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化工流程题是近年高考中备受关注的一类题型，热点金属及其化合物工业制备是其主要出题方向。
此类试题集综合性、真实性、开放性于一体，包含必要的操作名称、化工术语或文字说明，考查知识面广、
综合性强、思维容量大。题干的呈现形式多为流程图、表格和图像；设问角度一般为操作措施、物质成分、
化学反应、条件控制的原因和产率计算等，能力考查侧重于获取信息的能力、分析问题的能力、语言表达
能力和计算能力；涉及到的化学知识有基本理论、元素化合物和实验基础知识等。今后仍是命题的方向。
1．（2024·河北·高考真题）
是制造钒铁合金、金属钒的原料，也是重要的催化剂。以苛化泥为焙烧
添加剂从石煤中提取
的工艺，具有钒回收率高、副产物可回收和不产生气体污染物等优点。工艺流程
如下。
第17 讲 热点金属（V、Cr、Mn、Co、Ni）
及其化合物的制备和性质
01 考情分析 02 真题精研 03 规律·方法·技巧 04 经典变式练
05 核心知识精炼 06 基础测评 07 能力提升
考情分析
真题精研
1
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已知：i 石煤是一种含
的矿物，杂质为大量
和少量
等；苛化泥的主要成分为
等。
ⅱ高温下，苛化泥的主要成分可与
反应生成偏铝酸盐；室温下，偏钒酸钙
和偏铝酸钙均
难溶于水。回答下列问题：
(1)钒原子的价层电子排布式为 ；焙烧生成的偏钒酸盐中钒的化合价为 ，产生的气体①为
(填化学式)。
(2)水浸工序得到滤渣①和滤液，滤渣①中含钒成分为偏钒酸钙，滤液中杂质的主要成分为 (填化学
式)。
(3)在弱碱性环境下，偏钒酸钙经盐浸生成碳酸钙发生反应的离子方程式为 ；
加压导入盐浸工
序可提高浸出率的原因为 ；浸取后低浓度的滤液①进入 (填工序名称)，可实现钒元素的充
分利用。
(4)洗脱工序中洗脱液的主要成分为 (填化学式)。
(5)下列不利于沉钒过程的两种操作为 (填序号)。
a．延长沉钒时间 b．将溶液调至碱性 c．搅拌 d．降低
溶液的浓度
（3）“瞻前顾后”分析法：在流程中除了考虑将原料转化为产品，还要考虑副产品的循环使用，这类题常要
瞻前又要顾后。
1．（23-24 高三上·河北石家庄·阶段练习）用含铬不锈钢废渣(含SiO2、Cr2O3、Fe2O3、Al2O3等)制取
Cr2O3(铬绿)的工艺流程如图所示：
规律·方法·技巧
经典变式练
解答化工工艺流程题的三种方法
（1）首尾分析法：对比流程中第一种物质与产品，从对比中找出原料与产品之间的关系，理清流程中原
料转化为产品的基本原理以及分离除杂的方式，结合题问逐一作答。
（2）截段分析法：对于较复杂的采用截段，再进行整合。
2
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回答下列问题：
(1)“碱熔”时，为使废渣充分氧化可采取的措施是 (任写一条)。
(2)Cr2O3、KOH、O2反应生成K2CrO4的化学方程式为 。
(3)为检验“水浸”后的滤液中是否含有Fe3+，常用的操作方法是 。
(4)常温下，“酸化”时pH 不宜过低的原因是 。
(5)由Cr(OH)3制取铬绿的方法是 。
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）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 。
核心知识精炼
3
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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。
4
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三、锰的工业制备工艺流程
5
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四、钴的工业制备工艺流程
五、镍的工业制备工艺流程
6
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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．（2024·辽宁鞍山·模拟预测）
是一种光催化材料。工业利用某废催化剂(主要含
、
、
及少量
、
)制备
的工艺流程如下：
已知：
Ⅰ.
、
都是不溶于水的碱性氧化物
Ⅱ.
溶液的
基础测评
7
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Ⅲ.
(有机层)
(有机层)
回答下列问题：
(1)基态镍原子核外电子排布式为 ，其核外有 种能量不同的电子。
(2)滤渣的主要成分是 ；酸化时，
完全转化为
的最大pH 为 。
(已知
；离子浓度
时沉淀完全)
(3)“酸化”后的溶液中存在
，则“还原”时发生反应的离子方程式为 。
(4)若“萃取”、“反萃取”的过程中钒的总回收率为90％，则“还原”时加入的
和“氧化”时加
入的
的物质的量之比为 。
(5)生成
的化学方程式为 ，实验测得溶液pH、温度和
溶液浓度对生成
的粒径影响图像如下：
综合分析：制备粒径较小的
晶体的最佳条件是 ；制备过程中需加入
维持最佳
PH，若
过量，需要增加
的用量，原因是 。
2．（23-24 高三上·江苏泰州·阶段练习）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：
8
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已知：最高价铬酸根在酸性介质中以
存在，在碱性介质中以
存在。
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
和 。
(3)“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以
和
的形式沉淀，该步需要控制溶液的
以达
到最好的除杂效果，其原因是 。
(4)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(
)溶液。
①写出
还原
的离子方程式： 。
②若用过氧化氢还原
过程中还会生成较稳定的蓝色的过氧化铬(
，
为+6 价)。
分子中存
在过氧键，其结构式可表示为 。
(5)为研究净水剂聚合硫酸铁
组成，某化学兴趣小组取一定量聚合硫酸铁样品与足量盐
酸反应，所得溶液平均分为两份。一份溶液中加入足量的
溶液，得到白色沉淀
。另一份溶液，
先将
还原为
，再用
标准溶液滴定至终点，消耗
标准溶液
。
求
值 。(写出计算过程)(已知：
。)
3．（23-24 高三上·福建福州·阶段练习）我国电池的年市场消费量约为80 亿只，其中70%是锌锰干电池，
利用废旧锌锰干电池的碳包（含碳粉、
、
、
和
等物质）制备纯
的工艺如下图所示：
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回答下列问题：
(1)在“酸浸”时为了加快浸出速率，可采取的措施有 、 。（写出两点）
“酸浸”过程中
和稀硝酸反应生成
的离子方程式为 。
(2)“焙炒”的目的是 。
(3)在粗
溶解时，氧化剂与还原剂的物质的量之比为 ，溶解过程中所用的
高于
理论用量，原因是 。
(4)沉锰后焙烧时，发生反应的化学方程式为 。
(5)铬的基态原子的价电子层排布式是 ；
(6)制备
的反应为
，
分子中
键和
键的个数
比为 ，空间构型为 ；
4．（2024·陕西·一模）钴是生产电池材料、耐高温合金、防腐合金、磁性材料及催化剂的重要原料。一种
以湿法炼锌的净化渣(含有Co、Zn、Fe、Cu、Pb 等金属的单质及其氧化物)为原料提取钴的工艺流程如图
所示：
已知：
①常温下，
，
，
。
②相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH 范围如下表：
金属离子
开始沉淀时
的pH
6.2
4.0
7.9
2.2
7.5
沉淀完全时
的pH
8.5
5.0
9.2
3.2
9.0
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回答下列问题：
(1)“浸出渣”的主要成分为 (填化学式)。
(2)
常用作沉淀剂，在“铜渣”中检测不到
，“除铜液”中
浓度为
，则此时溶液
的
［已知常温下，饱和
水溶液中存在关系式：
］。
(3)过硫酸钠
能将
和
氧化，
和
反应的离子方程式为 。
(4)氧化后，溶液中
浓度为
，利用碳酸钠溶液调节溶液pH．“沉铁”时，调节溶液pH 的
范围是 ，“沉铁”后，调节溶液
的目的是 。
(5)“沉钴”过程中反应的离子方程式为 。“钴回收后废液”中含有的金属离子主要有
。
(6)以1 吨湿法炼锌净化渣(Co 的质量分数为
)为原料提取出
。在提取过程中钴的损失率为
%(用含w、m 的代数式表示)。
5．（2024·广东佛山·模拟预测）一种从镍钴废渣（主要成分为
、
、
以及少量钙、
镁等的化合物）中提取Ni、Co 的工艺流程如下：
已知：
①黄钠铁矾化学式为
，其沉淀的pH 范围为1.5~2.0。
②草酸的
，
。
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(1)“酸浸”时镍元素发生反应的离子方程式 。
(2)“除铁”中加入
的作用 ；该步骤中不能用
代替
的原因为 。
(3)“镍钴萃取分离”中，不同萃取剂的分离性能对比如下表所示，则萃取剂的最佳选择为 （填萃
取剂名称），原因是 。
萃取剂
萃取余液中金属质量浓度/（g/L）
Co 的萃取率%
分相时间
Co
Ni
7401
3.10
13.5
48.0
2min
7402
2.85
13.7
52.5
5min
P507
0.03
13.8
99.5
1min
(4)“热解还原”中产生的
，则该化学方程式为 。
(5)已知常温下
，当溶液中
时，
沉淀完全[
时认
为完全沉淀]，则此时溶液中草酸的浓度
。（结果保留两位有效数字）
(6)纳米氧化镍（NiO）在工业上用作催化剂、半导体等原料。已知NiO 的晶胞如下图所示：
若A 坐标参数为
，B 为
，则C 坐标参数为 。其中Ni 原子位于O 原子围成的
空隙中。（填“四面体”、“立方体”、“八面体”）
1．（2024·河北张家口·三模）五氧化二钒主要用作合金添加剂，含钒钢具有强度高，韧性大，耐磨性好等
能力提升
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优良特性。工业上常用炼钢残渣(主要含
及少量铁粉、
、
、
等杂质)为原料制取
的一种工艺流程如图所示：
已知：
难溶于水，
。
回答下列问题：
(1)基态钒原子的价层电子排布式为 。
(2)“焙烧”时通入大量空气的作用是 。
(3)“碱浸”所得滤渣的主要成分是 。
(4)写出“沉硅、铝”反应的离子方程式： 、 。
(5)若滤液中
，为使钒元素沉淀率达到
，应使“沉钒”后溶液中的
不低于
。
(6)“沉钒”析出的
晶体需要洗涤，证明
已洗涤干净的实验操作及现象为 。
(7)在空气中“煅烧”生成的气体可直接排放到空气中，写出反应的化学方程式： 。
2．（2024·山东淄博·二模）工业上用电镀污泥[含Cr(OH)3，少量Cu(OH)2，FeO 和Fe(OH)3等]和废铅膏(含
PbSO4，少量PbO2，PbO)为原料制备铬酸铅的工艺流程如下：
已知：①在碱性条件下，Cr(Ⅲ)可被H2O2氧化为Cr(Ⅵ)；在酸性条件下，Cr(Ⅵ)可被H2O2还原为Cr(Ⅲ)。
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pH＜5 时Cr(Ⅵ)主要以
存在，pH>7 时Cr(Ⅵ)主要以
存在。Fe(OH)3和Cr(OH)3易形成共沉淀。
②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：
(1)滤液1 中主要的阳离子有
和 。“沉铁”加入Na2CO3溶液调节溶液的pH=2，生成黄钠铁钒
沉淀，pH 不宜过大的原因是 。
(2)“转化”中Cr3+反应的离子方程式为 。一系列操作的顺序为 (填标号)。
可供选择的操作有：①加热浓缩、趁热过滤 ②冷却结晶、过滤洗涤 ③加H2SO4溶液调pH ④加NaOH 溶
液调pH ⑤加热煮沸
(3)25℃时Na2Cr2O7溶液中存在多个平衡，本题条件下仅需考虑如下平衡：
；
。pH=9，0.1 mol∙L-1Na2Cr2O7溶液中
，则溶液中
的平衡浓度为 (保留两位有效数字)。
(4)“盐浸”目的是加入Na2CO3溶液将PbSO4转化为PbCO3，Na2CO3溶液的最小浓度为 mol∙L-1 (保留
两位有效数字)。[已知：25℃时
，
，
]
(5)“焙烧”时H2C2O4与PbO2反应生成PbO、CO2和O2，测得CO2与O2分压比为2 1∶，则反应的化学方程式
为 。
3．（23-24 高三上·贵州安顺·期末）一种回收锌电解阳极泥(主要成分为
、
和
，还有少量
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锰铅复合氧化物
和
)中金属元素锌、铅和银的工艺流程如下。回答下列问题：
已知：
易溶于水，不溶于乙醇。
(1)
中
的化合价为+2 价，
的化合价有+2 价和+4 价，则氧化物中+2 价和+4 价
的个数比
为 ，基态
原子的价层电子排布图为 。
(2)滤液1 的主要溶质为 (填化学式)。
(3)“还原酸浸”工序中主要反应的化学方程式为 。
(4)结合
溶解度曲线图分析，由
溶液制得
晶体的“一系列操作”为加热蒸发、
趁热过滤、洗涤、干燥。结合
溶解度曲线分析趁热过滤的原因是 。
(5)“电解”时，加入
与水反应生成二元弱酸
，在阴极放电生成
单质，有利于
电还原沉
积。则
放电的电极反应式为 。
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(6)通过计算说明可用
溶液将“滤渣”中的
转化为
的原因 。[已知：25℃
时
，
]
(7)锰、镍、镓的某种磁性形状记忆型合金的晶胞结构如图所示。
表示阿伏加德罗常数的值。该晶体的
密度为
(列出计算式即可)。
4．（2024·新疆喀什·二模）利用含钴废料(主要成分为Co、Ni、Mn、Pb 以及
、
等)制备碳酸钴
和硫酸镍晶体的一种工艺流程如图所示：
请回答下列问题：
(1)基态Co 原子的价电子原子轨道表达式为 。铂钴合金具有较高的永磁性能，其晶胞如图所示，若
A 点Pt 原子的坐标参数为
，则B 点Pt 原子的坐标参数为 。
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(2)“碱浸”时所得滤液中溶质的主要成分为NaOH 和 。“酸浸”时
发生反应的总离子方程式
为 。
(3)酸浸后滤渣的主要成分为 。
(4)“沉锰”时，
转化为
，则“沉锰”时发生反应的离子方程式为： 。
(5)可以通过电解
溶液获得单质Co 和较浓的盐酸，其工作原理如图所示：
其中膜a 和膜b 中，属于阳离子交换膜的是 (填“膜a”或者“膜b”)。阴极的电极方程式为： 。
17
