2027届高考化学大一轮复习探究导学案第14讲　过渡金属及其化合物的制备微流程

该高中化学高考复习学案系统梳理了过渡金属及其化合物的制备微流程专题，以价态变化和物质转化为核心，整合锌、铬、钒、钴等化合物的性质、配合物形成及工业制备流程，通过问题链和任务驱动设计，引导学生从元素价态和物质类别视角自主构建知识网络，体现考点梳理的系统性和层次性。 亮点在于诊断性自测与进阶式能力培养，如设置典题示例分析工艺流程、对点演练强化关键能力、真题体验对接高考命题，培养学生的科学思维和证据推理素养。每个模块配有考教衔接分析和错题归因指导，帮助学生自主诊断薄弱点，教师可依据学情实施分层教学，有效提升复习实效。

第14讲　过渡金属及其化合物的制备微流程 目标任务 1.了解常考过渡金属及其重要化合物。 2．能依据信息及化合价解答陌生过渡金属及其化合物制备流程中的有关问题。 要点归纳 · 发掘教材 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态金属的化合物，其在分解的同时可能被氧化： MnO(OH) MnO2； Fe(OH)2Fe2O3； CoC2O4Co3O4。 (3)低价态金属的氢氧化物，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或加入硫化物使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)] Cu(OH)2(s)[或AgOH(s)] [Cu(NH3)4]2+{或[Ag(NH3)2]＋}。 3．锌及其化合物的转化 ①Zn(OH)2＋2OH－===[Zn(OH)4]2-， ②Zn(OH)2＋2H＋===Zn2+＋2H2O， ③ZnO＋2H＋===Zn2+＋H2O， ④ZnO＋2OH－＋H2O===[Zn(OH)4]2-。 4．铬的重要化合物 (1)Cr2O3和Cr(OH)3显两性，其转化关系如下：Cr3+紫色 Cr(OH)3灰蓝色 [Cr(OH)4]－绿色。 反应的离子方程式： ①Cr3+＋3OH－===Cr(OH)3↓； ②Cr(OH)3＋OH－===[Cr(OH)4]－， Cr3+＋4OH－===[Cr(OH)4]－； ③[Cr(OH)4]－＋H＋===Cr(OH)3↓＋H2O； ④Cr(OH)3＋3H＋===Cr3+＋3H2O，[Cr(OH)4]－＋4H＋===Cr3+＋4H2O。 (2)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： 。 5．钒的重要化合物 (1)五氧化二钒既能溶于强碱，又能溶于强酸，如： V2O5＋6NaOH===2Na3VO4＋3H2O； V2O5＋6HCl===2VOCl2＋Cl2↑＋3H2O。 (2)VO2+、VO：在酸性介质中，VO具有强氧化性，如： VO＋Fe2+＋2H＋===VO2+＋Fe3+＋H2O， 2VO＋H2C2O4＋2H＋===2VO2+＋2CO2↑＋2H2O。 6．钴的配合物 (1)Co(Ⅱ)与H2O、Cl－配合的平衡转化 (2)Co(Ⅱ)的配合物具有较强的还原性 Co2+＋6NH3―→[Co(NH3)6]2+[Co(NH3)6]3+ 关键能力 · 拓展教材 【典题示例】 [示例]　以黄铁矿(主要成分是FeS2，含少量SiO2)和软锰矿(主要成分是MnO2，含少量Fe2O3、Al2O3)为原料制备MnSO4·H2O的工艺流程如图。下列说法正确的是(　　) A.酸浸和沉锰操作均应在较高温度下进行 B．滤渣1的成分中含有S和SiO2 C．调pH的目的只为除去溶液中的Fe3+ D．沉锰操作中主要反应的离子方程式是2HCO＋Mn2+===MnCO3↓ ＋CO2 ↑＋H2O 【对点演练】 锌是一种浅灰色的过渡金属。在现代工业中，是电池制造中不可替代且相当重要的金属，以菱锌矿(主要成分为ZnCO3、ZnO，含有少量SiO2和Na2SiO3)为原料制备锌单质的流程如图所示： 下列说法错误的是(　　) A．SO的空间结构为正四面体形 B．滤渣的主要成分为SiO2和H2SiO3 C．“沉淀”步骤中，消耗CO2的物质的量与消耗Na2[Zn(OH)4]的物质的量之比为1∶1 D．“热还原”过程发生了置换反应 素养落实·活用教材 考教互应　命题溯源悟真谛——考教衔接突出创新性应用性 命题溯源 [示例]　(2025·甘肃卷，11)处理某酸浸液(主要含Li＋、Fe2+、Cu2+、Al3+)的部分流程如下： 下列说法正确的是(　　) A．“沉铜”过程中发生反应的离子方程式：2Fe＋3Cu2+===3Cu＋2Fe3+ B．“碱浸”过程中NaOH固体加入量越多，Al(OH)3沉淀越完全 C．“氧化”过程中铁元素化合价降低 D．“沉锂”过程利用了Li2CO3的溶解度比Na2CO3小的性质 [教材溯源]　本题与《普通高中化学课程标准》学业质量水平1中“在解决与化学变化相关实际问题时，能依据物质类别、元素价态和氧化还原反应原理，说明或预测常见物质的化学性质；能从物质类别和元素价态变化的视角，解释实验、生产生活中与物质转化及应用相关的现象或事实”的要求相吻合。 [价值引领]　以酸浸液处理工业流程为情境，考查学生对金属离子沉淀、氧化还原、溶解度等化学原理在实际生产中应用的理解，引导其关注化学知识在工业废水处理、资源回收利用方面的作用，呼应《普通高中化学课程标准》“理解化学变化的本质，能用相关理论解释有关化学现象，解决有关问题”的学业质量要求。 [关键能力]　酸浸液(主要含Li＋、Fe2+、Cu2+、Al3+)加入铁粉“沉铜”，置换出Cu单质，溶液加入NaOH碱浸，过滤得到Al(OH)3沉淀，滤液加入H2O2，把Fe2+氧化为Fe(OH)3沉淀，再经过多步操作，最后加入Na2CO3，得到Li2CO3沉淀。“沉铜”过程中铁置换出铜单质，发生反应的离子方程式为Fe＋Cu2+===Cu＋Fe2+，A错误；Al(OH)3是两性氢氧化物，NaOH过量，则Al(OH)3会溶解，B错误；“氧化”过程中将Fe2+氧化为Fe3+，铁元素化合价升高，C错误；加入Na2CO3得到Li2CO3沉淀，利用了Li2CO3的溶解度比Na2CO3小的性质，D正确。 [考教衔接]　考查学生对金属离子沉淀反应、氧化还原反应原理、溶解度概念的掌握，具备书写离子方程式、判断反应过程物质变化以及分析工业流程中化学反应原理的能力。 真题体验 1.(2025·黑吉辽内蒙古卷，11)某工厂利用生物质(稻草)从高锰钴矿(含MnO2、Co3O4和少量Fe2O3)中提取金属元素，流程如下。已知“沉钴”温度下Ksp(CoS)＝10-20.4，下列说法错误的是(　　) A．硫酸用作催化剂和浸取剂 B．使用生物质的优点是其来源广泛且可再生 C．“浸出”时，3种金属元素均被还原 D．“沉钴”后上层清液中c(Co2+)·c(S2-)＝10-20.4 2．(2025·湖南卷，12)工业废料的综合处理有利于减少环境污染并实现资源循环利用。从某工业废料中回收镉、锰的部分工艺流程如下： 已知：①富集液中两种金属离子浓度相当。 ②常温下，金属化合物的Ksp： 金属化合物 CdS CdCO3 MnS MnCO3 Ksp 8.0×10-27 1.0×10-12 2.5×10-13 2.3×10-11 下列说法错误的是(　　) A．粉碎工业废料有利于提高金属元素的浸出率 B．试剂X可以是Na2S溶液 C．“沉镉”和“沉锰”的顺序不能对换 D．“沉锰”时，发生反应的离子方程式为Mn2+＋HCO===MnCO3↓＋H＋ (十四) 第14讲　过渡金属及其化合物的制备微流程 关键能力·拓展教材 【典题示例】 [示例]　解析：酸浸时采用高温可以使反应速率加快，而沉锰时如果温度过高，氨水和NH4HCO3受热分解，MnCO3溶解度增大，导致沉锰效率降低，因此应该在低温下进行沉锰，A错误；SiO2、生成的S均不溶于水，也不溶于稀硫酸，因此用稀硫酸溶解后的滤渣1的成分中含有S和SiO2，B正确；调pH的目的是使溶液中的Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，从而达到除去Fe3+、Al3+的目的，C错误；沉锰操作中加入NH3·H2O和NH4HCO3，反应的离子方程式为＋2NH3·H2O＋Mn2+===MnCO3↓＋＋2H2O，D错误。 答案：B 【对点演练】 解析：菱锌矿(主要成分为ZnCO3、ZnO，含有少量SiO2和Na2SiO3)与硫酸反应生成硫酸锌、硅酸、硫酸钠，二氧化硅不与硫酸反应，过滤，向滤液中加入过量氢氧化钠溶液，再通入适量二氧化碳得到氢氧化锌，过滤，将氢氧化锌煅烧得到氧化锌，再用过量焦炭还原得到锌。“沉淀”时CO2会先与未反应完的NaOH反应，因此消耗的二氧化碳的物质的量比Na2[Zn(OH)4]多，故C错误。 答案：C 素养落实·活用教材 命题溯源 [示例]　答案：D 真题体验 1．解析：H2SO4催化纤维素的水解，又能使金属氧化物溶解，既作催化剂又作浸取剂，A正确；稻草来源于农业生产，是可再生能源，B正确；由流程分析可知，“浸出”后Fe元素以Fe3+形式存在，未被还原，C错误；加入Na2S，生成CoS沉淀，则CoS在溶液中存在沉淀溶解平衡，说明“沉钴”后上层清液为CoS饱和溶液，则c(Co2+)·c(S2-)＝Ksp(CoS)＝10-20.4，D正确。 答案：C 2．解析：富集液中含有两种金属离子Cd2+、Mn2+，其浓度相当，加入试剂X沉镉，由金属化合物的Ksp可知，CdCO3、MnCO3的Ksp接近，不易分离，则试剂X选择含S2-的试剂，得到CdS滤饼，加入NaHCO3溶液沉锰，发生反应Mn2+＋===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O。粉碎工业废料能增大废料与浸出液的接触面积，有利于提高金属元素的浸出率，A正确；试剂X可以是Na2S溶液，B正确；若先加入NaHCO3溶液进行“沉锰”，由题中信息以及Ksp数据可知，金属离子Cd2+、Mn2+浓度相当，则Cd2+也会沉淀，后续流程中无法分离Cd和Mn，所以“沉镉”和“沉锰”的顺序不能对换，C正确；“沉锰”时，发生反应的离子方程式是Mn2+＋===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O，D错误。 答案：D 学科网（北京）股份有限公司 $