2026届高三化学三轮复习 金属离子沉淀剂——碳酸氢铵 导学案

碳酸氢铵作金属离子沉淀剂原理探析 【高考体验】 1.（2025·山东·17题）采用两段焙烧—水浸法从铁锰氧化矿(主要含及等元素的氧化物)分离提取等元素，工艺流程如下： 已知：该工艺条件下，低温分解生成，高温则完全分解为气体；在完全分解，其他金属硫酸盐分解温度均高于。 回答下列问题： (1)“低温焙烧”时金属氧化物均转化为硫酸盐。与反应转化为时有和NH3生成，该反应的化学方程式为 。“高温焙烧”温度为，“水浸”所得滤渣主要成分除外还含有 (填化学式)。 (2)在投料量不变的情况下，与两段焙烧工艺相比，直接“高温焙烧”，“水浸时金属元素的浸出率 (填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)萃取反应为：(有机相)(水相)(有机相)(水相)。“反萃取”时加入的试剂为 (填化学式)。 (4)“沉钴”中，时恰好沉淀完全，则此时溶液中_______。已知：。“溶解”时发生反应的离子方程式为： 。 (5)“沉锰”所得滤液并入“吸收”液中，经处理后所得产品导入 (填操作单元名称)循环利用。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 【探究任务一】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： 。 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[1]。 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−）。 已知：① HCO3− ⇌ H+ + CO32− ② HCO3− + H2O ⇌ H2CO3 + OH− ③ H2O ⇌H+ + OH− KW = 1× 10-14 试计算：HCO3− + HCO3− ⇌ H2CO3 + CO32−的电离平衡常数。 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3. 为什么不用(NH4)2CO3作金属离子沉淀剂？ 【探究任务二】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： 。 已知：① NH3·H2O ⇌ NH4+＋OH− ② HCO3− ⇌ H+ + CO32− ③ H2O ⇌H+ + OH− KW = 1× 10-14 试计算：NH3·H2O + HCO3− ⇌ NH4+＋CO32− ＋ H2O的电离平衡常数。 【探究任务三】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。试写出Mg2+与HCO3− 、 NH3·H2O生成Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O的离子方程式。 【探究任务四】NaHCO3溶液中离子浓度大小比较 【例5】试比较NaHCO3溶液中离子浓度大小 【探究任务五】NH4+对Cu(OH)2溶于氨水的影响 【例6】（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。 实验操作及现象 试管甲 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 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: 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 小结： 碳酸氢铵作为金属离子沉淀剂的优选试剂，其核心原理是HCO3−在水溶液中自耦电离提供足够浓度的CO32−生成金属碳酸盐沉淀和NH4+对溶液pH的缓冲作用抑制金属氢氧化物的生成，其在工业除杂领域有不可替代的优势，为绿色、高效、低成本的金属离子分离技术提供了理论与实践支撑。 学科网（北京）股份有限公司1 学科网（北京）股份有限公司 $