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第30 讲 陌生过渡金属及其化合物的制备流程分析
[复习目标] 1.了解常考过渡金属及其重要化合物。2.能依据信息及化合价解答陌生过渡金
属及其化合物制备流程中的有关问题。
1．过渡金属——多变价
(1)高价态金属通常形成含氧酸根离子的盐，具有较强的氧化性，如KMnO4、K2Cr2O7、
K2FeO4等，均能将浓盐酸氧化成Cl2。
(2)在空气中灼烧一些不稳定的低价金属的化合物，在分解的同时可能被氧化：
MnOOH――――→MnO2；Fe(OH)2――――→Fe2O3；CoC2O4――――→Co3O4。
(3)低价金属的氢氧化物，为难溶性的弱碱，且易分解成氧化物，如Fe(OH)2、Mn(OH)2、
Cr(OH)3。
(4)低价硫化物，通常为有色难溶物，如HgS(黑或红)、FeS(黑)、Cu2S(黑)、FeS2(金黄)。
工业生产中，常通过转化价态、调节pH 将过渡金属生成氢氧化物沉淀或生成难溶硫化物分
离除去。
2．过渡金属易形成配合物
(1)金属离子常易水解，其水合离子通常显色，如Cu2＋(aq，蓝)、Fe2＋(aq，浅绿)、Fe3＋(aq，
黄)、Cr3＋(aq，绿)。
(2) 容易形成配合物的中心离子，如[Cu(NH3)4]2 ＋、[Ag(NH3)2] ＋、[Fe(SCN)6]3 －、
[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2＋。
(3)向一些盐溶液中滴加氨水，先生成难溶性碱，继续滴加，生成含氨配合物，如
CuSO4(aq)[或AgNO3(aq)]――→Cu(OH)2(s)[或AgOH(s)]――→[Cu(NH3)4]2＋{或[Ag(NH3)2]＋}。
3．锌及其化合物的转化
①Zn(OH)2＋2OH－===[Zn(OH)4]2－，
②Zn(OH)2＋2H＋===Zn2＋＋2H2O，
③ZnO＋2H＋===Zn2＋＋H2O，
④ZnO＋2OH－＋H2O===[Zn(OH)4]2－。
4．铬的重要化合物
(1)Cr2O3和Cr(OH)3显两性，其转化关系如下：Cr3＋Cr(OH)3[Cr(OH)4]－。
反应的离子方程式：
①Cr3＋＋3OH－===Cr(OH)3↓；
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②Cr(OH)3＋OH－===[Cr(OH)4]－，Cr3＋＋4OH－===[Cr(OH)4]－；
③[Cr(OH)4]－＋H＋===Cr(OH)3↓＋H2O；
④Cr(OH)3＋3H＋===Cr3＋＋3H2O，[Cr(OH)4]－＋4H＋===Cr3＋＋4H2O。
(2)铬(Ⅵ)最重要的化合物是K2Cr2O7，在水溶液中Cr2O 和CrO 存在下列平衡：
2CrO(黄色)＋2H＋Cr2O(橙红色)＋H2O。
5．钒的重要化合物
(1)五氧化二钒既能溶于强碱，又能溶于强酸，如：
V2O5＋6NaOH===2Na3VO4＋3H2O；
V2O5＋6HCl===2VOCl2＋Cl2↑＋3H2O。
(2)VO2＋、VO：在酸性介质中，VO 具有强氧化性，如：
VO＋Fe2＋＋2H＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O，
2VO＋H2C2O4＋2H＋===2VO2＋＋2CO2↑＋2H2O。
6．钴的配合物
(1)Co(Ⅱ)与H2O、Cl－配合的平衡转化
[Co(H2O)6]2＋[CoCl4]2－
粉红色 蓝色
(2)Co(Ⅱ)的配合物具有较强的还原性
Co2＋＋6NH3―→[Co(NH3)6]2＋――→[Co(NH3)6]3＋
1．(2023·湖南衡阳校联考三模)锌是一种浅灰色的过渡金属。在现代工业中，是电池制造中
不可替代且相当重要的金属，以菱锌矿(主要成分为ZnCO3、ZnO，含有少量SiO2 和
Na2SiO3)制备锌单质的流程如图所示：
下列说法错误的是( )
A．SO 的空间结构为正四面体形
B．滤渣的主要成分为SiO2和H2SiO3
C．“沉淀”步骤中，消耗CO2的物质的量与消耗Na2[Zn(OH)4]的物质的量之比为1∶1
D．“热还原”过程发生了置换反应
2．(2024·长沙模拟)以黄铁矿(主要成分是FeS2，含少量SiO2)和软锰矿(主要成分是MnO2，
含少量Fe2O3、Al2O3)为原料制备MnSO4·H2O 的工艺流程如图。下列说法正确的是( )
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A．酸浸和沉锰操作均应在较高温度下进行
B．滤渣1 的成分中含有S 和SiO2
C．调pH 的目的只为除去溶液中的Fe3＋
D．沉锰操作中主要反应的离子方程式是 2HCO＋Mn2＋===MnCO3↓ ＋CO2 ↑＋H2O
3．钒元素在酸性溶液中有多种存在形式，其中VO2＋为蓝色，VO 为淡黄色，VO 具有较强
的氧化性，Fe2＋、SO 等能把VO 还原为VO2＋。向VOSO4溶液中滴加酸性KMnO4溶液，溶
液颜色由蓝色变为淡黄色。下列说法不正确的是( )
A．在酸性溶液中氧化性：MnO>VO
B．FeI2溶液与足量酸性(VO2)2SO4溶液发生反应的离子方程式：Fe2＋＋VO＋2H＋===Fe3＋＋
VO2＋＋H2O
C ．向VOSO4 溶液中滴加酸性KMnO4 溶液反应的化学方程式为10VOSO4 ＋2H2O ＋
2KMnO4===5(VO2)2SO4＋2MnSO4＋2H2SO4＋K2SO4
D．向含1 mol VO 的酸性溶液中滴加1.25 mol FeSO4的溶液完全反应，转移电子为1 mol
4．[2019·全国卷Ⅲ，26(1)(2)(3)(4)(5)]高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工
业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si 等元素)制备，工艺如
图所示。回答下列问题：
相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH 范围如下：
金属离子
Mn2＋
Fe2＋
Fe3＋
Al3＋
Mg2＋
Zn2＋
Ni2＋
开始沉淀的pH
8.1
6.3
1.5
3.4
8.9
6.2
6.9
沉淀完全的pH
10.1
8.3
2.8
4.7
10.9
8.2
8.9
(1)“滤渣1”含有S 和________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式：
_______________________________________________________________________________
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_______________________________________________________________________________
。
(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是___________________________________________
_______________________________________________________________________________
。
(3)“调pH”除铁和铝，溶液的pH 范围应调节为________～6 之间。
(4)“除杂1”的目的是除去Zn2＋和Ni2＋，“滤渣3”的主要成分是________________。
(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2＋。若溶液酸度过高，Mg2＋沉淀不完全，原
因
是
_____________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
。
5．(2023·江西新余统考二模)铬(Cr)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FeCr2O4，含有少量Al2O3)为原料制备金属铬的工艺流程如图所示：
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(FeCr2O4)中Cr 的化合价为________，“焙烧”中FeCr2O4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c(Cr2O)＝1.6×10－3mol·L－1，c(CrO)＝2×10－8mol·L－1。则该温度
下该反应的平衡常数为______。
(4)“沉铝”需控制pH＝6～10 的原因为____________________________________________
_______________________________________________________________________________
。
(5)以铬酸钾(K2CrO4)为原料，用电化学法制备重铬酸钾的实验装置如图。
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测定阳极液中K 和Cr 的含量，若K 与Cr 的物质的量之比()为a，则此时铬酸钾的转化率为
______。
6．(2023·广西南宁三中校考二模)[Co(NH3)6]Cl3(三氯化六氨合钴)是合成其他含钴配合物的重
要原料，实验室中可由金属钴及其他原料制备[Co(NH3)6]Cl3。
(一)CoCl2的制备
CoCl2易潮解，可用金属钴与氯气反应制备CoCl2。实验中利用下列装置进行制备。
(1)装置A 中发生反应的离子方程式为______________________________________________
_______________________________________________________________________________
。
(2)按图中A→E 的顺序组合装置制备CoCl2，E 为盛装有__________(填试剂名称)的干燥管，
其作用为________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
。
(3)该实验需配制12 mol·L－1的浓盐酸250 mL，需要用到的玻璃仪器是烧杯、量筒、玻璃棒、
________________和__________，若配制过程中未恢复室温即转移液体进行后续操作，则所
配溶液实际浓度______(填“大于”或“小于”)12 mol·L－1。
(二)[Co(NH3)6]Cl3的制备
步骤如下：
Ⅰ.在100 mL 锥形瓶内加入4.5 g 研细的CoCl2、3 g NH4Cl 和5 mL 水，加热溶解后加入0.3 g
活性炭作催化剂。
Ⅱ.冷却后，加入浓氨水混合均匀。控制温度在10 ℃以下并缓慢加入10 mL H2O2溶液。
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Ⅲ.在60 ℃下反应一段时间后，经过一系列操作后，过滤、洗涤、干燥得到[Co(NH3)6]Cl3晶
体。
已知：不同温度下[Co(NH3)6]Cl3在水中的溶解度如图所示。
回答下列问题：
(4)步骤Ⅱ中在加入H2O2溶液时，控制温度在10 ℃以下的目的是_______________________。
(5)制备[Co(NH3)6]Cl3的总反应的化学方程式为______________________________________
_______________________________________________________________________________
。
(6)Ⅲ中的“一系列操作”包括___________________________________________________、
________________________。
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