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微专题 17 热点金属及其化合物制备流程（V、Cr、Mn、Co、
Ni）
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 ，
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含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素）制备LiMn O 的流程如下：
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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、五氧化二钒提取工艺
传统工艺
（1）国内目前的提钒工艺多为食盐钠化焙烧工艺流程。
2（2）无盐焙烧-酸浸-溶剂萃取工艺：
无盐焙烧-酸浸-溶剂萃取工艺一般包括焙烧、酸浸、沉钒、制偏钒酸铵和煅烧几个步骤 。
二、铬的工业制备工艺流程：
电解法生产一般用碳素铬铁作原料，采用铬铵矾法电解流程如图2。
3三、锰的工业制备工艺流程
4四、钴的工业制备工艺流程
五、镍的工业制备工艺流程
5火法冶炼
火法冶炼的冶炼工艺可分为还原熔炼镍铁工艺和还原硫化熔炼镍锍工艺两种。火法冶炼适合处理硅镁镍类
型矿(即矿床下部硅、镁的含量比较高、铁含量较低、钴含量也较低的矿石)。其中用的最多的是还原熔炼
镍铁工艺。
1．（2023·全国·统考高考真题）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Cr O 存在，在碱性介质中以CrO 存在。
2
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SiO 和 。
2
6(3)“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质是 。
(4)“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO 和MgNH PO 的形式沉淀，该步需要控制溶液的pH≈9以达到
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最好的除杂效果，若pH<9时，会导致 ；pH>9时，会导致 。
(5)“分离钒”步骤中，将溶液pH调到1.8左右得到V O 沉淀，V O 在pH<1时，溶解为VO 或VO3+在碱性条
2 5 2 5
件下，溶解为VO 或VO ，上述性质说明V O 具有 (填标号)。
2 5
A．酸性 B．碱性 C．两性
(6)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(Na S O )溶液，反应的离子方程式为 。
2 2 5
1．（2023·北京·统考高考真题）以银锰精矿(主要含 、 、 )和氧化锰矿(主要含 )为原料
联合提取银和锰的一种流程示意图如下。
已知：酸性条件下， 的氧化性强于 。
(1) “浸锰”过程是在 溶液中使矿石中的锰元素浸出，同时去除 ，有利于后续银的浸出：矿石中
的银以 的形式残留于浸锰渣中。
①“浸锰”过程中，发生反应 ，则可推断： (填“>”或“<”)
。
②在 溶液中，银锰精矿中的 和氧化锰矿中的 发生反应，则浸锰液中主要的金属阳离子有
。
7(2) “浸银”时，使用过量 和 的混合液作为浸出剂，将 中的银以 形式浸出。
①将“浸银”反应的离子方程式补充完整： 。
②结合平衡移动原理，解释浸出剂中 的作用： 。
(3) “沉银”过程中需要过量的铁粉作为还原剂。
①该步反应的离子方程式有 。
②一定温度下， 的沉淀率随反应时间的变化如图所示。解释 分钟后 的沉淀率逐渐减小的原因：
。
(4)结合“浸锰”过程，从两种矿石中各物质利用的角度，分析联合提取银和锰的优势： 。
2．（2023·湖南·统考高考真题）金属 对 有强吸附作用，被广泛用于硝基或羰基等不饱和基团的催化
氢化反应，将块状 转化成多孔型雷尼 后，其催化活性显著提高。
已知：①雷尼 暴露在空气中可以自燃，在制备和使用时，需用水或有机溶剂保持其表面“湿润”；
②邻硝基苯胺在极性有机溶剂中更有利于反应的进行。
某实验小组制备雷尼 并探究其催化氢化性能的实验如下：
步骤1：雷尼 的制备
步骤2：邻硝基苯胺的催化氢化反应
反应的原理和实验装置图如下(夹持装置和搅拌装置略)。装置Ⅰ用于储存 和监测反应过程。
8回答下列问题：
(1)操作(a)中，反应的离子方程式是 ；
(2)操作(d)中，判断雷尼 被水洗净的方法是 ；
(3)操作(e)中，下列溶剂中最有利于步骤2中氢化反应的是_______；
A．丙酮 B．四氯化碳 C．乙醇 D．正己烷
(4)向集气管中充入 时，三通阀的孔路位置如下图所示：发生氢化反应时，集气管向装置Ⅱ供气，此时
孔路位置需调节为 ；
(5)仪器M的名称是 ；
(6)反应前应向装置Ⅱ中通入 一段时间，目的是 ；
(7)如果将三颈瓶N中的导气管口插入液面以下，可能导致的后果是 ；
(8)判断氢化反应完全的现象是 。
3．（2023·湖北·统考高考真题） 是生产多晶硅的副产物。利用 对废弃的锂电池正极材料
进行氯化处理以回收Li、Co等金属，工艺路线如下：
9回答下列问题：
(1)Co位于元素周期表第 周期，第 族。
(2)烧渣是LiCl、 和 的混合物，“500℃焙烧”后剩余的 应先除去，否则水浸时会产生大量
烟雾，用化学方程式表示其原因 。
(3)鉴别洗净的“滤饼3”和固体 常用方法的名称是 。
(4)已知 ，若“沉钴过滤”的pH控制为10.0，则溶液中 浓度为
。“850℃煅烧”时的化学方程式为 。
(5)导致 比 易水解的因素有 (填标号)。
a．Si-Cl键极性更大 b．Si的原子半径更大
c．Si-Cl键键能更大 d．Si有更多的价层轨道
4．（2023春·湖北·高三校联考阶段练习）钒是人体必需的微量元素，对维持机体生长发育、促进造血功能
等有重要作用。某钒渣中钒(V)主要以 形式存在，还含有 、 、 等物质。以钒渣为
原料制备 的工艺流程如下：
已知：常温下，溶液中金属离子沉淀的pH如下表所示：
金属离子
10开始沉淀pH 1.9 7.0 3.0
完全沉淀pH 3.2 9.0 4.7
(1)“焙烧”过程中发生的主要反应化学方程式为 。
(2)“酸浸”时， 转化为 ，反应的离子方程式为 。滤渣的主要成分为 (填化
学式)。
(3)“调pH”时，若溶液中的铝元素恰好沉淀完全，则 (当溶液中离子浓度
时，认为沉淀完全)。
(4)“还原”中， 逐步被还原成 ，其中 转化为 的离子方程式为 。
(5)副产品中可提取 。资料显示，硫酸锌结晶水合物的形态与温度有如下关系：
温度 低于39℃ 39~60℃ 60~100℃
晶体形态
从 溶液中获得稳定的 晶体的操作是 ， ，过滤，洗涤，干燥。
(6)为测定粗产品中钒的含量，取2.50 g粗产品配成500 mL溶液，取50.00 mL溶液于锥形瓶中，用
标准溶液滴定，平行滴定三次，消耗 溶液体积的平均值为26.50 mL。该反应
方程式为 。则该产品中钒元素的元素的质
量分数为 %(结果保留两位小数)。
5．（2023·山东潍坊·统考三模） 可用于油漆颜料及羊毛处理。工业上以高铁铬铁矿(主要成分为
，含 、 、 等杂质)为原料生产 和金属Al的工艺流程如图。
11已知：
I．“焙烧”过程中， 反应转化为
Ⅱ．若溶液中相关离子的物质的量浓度为c，则常温时，lgc与溶液pH的关系如图所示。
Ⅲ． (黄色) (橙色) 。
回答下列问题：
(1)“焙烧”时， 发生反应的化学方程式为 。
(2)“水浸”后滤渣主要成分为 (填化学式)；“调pH”时通入的“气体X”是 。
(3)常温下，图像上M点对应的溶液 。
(4)用稀硫酸进行“酸浸”，调节溶液pH的最大值为 。“沉铝”后
的母液Ⅱ的主要成分为 。
(5)加入 “析铬”时， 被还原的离子方程式为 。
121．（2023·广东·统考高考真题） 均是重要的战略性金属。从处理后的矿石硝酸浸取液(含
)中，利用氨浸工艺可提取 ，并获得高附加值化工产品。工艺流程如下：
已知：氨性溶液由 、 和 配制。常温下， 与 形成可溶
于水的配离子： ； 易被空气氧化为 ；部分氢氧化物的 如下表。
氢氧化物
回答下列问题：
(1)活性 可与水反应，化学方程式为 。
(2)常温下， 的氨性溶液中， (填“>”“<”或“=”)。
(3)“氨浸”时，由 转化为 的离子方程式为 。
(4) 会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出现
了 的明锐衍射峰。
① 属于 (填“晶体”或“非晶体”)。
② 提高了 的浸取速率，其原因是 。
(5)①“析晶”过程中通入的酸性气体A为 。
13②由 可制备 晶体，其立方晶胞如图。 与O最小间距大于 与O最小间距，x、y为整数，
则 在晶胞中的位置为 ；晶体中一个 周围与其最近的O的个数为 。
(6)①“结晶纯化”过程中，没有引入新物质。晶体A含6个结晶水，则所得 溶液中 与
的比值，理论上最高为 。
②“热解”对于从矿石提取 工艺的意义，在于可重复利用 和 (填化学式)。
2．（2023·重庆·校联考三模）黏土钒矿主要成分为钒的+3、+4、+5价的化合物以及 、 等，采用
如图所示工艺流程可由黏土钒矿制备 。
已知：①钒的化合物溶于酸后多以 形式存在。
②钒元素的存在形态较多，部分四价钒和五价钒物种的分布分数 与 的关系如图所示。
14(1)基态V原子的价电子排布图为： ， 的空间构型为： 。
(2)写出“酸浸氧化”时 转化为 发生反应的离子方程式 。
(3)加入 控制溶液的 ，其目的是 。
(4)“滤液1”中主要的阴离子有 以及 。写出形成“滤渣2”主要成分发生反应的离子
方程式 。
(5)“沉钒”时控制溶液 约为7，生成偏钒酸铵 固体。沉钒率随温度变化如图，温度高于 ，
沉钒率下降的原因是 。
(6)在“煅烧” 的过程中，残留固体的质量随温度变化的曲线如图所示，则A点剩余固体的成分为
(填化学式)。
3．（2023·江西新余·统考二模）铬 广泛应用于冶金、化工、航天等领域。工业上以铬铁矿(主要成分为
，含有少量 )为原料制备金属铬的工艺流程如图所示：
15回答下列问题：
(1)为提高焙烧效率，可以采取的措施为 。
(2)亚铬酸亚铁( )中 的化合价为 ，“焙烧”中 反应的化学方程式为 。
(3)“酸化”中反应的离子方程式为 ，已知：酸化”后溶液中 ，
2×10-8 。则该温度下该反应的平衡常数等于 。
(4)“沉铝”需控制 的原因为 。
(5)以铬酸钾(K CrO )为原料，用电化学法制备重铬酸钾的实验装置如图。
2 4
测定阳极液中K和Cr的含量，若K与Cr的物质的量之比(n /n )为a，则此时铬酸钾的转化率为 。
K Cr
4．（2023·河南安阳·统考三模）Mn O 可用作电子计算机中存储信息的磁芯、磁盘等。常温下，以软锰矿
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(主要成分是MnO ，还含有少量的Fe O 、Al O )为原料制备Mn O 的工艺流程如图所示。
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该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
金属离子 Fe3+ Fe2+ Al3+ Mn2+
开始沉淀的pH 2.1 7.0 3.5 8.2
16完全沉淀的pH 3.4 8.3 4.6 10.2
回答下列问题：
(1)“酸浸”后的浸取液中，锰、铁以Mn2+、Fe2+的形式存在， MnO 参加反应的离子方程式为 。
2
(2)①“调pH”的范围为 。该过程中，加入H O 发生反应的离子方程式为 ；X试剂最适宜的是
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(填字母)。
a.氨水 b. CaO固体
c. MnCO d. MnO
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②若用Mn+表示浸取液中的金属离子，结合化学用语用平衡移动原理解释形成滤渣1的原因： 。
(3)“沉锰”时，为了加快沉锰的反应速率，可升高反应温度，当温度达到50° C后，随着温度升高，Mn2+的
沉淀率会降低，其可能原因是 。
(4)“沉锰”后的滤液2中存在的主要阳离子是 。(填离子符号)。
5．（2023·全国·高三专题练习）NiSO •6H O是一种绿色易溶于水的晶体，广泛应用于化学镀镍、生产电池、
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医药工业、催化行业以及印染工业等行业中。由一种废料(主要成分是铁镍合金，还含有铜、镁、硅的氧化
物)为原料制取NiSO •6H O的步骤如图：
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已知：镍能溶于稀酸但溶解不完全，通常表现为+2价。
(1)“溶解”时加入H O 溶液的目的是 。
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(2)“除铁”时生成黄钠铁矾[Na Fe (SO ) (OH) ]沉淀，写出其离子方程式： 。
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(3)NiSO 在强碱溶液中用NaClO氧化，可制得碱性镍镉电池电极材料NiOOH。该反应的化学方程式为
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。
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