文档内容
第 10 讲 金属材料及金属矿物的开发利用
目录
第一部分：网络构建（总览全局）
第二部分：知识点精准记忆
第三部分：典型例题剖析
高频考点1 考查铜及其化合物的性质和应用
高频考点2 考查铜及其化合物的制备
高频考点3 考查合金的性质及应用
高频考点4 考查金属矿物的开发与利用
高频考点5 考查以金属及其化合物化工生产为背景的工艺流程分析
正文
第一部分：网络构建（总览全局）
第二部分：知识点精准记忆
知识点一 铜及其化合物
1．单质铜
(1)物理性质：紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。
(2)化学性质
①生成铜绿的化学方程式：2Cu＋O＋CO＋HO===Cu (OH) CO(绿色固体)。
2 2 2 2 2 3
②Cu和S反应的化学方程式：2Cu＋S=====Cu S。
2③与浓硫酸共热的化学方程式：Cu＋2HSO (浓)=====CuSO ＋SO ↑＋2HO。
2 4 4 2 2
④与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4HO。
2
⑤与浓硝酸反应的离子方程式：Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO ↑＋2HO。
2 2
⑥与FeCl 溶液反应的离子方程式：Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。
3
a．与浓硫酸共热的化学方程式：Cu＋2HSO (浓) CuSO ＋SO ↑＋2HO；
2 4 4 2 2
b．与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4HO。
2
④与盐溶液反应(写离子方程式)
a．与硝酸银溶液：Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋；
b．与FeCl 溶液：Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。
3
2．氧化铜和氧化亚铜
名称 氧化铜 氧化亚铜
颜色 黑色 砖红色
与酸反应(H＋) CuO＋2H＋===Cu2＋＋HO Cu O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋HO
2 2 2
与H 反应 H＋CuO Cu ＋ H O H＋Cu O 2Cu ＋ H O
2 2 2 2 2 2
转化关系 4CuO=====2Cu O＋O↑
2 2
【注意】区别红色物质Cu和Cu O的方法：向红色物质中加入稀硫酸，若溶液由无色变成蓝色，则该红色
2
物质为Cu O，否则为Cu。反应的化学方程式为Cu O＋HSO ===CuSO＋Cu＋HO。
2 2 2 4 4 2
3.氢氧化铜
(1)物理性质：蓝色不溶于水的固体。
(2)化学性质及应用：
反应①的化学方程式：Cu(OH) CuO＋HO；
2 2
反应②的离子方程式：Cu(OH) ＋2H＋===Cu2＋＋2HO。
2 2
4．铜盐
(1)Cu (OH) CO 的名称为碱式碳酸铜，是铜绿的成分，是铜在潮湿的空气中被锈蚀的结果，其受热分解的
2 2 3
化学方程式为Cu (OH) CO 2CuO＋HO＋CO↑。
2 2 3 2 2
(2)CuSO ·5H O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾，其受热分解的化学方程式为CuSO ·5H O CuSO ＋5HO，
4 2 4 2 4 2
蓝色晶体受热转化为白色粉末。无水CuSO 遇水变蓝色(生成CuSO ·5H O)，可作为水的检验依据。
4 4 2
(3)铜盐的毒性：铜盐溶液有毒，主要是因为铜离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去_生理活性__，因
此人们利用这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病毒。铜盐溶液有毒，主要是
因为Cu2＋作为一种重金属离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此人们利用了它的这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病毒。
【特别提醒】(1)通常利用反应2Cu+O 2CuO除去某些混合气体中的少量O。
2 2
(2)铜为变价金属,与Cl 反应生成CuCl ,与S反应生成Cu S,由此可知氧化性:Cl >S。
2 2 2 2
(3)Cu与稀硫酸不反应,但在通入O 的条件下,Cu可在稀硫酸中逐渐溶解:2Cu+O +2H SO ==2CuSO +2H O。
2 2 2 4 4 2
(4)无水CuSO 只能作为检验水的试剂，不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。
4
5．铜的冶炼
(1)湿法炼铜：Fe＋CuSO ===FeSO＋Cu。
4 4
(2)高温炼铜：工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜)：
2CuFeS＋4O=====Cu S＋3SO ＋2FeO(炉渣)
2 2 2 2
2Cu S＋3O======2Cu O＋2SO
2 2 2 2
2Cu O＋Cu S======6Cu＋SO ↑
2 2 2
(3)电解精炼铜：粗铜中铜的含量为99.5%～99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质，粗铜通过电解精
炼可得到纯度达99.95%～99.98%的铜。电解精炼铜的原理是用粗铜作阳极，铜在阳极上失电子变为 Cu2
＋，用纯铜棒作阴极，Cu2＋在阴极上得电子生成铜。
6．废铜综合利用常见化工流程
知识点二 金属材料与金属矿物的开发利用
1．合金
(1)概念：合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
(2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。
①熔点：一般比它的各成分金属的低；
②硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。
【特别提醒】①构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含
金属元素。合金一定是混合物。
②常温下，多数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。
③合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同
于各成分金属，不是简单加和；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。
2．常见金属材料
(1)黑色金属材料——钢铁
①钢是用量最大、用途最广的合金。②钢
(2)有色金属材料——铜和铝
①铝及铝合金
②铜及铜合金
【特别提醒】合金的组成与性质
(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。合
金一定是混合物。
(2)常温下，多数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。
(3)合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同
于各成分金属，不是简单加和；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。
3．金属矿物的开发利用
(1)金属在自然界中的存在
(2)金属冶炼的实质
金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。即：Mn＋＋ne－===M(写反应通式，用M表示金
属)。
(3)金属冶炼的一般步骤
(4)金属冶炼的方法——金属活动顺序与金属冶炼的关系
①热分解法：适用于不活泼的金属，如Hg和Ag。由HgO冶炼Hg的化学方程式：2HgO=====2Hg＋
O↑；由Ag O冶炼Ag的化学方程式：2Ag O=====4Ag＋O↑。
2 2 2 2
②热还原法：用还原剂(C、CO、H、Al等)还原金属氧化物，适合较活泼的金属。
2
a．CO还原Fe O：Fe O＋4CO=====3Fe＋4CO；
3 4 3 4 2
b．C还原ZnO：ZnO＋C=====Zn＋CO↑；
c．H 还原WO：WO＋3H=====W＋3HO。
2 3 3 2 2【注意】在高炉炼铁中，加入的还原剂是焦炭，但反应中真正作还原剂的是CO。
③电解法：适合冶炼金属活动性很强的金属(一般指在金属活动性顺序中排在锌前面的金属)。
工业上用电解法冶炼Na、Mg、Al的化学方程式分别为2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl↑、
2
MgCl (熔融)=====Mg＋Cl↑、2Al O=====4Al＋3O↑。
2 2 2 3 2
(5)铝热反应
Al和某些金属氧化物在高温下进行,反应迅速并放出大量的热,新生成的金属
实验原理
单质呈熔融态且易与Al O 分离
2 3
实验
装置
实验 ①镁带剧烈燃烧，放出一定的热，并发出耀眼的白光，氧化铁和铝粉在较高
现象 温度下发生剧烈的反应；②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中
实验 高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热，反应的化学方程式为2Al＋
结论 Fe O=====2Fe＋Al O
2 3 2 3
原理 ①制取熔点较高、活泼性弱于Al的金属铬、锰、钨等；②金属焊接，如野
应用 外焊接钢轨等
【特别提醒】铝热反应的三个注意事项
①铝热反应是在高温干态下进行的置换反应，铝只能与金属活动性顺序中排在铝之后的金属的氧化物反应。
②铝热反应会放出大量的热(这一特性常出现在推断题中)。Mg条、KClO 的作用是产生高温，引发铝热反
3
应。
③铝热反应不能用来冶炼大量的金属铁、铜等(要考虑冶炼成本)。
知识点三 镁 海水提镁
1．镁的存在
自然界中的镁主要以化合态的形式存在于地壳和海水中，海水中镁的总储量约为1.8×1015t。
2．镁的性质
分别写出镁与①O、②N、③Cl、④H＋、⑤NH Cl溶液反应的化学方程式，是离子反应的写离子方程式：
2 2 2 4
①2Mg＋O=====2MgO；
2
②3Mg＋N=====MgN；
2 3 2
③Mg＋Cl=====MgCl ；
2 2
④Mg＋2H＋===Mg2＋＋H↑；
2
⑤Mg＋2NH===Mg2＋＋2NH ↑＋H↑。
3 2
3．镁的提取
(1)从海水中提取镁的流程(2)主要化学反应
①制石灰乳：CaCO =====CaO＋CO↑、CaO＋HO===Ca(OH) ；
3 2 2 2
②沉淀Mg2＋：Mg2＋＋Ca(OH) ===Mg(OH) ＋Ca2＋；
2 2
③制备MgCl ：Mg(OH) ＋2HCl===MgCl ＋2HO、MgCl ·6H O=====MgCl ＋6HO；
2 2 2 2 2 2 2 2
④电解MgCl ：MgCl (熔融)=====Mg＋Cl↑。
2 2 2
4．镁的重要化合物
氧化镁 碱性氧化物 MgO＋2H＋===Mg2＋＋HO
2
中强碱 Mg(OH) ＋2H＋===Mg2＋＋2HO
2 2
难溶于水 Mg2＋＋2OH－===Mg(OH) ↓
2
氢氧化镁
溶解度小于碳酸镁 MgCO ＋HO=====Mg(OH) ＋CO↑
3 2 2 2
热稳定性 Mg(OH) =====MgO＋HO
2 2
氯化镁 用于冶炼金属镁 MgCl (熔融)=====Mg＋Cl↑
2 2
知识点四 工艺流程题的解读
1．工艺流程题过程解读
(1)读流程图
①箭头：箭头进入的是投料(反应物)、出去的是主产物或副产物(生成物)。
②三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。
(2)解题要点
①审题要点：a.了解生产目的、原料及产品；b.了解题目提供的信息；c.分析各步的反应条件、原理及物质
成分；d.理解物质分离、提纯、条件控制等操作的目的及要点。
②答题切入点：a.原料及产品的分离提纯，b.生产目的及反应原理；c.生产要求及反应条件；d.有关产率、
产量及组成的计算；e.绿色化学。
2．工艺流程题常见答题方向工艺操作(结果) 目的评价(或操作名称)
研磨(粉碎) 增大接触面积，加快反应(溶解)速率
煅烧(焙烧) 矿物分解、燃烧，转化为易溶于酸、碱的物质
方法措施
水浸 利用水溶性把物质进行分离
利用物质与酸(碱)反应除掉杂质或把目标物质转化为
酸浸(碱浸)
可溶性离子
调节溶液pH 某些金属离子的沉淀，控制物质的溶解
加快反应速率，促进平衡移动；物质的溶解、析出、
控制温度
挥发等
控制条件
增大某反应
增大另一反应物的转化率(产率)
物用量
某种试剂的选择 是否带入杂质、是否影响产品的纯度
不相溶液体 分液
相溶性液体 蒸馏
难溶性固体 过滤
易溶性固体 蒸发浓缩、冷却结晶
分离提纯
趁热过滤 防止温度降低，某物质析出
冰水洗涤 减少晶体的溶解损失
乙醇、有机
减少晶体的水溶性损失
溶剂洗涤
第三部分：典型例题剖析
高频考点1 考查铜及其化合物的性质和应用
【典例1】（2022·上海上海·模拟预测）焊接两根漆包铜线(铜线表面有绝缘油漆)的操作是：①先把漆包铜
线放在火上灼烧，②立即在酒精中蘸一下，③然后焊接铜线头。有关叙述正确的是
A．①中只有铜发生了氧化反应
B．②中的乙醇做溶剂
C．经历①②的变化后铜线的质量不变
D．长期使用后的酒精会有香味
【解析】焊接两根漆包铜线操作中，①先把漆包铜线放在火上灼烧，油漆燃烧，Cu和氧气反应变为氧化铜，
②立即在酒精中蘸一下，氧化铜和酒精反应生成Cu、乙醛和水；A．①先把漆包铜线放在火上灼烧，油漆
燃烧，Cu和氧气反应变为氧化铜，A错误；B．②立即在酒精中蘸一下，氧化铜和酒精反应生成Cu、乙醛
和水，乙醇作反应物，B错误；C．经历①②的变化后，Cu的量不变，但铜线表面油漆燃烧，铜线质量减
小，C错误；D．乙醇和CuO反应生成乙醛，乙醛氧化会生成乙酸，长期使用后乙酸和乙醇反应生成乙酸
乙酯，酒精会有香味，D正确；故选D。
【答案】D【题后归纳】铜及其化合物的颜色、状态及溶解性
物质 颜色 状态及溶解性 物质 颜色 状态及溶解性
紫红色,有 固态,难溶于非氧化性
Cu CuSO 白色 粉末,易溶于水,水溶液呈蓝色
金属光泽 酸,易溶于强氧化性酸 4
CuO 黑色 粉末,可溶于酸溶液 CuSO ·5HO 蓝色 晶体
4 2
固体,难溶于水,可溶
Cu (OH) CO
Cu O 砖红色 于酸溶液(生成Cu和 2 2 绿色 粉末,难溶于水,可溶于酸溶液
2
Cu2+) 3
CuCl
白色 粉末,难溶于水 Cu(OH) 蓝色 难溶于水,可溶于酸溶液
2
CuI
粉末,难溶于水及非氧
CuS 黑色 [Cu(NH )]2+ 深蓝色 络合离子,溶于水
化性强酸 3 4
【变式训练】（2022·广东·模拟预测）广东南华寺还存有北齐孝昭帝皇建元年(公元560年)的铜佛造像，下
列关于铜的电化学腐蚀与保护的说法正确的是
A．铜在潮湿空气中易发生析氢腐蚀
B．铜在潮湿空气发生化学腐蚀比发生电化学腐蚀更普遍
C．铜表面的铜绿的主要成分是
D．用稀硝酸可以清洗铜佛造像表面的铜绿
【解析】A．铜在潮湿空气中易腐蚀生成铜绿即 ，则发生吸氧腐蚀，A错误；B．电化学腐
蚀速率比化学腐蚀快，且绝大多数铜都含有杂质易形成原电池反应，故铜在潮湿空气发生电化学腐蚀比发
生化学腐蚀更普遍，B错误；C．铜表面的铜绿的主要成分是碱式碳酸铜即 ，C正确；D．由
于稀硝酸在常温下也能腐蚀铜单质，故不能用稀硝酸可以清洗铜佛造像表面的铜绿，可用稀硫酸来清洗铜
佛像表面的铜绿，D错误；故答案为：C。
【答案】C
高频考点2 考查铜及其化合物的制备
例2.（2022·山东聊城·二模） 是一种重要的化工原料，其有关制备途径及性质如图所示。下列说法
错误的是A．Y可以是甲酸乙酯
B．利用途径①制备 硫酸铜，消耗的硝酸至少为
C．Cu元素参与了3个氧化还原反应
D．途径⑤中若 ，则X为
【解析】铜经过反应①、②得到硫酸铜，硫酸铜经过反应⑤分解生成氧气、X和Cu O；硫酸铜与过量的氢
2
氧化钠反应得到新制备的氢氧化铜悬浊液，与Y反应得到Cu O，说明Y中含醛基。A．甲酸乙酯中含有醛
2
基，可以与氢氧化铜反应得到Cu O，A正确；B．铜与稀硝酸反应的离子反应式为：
2
，防有硫酸存在时，硫酸提供大量的氢离子，这时消耗的硝酸的量最
少，途径①制备24g硫酸铜，硫酸铜的物质的量为0.15mol，根据方程式可知硝酸的物质的量为0.10mol，
B正确；C． Cu元素参与了反应①、②、④、⑤4个氧化还原反应，C错误；D．当途径⑤中若
n(O ):n(Cu O)=3:2，根据元素守恒可配平化学方程式， ，根据方程式得失
2 2
电子数也守恒，故X为二氧化硫，D正确；故选C。
【答案】C
【变式训练】（2022·重庆·模拟预测）碱式氯化铜[CuCl(OH)·xH O]是一种重要的无机杀虫剂，它的制备
a b c 2
流程如下，下列有关说法正确的是
A．FeCl 的作用是增强盐酸的氧化性
3
B．加入少量CuO目的是为了除去Fe3+
C．石灰乳可用纯碱代替
D．若制备1mol的CuCl ，理论上消耗11.2L空气
2【解析】A．最终产物中不含Fe元素，FeCl 与Cu反应后，又被O 氧化成FeCl ，FeCl 起催化剂的作用，
3 2 3 3
故A错误；B．加入CuO调节溶液pH，使Fe3＋生成Fe(OH) 沉淀，而除去，故B正确；C．纯碱代替石灰
3
乳可能会生成碳酸铜或碱式碳酸铜，故C错误；D．未说明气体是否在标准状态，无法进行计算，故D错
误；故答案为B。
【答案】B
高频考点3 考查合金的性质及应用
例1.（2022·全国·高三专题练习）“嫦娥五号”中使用了大量合金。下列有关金属或合金的说法中不正确
的是
A．生铁属于合金
B．一般合金的熔点比各成分金属的低
C．合金的化学性质与其成分金属的化学性质不同
D．改变原料的配比、生成合金的条件，可以得到具有不同性能的合金
【解析】A．生铁由铁和碳等元素组成，属于合金，故A正确；B．形成合金后，结构发生了改变，一般
合金的熔点比各成分金属的低，故B正确；C．合金的化学性质与其成分金属的化学性质相同，故C错误；
D．改变原料的配比、生成合金的条件，组成合金的成分、结构不同，对合金的性质产生不同的影响，可
以得到具有不同性能的合金，故D正确；故答案选C。
【答案】C
【变式训练】（2020·河北省衡水中学调研）国产大型客机C919首飞成功，即将量产。C919机身部分采用
第三代新型铝锂合金材料。下列关于铝锂合金的认识不正确的是( )
A. 铝锂合金密度较小，强度较大，硬度大于纯铝，熔点低于锂单质
B. 改变原料的配比，可以制得性能不同的铝锂合金
C. 铝锂合金具有金属光泽，可导电导热
D. 铝锂合金的性质与各成分金属的性质完全相同
【解析】合金的熔点比它的各成分金属的熔点低，硬度大于其成分金属，故A正确；合金的性质与成分的
含量有关，所以改变原料的配比，可以制得性能不同的铝锂合金，故B正确；铝锂合金具有金属材料的一
些通性，有金属光泽，可导电导热，故C正确．合金的熔点比它的各成分金属的熔点低，硬度大于其成分
金属，所以铝锂合金的性质与各成分金属的性质不完全相同，故D错误。
【答案】 D
高频考点4 考查金属矿物的开发与利用
例2.（2021·河北唐山·一模）工业上利用无机矿物资源生产部分材料的流程示意图如下(铝土矿中含有)，下列说法正确的是
A．铝土矿制备Al的过程涉及的操作有过滤、蒸馏、灼烧、电解
B．石灰石、纯碱、石英、玻璃都属于盐，都能与盐酸反应
C．在制粗硅时，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1:2
D．黄铜矿 与 反应产生的 、 均是还原产物
【解析】A．铝土矿除杂过程中没有分离液体混合物的操作，不需要蒸馏，A错误；B．石英为SiO，属于
2
酸性氧化物，不是盐，B错误；C．制取粗硅时氧化剂为SiO，被还原成Si，C为还原剂，被氧化为CO，
2
根据电子守恒可知氧化剂与还原剂的物质的量之比为1:2，C正确；D．生成SO 时S元素化合价升高，
2
SO 为氧化产物，D错误；综上所述答案为C。
2
【答案】C
【特别提醒】(1)电解法冶炼活泼金属使用的是熔融的金属盐或金属氧化物,而不是盐溶液。
(2)铜除了用热还原法冶炼外,还可以用湿法炼铜或电解法进行冶炼。
【变式训练】 （2021·辽宁·模拟预测）氧化铝是工业上电解制铝的原料，工业上用铝土矿(主要成分
Al O，还含有Fe O，SiO 等)为原料制取氧化铝的流程如图所示，下列说法错误的是
2 3 2 3 2
A．滤渣可用于炼铁
B．实验室可在蒸发皿中加热分解氢氧化铝
C．步骤①、②、③中均不涉及氧化还原反应
D．实验室中进行过滤时，用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒
【解析】铝土矿(主要成分Al O，还含有Fe O，SiO 等)加入足量烧碱，Al O、SiO 溶解得到偏铝酸钠和
2 3 2 3 2 2 3 2硅酸钠，加入氧化硅，得到硅酸钙沉淀，滤液2中还含有NaOH和偏铝酸钠，通入足量的二氧化碳，偏铝
酸钠反应生成氢氧化铝沉淀，氢氧化铝高温灼烧得到氧化铝。A．流程中滤渣主要成分为氧化铁，可用于
炼铁，A项正确；B．固体加热要在坩埚中进行，B项错误；C．流程中第一步发生反应
、 ，第二步发生反应
，第三步是二氧化碳和氢氧化钠和偏铝酸钠的反应，都不涉及氧
化还原反应，C项正确；D．过滤时，必须有烧杯、漏斗和玻璃棒，D项正确；综上所述答案为B。
【答案】B
高频考点5 考查以金属及其化合物化工生产为背景的工艺流程分析
例5．(2020·课标全国Ⅲ，26)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有
少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO ·7H O)：
4 2
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 Ni2+ Al3+ Fe3+ Fe2+
开始沉淀时(c=0.01 mol·L−1)的pH 7.2 3.7 2.2 7.5
沉淀完全时(c=1.0×10−5 mol·L−1)的pH 8.7 4.7 3.2 9.0
回答下列问题：
(1)“碱浸”中NaOH的两个作用分别是______________。为回收金属，用稀硫酸将“滤液①”调为中性，
生成沉淀。写出该反应的离子方程式______________。
(2)“滤液②”中含有的金属离子是______________。
(3)“转化”中可替代HO 的物质是______________。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”，即
2 2
“滤液③”中可能含有的杂质离子为______________。
(4)利用上述表格数据，计算Ni(OH) 的K =______________(列出计算式)。如果“转化”后的溶液中Ni2+浓
2 sp度为1.0 mol·L−1，则“调pH”应控制的pH范围是______________。
(5)硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子
方程式______________。
(6)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用，其意义是______________。
【解析】由工艺流程分析可得，向废镍催化剂中加入NaOH溶液进行碱浸，可除去油脂，并发生反应
2Al+2NaOH+2H O=2NaAlO +3H ↑、2Al O+4NaOH=4NaAlO +2H O将Al及其氧化物溶解，得到的滤液①
2 2 2 2 3 2 2
含有NaAlO ，滤饼①为Ni、Fe及其氧化物和少量其他不溶性杂质，加稀HSO 酸浸后得到含有Ni2+、
2 2 4
Fe2+、Fe3+的滤液②，Fe2+经HO 氧化为Fe3+后，加入NaOH调节pH使Fe3+转化为Fe(OH) 沉淀除去，再控
2 2 3
制pH浓缩结晶得到硫酸镍的晶体。
(1)根据分析可知，向废镍催化剂中加入NaOH溶液进行碱浸，可除去油脂，并将Al及其氧化物溶解，滤
液①中含有NaAlO (或Na[Al(OH)])，加入稀硫酸可发生反应 +H++H O=Al(OH) ↓或
2 4 2 3
+H+=Al(OH) ↓+H O；
3 2
(2)加入稀硫酸酸浸，Ni、Fe及其氧化物溶解，所以“滤液②”中含有的金属离子是Ni2+、Fe2+、Fe3+；
(3)“转化”在HO 的作用是将Fe2+氧化为Fe3+，可用O 或空气替代；若将工艺流程改为先“调pH”后“转
2 2 2
化”，会使调pH过滤后的溶液中含有Fe2+，则滤液③中可能含有转化生成的Fe3+，故答案为：O 或空气；
2
Fe3+；
(4)由上述表格可知，Ni2+完全沉淀时的pH=8.7，此时c(Ni2+)=1.0×10-5mol·L-1，c(H+)=1.0×10-8.7mol·L-1，则
c(OH-)= ，则Ni(OH) 的 ；或者当Ni2+开始
2
沉淀时pH=7.2，此时c(Ni2+)=0.01mol·L-1，c(H+)=1.0×10-7.2mol·L-1，则c(OH-)= ，
则Ni(OH) 的 ；如果“转化”后的溶液中Ni2+浓度为1.0mol·L-1，为
2
避免镍离子沉淀，此时 ，则，即pH=6.2；Fe3+完全沉淀的pH为3.2，因此“调节pH”应控制的pH范围
是3.2~6.2；
(5)由题干信息，硫酸镍在强碱中被NaClO氧化得到NiOOH沉淀，即反应中Ni2+被氧化为NiOOH沉淀，
ClOˉ被还原为Clˉ，则根据氧化还原得失电子守恒可得离子方程式为2Ni2+
+ClOˉ+4OHˉ=2NiOOH↓+Clˉ+H O；
2
(6)分离出硫酸镍晶体后的母液中还含有Ni2+，可将其收集、循环使用，从而提高镍的回收率。
【答案】(1)除去油脂、溶解铝及其氧化物 +H++H O=Al(OH) ↓或 +H+=Al(OH) ↓+H O
2 3 3 2
(2)Ni2+、Fe2+、Fe3+ (3)O 或空气 Fe3+ (4) 3.2~6.2
2
(5)2Ni2++ClOˉ+4OHˉ=2NiOOH↓+Clˉ+H O
2
(6)提高镍回收率
【名师点睛】本题以金属及其化合物化工生产为背景考查金属及其化合物的性质、沉淀溶解平衡常数Ksp
的计算、氧化还原离子反应方程式的书写等知识点，需要学生具有很好的综合迁移能力，解答关键在于正
确分析出工艺流程原理，难点在于Ksp的计算及“调pH”时pH的范围确定。
【变式训练】(2021·四川成都摸底测试)硫酸锌是制造锌钡白和锌盐的主要原料，也可用作木材的防腐剂等。
用氧化锌烟尘(主要成分为ZnO，还含有少量PbO、CuO、Fe O、FeO等)生产ZnSO·7H O的流程如下：
2 3 4 2
有关金属离子[c(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子 Fe3＋ Fe2＋ Zn2＋ Cu2＋
开始沉淀的pH 1.5 6.3 6.2 4.7
沉淀完全的pH 2.8 8.3 8.2 6.7
(1)“酸浸”时用的稀酸是________；滤渣1的主要成分是________。
(2)“氧化”时的离子方程式为____________________________；
加入ZnO除杂时溶液的pH控制范围是________～5.0。
(3)滤渣3含有锌和________；由滤液得到ZnSO·7H O的操作是_________________________、洗涤、干燥。
4 2
(4)取14.35 g ZnSO ·7H O加热至不同温度，剩余固体的质量如下表：
4 2
温度/℃ 100 250 680 930质量/g 8.95 8.05 6.72 4.05
则680 ℃时剩余固体的化学式为________(填序号)。
A．ZnO B．ZnO(SO ) C．ZnSO D．ZnSO·H O
3 4 2 4 4 2
【解析】流程分析如下：
(1)因制备的是ZnSO·7H O，“酸浸”时为不引入杂质，应用稀硫酸；由于PbSO 不溶于稀硫酸，故滤渣1
4 2 4
的主要成分是PbSO 。
4
(2)加入NaClO可将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，故“氧化”时的离子方程式为2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋
＋Cl－＋HO；由表中数据可知，Fe3＋完全转化为Fe(OH) 沉淀时的pH为2.8，故加入ZnO除杂时pH最小
2 3
为2.8。
(3)由于Cu2＋完全转化为Cu(OH) 沉淀时的pH为6.7，故加入ZnO调pH除杂后溶液中还有Cu2＋，当加入过
2
量锌粉时发生置换反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，则滤渣3含有过量的锌和生成的铜；从滤液中得到
ZnSO·7H O的操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
4 2
(4)根据Zn原子守恒计算14.35 g ZnSO ·7H O的物质的量为0.05 mol，若加热得到ZnSO·H O，则剩余固体
4 2 4 2
质量为8.95 g，此时温度为100 ℃；若加热得到ZnSO ，则剩余固体质量为8.05 g，此时温度为250 ℃；若
4
加热得到ZnO，则剩余固体质量为4.05 g，此时温度为930 ℃，若加热得到ZnO(SO ) ，则剩余固体质量
3 4 2
为6.72 g，此时温度为680 ℃，故680 ℃时剩余固体的化学式为ZnO(SO )。
3 4 2
【答案】(1)稀硫酸(或HSO ) PbSO
2 4 4
(2)2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋HO 2.8
2
(3)铜(或Cu) 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤
(4)B
