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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
【答案】(1)
(2)
(3)
提高溶液中
浓度，促使偏钒酸钙转
化为碳酸钙，释放
离子交换
(4)
(5)bd
【分析】石煤和苛化泥通入空气进行焙烧，反应生成
、
、
、
、
2
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和
等，水浸可分离焙烧后的可溶性物质(如
)和不溶性物质[
、
等]，过滤后
滤液进行离子交换、洗脱，用于富集和提纯
，加入氯化铵溶液沉钒，生成
，经一系列处理后
得到V2O3；滤渣①在
，
的条件下加入3%NH4HCO3溶液进行盐浸，滤渣①中含有钒元素，
通过盐浸，使滤渣①中的钒元素进入滤液①中，再将滤液①回流到离子交换工序，进行
的富集。
【解析】（1）钒是23 号元素，其价层电子排布式为
；焙烧过程中，氧气被还原，
被氧化生成
，偏钒酸盐中钒的化合价为
价；
在
以上开始分解，生成的气体①为
。
（2）由已知信息可知，高温下，苛化泥的主要成分与
反应生成偏铝酸钠和偏铝酸钙，偏铝酸钠溶于
水，偏铝酸钙难溶于水，所以滤液中杂质的主要成分是
。
（3）在弱碱性环境下，
与
和
反应生成
、
和
，离子方程式为：
； CO2加压导入盐浸工序可提高浸出率，因为C 可提
高溶液中
浓度，促使偏钒酸钙转化为碳酸钙，释放
；滤液①中含有
、
等，且浓度较低，
若要利用其中的钒元素，需要通过离子交换进行分离、富集，故滤液①应进入离子交换工序。
（4）由离子交换工序中树脂的组成可知，洗脱液中应含有
，考虑到水浸所得溶液中含有
，为避免
引人其他杂质离子，且
廉价易得，故洗脱液的主要成分应为
。
（5）a．延长沉钒时间，能使反应更加完全，有利于沉钒，a 不符合题意；
b．
呈弱酸性，如果将溶液调至碱性，
与
反应，不利于生成
，b 符合题意；
c．搅拌能使反应物更好的接触，提高反应速率，使反应更加充分，有利于沉钒，c 不符合题意；
d．降低
溶液的浓度，不利于生成
，d 符合题意；
3
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故选bd。
（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：
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 。
【答案】(1)粉碎废渣、充分搅拌(或通入足量空气等)
(2)
(3)取“水浸”后滤液的上清液于洁净的试管中，滴入KSCN 溶液，若溶液变为血红色，则滤液中含有
Fe3+，溶液不变为血红色，则不含Fe3+
(4)pH 过低，Al3+进入滤液
(5)高温煅烧
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。
4
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【分析】含铬不锈钢废渣(含SiO2、Cr2O3、Fe2O3、Al2O3等)经过碱熔时，发生一系列反应，生成了可溶性
盐KFeO2、K2CrO4、K2SiO3和KAlO2，加水溶解，KFeO2 强烈水解生成的难溶物Fe(OH)3，并经过滤除去，
滤液中加入硫酸酸化，调节溶液pH 在7～8，硅酸根离子转化为硅酸沉淀，偏铝酸根离子转化为氢氧化铝
沉淀，通过过滤除去，同时铬酸根离子转化为重铬酸根离子，再在滤液中加入亚硫酸钠还原重铬酸根离子
为Cr3+，加入氢氧化钠沉淀Cr3+，再通过加热煅烧Cr(OH)3得到氧化物Cr2O3。
【解析】（1）“碱熔”时，为使废渣充分氧化可采取的措施是粉碎废渣、充分搅拌(或通入足量空气等)；
（2）Cr2O3、KOH、O2反应生成K2CrO4的化学方程式为
；
（3）由于Fe3+遇KSCN 溶液反应，溶液变为血红色，故检验Fe3+的常用操作为：取“水浸”后滤液的上清
液于洁净的试管中，滴入KSCN 溶液，若溶液变为血红色，则滤液中含有Fe3+，若溶液不变为血红色，则
不含Fe3+；
（4）常温下“酸化”时pH 不宜过低的原因是pH 过低，Al3+进入滤液；
（5）高温煅烧难溶氢氧化物制备对应氧化物，由Cr(OH)3制取铬绿的方法是高温煅烧。
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。
核心知识精炼
5
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（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。
6
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三、锰的工业制备工艺流程
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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
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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
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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 。
【答案】(1) 1s22s22p63s23p63d84s2 7
(2) Al(OH)3和H2SiO3 8.37
(3)
(4)
(5) H2O+NH4VO3+Bi(NO3)3=BiVO4+NH4NO3+2HNO3 pH=6、80℃、浓度为1.0mol L
⋅
-1
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Bi(NO3)3溶液显酸性，则为了维持最佳pH，需要增加NaOH 的用量
【分析】利用某废催化剂制备
，已知：
、
都是不溶于水的碱性氧化物，首先用氢氧化钠
碱溶，根据信息可知沉淀为Bi2O3、NiO，其中氧化铝和二氧化硅分别转化为四羟基合铝酸钠和硅酸钠，过
滤后再加入硫酸酸化得到沉淀的滤渣为Al(OH)3和H2SiO3，
具有还原性，滤液加入
还原
为
，进行萃取、反萃取后提取出含V 的水层，加入氯酸钠氧化后加入氯化铵沉淀得到NH4VO3；
初始加入氢氧化钠浸出后得到
、
沉淀，加入盐酸酸溶得到两者的盐溶液，调节pH 使得Ni 转化
为沉淀分离出来，沉淀加入硝酸酸溶后得到Bi(NO3)3，再和NH4VO4最终得到产品；
【解析】（1）镍使28 号元素，基态镍原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，简并轨道能量相同，
则其核外有7 种能量不同的电子。
（2）由分析可知，滤渣的主要成分是Al(OH)3和H2SiO3；酸化时，
完全转化为
的最
大氢氧根离子浓度为
，pOH=5.63，pH=8.37；则最大pH 为
8.37；
（3）
具有还原性，滤液加入
还原
为
，反应为
；
（4）加入
还原
为
，由电子守恒可知可知关系为
，“萃取”、
“反萃取”后，又加入
将
氧化为
，由电子守恒可知可知关系为
，假设初始有1mol
，则需0.5mol
，若“萃取”、“反萃
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取”的过程中钒的总回收率为90％，则“氧化”时加入的
，则“还原”时加入的
和“氧化”时加入的
的物质的量之比为
；
（5）由分析可知，Bi(NO3)3和NH4VO4反应生成
，根据质量守恒可知，水 反应，同时还生成硝酸
铵和硝酸，化学方程式为H2O+NH4VO3+Bi(NO3)3=BiVO4+NH4NO3+2HNO3；由图可知：制备粒径较小的
晶体的最佳条件是pH=6、80℃、浓度为1.0mol L
⋅
-1；根据信息Ⅱ可知，Bi(NO3)3溶液显酸性，则为
了维持最佳pH，需要增加NaOH 的用量。
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：
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 。
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(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：
。)
【答案】(1)
(2)
(3)若
时，磷酸根浓度降低，会导致
无法完全沉淀；同时可能产生硅酸胶体不宜处理，
时，会导致生成
，镁离子浓度不能形成
沉淀导致产品中混有杂质，同时溶液中铵
根子离子浓度降低导致
无法完全沉淀
(4)
(5)4:2:5
【分析】铬钒渣在
、NaOH 作用下通入空气高温焙烧，钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐
、
，铝、硅、磷等的化合物转化为
、
、
，铁的化合物转化为
，
加水浸取熔渣，过滤，水浸渣中主要有
和
，水浸液中含有
、
、
、
、
，加入稀硫酸调溶液的pH 到弱碱性时
转化为
沉淀，过滤得到含有
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的滤渣，再加入
和
除硅和磷，使硅、磷分别转化为
、
沉淀，
过滤除去沉淀得到含有
、
的滤液，加入稀硫酸将溶液pH 调到1.8 左右得到
沉淀，
转化为
，其具有强氧化性，与加入的
反应生成
，调pH 使
转化为
沉淀，达到分离提取铬和钒目的，据此分析解答。
【解析】（1）题目给出已知：最高价铬酸根在酸性介质中以
存在，在碱性介质中以
存在；所
以煅烧过程中，铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐主要为
。
（2）由分析可知，水浸渣中主要有二氧化硅、氧化铁。
（3）由分析可知，加入硫酸镁溶液、硫酸铵溶液的目的是将硅元素、磷元素转化为
和
沉淀，若溶液pH<9 时，磷酸根会与
反应使其浓度降低导致
无法完全沉淀，同时可能产生硅
酸胶状沉淀不宜处理；若溶液pH>9 时，会导镁离子生成氢氧化镁沉淀，不能形成
沉淀，导致产品
中混有杂质，同时溶液中铵根离子浓度降低导致
无法完全沉淀。
（4）①由题意可知，还原步骤中加入焦亚硫酸钠溶液的目的是将铬元素转化为铬离子，反应的离子方程
式为：
；
②
分子中存在过氧键，由于Cr 为+6 价，则其中与Cr 相连的氧原子的化合价为1 个-2 价，4 个-1 价，
其结构式可表示为：
。
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（5）一份溶液中加入足量的
溶液，得到白色沉淀1.7475g，该白色沉淀为硫酸钡，所以
；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50.00ml，由反应方程式可得关系：
；由电荷守恒可得：
，所以
；所以
。
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：
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 ；
【答案】(1) 粉碎或研磨碳包； 适当升高温度、适当增加酸的浓度
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(2)除去碳粉
(3) 1:1 MnO2促进H2O2分解为H2O 和O2
(4)
(5)3d54s1
(6) 3:1 平面三角形
【分析】炭包中的Cu、Ag、Fe 等溶于稀硝酸，而MnO2和碳粉不溶，过滤后把滤渣焙炒，碳粉被空气中
的氧气氧化为二氧化碳除去，粗MnO2在硫酸和H2O2的共同作用下转化为MnSO4，在MnSO4溶液中加入
Na2CO3溶液，得到MnCO3沉淀，再焙烧MnCO3，使之被空气中的氧气氧化为纯MnO2。
【解析】（1）通过对碳包粉碎、研磨、适当升温等方式可以加快浸出速度；锌锰废电池中的碳包(含碳粉、
和MnO2等物质)烘干后加稀硝酸，金属溶解生成相应的高价金属的硝酸盐、NO 和水，所以
Cu 和稀硝酸反应生成NO 的离子方程式为
，故答案为：粉碎或研
磨碳包；适当升高温度、适当增加酸的浓度；
；
（2）过滤后得滤渣，其主要成分为碳粉和MnO2；在空气中灼烧后，碳转化为二氧化碳，因此“焙炒”的
目的是除去碳粉，故答案为：除去碳粉；
（3）所得粗二氧化锰加入酸性
中，一方面二者间发生氧化还原反应，
，所以氧化剂与还原剂的物质的量之比为1:1；另一方面MnO2促
进H2O2分解为水和O2，所以H2O2的实际消耗量比理论值高，故答案为：1:1；MnO2促进H2O2分解为H2O
和O2；
（4）将所得含
的溶液中加入Na2CO3溶液，生成
沉淀，
在空气中灼烧，最终生成
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等，所以需要空气中的O2参与反应，化学方程式为
；
（5）铬原子序数为24 号，其基态原子排布符合洪特特例，价电子层排布式为3d54s1；
（6）
分子的结构是为
，其中
键和
键的个数比为3:1，其杂化类型为sp2，价层电子对
数为3+0=3，所以空间构型为平面三角形。
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
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 。
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(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)。
【答案】(1)Cu、
(2)0.5
(3)
(4)
使
充分沉淀，同时保证
不发生沉淀
(5)
和
(6)
【分析】湿法炼锌净化渣经过硫酸的酸浸，生成的硫酸铅沉淀和未反应的铜成为浸出渣，在浸出液中加入
硫化钠固体除去铜离子，然后在除铜液中加入过硫酸钠将溶液中的二价铁转化为三价铁，通过加入碳酸钠
来调节溶液的pH 除去铁元素，在净化液中再加入碳酸钠将溶液中的钴元素转化为氢氧化钴沉淀，从而达
到提取钴的目的。
【解析】（1）铅和铅的氧化物可以和硫酸反应生成硫酸铅沉淀，铜单质不溶于稀硫酸，“浸出渣”的主
要成分为Cu、PbSO4，故答案为：Cu、PbSO4；
（2）除铜液”中Co2+浓度为
，
，
，常温下，饱和H2S 水溶液中存在关系式：
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，则此时溶液中
，
，
故答案为：
；
（3）过硫酸钠(Na2S2O8)能将Fe2+氧化，Na2S2O8和Fe2+反应的离子方程式为：
，
故答案为：
。
（4）①“沉铁”时，为了使铁离子完全沉淀，钴离子不沉淀，根据表中数据可知，控制溶液pH 的范围：
，故答案为：
。
②为了使
充分沉淀，同时保证
不发生沉淀，故答案为：为了使
充分沉淀，同时保证
不
发生沉淀；
（5）①“沉钴”过程中反应的离子方程式为：
，故答案为：
。
②“钴回收后废液”中含有的金属离子主要有Na+和Zn2+，故答案为：Na+和Zn2+；
（6）以1 吨湿法炼锌净化渣(Co 的质量分数为w%)为原料提取出mkg Co(OH)3，理论生成Co 的质量为
，实际生成的Co 的质量为
，在提取过程中钴的损失率为
，故答案为：
。
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：
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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
，
。
(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：
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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”）
【答案】(1)
(2) 将亚铁离子氧化为铁离子，便于除去
可消耗溶液中
，以调节溶液pH，而
不能消耗
(3) P507 可在更短的时间，将Co 最大程度的从溶液中萃取出，实现与Ni 的分离
(4)
(5)
(6)
八面体
【分析】镍钴废渣（主要成分为
、
、
以及少量钙、镁等的化合物）加入稀硫酸
和亚硫酸钠进行酸浸，将Co、Fe 和Ni 元素还原为+2 价，加入氯酸钠将Fe2+氧化，同时加入碳酸钠调节
pH，形成
，过滤将铁元素除去；加入NaF 将Ca 和Mg 元素形成沉淀滤除；加入萃取
剂分离镍和钴，经过系列处理，分别进行Ni 和Co 的提取。
【解析】（1）“酸浸”时镍元素被还原，根据得失电子守恒及电荷守恒，反应的离子方程式：
；
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（2）“除铁”中加入
的作用是将亚铁离子氧化为铁离子，便于除去；“除铁”过程中加入
的目的是消耗溶液中
，以调节溶液pH，而
不能消耗
；
（3）选择萃取剂P507，可在更短的时间，将Co 最大程度的从溶液中萃取出，实现与Ni 的分离；
（4）“热解还原”中产生的
，根据质量守恒，化学方程式：
；
（5）
，此时溶液
，
，
，
；
（6）根据NiO 晶胞结构图，C 处于晶胞右侧面面心，结合A 和B 坐标参数，C 坐标参数为
；其中
Ni 原子位于O 原子围成八面体空隙中。
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
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：
能力提升
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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： 。
【答案】(1)3d34s2
(2)将
氧化为
(3)
(4)
(5)
(6)最后一次洗涤液，加入氯化钡溶液没有生成沉淀，则洗涤干净
(7)
【分析】炼钢残渣加入碳酸钠、空气焙烧，空气中氧气具有氧化性，将
氧化为
，二氧化硅转
化为硅酸钠、氧化铝转化为含铝钠盐，焙烧后加入氢氧化钠碱浸，氧化铁不反应成为滤渣，滤液加入碳酸
氢铵使得硅、铝转化为沉淀除去，滤液加入硫酸铵得到
晶体沉淀，煅烧得到
；
【解析】（1）钒为23 号元素，基态V 原子价电子排布为3d34s2；
（2）空气中氧气具有氧化性，将
氧化为
；
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（3）由分析可知，“碱浸”所得滤渣的主要成分是
；
（4）“沉硅、铝”中加入碳酸氢铵和硅酸钠反应生成硅酸沉淀：
，和四羟
基合铝酸根离子生成氢氧化铝沉淀：
；
（5）若滤液中
，为使钒元素沉淀率达到
，则使“沉钒”后
，溶液中的
不低于
；
（6）证明
已洗涤干净，就是证明洗涤液中不含硫酸根离子，则实验操作及现象为：取最后一次
洗涤液，加入氯化钡溶液没有生成沉淀，则洗涤干净；
（7）在空气中“煅烧”生成的气体可直接排放到空气中，则没有生成污染性的含氮气体，则氮元素被空
气中氧气氧化为氮气，故反应为：
。
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 。
【答案】(1) [Cu(NH3)4]2+ Fe(OH)3和Cr(OH)3易形成共沉淀难以分离(或Fe(OH)3胶体吸附Cr3+)
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(2)
⑤③①②④
(3)6.0×10-4
(4)5.9×10-10
(5)
【分析】电镀污泥[含Cr(OH)3，少量Cu(OH)2，FeO 和Fe(OH)3等]中加入NH3∙H2O 和(NH4)2CO3进行氨浸，
Cu(OH)2溶解生成[Cu(NH3)4]2+，Cr(OH)3、FeO 和Fe(OH)3不溶而成为滤渣；往滤渣中加入H2SO4，
Cr(OH)3、FeO 和Fe(OH)3溶解生成Cr3+、Fe2+、Fe3+，通入O2将Fe2+氧化为Fe3+，再加入Na2CO3，此时
Fe3+水解生成Fe(OH)3沉淀，过滤后，往滤液中加入NaOH 调节pH=9，并加入足量的H2O2氧化铬，将铬转
化为
；经过一系列操作得到Na2CrO4。废铅膏(含PbSO4，少量PbO2，PbO)中加入Na2CO3进行盐浸，
将PbSO4转化为PbCO3，再加入H2C2O4焙烧，生成PbO、CO2、O2，然后加HNO3酸化，生成Pb2+；两份溶
液混合，可制得PbCrO4。
【解析】（1）由分析可知，滤液1 中主要的阳离子有
和[Cu(NH3)4]2+。“沉铁”加入Na2CO3溶液调节
溶液的pH=2，生成黄钠铁钒
沉淀，若pH 过大，会导致Fe3+、Cr3+生成沉淀，其原
因是：Fe(OH)3和Cr(OH)3易形成共沉淀难以分离(或Fe(OH)3胶体吸附Cr3+)。
（2）“转化”中，溶液由酸性变为碱性，此时Cr3+转化为
，反应的离子方程式为
。从溶解度曲线可以看出，若直接降低温度，则Na2SO4也会结晶
析出，则应先除杂质，即加酸将
转化为
，升高温度让Na2SO4结晶析出后，再降低温度，结晶
析出Na2Cr2O7，再调节溶液的pH，将Na2Cr2O7转化为NaCrO4，所以一系列操作的顺序为⑤加热煮沸、③
加H2SO4溶液调pH、①加热浓缩、趁热过滤、②冷却结晶、过滤洗涤、④加NaOH 溶液调pH，故选
⑤③①②④。
（3）pH=9，0.1 mol∙L-1Na2Cr2O7溶液中
，依据Cr 元素守恒可建立等式：c(
)+c(
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)+2c(
)=0.2mol/L，
，则c(
)+c(
)≈0.2mol/L，
，
，溶液中
的平衡浓度为
mol/L≈6.0×10-4。
（4）“盐浸”目的是加入Na2CO3溶液将PbSO4转化为PbCO3，当K＞1×105时，可认为反应物完全转化为
生成物。对于反应PbSO4(s)+
(aq)
PbCO3(aq)+
(aq)，K=
=
=2.16×105＞1×105时，则
PbSO4发生完全转化，c(Pb2+)=
=1.26×10-4mol/L，Na2CO3溶液的最小浓度为
mol∙L-1≈5.9×10-10mol∙L-1。
（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CO2与O2的化
学计量数之比为2:1，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
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)。
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(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 。
(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)。
【答案】(1) 1：3
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(2)
(3)
(4)由图可知
的溶解度随温度升高而减小
(5)
(6)当加入碳酸钠溶液时，发生
反应，该反应的平衡常数
，几乎可以完全转化
(7)
【分析】向阳极泥中加入稀硫酸将ZnO 转成ZnSO4，随滤液除去，向滤渣中加稀硫酸和葡萄糖酸浸，+4 价
的Mn 变成+2 价Mn 进入溶液，过滤，得MnSO4溶液，经过一系列操作，得MnSO4•H2O 晶体，
MnSO4•H2O 加入
、H+、H2O 发生反应，电解得到Mn，滤渣1 中加入Na2CO3溶液，使PbSO4转化成溶
解度更小的PbCO3，再加入醋酸，酸浸溶铅，得到Ag 单质和醋酸铅溶液，在醋酸铅溶液中加入H2SO4，生
成PbSO4沉淀，过滤得PbSO4；据此解答。
【解析】（1）
设Pb2Mn8O16中含a 个+2 价Mn，则+4 价Mn 有(8-a)个，据化合价代数和为0 列式为2×2+2a+4×(8-
a)=2×16，解得a=2，则+2 价和+4 价Mn 的个数比为1：3；Mn 为25 号元素，基态
原子的价层电子排布
图为：
；
（2）向阳极泥中加入稀硫酸将ZnO 转成ZnSO4，随滤液除去，故滤液1 主要溶质为ZnSO4；
（3）由题中信息可知，在酸洗后剩余的加入稀硫酸、葡萄糖与MnO2发生氧化还原反应，+4 价Mn 得电子
被还原成Mn2+，葡萄糖中C 失电子被氧化成CO2，其反应方程式为
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；
（4）由图可知温度40℃以上时
主要以
形式结晶，且晶体的溶解度随温度升高而减小，
因此采用趁热过滤可减少晶体损失。
（5）在阴极放电生成Se 单质，H2SeO3 中Se 的化合价为+4 价，生成0 价的Se 单质，则电极反应式为
；
（6）当加入碳酸钠溶液时，发生反应
，该反应的平衡常数
，几乎可以完全转化，故可用溶液将“滤渣”中的PbSO4转
化为PbCO3；
（7）根据图示，Ni 原子处于的位置为顶点8 个，面心6 个，棱心12 个，体心1 个，则Ni 的个数为
，Mn 原子处于的位置为体内，则有4 个原子，Ga 原子位于体内，则有4 个原子，
则晶胞的质量m=
，体积为V=(a×10-7)3cm3，
。
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
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A 点Pt 原子的坐标参数为
，则B 点Pt 原子的坐标参数为 。
(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： 。
【答案】(1)
(2)
(3)
(4)
(5) 膜a
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【分析】含钴废料(主要成分为Co、Ni、Mn、Pb 以及
、
等)，经氢氧化钠碱浸处理，
与氢
氧化钠反应生成
从而除去
，Co、Ni、Mn、Pb 以及
经硫酸和过氧化氢处理得到滤渣
和含
、
、
的溶液，再经有机相萃取分离
和
、
，分液后得到有机相和无
机相，有机相经反萃取后加入
沉钴，最后得到
；水相加入
沉锰分离得到
，
滤液经过一系列操作后得到硫酸镍晶体。
【解析】（1）基态Co 原子的价电子排布式为：
；根据晶胞图可知若A 点Pt 原子的坐标参数为
，则B 点Pt 原子的坐标参数为
；
（2）“碱浸”时发生的反应为：
，故所得滤液中溶质的主要成分为NaOH 和
；“酸浸”时
发生还原反应，过氧化氢为还原剂，其总离子方程式为：
；
（3）根据分析可知，酸浸后滤渣的主要成分为：
；
（4）“沉锰”时，
转化为
，
转化为
，所以“沉锰”时发生反应的离子方程式
为：
；
（5）电解
溶液时阳极水失去电子产生氧气，即
，阴极发生反应
，
阳极的氢离子透过阳离子交换膜a 进入产品室，阴极Cl-透过阴离子交换膜b 进入产品室产生浓盐酸。故属
于阳离子交换膜的是膜a；阴极的电极方程式为：
。
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