主题5 第4讲 高考常考查的过渡金属（Word教师用书）-【新高考方案】2025年高考化学一轮总复习（山东海南版）

第四讲　高考常考查的过渡金属(综合应用课) 高考“题在书外、理在书中”。高考题中经常涉及一些陌生过渡金属元素及其化合物，如2023年广东卷第18题涉及元素Ni、Co,2023年全国新课标卷第27题涉及元素Cr、V等，命题者常以陌生元素及其化合物为载体，以“生”考“熟”，考查考生的迁移发散能力和创新思维。解决此类问题，还应追根教材，掌握同类元素及其化合物的通性通法是破题之本。 真题集训——悟创新考法 1．(2023·广东卷·节选)Ni、Co均是重要的战略性金属。从处理后的矿石硝酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Al3＋、Mg2＋)中，利用氨浸工艺可提取Ni、Co，并获得高附加值化工产品。工艺流程如下： 已知：氨性溶液由NH3·H2O、(NH4)2SO3和(NH4)2CO3配制。常温下，Ni2＋、Co2＋、Co3＋与NH3形成可溶于水的配离子。lg Kb(NH3·H2O)＝－4.7；Co(OH)2易被空气氧化为Co(OH)3；部分氢氧化物的Ksp如下表。 氢氧化物 Co(OH)2 Co(OH)3 Ni(OH)2 Ksp 5.9×10－15 1.6×10－44 5.5×10－16 氢氧化物 Al(OH)3 Mg(OH)2 Ksp 1.3×10－33 5.6×10－12 回答下列问题： (1)活性MgO可与水反应，化学方程式为_____________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)常温下，pH＝9.9的氨性溶液中，c(NH3·H2O)________c(NH) (填“>”“<”或“＝”)。 (3)“氨浸”时，由Co(OH)3转化为[Co(NH3)6]2＋的离子方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰。 ①NH4Al(OH)2CO3属于________(填“晶体”或“非晶体”)。 ②(NH4)2CO3提高了Ni、Co的浸取速率，其原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)“析晶”过程中通入的酸性气体A为________。 解析：硝酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Al3＋、Mg2＋)中加入活性氧化镁调节溶液pH，过滤，得到滤液主要是硝酸镁，结晶纯化得到硝酸镁晶体，再热解得到氧化镁和硝酸。滤泥加入氨性溶液氨浸，过滤，滤液进行镍钴分离，经过一系列操作得到氯化钴和饱和氯化镍溶液，向饱和氯化镍溶液中加入氯化氢气体得到氯化镍晶体。(1)活性MgO可与水反应，化学方程式为MgO＋H2O===Mg(OH)2。(2)常温下，pH＝9.9，氨性溶液中，lg Kb(NH3·H2O)＝－4.7，Kb(NH3·H2O)＝10－4.7＝，＝＝＝10－0.6<1，则c(NH3·H2O)＞c(NH)。(3)“氨浸”时，Co(OH)3与亚硫酸根发生氧化还原反应，再与氨水反应生成[Co(NH3)6]2＋，则由Co(OH)3转化为[Co(NH3)6]2＋的离子方程式为2Co(OH)3＋12NH3·H2O＋SO===2[Co(NH3)6]2＋＋SO＋13H2O＋4OH－或2Co(OH)3＋8NH3·H2O＋4NH＋SO===2[Co(NH3)6]2＋＋SO＋13H2O。(4)(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰。①X射线衍射图谱中，出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰，则NH4Al(OH)2CO3属于晶体。②根据题意(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物，则(NH4)2CO3能提高Ni、Co的浸取速率，其原因是减少胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积。(5)“析晶”过程中为了防止Ni2＋水解，因此通入的酸性气体A为HCl。 答案：(1)MgO＋H2O===Mg(OH)2 (2)＞　(3)2Co(OH)3＋12NH3·H2O＋SO===2[Co(NH3)6]2＋＋SO＋13H2O＋4OH－或2Co(OH)3＋8NH3·H2O＋4NH＋SO===2[Co(NH3)6]2＋＋SO＋13H2O (4)①晶体　②减少胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积 (5)HCl 2．(2023·全国新课标卷)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下图所示。 已知：最高价铬酸根在酸性介质中以Cr2O存在，在碱性介质中以CrO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________。 (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VO或VO3＋；在碱性条件下，溶解为VO或VO。上述性质说明V2O5具有________(填标号)。 A．酸性　　B．碱性　　C．两性 (6)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(Na2S2O5)溶液，反应的离子方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：由题意分析铬钒渣中主要杂质为Fe、Al、Si、P的化合物，水浸渣中主要含SiO2、Fe2O3，得到沉淀的滤渣为Al(OH)3，除硅磷的滤渣中主要含MgSiO3、MgNH4PO4，还原步骤中发生反应3S2O＋2Cr2O＋10H＋===6SO＋4Cr3＋＋5H2O，据此解题。(1)根据已知条件可知，最高价铬酸根在碱性介质中以CrO存在，故煅烧后含铬化合物主要为Na2CrO4。(2)煅烧时通入空气，含铁化合物转化为Fe2O3，且Fe2O3不溶于水，故水浸渣中还含有Fe2O3。(3)“沉淀”步骤加入稀H2SO4调pH到弱碱性是为了让[Al(OH)4]－转化为Al(OH)3沉淀而除去。(4)体系中存在平衡MgNH4PO4Mg2＋＋NH＋PO，当pH<9时，PO＋H＋HPO，c(PO)降低，平衡正移，不利于生成MgNH4PO4沉淀；而pH>9时Mg2＋会形成Mg(OH)2沉淀，原料利用率低。(5)根据题干描述，V2O5既可与酸反应，又可与碱反应，故V2O5具有两性。(6)分离钒后溶液呈酸性，Cr元素以Cr2O存在，还原过程中Cr2O被S2O还原为Cr3＋，S2O转化为SO，因此反应的离子方程式为2Cr2O＋3S2O＋10H＋===4Cr3＋＋6SO＋5H2O，之后调pH，Cr3＋转化为Cr(OH)3。 答案：(1)Na2CrO4　(2)Fe2O3　(3)Al(OH)3　(4)溶液中c(PO)降低，不利于生成MgNH4PO4沉淀　Mg2＋形成Mg(OH)2沉淀 (5)C　(6)3S2O＋2Cr2O＋10H＋===6SO＋4Cr3＋＋5H2O 拓展知能(1)——钴、镍、钛及其化合物 1．Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)性质差异 氢氧化物还原性 还原性的变化规律：Co(OH)2>Ni(OH)2 ①Co(OH)2在空气中被O2氧化的速度较慢；可以被强氧化剂(H2O2)迅速氧化； ②Ni(OH)2在空气中不易被氧化，只有在更强的氧化剂条件下才会氧化生成Ni(OH)3 与氨水反应 ①Co(OH)2―→[Co(NH3)6]2＋②Ni(OH)2―→[Ni(NH3)6]2＋ 2．Co(Ⅲ)、Ni(Ⅲ)性质差异 氧化物 氧化钴与氧化镍在酸性溶液中显示出强氧化性：Co2O3＋6HCl===2CoCl2＋Cl2↑＋3H2O，Ni2O3＋6HCl===2NiCl2＋Cl2↑＋3H2O，但氧化铁与酸只发生复分解反应 氢氧 化物 镍、钴的氢氧化物与还原性酸发生氧化还原反应2Co(OH)3＋6H＋＋2Cl－===2Co2＋＋Cl2↑＋6H2O 2Ni(OH)3＋6H＋＋2Cl－===2Ni2＋＋Cl2↑＋6H2O 离子存在状态 Co(Ⅲ)、Ni(Ⅲ)仅能够存在于固态物质或配合物中，在水溶液中会发生如下反应 4Co3＋＋2H2O===4Co2＋＋4H＋＋O2↑ 4Ni3＋＋2H2O===4Ni2＋＋4H＋＋O2↑ 3．钛及其化合物的性质 Ti 常温时与酸不反应，但可与HF反应(Ti＋6HF===H2TiF6＋2H2↑)，也可与热的浓盐酸反应[2Ti＋6HCl(浓)2TiCl3＋3H2↑] TiO2 不溶于水和稀酸，可溶解在HF溶液及热的浓硫酸中；可与Cl2反应：TiO2＋2Cl2===TiCl4＋O2；与碱溶液缓慢反应：TiO2＋2NaOH===Na2TiO3＋H2O；在高温下与Cl2、C发生反应：TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO TiCl4 暴露在空气中会冒出白烟：TiCl4＋3H2O===H2TiO3↓＋4HCl；Mg做还原剂时可制备金属钛：2Mg＋TiCl42MgCl2＋Ti。Zn与TiCl4的盐酸溶液作用，可以生成紫色的TiCl3溶液：2TiCl4＋Zn===2TiCl3＋ZnCl2 [应用体验] 1．用废旧复离子电池正极材料分离回收金属元素，正极材料主要为活性材料LiNixCoyMn1－x－yO2与铝箔组成，工艺流程如下： 已知：Ksp[Mn(OH)2]＝2×10－13， Ksp[Co(OH)2]＝1×10－15， Ksp[Ni(OH)2]＝5×10－16 回答下列问题： (1)碱浸结束后，滤液中的阴离子除了OH－，主要还有______________(填化学式)。正极活性材料LiNixCoyMn1－x－yO2中Ni、Co、Mn化合价相同，则它们的化合价均为____________。 (2)固相反应一般反应速率较慢，加快还原焙烧反应速率的方法可以是________________________________________(至少写两种)。 (3)①洗涤碱式碳酸镍[NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O]最好选择________(填标号)。 a．碳酸钠溶液 b．氢氧化钠溶液 c．氨水 d．蒸馏水 ②写出沉锰过程中生成MnCO3反应的离子方程式：________________________________________________________。 (4)共沉淀法是将两个或两个以上组分同时沉淀的一种方法。酸浸后也可直接调pH使Ni2＋、Co2＋、Mn2＋沉淀完全回收，则pH应大于________(已知：lg 2＝0.3，溶液中离子浓度小于10－5 mol·L－1认为沉淀完全)。 解析：由题给流程可知，正极材料用氢氧化钠溶液碱浸，铝箔与氢氧化钠溶液反应转化为四羟基合铝酸钠，过滤得到含有过量氢氧化钠和四羟基合铝酸钠的滤液1和含有LiNixCoyMn1－x－yO2的滤渣；滤渣中加入褐煤高温还原焙烧得到锂、镍、钴、锰，向焙烧渣中加入水，锂与水反应生成氢氧化锂，镍、钴、锰与水不反应，过滤得到含有氢氧化锂的滤液2和含有镍、钴、锰的滤渣；向滤渣中加入稀硫酸酸浸得到含有镍、钴、锰可溶性硫酸盐的溶液，向溶液中加入草酸铵溶液，将钴离子转化为二水草酸钴沉淀，过滤得到含有二水草酸钴和滤液；向滤液中加入碳酸氢铵溶液，将锰离子转化为碳酸锰沉淀，过滤得到碳酸锰和滤液；向滤液中加入氢氧化钠和碳酸钠，将镍离子转化为碱式碳酸锰沉淀和滤液3。 (4)由溶度积可知，当镍离子、钴离子、锰离子完全沉淀时，溶液中氢氧根离子浓度为＝×10－4 mol·L－1，则溶液pH为14－4＋×lg 2＝10.15。 答案：(1)[Al(OH)4]－　＋3价　(2)粉碎、搅拌或适当升温　(3)①c　②Mn2＋＋2HCO===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O　(4)10.15 拓展知能(2)——钒、铬、锰及其化合物 1．钒及其化合物 钒单质的性质 银白色金属，熔点高，有延展性，质坚硬，无磁性。具有耐酸性，在空气中不被氧化，可溶于氢氟酸、硝酸和王水 钒的氧化物 钒能分别以＋2、＋3、＋4、＋5价与氧结合，形成四种氧化物，一氧化钒，三氧化二钒，二氧化钒，五氧化二钒 钒盐 钒盐包括V4＋、VO(偏钒酸盐)、VO(正钒酸盐)，包括：偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、正钒酸钠、焦钒酸钠；四价盐：硫酸氧钒、草酸氧钒。不同价态的钒离子有不同的颜色：VO颜色为浅黄色或深绿色，VO2＋颜色为蓝色，V3＋为绿色，V2＋为紫色 2．铬及其化合物 铬元素的常见价态有＋6、＋3、＋2 Cr(Ⅲ)的还原性 Cr3＋在酸性条件下是稳定的，但在碱性条件下能氧化成CrO。2Cr3＋＋3H2O2＋10OH－===2CrO＋8H2O 在碱性溶液中，亚铬酸盐(CrO)可以被H2O2或Na2O2氧化成铬酸盐。 2CrO＋3H2O2＋2OH－===2CrO＋4H2O 2CrO＋3Na2O2＋2H2O===2CrO＋6Na＋＋4OH－ Cr(Ⅵ)的氧化性 铬(Ⅵ)最重要的化合物是K2Cr2O7，在水溶液中Cr2O和CrO存在下列平衡： 2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O (黄色)　　　　　(橙红色) 在酸性溶液中，Cr2O具有强氧化性，但在碱性溶液中CrO的氧化性要弱得多 Cr2O＋3SO＋8H＋===2Cr3＋＋3SO＋4H2O Cr2O＋6I－＋14H＋===2Cr3＋＋3I2＋7H2O 3．锰及其化合物 锰元素的常见价态有＋7、＋6、＋4、＋3、＋2，Mn2＋在酸性溶液中的稳定性强于在碱性溶液中的稳定性 Mn2＋ 稳定存在于酸性条件；在碱性条件下，Mn2＋易被氧化为MnO2等，如ClO－＋Mn2＋＋2OH－===Cl－＋MnO2↓＋H2O Mn(Ⅵ)化合物的性质 MnO稳定存在于强碱性溶液中，在酸性、中性环境均发生歧化。 3MnO＋2H2O===2MnO＋MnO2↓＋4OH－ 3MnO＋4H＋===2MnO＋MnO2↓＋2H2O KMnO4的 性质 ①在酸性介质中，MnO具有强氧化性，本身被还原为Mn2＋，如： 2MnO＋6H＋＋5H2C2O4===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O 2MnO＋6H＋＋5H2O2===2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O ②在碱性、中性或微弱酸性溶液中，MnO仍旧是氧化剂，本身被还原为MnO2。 2MnO＋I－＋H2O===2MnO2↓＋IO＋2OH－ ③在强碱性溶液中，当MnO过量时，还原产物是MnO，2MnO＋SO＋2OH－===2MnO＋SO＋H2O [应用体验] 2．一种用软锰矿(主要成分MnO2)和黄铁矿(主要成分FeS2)制取MnSO4·H2O并回收单质硫的工艺流程如图所示： 已知：本实验条件下，高锰酸钾溶液与硫酸锰溶液混合产生二氧化锰。 回答下列问题： (1)步骤①混合研磨成细粉的主要目的是________________________________________；步骤②浸取时生成S、MnSO4及Fe2(SO4)3的化学方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)步骤③所得酸性滤液可能含有Fe2＋，为了除去Fe2＋可先加入________________；步骤④需将溶液加热至沸，然后在不断搅拌下加入碱调节pH为4～5，再继续煮沸一段时间，“继续煮沸”的目的是________________________________________________________。步骤⑤所得滤渣为________________(填化学式)。 (3)步骤⑦需在90～100 ℃下进行，该反应的化学方程式为________________________________________________________。 解析：(2)由于Fe2＋具有较强的还原性，在酸性条件下可用软锰矿粉(MnO2)或H2O2将其氧化为Fe3＋，既不引入杂质，又能达到除去的目的；用碱液处理时，需将溶液加热至沸，然后在不断搅拌下调节pH为4～5，再继续煮沸一段时间，以破坏Fe(OH)3胶体并使沉淀颗粒增大，便于过滤分离，得到的滤渣为Fe(OH)3。 答案：(1)增大接触面积，提高硫酸浸取时的浸取速率和浸取率　3MnO2＋2FeS2＋6H2SO4===3MnSO4＋Fe2(SO4)3＋4S↓＋6H2O　(2)软锰矿粉或H2O2溶液　破坏Fe(OH)3胶体并使沉淀颗粒增大，便于过滤分离　Fe(OH)3 (3)(NH4)2Sx＋12NH3↑＋H2S↑＋xS↓ 3．(2021·辽宁卷)从钒铬锰矿渣(主要成分为V2O5、Cr2O3、MnO)中提铬的一种工艺流程如下： 已知：pH较大时，二价锰[Mn(Ⅱ)]在空气中易被氧化。回答下列问题： (1)Cr元素位于元素周期表第____周期____族。 (2)用FeCl3溶液制备Fe(OH)3胶体的化学方程式为________________________________________________________________________。 (3)常温下，各种形态五价钒粒子总浓度的对数[lg c总(V)]与pH关系如图1。已知钒铬锰矿渣硫酸浸液中c总(V)＝0.01 mol·L－1，“沉钒”过程控制pH＝3.0，则与胶体共沉降的五价钒粒子的存在形态为________________(填化学式)。 (4)某温度下，Cr(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)的沉淀率与pH关系如图2。“沉铬”过程最佳pH为________；在该条件下滤液B中c(Cr3＋)＝________mol·L－1[Kw近似为1×10－14，Cr(OH)3的Ksp近似为1×10－30]。 (5)“转化”过程中生成MnO2的离子方程式为______________________________ ________________________________________________________________________。 (6)“提纯”过程中Na2S2O3的作用为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：分析工艺流程图可知，“沉钒”步骤中使用氢氧化铁胶体吸附含有钒的杂质，滤液中主要含有Mn2＋和Cr3＋，加热NaOH“沉铬”后，Cr3＋转化为固体A为Cr(OH)3沉淀，滤液B中主要含有MnSO4，加入Na2S2O3主要是防止pH较大时，二价锰[Mn(Ⅱ)]被空气中氧气氧化，Cr(OH)3煅烧后生成Cr2O3，“转化”步骤中反应的离子方程式为Mn2＋＋H2O2＋2OH－===MnO2＋2H2O，据此分析解题。(1)Cr是24号元素，价层电子排布为3d54s1，根据最高能层数等于周期序数，价电子数等于族序数，故Cr元素位于元素周期表第4周期ⅥB族。(2)用FeCl3溶液制备Fe(OH)3胶体的化学方程式为FeCl3＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3HCl。(3)已知钒铬锰矿渣硫酸浸液中c总(V)＝0.01 mol·L－1，lg c总(V)＝－2，从图中可知， “沉钒”过程控制pH＝3.0，lg c总(V)＝－2时，与胶体共沉降的五价钒粒子的存在形态为H3V2O。(4)由图中信息可知“沉铬”过程最佳pH为6.0；则此时溶液中OH－的浓度为c(OH－)＝10－8 mol·L－1，在该条件下滤液B中c(Cr3＋)＝＝＝1×10－6 mol·L－1。(5)由分析可知，“转化”过程中生成MnO2的离子方程式为Mn2＋＋H2O2＋2OH－===MnO2＋2H2O。 答案：(1)4　ⅥB　(2)FeCl3＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3HCl　(3)H3V2O　(4)6.0 1×10－6　(5)Mn2＋＋H2O2＋2OH－===MnO2↓＋2H2O　(6)防止pH较大时，二价锰[Mn(Ⅱ)]被空气中氧气氧化，转化为MnO2附在Cr(OH)3的表面，使产物不纯 [课时跟踪检测] 1．(2024·济宁模拟)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 解析：选D　根据流程可知滤液a中含NH4Cl、ZnCl2，呈酸性，A错误；根据“酸浸”反应MnO2＋H2O2＋2H＋===Mn2＋＋O2↑＋2H2O，同时二氧化锰还会催化H2O2分解生成水和氧气，B错误；除Mn2＋中的Fe3＋可以用MnCO3、MnO调节pH而除去Fe3＋，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D正确。 2．(2024·合肥高三模拟)金属铬(Cr)常用于制造不锈钢和仪器仪表的金属表面镀铬。由FeCr2O4(亚铬酸亚铁)制备Cr的流程如下(＋6价铬元素在酸性条件下以Cr2O的形式存在)。下列说法错误的是(　 ) A．FeCr2O4中Cr元素的化合价为＋3价 B．反应①中参加反应的FeCr2O4和Na2CO3的物质的量之比为3∶1 C．反应③的化学方程式为Na2Cr2O7＋2CCr2O3＋Na2CO3＋CO↑ D．反应④中的Si可用Al代替 解析：选B　根据化合物中各元素正负化合价代数和为0可知，FeCr2O4中Cr元素的化合价为＋3价，故A正确；反应①是氧化还原反应，根据得失电子守恒可知，反应的化学方程式为4FeCr2O4＋8Na2CO3＋7O2===2Fe2O3＋8Na2CrO4＋8CO2，所以FeCr2O4和Na2CO3的物质的量之比为1∶2，故B错误；根据已知条件可知，反应③的化学方程式为Na2Cr2O7＋2CCr2O3＋Na2CO3＋CO↑，故C正确；反应④为3Si＋2Cr2O34Cr＋3SiO2，Al可以和三氧化二铬发生反应，Si可用Al来代替，通过铝热法冶炼铬，故D正确。 3．某工厂为了提高资源利用率并减少环境污染，设计了如下工艺流程，可以从主要成分为NiO的含镍废料(杂质种类为CuO、FeO和SiO2)中回收金属资源。下列说法正确的是(　 ) A．两次酸溶选择稀硫酸效果都好于98%的浓硫酸 B．操作X是将酸溶所得溶液加热蒸干 C．反应Ⅰ除了产生滤渣外还可能产生可直接排放的气体 D．滤液1、滤液2和滤液3中主要的金属离子均为两种 解析：选A　主要成分为NiO的含镍废料(杂质种类为CuO、FeO和SiO2)经过酸溶，得到Ni2＋、Cu2＋、Fe2＋以及滤渣SiO2，加入铁粉除去Cu2＋，加入Na2CO3沉淀Fe2＋，滤渣再经过酸溶、加热浓缩、冷却结晶得到FeSO4·7H2O，含有NiSO4的滤液经一系列处理得到NiSO4。第一次酸溶若使用浓硫酸会产生污染性气体二氧化硫且消耗硫酸的量更多，第二次酸溶若使用浓硫酸会把亚铁离子氧化成铁离子，不利于最终制得FeSO4·7H2O，A正确；由题图可知，由溶液得到晶体，操作X应该是加热浓缩、冷却结晶，B错误；反应Ⅰ中过量的铁粉会与酸反应产生可燃性气体氢气，不能直接排放到空气中，可收集起来作为燃料或其他工业用途，C错误；滤液1中金属离子有Ni2＋、Cu2＋、Fe2＋三种，D错误。 4．[双选]我国首创高钛渣沸腾氯化法获取TiCl4，以高钛渣(主要成分为TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料采用该方法获取TiCl4并制备金属钛的流程如图。下列说法错误的是(　 ) 流程中几种物质的沸点如表 物质 TiCl4 VOCl3 SiCl4 AlCl3 沸点/℃ 136 127 57 180 A.“除钒”反应为3VOCl3＋Al3VOCl2＋AlCl3 B．“除硅、铝”过程中，可通过蒸馏的方法分离TiCl4中含Si、Al的杂质 C．“除钒”和除“硅、铝”的顺序可以交换 D．“反应器”中应增大湿度以提高反应速率 解析：选CD　TiO2、V2O5、SiO2、Al2O3可与C、Cl2反应生成TiCl4、VOCl3、SiCl4、AlCl3、CO、CO2等，尾气处理掉CO、CO2，得到粗TiCl4中的VOCl3与Al发生反应，经过除硅、铝，得到纯TiCl4。TiCl4、SiCl4、AlCl3可通过蒸馏的方法分离TiCl4，B正确；若“除钒”和除“硅、铝”的顺序交换，会导致TiCl4中含有AlCl3，故C错误；Na为活泼金属，可与水发生剧烈反应，故D错误。 5．NiSO4·6H2O晶体易溶于水，在280 ℃时可完全失去结晶水。为节约和重复利用资源，从某矿渣[成分为NiFe2O4(铁酸镍)、NiO、FeO、CaO、SiO2等]中回收NiSO4的工艺流程如图。 已知：①(NH4)2SO4在350 ℃分解生成NH3和H2SO4。 ②常温下Ksp(CaF2)＝4.0×10－11。 ③萃取剂(RH)萃取Ni2＋的原理为Ni2＋＋2RHNiR2＋2H＋。 回答下列问题： (1)Ni位于元素周期表________区(填“s”“p”“d”或“ds”)，其基态原子的核外电子有________种空间运动状态。 (2)“浸渣”的成分除Fe2O3、FeO(OH)、CaSO4外，还含有________________________________________________________________(写化学式)。　　　　　 (3)向“浸取液”中加入NaF以除去溶液中Ca2＋(浓度为1.0×10－3 mol·L－1)，当溶液中c(F－)＝1.0×10－3 mol·L－1时，除钙率为________。 (4)反萃取剂X为________________(填化学式)。“反萃取”得到的NiSO4溶液，可在强碱溶液中被NaClO氧化，得到用作镍镉电池正极材料的NiOOH。此反应的离子方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)操作M为____________、过滤、洗涤、干燥等多步操作。 解析：c2(F－)·c(Ca2＋)＝(1.0×10－3)2·c(Ca2＋)＝4.0×10－11，c(Ca2＋)＝4×10－5mol·L－1，故除钙率为×100%＝96%。 答案：(1)d　15　(2)SiO2　(3)96%　 (4)H2SO4　2Ni2＋＋ClO－＋4OH－===2NiOOH↓＋Cl－＋H2O (5)蒸发浓缩、冷却结晶 6．(2024·聊城二模)氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体{(NH4)5[(VO)6(CO3)4(OH)9]·10H2O}是制备多种含钒产品和催化剂的基础原料和前驱体。 已知：①氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体呈紫红色，难溶于水和乙醇； ②VO2＋有较强还原性，易被氧化。 实验室以V2O5为原料制备该晶体的流程如图： 请回答下列问题： (1)“浸渍”时反应的化学方程式为____________________________________________。 (2)“转化”时需要在CO2氛围中进行的原因是_______________________________。 (3)“转化”可在下列装置中进行： ①上述装置连接的合理顺序为e→____________(按气流方向，用小写字母表示)。 ②写出装置D中生成氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体的化学方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________。 解析：(2)VO2＋有较强还原性，易被氧化，CO2氛围中进行，能有效的隔离氧气，防止被氧化；(3)①转化过程需在二氧化碳氛围下反应，C为二氧化碳的发生装置，A为二氧化碳的净化装置，B装置可用于检验装置中的氧气是否排净，所以装置的连接顺序为abfgc(或abfgcd)。 答案：(1)2V2O5＋N2H4·2HCl＋6HCl===4VOCl2＋N2↑＋6H2O　(2)VO2＋有较强还原性，防止被氧化　(3)①abfgc(或abfgcd) ②6VOCl2＋6H2O＋17NH4HCO3===(NH4)5[(VO)6(CO3)4(OH)9]·10H2O↓＋13CO2↑＋12NH4Cl 7．水钴矿主要成分为CoOOH，同时含有少量Fe、Al、Mn、Mg、Ca、Ni的氧化物及其他杂质。用水钴矿制取Co的工艺流程如图甲所示： 已知部分阳离子形成氢氧化物沉淀时，溶液pH见表： 沉淀物 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Co(OH)2 Mn(OH)2 Al(OH)3 开始沉淀时的pH 7.0 2.7 7.6 7.7 4.0 沉淀完全时的pH 9.6 3.7 9.2 9.8 5.2 请回答下列问题： (1)“还原酸浸”中发生的氧化还原反应的化学方程式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________， 浸出液中加入NaClO溶液的目的：________________________________________ ________________________________________________________________________ _________________________________________________________(用离子方程式表示)。 (2)浸出过程中加入Na2CO3调pH的范围是______________。 (3)如图乙所示，萃取剂可以把滤液Ⅱ中部分阳离子选择性分离。萃取剂合适的pH为__________(填字母)。 A．2～3　　　　　　 B．3～4 C．6～7 D．7～8 (4)Co能与强酸反应产生H2，工业上采用惰性电极电解CoCl2溶液制取钴，不能用CoSO4溶液代替CoCl2溶液的理由是______________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)由分析可知，还原酸浸中发生的氧化还原反应为酸性条件下，CoOOH与硫代硫酸钠溶液反应生成硫酸钠、硫酸钴和水；向浸出液中加入次氯酸钠溶液的目的是将亚铁离子氧化为铁离子。(2)由分析可知，浸出过程中加入碳酸钠溶液调节pH在5.2～7.6的范围内，可将铁离子和铝离子转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，而Co2＋、Mn2＋没有沉淀。(3)由图乙可知，pH在3～4范围内，镍离子、锰离子的萃取率很大，而钴离子的萃取率较小，B正确。 答案：(1)8CoOOH＋Na2S2O3＋7H2SO4===8CoSO4＋Na2SO4＋11H2O ClO－＋2Fe2＋＋2H＋===Cl－＋2Fe3＋＋H2O (2)5.2≤pH＜7.6　(3)B (4)若用CoSO4代替CoCl2，OH－在阳极放电，H＋与Co反应，导致Co产率降低 学科网（北京）股份有限公司 $$