2026届高三化学一轮复习 金属及其化合物 陌生过渡金属专题 课件

知识拓展 陌生过渡金属及其化合物的性质 1.过渡金属——多变价 (1)高价态金属通常形成含氧酸根离子的盐，具有较强的氧化性， 如KMnO4、K2Cr2O7、K2FeO4等，均能将浓盐酸氧化成Cl2。 (2)在空气中灼烧一些不稳定的低价金属的化合物，在分解的同时 可能被氧化： MnOOH 空气中灼烧 MnO2 Fe(OH)2 空气中加热 Fe2O3 CoC2O4 空气中灼烧 Co3O4 1.过渡金属——多变价 (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)向一些盐溶液中滴加氨水，先生成难溶性碱，继续滴加，生成含氨配合物，如 CuSO4(aq)或AgNO3(aq) +氨水 Cu(OH)2(s)或AgOH(s) +氨水 [Cu(NH3)4]2+或[Ag(NH3)2]+ Co和Ni的常见价态： +2价和+3价，低价具有还原性，高价具有氧化性，类似Fe [Co(NH3)6]2＋、[Ni(NH3)6]2＋ Co和Ni可形成配合物 镍(Ⅲ)、钴(Ⅲ)的氧化物及氢氧化物与还原性酸可以发生氧化还原反应，如： 2Co(OH)3＋6H＋＋2Cl－===2Co2＋＋Cl2↑＋6H2O 2Ni(OH)3＋6H＋＋2Cl－===2Ni2＋＋Cl2↑＋6H2O 类似Fe(OH)3与HI反应 一、钴、镍元素的性质 大本91页 6 (2024·新课标卷)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下： 已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1×10－5 mol·L－1)时的pH：   开始沉淀的pH 沉淀完全的pH Fe3＋ 1.5 2.8 Fe2＋ 6.9 8.4 Co3＋ — 1.1 Co2＋ 7.4 9.4 Zn2＋ 6.2 8.2 (1)“酸浸”前废渣需粉碎处理，目的是______；“滤渣1”中金属元素主要为______ (2)“过滤1”后的溶液中加入 MnO2的作用是___________________________，取少量反应后的溶液，加入化学试剂_________检验________，若出现蓝色沉淀，需补加 MnO2 (1)增大“酸浸”速率，提高浸取效率 Pb (2)将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，以便在后续调pH时除去Fe元素 K3[Fe(CN)6]溶液 Fe2+ 7 (2024·新课标卷)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下： 已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1×10－5 mol·L－1)时的pH：   开始沉淀的pH 沉淀完全的pH Fe3＋ 1.5 2.8 Fe2＋ 6.9 8.4 Co3＋ — 1.1 Co2＋ 7.4 9.4 Zn2＋ 6.2 8.2 (3)3Co2+＋MnO4-＋7H2O===3Co(OH)3↓＋MnO2↓＋5H+、 3Mn2+＋2MnO4-＋2H2O===5MnO2↓＋4H+ (4)ZnSO4、K2SO4    1.0×10－16.7 (3)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为________________、_____________ (4)“除钴液”中主要的盐有_______(写化学式)，残留的Co3＋浓度为_______mol·L－1 8 (2023·辽宁卷)某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液含(Ni2+、Co2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+和Mn2+)。实现镍、钴、镁元素的回收。 已知： 物质 Ksp Fe(OH)3 10－37.4 Co(OH)2 10－14.7 Ni(OH)2 10－14.7 Mg(OH)2 10－10.8 (3)“氧化”中，用石灰乳调节pH＝4，Mn2+被H2SO5氧化为MnO2，该反应的离子方程式为_______( H2SO5的电离第一步完全，第二步微弱)；滤渣的成分为MnO2、_______(填化学式) (5)“沉钴镍”中得到的Co(Ⅱ)在空气中可被氧化成CoO(OH)，该反应的化学方程式为 (3)①Mn2+＋HSO3-＋H2O===MnO2＋SO42-＋3H+    ②Fe(OH)3   (5)4Co(OH)2＋O2===4CoO(OH)＋2H2O   “氧化”中，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5) 二、钒、铬、锰及其化合物的性质 1、钒及其化合物 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 VO V2O3 VO2 V2O5 钒盐 五价钒盐包括VO3−(偏钒酸盐)、VO43−(正钒酸盐)，如：偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、正钒酸钠；四价钒盐：硫酸氧钒、草酸氧钒。不同价态的钒离子有不同的颜色：VO2+颜色为浅黄色，VO2＋颜色为蓝色，V3＋为绿色，V2＋为紫色 NH4VO3 NaVO3 KVO3 Na3VO4 VOSO4 VOC2O4 +4 +5 或C2O5V 10 (2024·河北卷)V2O5是制造钒铁合金、金属钒原料，也是重要的催化剂。以苛化泥为焙烧添加剂从石煤中提取V2O5的工艺，具有钒回收率高、副产物可回收和不产生气体污染物等优点。工艺流程如下。 已知：i．石煤是一种含V2O3的矿物， 杂质为大量Al2O3和少量CaO等；苛 化泥的主要成分为CaCO3、NaOH、 Na2CO3等 ⅱ．高温下，苛化泥的主要成分可与 Al2O3反应生成偏铝酸盐；室温下， 偏钒酸钙[Ca(VO3)2]和偏铝酸钙均 难溶于水。回答下列问题： (2)水浸工序得到滤渣①和滤液，滤渣①中含钒成分为偏钒酸钙，滤液中杂质的主要成分为_______(填化学式) (3)在弱碱性环境下，偏钒酸钙经盐浸生成碳酸钙发生反应的离子方程式为_________；CO2加压导入盐浸工序可提高浸出率的原因为_______；浸取后低浓度的滤液①进入_______(填工序名称)，可实现钒元素的充分利用 11 12 (2023·江苏卷)V2O5－WO3/ TiO2催化剂能催化NH3脱除烟气中的NO，反应为 4NH3(g)＋O2(g)＋4NO(g)===4N2(g)＋6H2O(g)  ∆H＝－1632.4kJ·mol－1 (1)催化剂的制备。将预先制备的一定量的WO3/ TiO2粉末置于80℃的水中，在搅拌下加入一定量的NH4VO3溶液，经蒸发、焙烧等工序得到颗粒状V2O5－WO3/ TiO2催化剂。在水溶液中VO3- 水解为H3VO4沉淀的离子方程式为_____________________；反应选用NH4VO3溶液而不选用NaVO3溶液的原因是__________________ (2)催化剂的应用。将一定物质的量浓度的NO、O2、NH3(其余为N2) 气体匀速通过装有V2O5－WO3/ TiO2催化剂的反应器，测得NO的 转化率随温度的变化如题图所示。反应温度在320~360℃范围内， NO转化率随温度变化不明显的原因是_________；反应温度高于 380℃，NO转化率下降，除因为进入反应器的NO被还原的量减少 外，还有_______________________________(用化学方程式表示) ②通过萃取可分离钒和钨，在得到的钒酸中含有H4V4O12。已知H4V4O12具有八元环结构，其结构式可表示为___________ 13 (2023·江苏卷)V2O5－WO3/ TiO2催化剂能催化NH3脱除烟气中的NO，反应为 4NH3(g)＋O2(g)＋4NO(g)===4N2(g)＋6H2O(g)  ∆H＝－1632.4kJ·mol－1 (1)催化剂的制备。将预先制备的一定量的WO3/ TiO2粉末置于80℃的水中，在搅拌下加入一定量的NH4VO3溶液，经蒸发、焙烧等工序得到颗粒状V2O5－WO3/ TiO2催化剂。在水溶液中VO3- 水解为H3VO4沉淀的离子方程式为_____________________；反应选用NH4VO3溶液而不选用NaVO3溶液的原因是__________________ (2)催化剂的应用。将一定物质的量浓度的NO、O2、NH3(其余为N2) 气体匀速通过装有V2O5－WO3/ TiO2催化剂的反应器，测得NO的 转化率随温度的变化如题图所示。反应温度在320~360℃范围内， NO转化率随温度变化不明显的原因是_________；反应温度高于 380℃，NO转化率下降，除因为进入反应器的NO被还原的量减少 外，还有_______________________________(用化学方程式表示) ③向pH=8的NaVO3溶液中加入过量的NH4Cl溶液，生成NH4VO3沉淀。已知：Ksp(NH4VO3)＝1.7×10－3，加过量NH4Cl溶液的目的是___________ 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 铬元素的常见价态有＋6、＋3、＋2 Cr3＋在酸性条件下是稳定的，但在碱性条件下能被氧化成CrO42—： 在碱性溶液中，亚铬酸盐(CrO2—)可以被H2O2或Na2O2 氧化成铬酸盐： 2CrO2—＋3H2O2＋2OH－===2CrO42—＋4H2O 2CrO2—＋3Na2O2＋2H2O===2CrO42—＋6Na＋＋4OH－ 2Cr3＋＋3H2O2＋10OH—===2CrO42—＋8H2O Cr(Ⅵ) 的 氧化性 铬(Ⅵ)最重要的化合物是K2Cr2O7，在水溶液中Cr2O72—和CrO42—存在下列平衡： 2CrO42—＋2H＋ Cr2O72—＋H2O 在酸性溶液中，Cr2O72—具有强氧化性，但在碱性溶液中CrO42—的氧化性要弱得多： Cr2O72—＋3SO32—＋8H＋===2Cr3＋＋3SO42—＋4H2O Cr2O72—＋6I－＋14H＋===2Cr3＋＋3I2＋7H2O 酸性条件下稳定 (黄色)　　　　　(橙红色) 碱性条件下稳定 16 (2023·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Cr2O72-存在，在碱性介质中以CrO42-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___________ (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VO2+或VO3+,在碱性条件下,溶解为VO3- 或VO43+,上述性质说明V2O5具有_____(填标号) A．酸性 B．碱性 C．两性 (1)Na2CrO4    (2)Fe2O3    (3)Al(OH)3    (5)C     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＋ Mn(Ⅵ) 化合物 的性质 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 稳定存在于酸性条件；在碱性条件下，Mn2＋易被氧化为MnO2，如ClO－＋Mn2＋＋2OH－===Cl－＋MnO2↓＋H2O MnO42—稳定存在于强碱性溶液中，在酸性或中性环境均发生歧化反应： 3MnO42—＋2H2O===2MnO4—＋MnO2↓＋4OH－ 3MnO42—＋4H＋===2MnO4—＋MnO2↓＋2H2O MnO4— MnO42— MnO2 Mn2O3 MnOOH Mn2＋ KMnO4 的性质 ①在酸性介质中，MnO4—具有强氧化性，本身被还原为Mn2＋，如： 2MnO4—＋6H＋＋5H2C2O4===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O 2MnO4—＋6H＋＋5H2O2===2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O； ②在碱性、中性或微弱酸性溶液中，MnO4—仍旧是氧化剂，本身被还原为MnO2； ③在强碱性溶液中，当MnO4—过量时，还原产物是MnO42—， 2MnO4—＋SO32—＋2OH－===2MnO42—＋SO42—＋H2O 19 (2024·广西卷)广西盛产甘蔗，富藏锰矿。由软锰矿(MnO2，含SiO2、Fe2O3、Al2O3和CuO等杂质)制备光电材料KMnF3的流程如下。回答下列问题： 已知： 物质 Ksp Fe(OH)3 2.8×10－39 Al(OH)3 1.3×10－33 Cu(OH)2 2.2×10－20 Fe(OH)2 4.9×10－17 Mn(OH)2 1.9×10－13 (1)“甘蔗渣水解液”中含有还原性糖和H2SO4，其主要作用是_______。为提高“浸取”速率，可采取的措施是_______(任举一例)。 (2)“滤渣1”的主要成分是_______(填化学式)。 (3)常温下，用CaCO3调节溶液pH至5～6时，可完全沉淀的离子有_______(填化学式)。(4)“X”可选用_______。 A．H2S B．H2O2 C．Zn D．(NH4)2S (1)把二氧化锰还原为硫酸锰    把软锰矿粉碎、搅拌、加热等     (2)SiO2    (3)Al3+    (4)D     20 (2024·广西卷)广西盛产甘蔗，富藏锰矿。由软锰矿(MnO2，含SiO2、Fe2O3、Al2O3和CuO等杂质)制备光电材料KMnF3的流程如下。回答下列问题： 已知： 物质 Ksp Fe(OH)3 2.8×10－39 Al(OH)3 1.3×10－33 Cu(OH)2 2.2×10－20 Fe(OH)2 4.9×10－17 Mn(OH)2 1.9×10－13 (5)若用Na2CO3替代NaHCO3沉锰，得到Mn2(OH)2CO3沉淀。写出生成Mn2(OH)2CO3的离子方程式_______ (6)KMnF3立方晶胞如图，晶胞参数为a pm，该晶体中 与一个F－紧邻的K+有_______个。已知NA为阿伏加德罗常数 的值，晶体密度为_______g·cm－3(用含a、NA的代数式表示) (5) 2Mn2＋＋3CO32－＋2H2O=Mn2(OH)2CO3↓＋2HCO3－ (6) 4   END