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第5讲　过渡金属及其化合物的
制备微流程(能力课)
【复习目标】　
1．了解常考过渡金属及其重要化合物。
2．能依据信息及化合价解答陌生过渡金属及其化合物制备流程中的有关问题。
(3)低价金属的氢氧化物，为难溶性的弱碱，且易分解成氧化物，如Fe(OH)2、Mn(OH)2、Cr(OH)3。
(4)低价硫化物，通常为有色难溶物，如HgS(黑或红)、FeS(黑)、Cu2S(黑)、FeS2(金黄)。
工业生产中，常通过转化价态、调节pH或加入硫化物将过渡金属生成氢氧化物沉淀或生成难溶硫化物分离除去。
2．过渡金属易形成配合物
(1)金属离子常易水解，其水合离子通常显色，如Cu2＋(aq，蓝)、Fe2＋(aq，浅绿)、Fe3＋(aq，黄)、Cr3＋(aq，绿)。
(2)容易形成配合物的中心离子，如[Cu(NH3)4]2＋、[Ag(NH3)2]＋、[Fe(SCN)6]3－、[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2＋。
3．锌及其化合物的转化
①Zn(OH)2＋2OH－===[Zn(OH)4]2－，
②Zn(OH)2＋2H＋===Zn2＋＋2H2O，
③ZnO＋2H＋===Zn2＋＋H2O，
④ZnO＋2OH－＋H2O===[Zn(OH)4]2－。
4．铬的重要化合物
(1)Cr2O3和Cr(OH)3显两性，其转化关系如下：



关键能力 · 拓展教材
【典题示例】
【示例】　以黄铁矿(主要成分是FeS2，含少量SiO2)和软锰矿(主要成分是MnO2，含少量Fe2O3、Al2O3)为原料制备MnSO4·H2O的工艺流程如图。
答案：B
【对点演练】
(2025·八省联考四川卷，10)TiO2是重要的无机材料，一种含有铁的氧化物和氧化钙的TiO2废渣可以通过如下流程纯化。
已知：“铝热还原”时，Al转化为难溶于酸和碱的α-Al2O3，TiO2转化为TiOx(1≤x≤1.5)；“浸取”时，TiOx溶于盐酸生成易被空气氧化的Ti3＋。
下列说法错误的是(　　)
A．TiO2具有弱氧化性
B．“浸取”需要稀有气体保护
C．“滤液”中存在Fe3＋和Ca2＋
D．H2来自于Fe和盐酸的反应
答案：B
解析：二氧化钛废渣与铝粉进行铝热还原生成TiOx(1≤x≤1.5)和难溶于酸和碱的α Al2O3，同时铁的氧化物转化为铁单质，加入盐酸后TiOx、Fe与酸反应生成Fe2+、Ti3+和氢气，难溶的α Al2O3转化为滤渣，滤液中由Fe2+、Ti3+被H2O2氧化生成Fe3+和Ti4+，Ti4+水解生成TiO2·xH2O分离，滤液含有Fe3+、Ca2+。TiO2可被铝粉还原为TiOx(1≤x≤1.5)，说明TiO2具有弱氧化性，A正确；“浸取”过程中，不需要稀有气体保护，产生的Ti3+在下一步需要氧化生成Ti4+，B错误；Ti4+转化为TiO2·xH2O分离，滤液含有Fe3+、Ca2+，C正确；铝热反应中只有铁的氧化物转化为铁单质，故氢气是铁与盐酸反应产生的，D正确。

教考互应　命题溯源悟真谛——考教衔接突出创新性应用性
命题溯源
【示例】　(2023·河北卷，10)一种以锰尘(主要成分为Mn2O3，杂质为铝、镁、钙、铁的氧化物)为原料制备高纯MnCO3的清洁生产新工艺流程如下：
已知：室温下相关物质的Ksp如表。
Al(OH)3 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Fe(OH)2
10－32.9 10－11.3 10－5.3 10－16.3
Fe(OH)3 Mn(OH)2 MgF2 CaF2
10－38.6 10－12.7 10－10.3 10－8.3
答案：C
[教材溯源]　本题与《课程标准》学业质量水平3中“能采用模型、符号等多种方式对物质结构及其变化进行综合表征”及学业质量水平4中“能在物质及其变化的情境中，依据需要选择不同方法，从不同角度对物质及其变化进行分析和推断”的要求吻合。
[价值引领]　本题属于生产环保情境中的废物回收利用和毒害物质处理。
[关键能力]　主要考查考生信息获取与加工、逻辑推理与论证能力。
(1)信息获取与加工能力
流程图→每一步反应所加的试剂和条件的控制。
(2)逻辑推理与论证能力
第一步，基于工艺流程的物质变化分析
①锰尘→MnCO3：Mn的化合价由原料中的＋2、＋3变为＋2 →加盐酸发生氧化还原反应→Cl－被氧化生成 Cl2。
②除杂→通过控制试剂和反应条件，分别除去Fe3＋、Al3＋、Mg2＋等杂质。
[考教衔接]　(1)引导学生能够挖掘题意中的隐含信息：本题没有给出Mn2O3的性质，但可以通过Mn化合价的变化判断其有强氧化性。(2)引导学生从粒子变化的角度分析碳酸氢铵与Mn2＋反应的具体过程。(3)引导学生分析为什么用碳酸氢铵而不用碳酸钠：碳酸钠的碱性较强，在生成碳酸锰的同时还可能生成氢氧化锰，无法制取高纯的碳酸锰。
真题体验
(2024·黑吉辽卷，13)某工厂利用铜屑脱除锌浸出液中的Cl－并制备Zn，流程如下。“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变。
锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰)
离子 Zn2＋ Cu2＋ Cl－
浓度/(g·L－1) 145 0.03 1
下列说法正确的是(　　)
A.“浸铜”时应加入足量H2O2，确保铜屑溶解完全
B．“浸铜”反应：2Cu＋4H＋＋H2O2===2Cu2＋＋H2↑＋2H2O
C．“脱氯”反应：Cu＋Cu2＋＋2Cl－===2CuCl
D．脱氯液净化后电解，可在阳极得到Zn
答案：C
解析：结合脱氯步骤仅Cu元素化合价发生改变并产生CuCl固体，可推断脱氯时Cu和Cu2＋发生归中反应并结合Cl－生成CuCl沉淀，离子方程式为Cu+Cu2++2Cl－===2CuCl，则浸铜时铜屑不能完全溶解，A错误，C正确；浸铜时Cu与H2O2在酸性条件下反应生成Cu2＋和H2O离子方程式为Cu+2H++H2O2===Cu2++2H2O，B错误；脱氯液中含大量的Zn2＋，净化后电解Zn2＋在阴极上得电子生成单质Zn，D错误。
1．利用锶渣(主要成分SrSO4，含少量CaCO3、Fe2O3、Al2O3、MgCO3杂质)，工业上制备超细碳酸锶的工艺如图所示：
已知：“高温煅烧”得到的主要产物为锶的硫化物和一种可燃性气体。
答案：D
2．以废旧锌锰电池中的黑锰粉[MnO2、MnO(OH)、NH4Cl、少量ZnCl2及炭黑、氧化铁等]为原料制备MnCl2的工艺流程如下：
下列说法正确的是(　　)
A．滤液a显中性
B．“酸浸”时消耗的H2O2和MnO2物质的量相等
C．“调pH”步骤中MnO不可用MnCO3替代
D．通入空气的作用是氧化锰元素并除去炭黑
答案：D
解析：黑锰粉水洗除去可溶性物质，故滤液a为NH4Cl、ZnCl2溶液，分离固体通入空气焙炒从而除炭黑、并氧化MnO(OH)为二氧化锰，加入稀硫酸、过氧化氢生成硫酸锰，加入MnO调节pH过滤除去铁，并分离得到硫酸锰溶液，再加入氯化钙溶液、结晶得到二氯化锰；据此分析解答。“滤液a”中含有的铵根离子、锌离子水解生成氢离子，导致滤液显酸性，A错误。
“酸浸”时发生反应H2O2＋MnO2＋2H＋===Mn2＋＋O2↑＋2H2O，该反应中消耗的H2O2和MnO2物质的量相等，但是二氧化锰还会催化过氧化氢生成水和氧气，故“酸浸”时消耗的H2O2和MnO2物质的量不相等，B错误。MnCO3 和硫酸反应生成硫酸锰、二氧化碳和水，MnO和硫酸反应生成硫酸锰和水，则“调pH”步骤中MnO可用MnCO3替代，C错误。氧气具有氧化性，加热下碳被氧化为二氧化碳而除去，O2氧化MnO(OH)生成二氧化锰和水，故通入空气的作用是氧化锰元素并除去炭黑，D正确。
3．铼高温合金可用于制造喷气发动机的燃烧室、涡轮叶片及排气喷嘴。工业上用冶炼钼的烟道灰(Re2O7、ReO3，含SiO2、CuO、Fe3O4等杂质)制备铼单质的流程如图所示：
已知：过铼酸铵(NH4ReO4)是白色片状晶体，微溶于冷水，溶于热水。
下列说法错误的是(　　)
A．“滤渣Ⅰ”主要成分是Cu(OH)2和Fe(OH)3
B．“滤液”经电解后产生的CO2和NaOH可循环使用
C．先加热NaReO4溶液再加入NH4Cl，经冰水冷却、过滤得NH4ReO4晶体
D．实验室模拟“操作Ⅱ”所需主要仪器有坩埚、酒精灯、玻璃棒、泥三角、三脚架等
答案：A
解析：冶炼钼的烟道灰通入空气、加入氢氧化钠溶液，CuO、Fe3O4不反应成为滤渣Ⅰ，铼、硅反应成为滤液；滤液通入二氧化碳将硅转化为硅酸沉淀，过滤得到NaReO4溶液，加入氯化铵得到NH4ReO4晶体，灼烧得到Re2O7、ReO2，最终得到Re。“滤渣Ⅰ”主要成分是CuO、Fe3O4，A错误。“滤液”经电解后产生的CO2在调节pH过程中使用、NaOH在吸收过程中使用，故可循环使用，B正确。过铼酸铵(NH4ReO4)是白色片状晶体，微溶于冷水，溶于热水；先加热NaReO4溶液再加入NH4Cl，经冰水冷却，可以过滤得NH4ReO4晶体，C正确。“操作Ⅱ”为灼烧操作，所需主要仪器有坩埚、酒精灯、玻璃棒、泥三角、三脚架等，D正确。
4．(2025·山东泰安模拟)某小组以废镍催化剂(主要成分是Ni，含少量Zn、Fe、CaO、SiO2等杂质)为原料制备草酸镍晶体的流程如下：
已知：室温下，Ksp(CaF2)＝1.6×10－10。
下列说法中错误的是(　　)
A．滤渣1的成分是CaSO4、SiO2
B．滤渣2经过洗涤、干燥、灼烧可制得铁红
C．除钙时，为了确保滤液中c(Ca2＋)≤1×10－5 mol·L－1，溶液中c(F－)至少为4×10－3 mol·L－1
D．萃取时先从下口放出下层液体，待下层液体刚好放完，再从下口放出上层液体
答案：D
解析：废镍催化剂加入硫酸酸浸，二氧化硅不反应、氧化钙生成不溶物硫酸钙成为滤渣1，其他金属元素转化为相应盐溶液；滤液加入次氯酸钠溶液将二价铁转化为三价铁生成氢氧化铁沉淀得到滤渣2；滤液加入氟化铵溶液生成氟化钙沉淀得到滤渣3；滤液加入萃取剂后分离出含镍离子的萃取液，加入草酸铵得到草酸镍晶体。由分析可知，滤渣1的成分是CaSO4、SiO2，A正确。滤渣2为氢氧化铁，经过洗涤、干燥、灼烧，氢氧化铁分解为氧化铁，可制得铁红，B正确。
5．一种从光盘金属层中回收Ag的流程图如下(其他微量金属对实验的影响可忽略)。
下列说法错误的是(　　)
A．“氧化”过程中，每生成0.1 mol AgCl，转移电子数目约为6.02×1022
B．“氧化”后测定溶液的pH不可使用pH试纸
C．“转化”时的离子方程式为AgCl＋2NH3·H2O [Ag(NH3)2]＋＋Cl－＋2H2O
D．“还原”过程中生成的气体可能是N2
答案：A
6．钼在钢铁、化工、医药等领域应用广泛。以辉钼矿(主要成分为MoS2，含少量SiO2、CuO等)为原料制备Mo的工艺流程如图所示。
下列说法错误的是(　　)
A．“焙烧”时还原剂与氧化剂的物质的量之比为2∶9
B．滤渣1为SiO2，滤渣3为PbS
C．“碱浸”时CuO发生反应的离子方程式：
CuO＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－＋3H2O
D．整个过程中含钼元素物质间转化发生两个氧化还原反应
答案：A
7．以红土镍镉矿(NiS、CdO，含SiO2、CuO、PbO、Fe2O3等杂质)为原料回收部分金属单质，其工艺流程如图所示。
已知：电极电位是表示某种离子或原子获得电子而被还原的趋势。在25 ℃下，部分电对的电极电位如表：
电对 Cu2＋/Cu Pb2＋/Pb Cd2＋/Cd Fe2＋/Fe Ni2＋/Ni
电极电位/V ＋0.337 －0.126 －0.402 －0.442 －0.257
下列说法错误的是(　　)
A．“浆化”的目的是增大接触面积，加快酸浸反应速率，提高某些金属元素浸取率
B．“物质A”可以是NiCO3，“调pH”后，所得滤渣Ⅱ为Fe(OH)3
C．“金属A”是Pb和Cu混合物，“金属B”是Cd
D．该工艺流程中可以循环利用的物质有CO、H2SO4、Ni等
答案：C
解析：由电极电位表可知金属活动性顺序为Fe>Cd>Ni>Pb>Cu。镍镉矿浆化后，在空气中加入稀硫酸酸浸，硫化镍和金属氧化物溶于稀硫酸得到硫酸盐，二氧化硅不与稀硫酸反应，过滤得到含有二氧化硅、硫酸铅的滤渣Ⅰ和滤液；向滤液中加入碳酸镍或氧化镍调节溶液pH，将溶液中铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤得到含有氢氧化铁的滤渣Ⅱ和滤液；由金属活动性顺序可知，向滤液中只能加入镍，将溶液中铜离子转化为铜，过滤得到含有铜、镍的金属A和含有硫酸镍、硫酸镉的滤液；滤液经电解、过滤得到含有镉和镍的固体和稀硫酸；
固体通入一氧化碳气化分离得到Ni(CO)4和镉；Ni(CO)4受热分解生成一氧化碳和镍。该工艺流程中可以循环利用的物质为一氧化碳、硫酸和镍等。
8．以含镍废料(主要成分为NiO，含少量FeO、Fe2O3、CoO、BaO和SiO2)为原料制备NixOy和碳酸钴(CoCO3)的工艺流程如图。

答案：C
解析：废料中加入硫酸，NiO、FeO、Fe2O3、CoO、BaO均能与硫酸反应，生成的NiSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3、CoSO4进入溶液，SiO2和硫酸钡为滤渣，A正确；“调pH”过程中形成黄钠铁矾渣，Na2CO3不能过量，防止Co2＋、Ni2＋形成沉淀而损失，C错误。
9．某铬贫矿主要成分为Fe(CrO2)2，还含有Fe2O3、MgO、Al2O3，采用次氯酸钠法处理矿石并制备CrO3的工艺流程如图，已知“氧化浸出”时铁以最高价氧化物存在。
下列说法错误的是(　　)
A．“氧化浸出”时煮沸的目的是加快氧化浸出速率
B．滤渣的主要成分是MgO、Fe2O3
C．化合物Ⅰ为NaOH，化合物Ⅱ为NaHCO3
D．实验室进行“混合”时，将Na2Cr2O7溶液缓慢倒入浓硫酸中，边倒边搅拌
答案：D
解析：温度升高，反应速率变快，A正确；Al2O3与NaOH溶液反应，则“滤渣”的主要成分为MgO、Fe2O3，B正确；“电解”时产生氢气和氯气，故会产生NaOH，“沉铝”时通入过量的CO2，产生NaHCO3，C正确；实验室进行“混合”时，将浓硫酸缓慢倒入Na2Cr2O7溶液中，边倒边搅拌，D错误。
10．一种利用含钴废料(主要成分为Co3O4，还含有少量SiO2、Fe2O3、Al2O3等杂质)制备LiCoO2的工艺流程如下。
已知：常温下，部分金属离子沉淀的pH如表。
金属离子 Fe2＋ Fe3＋ Al3＋ Co2＋
开始沉淀的pH 8.5 2.2 3.4 7.8
完全沉淀[c(金属离子)≤1×10－5mol·L－1]的pH 10.0 3.0 4.5 9.4
答案：C

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