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素养微专题(五)过渡金属及其化合物制备的“微流程”设计
1.锌及其化合物
　因Zn2+可形成配合物,故Zn(OH)2能溶于氨水,Zn(OH)2+4NH3·H2O===[Zn(NH3)4]2++2OH-+4H2O。
2.钛及其化合物
3.钒及其化合物
4.铬及其化合物
5.锰及其化合物
6.钴、镍及其化合物
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
氢氧化物 表现还原性: ①Co(OH)2在空气中被缓慢地氧化为棕褐色的Co(OH)3; ②Ni(OH)2在空气中较稳定,可采用强氧化剂在碱性条件下将其氧化 酸性溶液中被还原,如在盐酸中,2Co(OH)3+6HCl===2CoCl2+Cl2↑+6H2O、2NiO(OH)+6HCl===2NiCl2+Cl2↑+4H2O;在H2SO3溶液中,2Co(OH)3+H2SO3+2H+===2Co2++S+5H2O、2NiO(OH)+H2SO3+2H+===2Ni2++S+3H2O
1.(2025·四川南充一模)锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4,还含有少量FeO、CuO等)可用于湿法制锌,其流程如图所示。下列说法错误的是(　D　)
A.ZnFe2O4中铁元素化合价为+3价
B.“净化Ⅰ”过程中加入ZnO调节pH
C.“净化Ⅱ”发生的反应为ZnS(s)+Cu2+(aq)===CuS(s)+Zn2+(aq)
D.“电解”过程中Zn为氧化产物
解析:锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4,还含有少量FeO、CuO等)中加入H2SO4酸浸,转化为Zn2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+等;加入H2O2将Fe2+氧化为Fe3+,再加入ZnO调节溶液的pH,进行净化Ⅰ,使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀(沉淀1);加入ZnS进行净化Ⅱ,将Cu2+转化为CuS沉淀(沉淀2);过滤后将所得滤液进行电解,便可得到锌。ZnFe2O4中,Zn显+2价,O显-2价,依据化合物中各元素化合价的代数和为0,可求出铁元素化合价为+3价,A正确;由分析可知,B正确;“净化Ⅱ”中,加入ZnS,将Cu2+转化为更难溶的CuS,发生的反应为ZnS(s)+Cu2+(aq)===CuS(s)+Zn2+(aq),C正确;“电解”过程中,Zn2+在阴极得电子生成Zn,附着在阴极表面,则Zn为还原产物,D错误。
2.(2025·江苏盐城一模)工业用镁还原TiCl4制备金属Ti,工艺流程如图。下列说法不正确的是(　B　)
A.工业上常用电解法制备金属Mg
B.用金属Mg还原TiCl4过程中需要通入N2作保护气
C.“真空蒸馏”的目的是使Mg、MgCl2变为气体,实现与Ti的分离
D.制得的海绵钛中含有少量金属Mg,可以用稀盐酸浸泡除Mg
解析:工业生产常采用电解熔融MgCl2的方法制镁,故A正确;高温条件下金属镁和N2能反应,则用金属镁还原过程中不能用N2作保护气,故B错误;“真空蒸馏”时,需要将金属Mg、MgCl2分离除去,由于金属钛的熔点很高,因此真空蒸馏的目的是降低单质Mg和MgCl2的沸点,使Mg、MgCl2变为气体,实现与Ti的分离,故C正确;制得的海绵钛中含有少量金属Mg,Ti常温下不与稀盐酸反应,Mg与稀盐酸反应,因此可以用稀盐酸浸泡除Mg,故D正确。
3.(2025·山东青岛模拟)用铬铁合金(含少量Ni、Co单质)生产硫酸铬的工艺流程如下:
下列说法错误的是(　D　)
A.“浸出”产生的气体含有H2
B.“除杂”的目的是除去Ni、Co元素
C.流程中未产生六价铬化合物
D.“滤渣2”的主要成分是Fe2(C2O4)3
解析:由流程可知,加入稀硫酸溶解,生成的气体为氢气,溶液中含Ni2+、Co2+、Cr3+、Fe2+,加入Na2S分离出的滤渣1含CoS和NiS,再加入草酸除铁生成FeC2O4,过滤分离出Cr2(SO4)3,以此来解答。四种金属均与稀硫酸反应生成H2,A正确;由上述分析可知,“除杂”的目的是除去Ni、Co元素,B正确;由上述分析可知,流程中未产生六价铬化合物,C正确;“滤渣2”的主要成分是FeC2O4,D错误。
4.(2025·福建宁德模拟)从废旧镍钴锰三元锂电池正极材料[主要含Li(Ⅰ)、Ni(Ⅲ)、Co(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)等金属的氧化物]中回收钴的一种流程如下:
已知:高锰渣中锰以MnO2的形式存在。下列说法正确的是(　C　)
A.“溶浸”中Na2SO3被还原
B.“脱铝”得到的滤渣成分是Al(OH)3
C.“脱锰”的离子方程式为Mn2++S22===+MnO2↓+4H+
D.“系列操作”含蒸发结晶、洗涤、干燥
解析:“溶浸”中Na2SO3与Co(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)发生氧化还原反应,Na2SO3被氧化为Na2SO4,Co(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)都被还原为+2价,“脱铝”得到的滤渣成分是Al(OH)3和CaSO4,滤液中加入Na2S2O8除去锰元素,经过一系列处理得到硫酸钴溶液,一系列处理后得到硫酸钴晶体。由分析可知A、B错误;根据得失电子守恒以及电荷守恒、原子守恒,“脱锰”的离子方程式为Mn2++S22===+MnO2↓+4H+,C正确;“系列操作”含蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,D错误。
5.(2026·河北冀州联考)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、硅等的氧化物,从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如图所示,下列说法正确的是(　C　)
A.煅烧后的含铬化合物是Na2Cr2O7
B.水浸渣中含有Fe2O3和SiO2
C.“沉钒”时(NH4)2SO4固体可增大N的浓度,有利于沉淀的生成
D.“还原”工序氧化剂和还原剂的物质的量之比为3︰2
解析:铬钒渣在Na2CO3、NaOH作用下通入空气煅烧,钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐Na2CrO4、NaVO3,铝、硅的氧化物转化为Na[Al(OH)4]、Na2SiO3,铁的氧化物转化为Fe2O3,加水浸取熔渣,过滤,水浸渣中主要有Fe2O3,水浸液中含有Na[Al(OH)4]、NaVO3、Na2CrO4、Na2SiO3,加入稀硫酸调溶液的pH到弱碱性时Na[Al(OH)4]转化为Al(OH)3沉淀,Na2SiO3转化为H2SiO3沉淀,过滤得到含有Al(OH)3和H2SiO3的滤渣,再加入(NH4)2SO4(s)沉钒,将NaVO3转化为NH4VO3沉淀,过滤除去沉淀得到含有Na2CrO4的滤液,Na2CrO4转化为Na2Cr2O7,Cr2具有强氧化性,与加入的Na2S2O5反应生成Cr3+,离子方程式为2Cr22+===3++5H2O,调pH使Cr3+转化为Cr(OH)3沉淀,达到分离提取铬和钒的目的。煅烧后的含铬化合物是Na2CrO4,A错误;水浸渣中含有Fe2O3,SiO2转化为Na2SiO3进入水浸液中,B错误;“沉钒”时发生反应的离子方程式为N===NH4VO3↓,故用(NH4)2SO4固体可增大N的浓度,有利于沉淀的生成,C正确;“还原”工序的离子方程式为2Cr22+ ===3++5H2O,故氧化剂和还原剂的物质的量之比为2︰3,D错误。
6.(2025·四川内江三模)以锰矿粉(主要成分为Mn2O3和MnOOH,还含少量Fe2O3、Al2O3、SiO2、CuO等杂质)为原料制备MnCO3的工艺流程如图所示。下列叙述错误的是(　D　)
A.实验室模拟分离出“滤渣”所需的主要玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒
B.“滤渣”中主要成分可用于制造光导纤维
C.试剂X可能为Mn(OH)2
D.“沉铜”过程若控制在较高温度下进行,可加快沉铜速率并减少物料损耗
解析:锰矿粉加入H2O2和硫酸,H2O2作还原剂,把Mn2O3和MnOOH还原为Mn2+,SiO2不与硫酸反应,形成滤渣。同时其他的杂质金属转化为相应的金属离子进入溶液。为不引入杂质,试剂X可以使用Mn(OH)2,把Fe3+和Al3+转化为氢氧化物沉淀除去,之后加入S2-,除去Cu2+,最后加入NH4HCO3沉锰,离子方程式为Mn2++2HC===MnCO3↓+CO2↑+H2O,据此作答。分离出“滤渣”是利用过滤的原理,所以需要的主要玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒,A正确;滤渣为SiO2,可用于制造光导纤维,B正确;试剂X可以使用Mn(OH)2,消耗剩余的硫酸,把Fe3+和Al3+转化为氢氧化物沉淀除去,C正确;用(NH4)2S沉铜时,如果温度过高,(NH4)2S易水解且产生容易挥发的H2S,反而会增加物料损耗,不利于提高收率,D错误。(共27张PPT)
第四章　金属及其化合物
素养微专题(五)过渡金属及其化合物制备的“微流程”设计
目
录
强化训练
专题精讲
一
专题精讲
1.锌及其化合物
　　　因Zn2+可形成配合物,故Zn(OH)2能溶于氨水,Zn(OH)2+4NH3·H2O
===[Zn(NH3)4]2++2OH-+4H2O。
2.钛及其化合物
3.钒及其化合物
4.铬及其化合物
5.锰及其化合物
6.钴、镍及其化合物
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
化合价 +2价的Co和Ni +3价的Co和Ni
氢氧 化物 表现还原性: ①Co(OH)2在空气中被缓慢地氧化为棕褐色的Co(OH)3; ②Ni(OH)2在空气中较稳定,可采用强氧化剂在碱性条件下将其氧化 酸性溶液中被还原,如在盐酸中,2Co(OH)3
+6HCl===2CoCl2+Cl2↑+6H2O、2NiO(OH)+6HCl===2NiCl2+Cl2↑+4H2O;在H2SO3溶液中,2Co(OH)3+H2SO3+2H+
===2Co2++S+5H2O、2NiO(OH)+H2SO3+2H+===2Ni2++S+
3H2O
二
强化训练
1.(2025·四川南充一模)锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4,还含有少量FeO、CuO等)可用于湿法制锌,其流程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.ZnFe2O4中铁元素化合价为+3价
B.“净化Ⅰ”过程中加入ZnO调节pH
C.“净化Ⅱ”发生的反应为ZnS(s)+Cu2+(aq)===CuS(s)+Zn2+(aq)
D.“电解”过程中Zn为氧化产物
D
解析:锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4,还含有少量FeO、CuO等)中加入H2SO4酸浸,转化为Zn2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+等;加入H2O2将Fe2+氧化为Fe3+,再加入ZnO调节溶液的pH,进行净化Ⅰ,使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀(沉淀1);加入ZnS进行净化Ⅱ,将Cu2+转化为CuS沉淀(沉淀2);过滤后将所得滤液进行电解,便可得到锌。ZnFe2O4中,Zn显+2价,O显-2价,依据化合物中各元素化合价的代数和为0,可求出铁元素化合价为+3价,A正确;由分析可知,B正确;“净化Ⅱ”中,加入ZnS,将Cu2+转化为更难溶的CuS,发生的反应为ZnS(s)+Cu2+(aq)===CuS(s)+Zn2+(aq),C正确;“电解”过程中,
Zn2+在阴极得电子生成Zn,附着在阴极表面,则Zn为还原产物,D错误。
2.(2025·江苏盐城一模)工业用镁还原TiCl4制备金属Ti,工艺流程如图。下列说法不正确的是(　　)
A.工业上常用电解法制备金属Mg
B.用金属Mg还原TiCl4过程中需要通入N2作保护气
C.“真空蒸馏”的目的是使Mg、MgCl2变为气体,实现与Ti的分离
D.制得的海绵钛中含有少量金属Mg,可以用稀盐酸浸泡除Mg
B
解析:工业生产常采用电解熔融MgCl2的方法制镁,故A正确;高温条件下金属镁和N2能反应,则用金属镁还原过程中不能用N2作保护气,故B错误;“真空蒸馏”时,需要将金属Mg、MgCl2分离除去,由于金属钛的熔点很高,因此真空蒸馏的目的是降低单质Mg和MgCl2的沸点,使Mg、MgCl2变为气体,实现与Ti的分离,故C正确;制得的海绵钛中含有少量金属Mg,Ti常温下不与稀盐酸反应,Mg与稀盐酸反应,因此可以用稀盐酸浸泡除Mg,故D正确。
3.(2025·山东青岛模拟)用铬铁合金(含少量Ni、Co单质)生产硫酸铬的工艺流程如下:
下列说法错误的是(　　)
A.“浸出”产生的气体含有H2
B.“除杂”的目的是除去Ni、Co元素
C.流程中未产生六价铬化合物
D.“滤渣2”的主要成分是Fe2(C2O4)3
D
解析:由流程可知,加入稀硫酸溶解,生成的气体为氢气,溶液中含Ni2+、Co2+、Cr3+、Fe2+,加入Na2S分离出的滤渣1含CoS和NiS,再加入草酸除铁生成FeC2O4,过滤分离出Cr2(SO4)3,以此来解答。四种金属均与稀硫酸反应生成H2,A正确;由上述分析可知,“除杂”的目的是除去Ni、Co元素,B正确;由上述分析可知,流程中未产生六价铬化合物,C正确;“滤渣2”的主要成分是FeC2O4,D错误。
4.(2025·福建宁德模拟)从废旧镍钴锰三元锂电池正极材料[主要含Li(Ⅰ)、Ni(Ⅲ)、Co(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)等金属的氧化物]中回收钴的一种流程如下:
已知:高锰渣中锰以MnO2的形式存在。下列说法正确的是(　　)
A.“溶浸”中Na2SO3被还原
B.“脱铝”得到的滤渣成分是Al(OH)3
C.“脱锰”的离子方程式为Mn2++S2
2===+MnO2↓+4H+
D.“系列操作”含蒸发结晶、洗涤、
干燥
C
解析:“溶浸”中Na2SO3与Co(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)发生氧化还原反应,Na2SO3被氧化为Na2SO4,Co(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)都被还原为+2价,“脱铝”得到的滤渣成分是Al(OH)3和CaSO4,滤液中加入Na2S2O8除去锰元素,经过一系列处理得到硫酸钴溶液,一系列处理后得到硫酸钴晶体。由分析可知A、B错误;根据得失电子守恒以及电荷守恒、原子守恒,“脱锰”的离子方程式为Mn2++S22===+MnO2↓+4H+,C正确;“系列操作”含蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,D错误。
5.(2026·河北冀州联考)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、硅等的氧化物,从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.煅烧后的含铬化合物是Na2Cr2O7
B.水浸渣中含有Fe2O3和SiO2
C.“沉钒”时(NH4)2SO4固体可增大N
的浓度,有利于沉淀的生成
D.“还原”工序氧化剂和还原剂的物质
的量之比为3︰2
C
解析:铬钒渣在Na2CO3、NaOH作用下通入空气煅烧,钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐Na2CrO4、NaVO3,铝、硅的氧化物转化为Na[Al(OH)4]、Na2SiO3,铁的氧化物转化为Fe2O3,加水浸取熔渣,过滤,水浸渣中主要有Fe2O3,水浸液中含有Na[Al(OH)4]、NaVO3、Na2CrO4、Na2SiO3,加入稀硫酸调溶液的pH到弱碱性时Na[Al(OH)4]转化为Al(OH)3沉淀,Na2SiO3转化为H2SiO3沉淀,过滤得到含有Al(OH)3和H2SiO3的滤渣,再加入(NH4)2SO4(s)沉钒,将NaVO3转化为NH4VO3沉淀,过滤除去沉淀得到含有Na2CrO4的滤液,Na2CrO4转化为Na2Cr2O7,Cr2具有强氧化性,与加入的Na2S2O5反应生成Cr3+,
离子方程式为2Cr22+===3++5H2O,调pH使Cr3+转化为Cr(OH)3沉淀,达到分离提取铬和钒的目的。煅烧后的含铬化合物是Na2CrO4,A错误;水浸渣中含有Fe2O3,SiO2转化为Na2SiO3进入水浸液中,B错误;“沉钒”时发生反应的离子方程式为N===NH4VO3↓,故用(NH4)2SO4固体可增大N的浓度,有利于沉淀的生成,C正确;“还原”工序的离子方程式为2Cr22+ ===3++5H2O,故氧化剂和还原剂的物质的量之比为2︰3,D错误。
6.(2025·四川内江三模)以锰矿粉(主要成分为Mn2O3和MnOOH,还含少量Fe2O3、Al2O3、SiO2、CuO等杂质)为原料制备MnCO3的工艺流程如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.实验室模拟分离出“滤渣”所
需的主要玻璃仪器有烧杯、漏斗、
玻璃棒
B.“滤渣”中主要成分可用于制造光导纤维
C.试剂X可能为Mn(OH)2
D.“沉铜”过程若控制在较高温度下进行,可加快沉铜速率并减少物料损耗
D
解析:锰矿粉加入H2O2和硫酸,H2O2作还原剂,把Mn2O3和MnOOH还原为Mn2+,SiO2不与硫酸反应,形成滤渣。同时其他的杂质金属转化为相应的金属离子进入溶液。为不引入杂质,试剂X可以使用Mn(OH)2,把Fe3+和Al3+转化为氢氧化物沉淀除去,之后加入S2-,除去Cu2+,最后加入NH4HCO3沉锰,离子方程式为Mn2++2HC===MnCO3↓+CO2↑+H2O,据此作答。分离出“滤渣”是利用过滤的原理,所以需要的主要玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒,A正确;滤渣为SiO2,可用于制造光导纤维,B正确;试剂X可以使用Mn(OH)2,消耗剩余的硫酸,把Fe3+和Al3+转化为氢氧化物沉淀除去,C正确;用(NH4)2S沉铜时,如果温度过高,(NH4)2S易水解且产生容易挥发的H2S,反而会增加物料损耗,不利于提高收率,D错误。
Thank you
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