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2027届高考化学第一轮复习
第一章 金属及其化合物
第4讲 金属材料 金属矿物的开发利用
第3课时 陌生金属及其化合物制备流程分析
1.铁、钴、镍均位于元素周期表中的第Ⅷ族，性质相近，统称为铁系元素，主要化合价为+2价和+3价。
2.铁系元素的配合物
(1)①Fe3+与F-能生成稳定的[FeF6]3-，分析化学上氟化物常用作Fe3+的掩蔽剂；
②Fe3+与C2形成的[Fe(C2O4)3]3-为黄绿色，这里C2为双齿配体。
拓展视野
(2)①Co3+具有很强的氧化能力，在水溶液中不能稳定存在，大多数的Co(Ⅲ)化合物为配合物；
②[Co(H2O)6]2+为粉红色，在空气中稳定。将CoCl2溶液加热，溶液由粉红色变为蓝色，冷却后溶液又变为粉红色，原因如下：
[Co(H2O)6]2+(粉红色)+4Cl- [CoCl4]2-(蓝色)+6H2O
③Co(Ⅱ)的配合物具有较强的还原性：
Co2++6NH3 [Co(NH3)6]2+ [Co(NH3)6]3+
钴和镍都是较稳定的金属，常温下在空气中能稳定存在，加热条件下可生成CoO、NiO。常见化合价为0、＋2、＋3价。
化合价 ＋2价的Co和Ni ＋3价的Co和Ni
性质 中间价态，具有氧化性和还原性 具有强氧化性
氧化物 主要表现氧化性，CoO在一定条件下可被H2、C或CO还原成单质钴 酸性环境中发生反应，如Co2O3＋6HCl===2CoCl2＋Cl2↑＋3H2O、Ni2O3＋6HCl===2NiCl2＋Cl2↑＋3H2O
类型二　V、Cr及其化合物的制备流程
3.[2023·新课标卷，27(1)(2)(3)(4)(5)]铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物，从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如图所示：
已知：最高价铬酸根在酸性介质中以Cr2存在，在碱性介质中以存在。
回答下列问题：
(1)煅烧过程中，钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐，其中含铬化合物主要为　　　 　(填化学式)。
(2)水浸渣中主要有SiO2和　　　 。
(3)“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质是　　。
Na2CrO4
Fe2O3
铝
(4)“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀，该步需要控制溶液的pH≈9以达到最好的除杂效果，若pH<9时，会导致
________________________________
　　 　　； pH>9时，会导致
　 　。
(5)“分离钒”步骤中，将溶液pH调到1.8左右得到V2O5沉淀，V2O5在pH
<1时，溶解为或VO3+，在碱性条件下，溶解为或，上述性质说明V2O5具有　　(填标号)。
A.酸性 B.碱性 C.两性
官方答案：磷不能除净(磷酸盐会转化为可溶性的酸式盐)
官方答案：硅不能除净（生成Mg(OH)2沉淀，Mg2+被消耗)
C
4.(2024·大湾区一模)钒是重要的战略资源，以硫酸工业产生的废钒催化剂为原料(含V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2以及少量的Fe2O3等)，综合回收利用钒、硅、钾实现变废为宝、保护环境的目的，回收工艺流程如下：
已知：钒的氧化物在酸性条件下以、VO2+存在，pH增大时VO2+可转化为VO(OH)2沉淀。
(1)“水浸”前，通常需要将催化剂粉碎，其目的是_________________
　 　　　　。
接触面积，提高溶解速率与浸出率
增大催化剂与水的
(2)“滤渣2”转化为Na2SiO3的化学方程式是_ _________________________ ___________ 　　　 　 　。
(3)“还原酸浸”时：
①硫酸的用量会影响钒的浸出率，pH需保持在1.2以下的原因是_ __
______________________________ 　　。
Na2SiO3+H2O(或SiO2+Na2CO3
SiO2+2NaOH===
Na2SiO3+ CO2↑)
水解程度增加，生成VO(OH)2，影响钒的浸出率
避免VO2+
(5)加氨水生成VO(OH)2沉淀，若经焙烧得到1 mol V2O5产品，则消耗空气中O2　 　 mol。
(4)“萃取”时选择有机萃取剂，原理是：H2R(有机层)+VO2+ 2H++VOR(有机层)，“反萃取”应选择在　　　(填“酸性”“中性”或“碱性”)环境中进行。
酸性
0.5
②过程中除了有被还原成VO2+，还涉及的氧化还原反应的离子方程式为___________________________________________________________
　 　　　　。
Fe2O3+4H+===2Fe2++2H2O，V2O5+S+4H+===2VO2+
+S+2H2O
1.铬的重要化合物
(1)Cr2O3和Cr(OH)3显两性，其转化关系如下：
Cr3+ Cr(OH)3 [Cr(OH)4]-。
反应的离子方程式：
①C+3OH-===Cr(OH)3↓；
②Cr(OH)3+OH-===[Cr(OH)4]-，C+4OH-===[Cr(OH)4]-；
③[Cr(OH)4]-+H+===Cr(OH)3↓+H2O；
④Cr(OH)3+3H+===Cr3++3H2O，[Cr(OH)4]-+4H+===C+4H2O。
拓展视野
(2)铬(Ⅵ)最重要的化合物是K2Cr2O7，在水溶液中Cr2和Cr存在下列平衡：
2Cr(黄色)+2H+ Cr2(橙红色)+H2O。
2.钒的重要化合物
2V+H2C2O4+2H+===2VO2++2CO2↑+2H2O。
类型三　Mn 、Re(铼)及其化合物制备流程
5.[2023·全国乙卷,27(1)(5)(6)]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的流程如右：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。
(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)。
MnCO3+H2SO4===MnSO4+H2O+CO2↑
粉碎菱锰矿(或搅拌、适当升高温度等)
(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。
MnO2↓+2H+
Mn2++2H2O H2↑+
官方答案：补充MnSO4溶液，排出含酸电解液
(6)煅烧窑中，生成LiMn2O4反应的化学方程式是_____________________
　 　　　。
2Li2CO3+8MnO2
4LiMn2O4+2CO2↑+O2↑
【加Mn(OH)2是错误的答案】
6.(2024·佛山模拟)铼(Re)用于制造高效能火箭引擎。从辉钼矿氧化焙烧后的烟道灰(主要成分有Re2O7、ReO3、MoO3、CuO、Fe3O4)中提取铼粉的一种工艺流程如图所示。
已知：
Fe3+ Fe2+ Cu2+
开始沉淀pH 2.5 7.0 5.7
完全沉淀pH 3.2 9.0 6.7
回答下列问题：
(1)“氧化浸出”时，ReO3被氧化为，ReO3被氧化的离子方程式为
　　　 　　。
(2)“硫化沉淀”时，与H2SO4反应生成难溶的
MoS3，离子方程式为　　 　　。
2ReO3+H2O2===2Re+2H+
+2H+===MoS3↓+H2S↑
(3)“离子交换”“解吸”“树脂再生”一系列步骤中物质转化关系如图所示。
树脂再生时需加入的试剂X为 　　(填化学式)。
HCl
锰的重要化合物
拓展视野
类型四　镓、锗及其化合物的制备流程
7.[2024·广东，18(1)(2)(3)(4)(5)]镓(Ga)在半导体、记忆合金等高精尖材料领域有重要应用。一种从电解铝的副产品炭渣(含C、Na、Al、F和少量的Ga、Fe、K、Ca等元素)中提取镓及循环利用铝的工艺如下。
工艺中，LAEM是一种新型阴离子交换膜，允许带负电荷的配离子从高浓度区扩散至低浓度区。用LAEM提取金属离子Mn+的原理如图。
已知：①pKa(HF)=3.2。②Na3[AlF6](冰晶石)的Ksp为4.0×10-10。
③浸取液中，Ga(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)以[MClm](m-3)-(m=0~4)微粒形式存在，Fe2+最多可与2个Cl-配位，其他金属离子与Cl-的配位可忽略。
(1)“电解”中，反应的化学方程式为　　　 　　 　　。
(2)“浸取”中，由Ga3+形成[GaCl4]-的离子方程式为　　 　　。
2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑
Ga3++4Cl-===[GaCl4]-
(3)“还原”的目的：避免　　元素以　　 　　(填化学式)微粒的形式通过LAEM，从而有利于Ga的分离。
铁
[FeCl4]-
工艺中，LAEM是一种新型阴离子交换膜，允许带负电荷的配离子从高浓度区扩散至低浓度区。用LAEM提取金属离子Mn+的原理如图。
已知：①pKa(HF)=3.2。②Na3[AlF6](冰晶石)的Ksp为4.0×10-10。
③浸取液中，Ga(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)以[MClm](m-3)-(m=0~4)微粒形式存在，Fe2+最多可与2个Cl-配位，其他金属离子与Cl-的配位可忽略。
(4)“LAEM提取”中，原料液的Cl-浓度越　　，越有利于Ga的提取；研究表明，原料液酸度过高，会降低Ga的提取率。因此，在不提高原料液酸度的前提下，可向Ⅰ室中加入　　(填化学式)，以进一步提高Ga的提取率。
高
NaCl
8.(2024·广东模拟)锗是一种战略性金属，广泛应用于光学及电子工业领域。一种用锌浸渣(主要含ZnFe2O4、CaSO4，另含少量ZnS、SiO2以及GeS2)提取Ge和ZnSO4·H2O的工艺流程如下：
已知：①锗在硫酸中的存在形式：pH≤2.0时主要为Ge4+，pH=2~7时主要为Ge(OH)4。
②常温下Ksp[Ge(OH)4]=4.0×10-46，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38。
SiO2、S和　　 　 (填化学式)；GeS2被双氧水氧化的离子方程式为_____
　　　　 　 。
(3)“中和沉淀”工序中，所加化合物A为　　　 　(填化学式)；调节溶液pH=4.4，Ge和Fe共沉淀，此时滤液中c(Ge4+)∶c(Fe3+)=　　 。
请回答下列问题：
(1)Ge是第四周期第ⅣA族元素，其基态原子的价层电子排布式为　　 。
(2)“氧化酸浸”工序中，溶液pH≈1.5，浸渣的主要成分为
4s24p2
+2H2O2+4H+===Ge4++4H2O+2S
CaSO4
GeS2
ZnO[或Zn(OH)2等]
101.6
(4)①ZnSO4在水溶液中的溶解度曲线如图所示，则从滤液中回收ZnSO4·H2O的操作为蒸发浓缩、　　　　 、洗涤、干燥。
②用惰性电极电解ZnSO4溶液可制取金属锌，电解后的溶液可在上述流程中　　　　　工序循环使用。
趁热过滤
氧化酸浸
(5)“水解”工序中，GeCl4水解生成GeO2的化学方程式为_____________
　 　　； GeO2的沸点(1 200 ℃)远高于GeCl4的沸点(84 ℃)，其原因为　　 　　　。
===GeO2↓+4HCl
GeCl4+2H2O
GeO2是共价晶体，GeCl4是分子晶体
类型五　Zn及其化合物的制备流程
9.(2024·黑吉辽，16)中国是世界上最早利用细菌冶金的国家。已知金属硫化物在“细菌氧化”时转化为硫酸盐，某工厂用细菌冶金技术处理载金硫化矿粉(其中细小的Au颗粒被FeS2、FeAsS包裹)，以提高金的浸出率并冶炼金，工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)北宋时期我国就有多处矿场利用细菌氧化形成的天然“胆水”冶炼铜，“胆水”的主要溶质为　　　　(填化学式)。
CuSO4
(2)“细菌氧化”中，FeS2发生反应的离子方程式为__________________
　　 　　。
4Fe3++8+4H+
4FeS2+15O2+2H2O
(3)“沉铁砷”时需加碱调节pH，生成　　　 　(填化学式)胶体起絮凝作用，促进了含As微粒的沉降。
Fe(OH)3
或FeAsO4
(4)“焙烧氧化”也可提高“浸金”效率，相比“焙烧氧化”，“细菌氧化”的优势为　 　(填标号)。 A.无需控温 B.可减少有害气体产生
C.设备无需耐高温 D.不产生废液废渣
BC
类型五　Zn及其化合物的制备流程
9.(2024·黑吉辽，16)中国是世界上最早利用细菌冶金的国家。已知金属硫化物在“细菌氧化”时转化为硫酸盐，某工厂用细菌冶金技术处理载金硫化矿粉(其中细小的Au颗粒被FeS2、FeAsS包裹)，以提高金的浸出率并冶炼金，工艺流程如下：
(5)“真金不怕火炼”，表明Au难被O2氧化，“浸金”中NaCN的作用为
　　 　　。
官方答案：形成配合物，促进金的氧化
(6)“沉金”中Zn的作用为　 　　　。
官方答案：还原剂（或置换Au）
(7)滤液②经H2SO4酸化，[Zn(CN)4]2-转化为ZnSO4和HCN的化学方程式为　　　 　 　　　。 用碱中和HCN可生成　　 　(填溶质化学式)溶液，从而实现循环利用。
Na2[Zn(CN)4]+2H2SO4===ZnSO4+4HCN+Na2SO4
NaCN
拓展视野
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-。
钛及其化合物
【拓展补充】

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