元素的价态未变化,可知方 程式左边应加上Cl-,右边生成Fe2+:FeTiO3 +Cl-———TiOCl2-4 +Fe2+。②左边比右边多 两个负二价的氧原子(碱性极强),结合溶液 呈酸性,可知左边还应补充 H+,右边生成 H2O:FeTiO3+H++Cl-———Fe2++TiOCl2-4 + H2O。③依据氯原子守恒,可知左边Cl-的化 学计量数为4,铁原子与钛原子个数相等,依 据O原子守恒,H2O的化学计量数为2,则 H+的化学计量数为4,最后用电荷守恒检验: FeTiO3+4H+ +4Cl- 􀪅􀪅Fe2+ +TiOCl2-4 + 2H2O。 答案:FeTiO3+4H++4Cl- 􀪅􀪅Fe2+ + TiOCl2-4 +2H2O 思维建模:第一步,依据题意写出已知的 反应物和生成物。 第二步,依据质量守恒、电荷守恒并结合 溶液的酸碱性,完成并配平方程式。 第三步,检查各物质前面的化学计量数 是不是最简的整数比。 二、陌生情境下氧化还原型方程式书写 的思维建模 例 2 +6价铬的化合物毒性较大,常 用NaHSO3 将酸性废液中的Cr2O2-7 还原成 Cr3+,该反应的离子方程式为 。 解析:第一步,根据题意和已掌握的知识 很容易找到氧化剂、还原剂、还原产物和氧化 产物:Cr2O2-7 +HSO-3———Cr3++SO2-4 。 第二步,标出变价元素的化合价,分析化合 价升降情况并求出化合价升降的最小公倍数: Cr的化合价从+6降低到+3,两个铬原 子一共降低6价,S的化合价从+4升高到+ 6,升高2价,6与2的最小公倍数为6,为使 化合价升降守恒,HSO-3 的化学计量数为3, 再根据原子守恒配出产物的化学计量数。 第三步,根据已配平的部分可以算出反 63 解题篇 经典题突破方法 高考理化 2025年6月 应前有16个氧原子,反应后只有12个氧原 子,反应前比反应后多出4个氧原子,再结合 反应环境呈酸性,应在反应物中补 H+,多出 4个O应该补8个H+生成4个H2O,但是3 个 HSO-3 中已经含有3个 H,所以最终只要 补5个 H+,即Cr2O2-7 +3HSO-3 +5H+􀪅􀪅 2Cr3++3SO2-4 +4H2O。 答案:Cr2O2-7 +3HSO-3 +5H+􀪅􀪅2Cr3+ +3SO2-4 +4H2O 思维建模:“写”“配”“补”“查”四步书写 模型。 第一步,“写”,根据所学知识或题目信息 在方程式两边分别写出氧化剂、还原剂和还 原产物、氧化产物,其他不能确定的反应物和 生成物先不要写(切记)。 第二步,“配”,根据化合价升降守恒(或 得失电子守恒)配平氧化剂、还原剂、还原产 物和氧化产物前面的化学计量数。 第三步,“补”,根据反应环境(酸碱介质) 及电荷守恒、原子守恒补齐没有参与氧化还 原的物质或离子。补项时先考虑反应前跟反 应后的物质对比是氧原子变多还是减少,再 考虑酸碱介质,具体情况如下。 注意:碱性条件下反应物这边每少一个 O原子,需要补充两个 OH-,同时生成一个 H2O。 第四步,“查”,检查所写的方程式是否满 足电荷守恒和原子守恒。 三、陌生情境下“电化学”中化学方程式 书写的思维建模 例 3 一 种 以 V2O5 和 Zn为 电 极、 Zn(CF3SO3)2 水溶液为电解质溶液的电池, 如图1所示。 图1 放电 时,Zn2+ 可 插 入 V2O5 层 间 形 成 ZnxV2O5·nH2O。则充电阳极反应式为 。 解析:由题中信息可知,该电池中Zn为 负极,V2O5 为正极,电池的总反应为xZn+ V2O5+nH2O 􀪅􀪅ZnxV2O5·nH2O。充电 阳极上ZnxV2O5·nH2O被氧化为V2O5,则 阳极的电极反应为ZnxV2O5·nH2O-2xe- 􀪅􀪅xZn2++V2O5+nH2O。 答 案:ZnxV2O5 ·nH2O -2xe- 􀪅􀪅 xZn2++V2O5+nH2O 思维建模:第一步,审题干及装置图,明 确是原电池还是电解池;审要求,明确写哪个 电极上的反应式,是写电极反应式还是总反 应式。 第二步,仔细研究装置图中的物质变化 或微粒变化,确定反应物和产物。 第三步,分析反应方向及化合价变化,根 据得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒以及电 解质溶液的酸碱性等,配平电极反应式。特 别提醒:非水介质配平电极反应两端电荷时, 一般不能用 H+或OH-。 四、陌生情境下热化学方程式书写的思 维建模 例 4 已知下列热化学方程式: FeSO4·7H2O(s)􀪅􀪅FeSO4(s)+7H2O(g) ΔH1=a kJ·mol-1 FeSO4·xH2O(s)􀪅􀪅FeSO4 (s)+ xH2O(g) ΔH2=b kJ·mol-1 FeSO4·yH2O(s)􀪅􀪅FeSO4 (s)+ yH2O(g) ΔH3=c kJ·mol-1 则FeSO4·7H2O(s)+FeSO4·yH2O(s)􀪅􀪅 2(FeSO4·xH2O)(s)的ΔH= kJ·mol-1。 解析:第一步,将已知的热化学方程式编号。 ①FeSO4·7H2O(s)􀪅􀪅FeSO4(s)+ 7H2O(g) ΔH1=a kJ·mol-1 ②FeSO4·xH2O(s)􀪅􀪅FeSO4(s)+ xH2O(g) ΔH2=b kJ·mol-1 ③FeSO4·yH2O(s)􀪅􀪅FeSO4(s)+ yH2O(g) ΔH3=c kJ·mol-1 第二步,观察发现目标热化学方程式中的 反应物FeSO4·7H2O(s)和FeSO4·yH2O(s) 73 解题篇 经典题突破方法 高考理化 2025年6月 分别是反应①和③的反应物,而其生成物 FeSO4·xH2O(s)是反应②的反应物。从而 可知总反应为①、③相加,与②相减。 第三步,FeSO4(s)和H2O(g)是目标热化学 方程式中没有的物质,应消去,从而可知总反应 为 ① + ③ -2× ②,即 FeSO4·7H2O(s)+ FeSO4·yH2O(s)􀪅􀪅2(FeSO4·xH2O)(s), 则ΔH=(a+c-2b)kJ·mol-1。 答案:(a+c-2b) 思维建模:这类试题,是反应原理中必考 的试题,虽然不是传统意义上热化学方程式 的书写,但却是通过反应热的求算,间接考查 热化学方程式的书写。 第一步,将已知的热化学方程式编号。 第二步,观察目标热化学方程式中的反应 物和生成物分别在已知方程式中的哪一侧。 若目标热化学方程式中的反应物在已知热化 学方程式左侧,则用加法,在右侧用减法;若目 标热化学方程式中的生成物在已知热化学方 程式左侧,则用减法,在右侧用加法。 第三步,通过在已知热化学方程式前面 乘以相应的系数,利用消元法消去目标热化 学方程式中没有的物质,或利用留元法留下 目标热化学方程式中有的物质。 第四步,检查各物质的化学计量数和反 应热之间的关系是否正确。 五、陌生情境下结合热重曲线书写化学 方程式的思维建模 例 5 草酸钙晶体(CaC2O4·H2O)在 氮气氛围中的热重曲线如图2所示。 图2 写出100~226 ℃、346~420 ℃、660~ 840 ℃三个阶段反应的化学方程式: 、 、 。 解析:热重曲线中在第一次失重之前的第 一个平台(100 ℃以前)为CaC2O4·H2O。 在100~226 ℃之间第一次出现失重,失 去 的 应 该 是 部 分 或 全 部 的 结 晶 水, 设226~346 ℃ 对 应 物 质 的 化 学 式 为 CaC2O4·xH2O,失去结晶水的质量与试样 总质量的比为 18(1-x) 146 = 100-87.7 100 ,解得 x=0,相当于1 mol CaC2O4·H2O 失去 1 mol H2O,即 第 二 个 平 台 固 体 组 成 为 CaC2O4。 在346~420 ℃之间再次出现失重,失去 的质 量 占 试 样 总 质 量 的 19.2%,146× 19.2%≈28,即1 mol CO 的质量,相当于 1 mol CaC2O4 分解出1 mol CO,即第三个平 台固体的组成为CaCO3。 在660~840 ℃之间出现第三次失重,失 去的质量占试 样 总 质 量 的30.1%,146× 30.1%≈44,即1 mol CO2 的质量,相当于 1 mol CaCO3 分解出1 mol CO2,即第四个 平台固体组成为CaO。 答案:CaC2O4·H2O 100~226 ℃ 􀪅􀪅􀪅􀪅􀪅􀪅CaC2O4 +H2O CaC2O4 346~420 ℃ 􀪅􀪅􀪅􀪅􀪅􀪅CaCO3+CO↑ CaCO3 660~840 ℃ 􀪅􀪅􀪅􀪅􀪅􀪅CaO+CO2↑ 思维建模:一般为“设”“析”“算”“定” 四步。 第一 步,“设”,一 般 设 固 体 的 质 量 为 100 g或物质的量为1 mol。 第二步,“析”,对热重曲线图分析(能够 “识图、析图和用图”,其中“识图”是基础,“析 图”是关键,“用图”是目的)可知,失重一般是 先失水,再失非金属氧化物。 第三步,“算”,计算每步剩余固体的质量 m(剩余), m(剩余) m(总)×100%= 固体残留率。 第四步,“定”,失重最后一般为金属氧化 物[固体中金属元素的质量或物质的量不减 少,仍在m(剩余)中],由质量守恒得m(O), 由n(金属)∶n(O),即可确定最后物质的化 学式。 (责任编辑 谢启刚) 83 解题篇 经典题突破方法 高考理化 2025年6月