2026届高三化学三轮复习 金属离子沉淀剂——碳酸氢铵 课件

金属离子沉淀剂 ——碳酸氢铵 大道至简 微点化学 2019年全国卷Ⅲ 2023年河北卷 2025年山东卷 2020年山东卷 2025年陕晋青宁卷 探究任务1 碳酸氢铵为什么能作金属离子沉淀剂? 例1：（2019年全国卷Ⅲ第26题）高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如下图所示。回答下列问题： (6)写出“沉锰”的离子方程式： 。 Mn2+ + 2HCO3− = MnCO3↓ + CO2↑ + H2O 自耦电离‌是指液态溶剂分子在溶剂中自发发生电离，产生溶剂阴离子和溶剂阳离子的现象，本质是溶剂分子同时作为质子供体和质子受体发生的自发电离过程。 自耦电离广泛存在，最常见的是水的自耦电离（2H2O ⇌H3O+ + OH−）与液氨的自耦电离（2NH3 ⇌NH4+ + NH2−）。 HCO3− + HCO3− ⇌ H2CO3 + CO32− 问题1. NH4HCO3溶液中能有足够量的碳酸根离子么？ 碳酸氢根在水溶液中会发生自耦电离。 HCO3−的自耦电离 试计算：HCO3− + HCO3− ⇌ H2CO3 + CO32−的电离平衡常数。 已知：① HCO3− ⇌ H+ + CO32−    ② HCO3− + H2O ⇌ H2CO3 + OH−     ③ H2O ⇌H+ + OH−     KW = 1× 10-14 HCO3− + HCO3− ⇌ H2CO3 + CO32− ①+②-③ HCO3−的自耦电离 问题2. 为什么很少用NaHCO3或Na2CO3作金属离子沉淀剂？ 例2.（2024年广西卷）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： (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 。 问题2. 为什么很少用NaHCO3或Na2CO3作金属离子沉淀剂？ NaHCO3或Na2CO3溶于水虽然都可以提供足够浓度的CO32−，但因为HCO3−或CO32−的水解会促进溶液中的金属离子的水解，从而使沉淀中混有碱式碳酸盐甚至金属氢氧化物而不纯净。 而NH4HCO3中的NH4+可以缓冲溶液的pH，抑制溶液中的金属离子的水解，从而决定金属离子优先形成碳酸盐沉淀而非氢氧化物。除此之外，NH4HCO3做沉淀剂还具有溶解度大，易洗涤，污染小，原料廉价来源广，成本较低等优点，过量的碳酸氢铵还可以通过加热分解除去。因此相较于NaHCO3或Na2CO3，NH4HCO3作金属离子沉淀剂的优势更为明显。 问题3. 为什么不用(NH4)2CO3作金属离子沉淀剂？ CO32−的水解程度（水解常数Kh=10-3.7）远大于NH4+的水解程度（水解常数Kh=5.6×10-10），溶液碱性较强，易生成金属氢氧化物沉淀或碱式碳酸盐。 探究任务2 碳酸氢铵/氨水作金属离子沉淀剂 例3：（2020年山东卷第16题）用软锰矿(主要成分为MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下： （5）碳化过程中发生反应的离子方程式为： 。 Mn2＋＋HCO3−＋NH3·H2O = MnCO3↓＋NH4+＋H2O 已知：① NH3·H2O ⇌ NH4+＋OH−    ② HCO3− ⇌ H+ + CO32−    ③ H2O ⇌H+ + OH−     KW = 1× 10-14 NH3·H2O + HCO3− ⇌ NH4+＋CO32− ＋ H2O ①+②-③ NH3·H2O与HCO3−在水溶液中反应进行的程度比HCO3−在水溶液中的自耦电离程度要大很多，可以提供浓度更高的CO32−与NH4+，既可以满足更充分沉淀金属离子的要求，又可以更有效防止金属氢氧化物沉淀的生成，因此金属离子沉淀效率更高。 探究任务3 一定pH下碳酸氢铵/氨水作金属离子沉淀剂 例4：（2025年陕晋青宁卷第16题）一种综合回收电解锰工业废盐(主要成分为Mn2+、Mg2+、NH4+的硫酸盐)的工艺流程如下。  回答问题： (4)“沉镁I”中，当pH为8.0~10.2时，生成碱式碳酸镁[xMgCO3·yMg(OH)2·zH2O]，煅烧得到疏松的轻质MgO。 5Mg2+ + 4HCO3− + 6NH3·H2O + H2O = Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O↓ + 6NH4+ 试写出Mg2+与HCO3− 、 NH3·H2O生成Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O的离子方程式。 由此可见，NH3·H2O与NH4HCO3一起沉淀溶液中金属离子时还要考虑溶液pH的影响，pH过大时会有碱式碳酸盐甚至是金属氢氧化物生成。 探究任务4 NaHCO3溶液中离子浓度大小比较 一般观点：因为HCO3−的水解常数（Kh =10-7.6）远大于其电离常数（Ka =10-10.33），即HCO3−的水解程度远大于其电离程度，故NaHCO3溶液中离子浓度大小关系为：c(Na+) > c(HCO3−) > c(OH−) >  c(H+) > c(CO32−)。 正确结论：因为HCO3−的自耦电离程度远大于其水解及电离程度，故NaHCO3溶液中离子浓度大小关系应为： c(Na+) > c(HCO3−) > c(CO32−) > c(OH−) > c(H+)。 探究任务5 NH4+对Cu(OH)2溶于氨水的影响 例5：【2025年临沂二模14题】为制备纯净的Cu(OH)2，取甲、乙两支试管分别加入2mL饱和CuSO4溶液，进行如下实验。 试管甲 试管乙 实验操作及现象 逐滴加入1mol/L氨水至过量，先生成蓝色沉淀，后溶解，溶液变成深蓝色；继续滴加1mol/L NaOH溶液，溶液颜色变浅，有蓝色沉淀生成；倾掉溶液，加入足量浓氨水，沉淀不溶解 滴加过量1mol/LNaOH溶液，生成蓝色沉淀；继续滴加1mol/L氨水至过量，蓝色沉淀开始时没有发生变化，振荡，沉淀减少，溶液变深蓝色 已知：沉淀速率过快时，Cu(OH)2絮状沉淀易裹挟杂质。下列说法正确的是: A. 试管甲实验中存在[Cu(NH3)4]2+向Cu(OH)2的转化 B. 试管甲实验表明Cu(OH)2溶于氨水与NH4+有关 C. 试管乙实验表明振荡试管可以促进Cu(OH)2与氨水的反应 D.上述实验表明，可利用CuSO4溶液与NaOH溶液反应制备纯净Cu(OH)2   向CuSO4溶液中逐滴滴加氨水，依次发生沉淀反应I与溶解反应II： 沉淀反应I： Cu2+ + 2NH3·H2O ⇌ Cu(OH)2↓ + 2NH4+ 已知：① Cu(OH)2(s) ⇌Cu2+(aq) + 2OH−(aq) ，Ksp=10-19.6 ② NH3·H2O ⇌ NH4+＋OH−   ，Kb=1.8×10-5 试求沉淀反应I的平衡常数。 沉淀反应I =②×2-① 沉淀反应I可以反应彻底，有明显的蓝色沉淀生成。 溶解反应II： Cu(OH)2 + 4NH3 ⇌ [Cu(NH3)4]2+ + 2OH−  已知：① Cu(OH)2(s) ⇌Cu2+(aq) + 2OH−(aq) ，Ksp=10-19.6 ② Cu2+(aq)+ 4NH3(aq) =[Cu(NH3)4]2+(aq)的稳定常数Kf = 1012.6 试求沉淀反应II的平衡常数。 溶解反应II = ① + ② 溶解反应II进行的程度非常小，试管甲中沉淀不溶解的原因。 向CuSO4溶液中逐滴滴加氨水，依次发生沉淀反应I与溶解反应II： 沉淀反应I： Cu2+ + 2NH3·H2O ⇌ Cu(OH)2↓ + 2NH4+ 溶解反应II： Cu(OH)2 + 4NH3 ⇌ [Cu(NH3)4]2+ + 2OH−  ＋ ⇌ NH3·H2O 耦合反应 Cu(OH)2溶于氨水与NH4+有关 Cu(OH)2 + 4NH3  + 2NH4+ ⇌ [Cu(NH3)4]2+ + 2NH3·H2O 试管乙 滴加过量1mol/LNaOH溶液，生成蓝色沉淀；继续滴加1mol/L氨水至过量，蓝色沉淀开始时没有发生变化，振荡，沉淀减少，溶液变深蓝色 已知：沉淀速率过快时，Cu(OH)2絮状沉淀易裹挟杂质。下列说法正确的是: C. 试管乙实验表明振荡试管可以促进Cu(OH)2与氨水的反应   问题1：Cu(OH)2能不能溶于氨水？ 结论：不溶，没有NH4+的耦合促进，振荡也不会溶解。 问题2：沉淀为什么会减少而不是完全溶解？溶液为什么变深蓝色？ 用NaOH作沉淀剂，沉淀速率过快，生成的Cu(OH)2沉淀中裹挟了大量的Cu2+，滴加NH3·H2O并振荡后，Cu2+先沉淀后逐渐溶解，溶液变成深蓝色。 注意：溶解的是后生成的Cu(OH)2。 金属离子沉淀剂——碳酸氢铵