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微专题16 热点金属及其化合物制备流程（Li、Sr、Pb、Zn、Ti、
Mo）
1．（2023·全国·统考高考真题）LiMn O 作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱锰矿（MnCO ，
2 4 3
含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素）制备LiMn O 的流程如下：
2 4
已知：K [Fe(OH) ]=2.8×10-39，K [Al(OH) ]=1.3×10-33，K [Ni(OH) ]=5.5×10-16。
sp 3 sp 3 sp 2
回答下列问题：
(1)硫酸溶矿主要反应的化学方程式为 。为提高溶矿速率，可采取的措施 (举1例)。
(2)加入少量MnO 的作用是 。不宜使用H O 替代MnO ，原因是 。
2 2 2 2
(3)溶矿反应完成后，反应器中溶液pH=4，此时c(Fe3+)= mol·L-1；用石灰乳调节至pH≈7，除去的金属
离子是 。
(4)加入少量BaS溶液除去Ni2+，生成的沉淀有 。
1(5)在电解槽中，发生电解反应的离子方程式为 。随着电解反应进行，为保持电解液成分稳定，应
不断 。电解废液可在反应器中循环利用。
(6)煅烧窑中，生成LiMn O 反应的化学方程式是 。
2 4
一、锂的工业制备工艺流程图：
1．矿石提取锂工艺
22．盐湖卤水提取锂工艺
二、锶的工业制备工艺流程图：
3三、铅的工业制备工艺流程图：
4四、钛的工业制备工艺流程图：
1．海绵钛冶炼工艺
用镁还原四氯化钛（TiCl ）制取金属钛的过程，是金属钛生产的主要方法之一。还原作业在高温、惰性气
4
体保护气氛中进行，还原产物主要采用真空蒸馏法分离出剩余的金属镁和MgCl ，获得海绵状金属钛。其
2
工艺特征是在镁热还原TiCl 结束后，便将热态还原产物在高温下直接转入真空蒸馏分离金属镁和MgCl ，
4 2
这是镁热还原法工业化以来的重大技术进步。工艺流程如下：
2．钠（Na）还原法
又称亨特（ Hunter ）法 ，是最早研究用来制取金属钛的方法，其流程图如下所示：
5钠还原法的四氯化钛（TiCl ）生产过程与镁热还原法完全相同。在惰性气氛保护下，用Na还原TiCl 生产海
4 4
绵钛，它的主要反应为：
TiCl ＋ 2Na ＝ TiCl ＋ 2NaCl （1）
4 2
TiCl ＋ 2Na ＝ Ti ＋ 2NaCl （2）
2
TiCl ＋ 4Na ＝ Ti ＋ 4NaCl （3）
4
将制得的还原产物，用水洗除盐操作，最后进行产品后处理即得产品海绵钛。
按照还原过程进行的方式，钠法工艺可分为一段法和两段法。反应过程如果按照式（3）一次完成还原反
应制取海绵钛的工艺称为一段法。反应过程如果第一步按式（1）制取TiCl ，然后第二步按式（2）继续将
2
TiCl 还原为海绵钛的工艺称为二段式。目前，两种方法在工业生产中均得到应用。
2
五、锌的工业制备工艺流程图：
6六、钼的工业制备工艺流程图：
71．（2023·全国·统考高考真题） 是一种压电材料。以 为原料，采用下列路线可制备粉状
。
回答下列问题：
(1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是 。
(2)“焙烧”后固体产物有 、易溶于水的 和微溶于水的 。“浸取”时主要反应的离子方程式为
8。
(3)“酸化”步骤应选用的酸是 (填标号)。
a．稀硫酸 b．浓硫酸 c．盐酸 d．磷酸
(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？ ，其原因是 。
(5)“沉淀”步骤中生成 的化学方程式为 。
(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，产生的 。
1．（2023·山东济宁·统考三模）利用锶渣(主要成分 ，含少量 、 、 、 杂质)，
工业上制备超细碳酸锶的工艺如图所示：
已知：“高温煅烧”得到的主要产物为锶的硫化物和一种可燃性气体。下列说法错误的是
A．“高温煅烧”过程中，产生可燃性气体与参加反应的 物质的量之比大于4∶1
B．气体2通入 溶液产生黑色沉淀
C．“除镁钙”时控制温度95℃~100℃是为了降低氢氧化钙的溶解度，保证除钙效果
D．“沉锶”的离子反应方程式为
2．（2023·山东聊城·统考三模）从废钼催化剂(主要成分为 ，含少量 、 、 )中回收
钼酸铵晶体的工艺流程如图所示：
9注：酸浸后钼元素以 形式存在，溶液中某离子浓度 时，认为沉淀完全；常温下
， 。下列说法错误的是
A．焙烧过程中被氧化的元素有Mo、S、Fe
B．滤渣1的主要成分是
C．“调pH”过程中调节溶液的pH略大于2.83，可除去目标杂质离子
D．反萃取发生的离子方程式为
3．（2023·山东·统考高考真题）盐湖卤水(主要含 、 和硼酸根等)是锂盐的重要来
源。一种以高镁卤水为原料经两段除镁制备 的工艺流程如下：
已知：常温下， 。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。
回答下列问题：
10(1)含硼固体中的 在水中存在平衡： (常温下， )；
与 溶液反应可制备硼砂 。常温下，在 硼砂溶液中，
水解生成等物质的量浓度的 和 ，该水解反应的离子方程式为 ，该溶
液 。
(2)滤渣Ⅰ的主要成分是 (填化学式)；精制Ⅰ后溶液中 的浓度为 ，则常温下精制Ⅱ过程中
浓度应控制在 以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收 外，还将增加 的
用量(填化学式)。
(3)精制Ⅱ的目的是 ；进行操作 时应选择的试剂是 ，若不进行该操作而直接浓缩，将导致
。
4．（2023·浙江·高考真题）某研究小组制备纳米 ，再与金属有机框架 )材料复合制备荧光材料
，流程如下：
已知：①含
锌组分间的转化关系：
② 是 的一种晶型， 以下稳定。
请回答：
(1)步骤Ⅰ，初始滴入 溶液时，体系中主要含锌组分的化学式是 。
(2)下列有关说法不正确的是___________。
A．步骤Ⅰ，搅拌的作用是避免反应物浓度局部过高，使反应充分
B．步骤Ⅰ，若将过量 溶液滴入 溶液制备 ，可提高 的利用率
C．步骤Ⅱ，为了更好地除去杂质，可用 的热水洗涤
D．步骤Ⅲ，控温煅烧的目的是为了控制 的颗粒大小
11(3)步骤Ⅲ，盛放样品的容器名称是 。
(4)用 和过量 反应，得到的沉淀可直接控温煅烧得纳米 ，沉淀无需洗涤的原
因是 。
(5)为测定纳米 产品的纯度，可用已知浓度的 标准溶液滴定 。从下列选项中选择合理的仪
器和操作，补全如下步骤[“___________”上填写一件最关键仪器，“(___________)”内填写一种操作，均用
字母表示]。
用___________(称量 样品 )→用烧杯(___________)→用___________(___________)→用移液管
(___________)→用滴定管(盛装 标准溶液，滴定 )
仪器：a、烧杯；b、托盘天平；c、容量瓶；d、分析天平；e、试剂瓶
操作：f、配制一定体积的Zn2+溶液；g、酸溶样品；h、量取一定体积的 溶液；i、装瓶贴标签
(6)制备的 荧光材料可测 浓度。已知 的荧光强度比值与 在一定浓度范围
内的关系如图。
某研究小组取 人血浆铜蓝蛋白(相对分子质量 )，经预处理，将其中 元素全部转化为
并定容至 。取样测得荧光强度比值为10.2，则1个血浆铜蓝蛋白分子中含 个铜原子。
5．（2023·江苏连云港·连云港高中校考模拟预测）以含铅废料(Pb、PbO、 、 及炭黑等)制备高
纯PbO。其流程如下：
12(1)酸浸时，在 催化下Pb和 反应生成 的离子方程式是 。
(2) 催化过程可表示为：
ⅰ： ⅱ：……
写出ⅱ的离子方程式： 。
(3)PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：
，其溶解度曲线如图所示。
①转化过程中，选用10%NaOH溶液的原因是 。
②滤液2中含有的阴离子有 、 。
(4)结合上述溶解度曲线，设计利用粗PbO制备高纯PbO的方案： 。(实验中可选用的试剂：
；10%NaOH溶液、35%NaOH溶液、蒸馏水)
(5)六方氧化铅晶体的结构如图所示。用碳原子代替氧原子和铅原子，即为六方金刚石。请在该图内用粗线
框出六方金刚石的一个晶胞，要求框线必须包含图中已有的一段粗线，且框出的晶胞体积最小
。
136．（2023·北京顺义·北京市顺义区第一中学校考模拟预测）钛白粉学名二氧化钛(TiO )是性能最佳、应用最
2
广、用量最大的白色颜料。钛铁矿(FeTiO )中往往含有Fe O 、MgO、CaO、Al O 、SiO 等杂质。一种硫酸法
3 2 3 2 3 2
钛白粉生产工艺如图：
已知：
①酸解后，钛主要以 形式存在。强电解质 在溶液中仅能电离出 和一种阳离子。
② 不溶于水和稀酸。
(1)写出基态Ti原子的价层电子排布式 。
(2)磨矿的目的是 。
(3)滤渣①的主要成分是 。
(4)酸解过程中，写出 发生反应的化学方程式 。
(5)还原过程中，加入铁粉的目的是还原体系中的 。为探究最佳反应条件，某实验室做如下尝试：
①在其它条件不变的情况下。体系中Fe(Ⅲ)含量随pH变化如图，试分析在pH介于4～6之间时，Fe(Ⅲ)含
量基本保持不变的原因： 。
14②保持其它条件不变的情况下，体系中Fe(Ⅲ)含量随温度变化如图，55℃后，Fe(Ⅲ)含量增大的原因是因为
温度升高， 易被体系中的 氧化，写出反应的离子方程式 。
(6)水解过程是硫酸法制钛白工艺中的重要一步：
①水解过程中得到沉淀③的离子方程式为 。
②一定量 的存在有利于水解工艺的进行，因此在水解之前，先要测定钛液中 的含量。实验室常用
酸性高锰酸钾溶液进行滴定，用离子方程式表示其原理 。
1．（2023·山东·统考高考真题）盐湖卤水(主要含 、 和硼酸根等)是锂盐的重要来
源。一种以高镁卤水为原料经两段除镁制备 的工艺流程如下：
已知：常温下， 。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。
15回答下列问题：
(1)含硼固体中的 在水中存在平衡： (常温下， )；
与 溶液反应可制备硼砂 。常温下，在 硼砂溶液中，
水解生成等物质的量浓度的 和 ，该水解反应的离子方程式为 ，该溶
液 。
(2)滤渣Ⅰ的主要成分是 (填化学式)；精制Ⅰ后溶液中 的浓度为 ，则常温下精制Ⅱ过程中
浓度应控制在 以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收 外，还将增加 的
用量(填化学式)。
(3)精制Ⅱ的目的是 ；进行操作 时应选择的试剂是 ，若不进行该操作而直接浓缩，将导致
。
2．（2023·江西·统考二模）近日，西湖大学理学院何睿华课题组发现了世界首例具有本征相于性的光阴极
量子材料——钛酸锶。某小组以钛铁矿为原料制备钛酸锶的流程图如下：
已知几种物质的主要成分如表所示。
物质 成分
钛铁
主要成分是FeTiO ，含少量SiO 、Fe O 等
矿 3 2 3 4
浸液1 Fe3+、Fe2+、TiO2+、H+、
16滤液2 Fe2+、TiO2+、H+、
滤液3 Fe2+、TiO2+、H+、
回答下列问题：
(1)“气体”分子的电子式为 。
(2)为了提高“焙烧”速率，宜采取的措施有 答一条合理措施即可)。从“滤渣2”中提纯铁粉的物理
方法是 。
(3)“滤液2”和“滤液3”中浓度有明显变化的离子为 (填离子符号)。设计简单实验检验滤液4含有
Fe2+： 。
(4)“热解”中主要反应的离子方程式为 。用“热水”而不用常温水，其目的是 。
(5)在“灼烧”中盛装H TiO 的仪器是 (填名称)。
2 3
(6)某钛铁矿中含钛元素的质量分数为ω，100kg该钛铁矿经上述流程最终制得mg钛酸锶，则钛的收率为
%(提示：钛的收率等于实际钛产量与理论钛产量之比)。
3．（2023·全国·高三专题练习）资源高效利用是化学生产中一直追求的目标，如图是综合利用电解精炼铜
的阳极泥提取金和制备 、 的工艺，其中阳极泥含铜、银、金、铅等单质。
(1)“酸浸”过程中应加入的酸的名称为 ，写出“酸浸”时铜元素参与反应的离子方程式： 。
(2)“滤渣Ⅰ”的成分除了 、 、 外，还有 (填化学式)。在这些滤渣中加入王水可将 转
化成 ，实验室将王水换成盐酸和氯酸钠的混合溶液也可将金单质转化成相同的物质，请写出该
混合溶液溶金的化学方程式： 。
17(3)向“溶银液”中加入硫酸，经过滤、洗涤、干燥即可得到 ，检验 是否洗涤干净的操作方法为
。
(4)硫酸铅可用于制造蓄电池，如图是研究小组应用铅蓄电池模拟工业生产的电化学装置，a、b、c、d四电
极均为惰性电极，甲装置电解质溶液为 溶液，丙装置电解质溶液为 溶液，忽略气体溶解，当电
路中通过 电子时，丙装置阳极室溶液质量减少 g，向甲所得溶液中加入 能使溶
液复原，则b电极的电极反应式为 。
4．（2023·河南·校联考模拟预测）某科研小组以钢铁厂烟灰(主要成分为ZnO，含少量CuO、MnO 、FeO
2
等)为原料制备活性氧化锌的生产流程如图所示，请回答下列问题。
(1)“浸取”工序后得到的滤液1中主要的阳离子为[ Zn( NH ) ]2+、[ Cu( NH ) ]2+配离子和 等，则滤渣1的
3 4 3 4
主要成分是 (填化学式)。
(2)滤渣2主要是锌和铜，“除杂”中所发生反应的离子方程式为 。
(3)将碱式碳酸锌煅烧分解，可得到具有催化性能的纳米级活性氧化锌，分解温度一般控制在600°C以下，
当分解温度大于600°C时，所制得的氧化锌催化活性反而下降，其原因是 。
18(4)已知：i．pH>11时，Zn( OH) 能溶于NaOH溶液；
2
ii．下表是常温下几种离子生成氢氧化物沉淀的pH：
Zn2+ Fe2+ Fe3+ Cu2+
开始沉淀的pH 5.4 7.0 2.3 4.7
完全沉淀的pH 8.0 9.0 3.1 6.7
若以钢铁厂烟灰为原料制备活性ZnO的实验方案设计如下：
①向滤液1中加入适量双氧水的作用是 (用离子方程式表示) ，调pH加入的固体可以是
。 (填化学式)。
②向滤液2中加入足量锌粉的目的是 ；向滤液3中加入1.0mol·L－1NaOH溶液调节的pH范围为
。
5．（2023·江苏·统考二模）钛酸钡( )是制备电子陶瓷材料的基础原料。
(1)实验室模拟制备钛酸钡的过程如下：
已知： 能水解生成 ， 能进一步水解生成 ； 能与浓硫酸反应生成 。草酸
氧钛钡晶体的化学式为 。
①Ti(IV)的存在形式(相对含量分数)与溶液pH的关系如图所示。“沉钛”时，需加入氨水调节溶液的pH在
2～3之间，理由是 。
19②由草酸氧钛钡晶体(相对分子质量为449)煅烧制得钛酸钡分为三个阶段。
现称取44.9g草酸氧钛钡晶体进行热重分析，测得残留固体质量与温度的变化关系如图所示。C点残留固体
中含有碳酸钡和钛氧化物，则阶段II发生反应的化学方程式为 。
③钛酸钡晶胞的结构示意图如图所示，其中与 紧邻的 构成的几何构型是 。
(2)利用 将浅紫色 氧化为无色Ti(IV)的反应可用于测定钛酸钡的纯度。
①请补充完整实验方案：称量2.33g钛酸钡样品完全溶于浓硫酸后，加入过量铝粉，充分振荡，使其完全
反应(Al将 转化为 )； ；将待测钛液转移到100mL容量瓶中后定容，取20.00mL待测
钛液于锥形瓶中， ；记录消耗标准液的体积，重复滴定实验操作3次，平均消耗标准液
19.50mL。(实验时须使用的试剂有：稀硫酸、0.1000 溶液、KSCN溶液)
②钛酸钡样品的纯度为 (写出计算过程)。
6．（2023·河北秦皇岛·统考三模）金属钼具有高强度、高熔点、耐腐蚀、耐研磨等优点，主要作为钢的添
20加剂。工业上常用钼精矿(主要成分是MoS ，含有少量CaO、SiO 等)制备金属钼，其中用氧化焙烧法提取
2 2
金属钼的工艺流程如图所示。
已知：①焙烧后可得MoO 、钼酸钙(CaMoO )和SiO 的混合物；其中，MoO 微溶于水和冷的稀酸，可溶于
3 4 2 3
氨水，高温易升华；CaMoO 不溶于氨水。
4
②钼酸(H MoO )微溶于冷水，能溶于热水。
2 4
回答下列问题：
(1)在周期表中，钼位于第五周期且与铬同族。基态钼原子的价电子排布式为 ，它的核外电子有
种不同的空间运动状态。
(2)若焙烧的主要产物为MoO ，则主要反应的化学方程式为 ；钼的提取率与焙烧的温度关系曲线如
3
图所示，造成曲线变化的可能原因是 。
(3)其他条件一定时，钼的浸出率与氨浸温度和时间如图，“氨浸”条件宜采用 ，涉及的离子方程
式为 。
(4)“沉淀转溶”过程所得滤渣②的成分为 (填化学式)。
(5)钼电池未来有可能代替锂电池，成为动力电池的霸主。镁钼蓄电池的总反应为
21，则该电池放电时的正极反应为 。
(6)金属钼的晶胞结构如图所示，若晶胞中两个钼原子的最小核间距为anm，则钼晶体的密度为
g·cm-3(用N 表示阿伏加德罗常数的值)。
A
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