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第11 讲 金属材料及金属矿物的开发和利用（解析板）
知识主线：
概念及性能
几种常见合金
新型合金
合金
金属在自然界中存在形式
金属的冶炼方法
金属矿物的开发和利用
金属材料
1．合金
(1)概念：由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)性质：具有金属的性质
(3)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：多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点低
②硬度：合金的硬度一般它的比各成分金属的硬度大
【注意】
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
②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，不是简单加合；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并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温
度范围内都能熔化，若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点，则二者不能形成
合金
④合金一定是混合物，没有固定的熔点
⑤常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体
2．常见的金属材料
(1)金属材料的分类
黑色金属材料：铁、铬、锰以及它们的合金
有色金属材料：除黑色金属以外的其他金属及其合金
金属材料
(2)几种常见的合金
j
低碳钢：韧性、焊接性好，强度低
中碳钢：强度高，韧性及加工性好
高碳钢：硬而脆，热处理后弹性好
碳素钢
合金钢：具有各种不同的优良性能，用于制不锈钢及各种特种钢
钢铁
【注意】钢是用量最大，用途最广的合金
k
种类：硅铝合金、镁铝合金、硬铝
(
)
特性：密度小、强度高、塑造性好、易于加工
用途：建筑业、容器包装业、交通运输业等
铝合金
l
(
Cu
Sn
Pb)
青铜主要含
、
、
，青铜是我国使用最早的合金
(
Cu
Zn
)
黄铜主要含
、
等
(
Cu
Ni
Zn
)
白铜主要含
、
、
等
铜合金
3．新型合金
(1)储氢合金：一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。如Ti－Fe 合
金、La－Ni 合金，为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用
(2)其他新型合金：钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、
生物工程和电子工业等领域
1
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(3)用途广泛的稀土金属
①稀土元素
a．镧系元素(57～71 号元素)及钇和钪，共17 种元素为稀土元素
b．我国拥有丰富的稀土资源，现已查明的世界稀土资源中，80%分布在我国，并
且品种齐全
②用途
a．稀土金属有着广泛的用途，它既可以单独使用，也可用于生产合金。在合金中
加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。因而，稀土元素又被称为冶金工
业的维生素
b．稀土金属可用于制造引火合金、永磁材料、超导材料和发光材料等。稀土金属
除广泛应用在冶金、石油化工、材料工业、医药及农业领域外，还逐渐深入到
许多现代科技领域
3．金属矿物的开发利用
(1)金属在自然界中的存在形式
①游离态：化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态的形式存在，如：Au、
Ag、Pt、Cu
②化合态：化学性质比较活泼的金属,在自然界中能以化合态的形式存在，如：
Al、Na
【注意】少数金属在自然界中能以游离态的形式存在；而大多数的金属在自然界中
能以化合态的形式存在
(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
(3)金属冶炼的一般步骤
(4)金属冶炼方法——根据金属的活泼性
①物理提取法：Au、Pt 在自然界中主要以游离态存在
②热分解法：适于冶炼金属活动性顺序表中位置靠后的不活泼的金属；像汞、银等
不活泼金属，它们在金属活动性顺序表中位于氢的后面，其阳离子得到电子的能
力很强，所以其还原条件也较容易达到。它们的氧化物受热就能分解得到单质。
适用范围是不活泼的金属Hg 和Ag
2HgO=====2Hg＋O2↑、2Ag2O=====4Ag＋O2↑
③热还原法：适用于冶炼位于金属活动性顺序表中部的金属；常用的还原剂有焦炭、
一氧化碳、氢气、活泼金属(如：铝)等，多数金属的冶炼过程属于热还原法。适用
范围是较活泼的金属 Zn～Cu
a．焦炭还原法：2PbO＋C=====2Pb＋CO2↑、C＋2ZnO=====2Zn＋CO2↑
b．一氧化碳还原法：3CO＋Fe2O3=====2Fe＋3CO2 (高炉炼铁)
c．氢气还原法：WO3＋3H2=====W＋3H2O
d．活泼金属还原法(铝热反应)：2Al＋Cr2O3=====Al2O3＋2Cr 10Al＋
3V2O5=====6V＋5Al2O3
④电解法：位于金属活动性顺序表中氢前面的钾、钠、钙、镁、铝等几种金属的还
原性很强，这些金属单质都很容易失去电子，而其对应的阳离子则氧化性很弱，
很难得到电子，因此用一般的方法和一般的还原剂很难使其从化合物中还原出来，
而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。适用范围是活泼的金属 K
～Al
2NaCl( 熔融)=====2Na ＋Cl2↑、MgCl2( 熔融)=====Mg ＋Cl2↑ 、2Al2O3( 熔
2
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融)=====4Al＋3O2↑
【注意】
①工业上冶炼镁是电解MgCl2而不是MgO 的原因是MgO 的熔点比MgCl2的高
②冶炼铝是电解Al2O3而不是AlCl3的原因是AlCl3是共价化合物，熔融状态不导电。
加入冰晶石(Na3AlF6)的
目的是降低Al2O3的熔化温度
③
金
属
的
活
泼
性
与
冶
炼
方
法
的
关
系
：
④金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，其阳离子越容易被还原，金属的位置越
靠前，其阳离子越难被还原
铍及其化合物
1．铍(Be)
(1)物理性质：铍金属为钢灰色或灰白色，熔点1283℃，沸点2570℃，密度1.848g/
cm³。天然铍有三种同位素：4
7
4Be、4
8
Be、4
10
Be，4
9
Be 是铍唯一稳定的核素。铍在
地壳中含量为0.001%，含铍矿石约有30 多种，具有经济价值的主要有绿柱石
(3BeO•Al2O3•6SiO2)、硅铍石(2BeO•SiO2)、金绿宝石(BeO•Al2O3)等几种
(2)化学性质：铍的化学性质活泼，具有活泼金属通性，容易被氧化剂氧化，常见化合
价为＋2 价。铍表面易形成氧化层，减小了金属本身的活性。根据对角线规则，Be
与Al 的性质相似，能与酸和碱反应
①与非金属反应：与O2，N2，S 反应，生成BeO，Be3N2和BeS。它与碳反应生成
Be2C 碳化物(与Al4C3同类，类似的还有BeCl2和AlCl3均为共价化合物，易升华，
易溶于有机溶剂)，而其他碱土金属的碳化物都是MC2型
2Be＋O2
△
2BeO，3Be＋N2
△
Be3N2，Be＋S
△
BeS
②既能与酸又能与碱反应：不仅能溶于酸溶液，也能溶于碱溶液，放出H2，但铍和
铝相似，与冷的浓硝酸接触，发生“钝化”现象
与酸反应：Be＋2HCl===BeCl2＋H2↑
与碱反应：Be＋2NaOH＋2H2O===Na2[Be(OH)4]＋H2↑或Be＋2NaOH===Na2BeO2
＋H2↑
(3)制备
①还原BeF2，用此法制备存在许多困难，该反应强烈放热甚至会导致爆炸。且最终
体系内物质沸点结晶，导致Be 与MgF2分离比较困难。BeF2＋Mg===MgF2＋Be
②电解熔融盐。由于熔融的铍盐几乎不导电或导电性很弱，必须加离子型的盐，如
电解NaCl－BeCl2或者LiCl－KCl－BeCl2熔盐。用镍坩埚作电解槽及阴极，阳极
是石墨棒
2．氧化铍(BeO)——两性氧化物
与酸反应：BeO＋2HCl===BeCl2＋H2O
与碱反应：BeO＋2NaOH＋H2O===Na2[Be(OH)4]或BeO＋2NaOH===Na2BeO2＋H2O
3．氢氧化铍(Be(OH)2)——两性氢氧化物
与酸反应：Be(OH)2＋2HCl===BeCl2＋2H2O
与碱反应：Be(OH)2＋2NaOH===Na2[Be(OH)4]或Be(OH)2＋2NaOH===Na2BeO2＋
2H2O
【注意】
BeCl
①
2和AlCl3均为共价化合物，易升华，易溶于有机溶剂
②铍、铝与冷的浓硝酸接触，发生“钝化”现象
③铍、铝的盐都易水解
3
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硼及其化合物
1．硼(B)
硼单质有晶体硼和无定形硼两种，晶体硼相当稳定(惰性较大)，无定形和粉末状硼比
较活泼
(1)与非金属反应
无定形硼在室温下与F2反应得到BF3，加热(或高温)时也能与O2 、Cl2、Br2、S 和N2
反应，分别得到BCl3、 BBr3、
B2S3和BN(在1473K 以上)，但不与H2作用
2B＋3F2===2BF3 4B＋3O2 =====2B2O3 2B＋N2=====2BN
(2)与酸的反应：不与盐酸作用，能与热的浓硫酸或浓硝酸反应
2B＋3H2SO4(浓)=====2H3BO3＋3SO2↑ B＋3HNO3(浓)=====H3BO3＋3NO2↑
(3)与强碱反应：无定形硼与NaOH 有类似硅那样的反应；有强氧化剂存在时与强碱共
熔可得偏硼酸盐
①硼和NaOH 溶液反应生成NaBO2(或Na[B(OH)4])和H2
2B＋2NaOH＋2H2O===2NaBO2＋3H2↑或2B＋2NaOH＋6H2O===2Na[B(OH)4]＋
3H2↑
②强氧化剂(KNO3)时：2B＋2NaOH＋3KNO3
2NaBO2＋3KNO2＋H2O
(4)与水蒸气反应：2B＋6H2O(g)=====2B(OH)3＋3H2
(5)高温下同金属反应生成金属硼化物
2．氧化硼(B2O3)
易溶于水，形成硼酸： B2O3＋3H2O===2H3BO3
遇热的水蒸气可生成易挥发的偏硼酸：B2O3＋H2O(g)===2HBO2(g)
3．硼酸(H3BO3)
(1)物理性质：白色片状晶体，微溶于水，在热水中溶解度明显增大。
(2)化学性质
①一元弱酸：H3BO3＋H2O
H＋＋[B(OH)4]－
②与碱反应
a．在碱性较弱的条件下则得到四硼酸盐：4H3BO3＋2NaOH===Na2B4O7＋7H2O
b．碱过量时，Na2B4O7转化为偏硼酸钠(NaBO2)：Na2B4O7＋2NaOH===4NaBO2＋
H2O
【注意】与碱反应而得不到单个BO3
3－离子的盐，但反过来，在任何一种硼酸盐的溶
液中加酸时，总是得到硼酸，因为硼酸的溶解度较小，它容易从溶液中析
出。
③H3BO3受热时会逐渐脱水，首先生成偏硼酸(HBO2)，继续升温可进一步脱水生成
四硼酸(H2B4O7)，更高温度时则转变为硼酸的酸酐(B2O3)
4．乙硼烷(B2H6)
(1)乙硼烷B2H6受热容易分解，它的热分解产物很复杂，有B4H10、B5H9、B5H11和
B10H14等，控制不同条件，可得到不同的主产物，如：2B2H6
B4H10＋H2
(2)遇水立即发生水解：B2H6＋6H2O===2H3BO3↓＋6H2↑
(3)乙硼烷制取万能还原剂：B2H6＋2NaH===2NaBH4
5．硼氢化钠(NaBH4)
(1)电子式：
(2)硼氢化钠中的氢元素为－1 价，具有还原性，故其可用作醛类、酮类和酰氯类的还
原剂
4
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―――→
。
6．硼砂(Na2B4O7·10H2O)
(1)制备：将偏硼酸钠溶于水形成较浓溶液，然后通入CO2调节pH，浓缩结晶分离出硼
砂
4NaBO2＋CO2＋10H2O===Na2B4O7·10H2O＋Na2CO3
(2)将硼砂溶于水，用硫酸溶液调节pH，可析出溶解度小的硼酸晶体
Na2B4O7＋H2SO4＋5H2O===4H3BO3↓＋Na2SO4
7．工业制取硼及其化合物的转化关系
(1)转化关系
(2)相应步骤涉及的反应
①硼镁矿与烧碱溶液反应生成可溶于水的偏硼酸钠(NaBO2)和Mg(OH)2：
2MgO·B2O3＋2NaOH＋H2O===2NaBO2＋2Mg(OH)2↓
向偏硼酸钠溶液中通入CO2 使NaBO2 转化成硼砂：4NaBO2 ＋CO2 ＋
10H2O===Na2B4O5(OH)4·8H2O＋Na2CO3
②将硼砂与硫酸反应，得到硼酸：Na2B4O5(OH)4·8H2O＋H2SO4===4H3BO3＋Na2SO4
＋5H2O
③硼酸加热分解得到氧化硼：2H3BO3=====B2O3＋3H2O
④用镁或铝还原B2O3制得硼：B2O3＋3Mg=====3MgO＋2B
⑤硼和NaOH 溶液反应生成NaBO2(或Na[B(OH)4])和H2：
2B＋2NaOH＋2H2O===2NaBO2＋3H2↑或2B＋2NaOH＋6H2O===2Na[B(OH)4]＋
3H2↑
【注意】用硫酸和硼镁矿一步制得硼酸：Mg2B2O5·5H2O＋2H2SO4=====2MgSO4＋
2H3BO3
铅及其化合物
1．铅(Pb)
(1)物理性质：银灰色有光泽的重金属，在空气中易氧化而失去光泽，变灰暗，质柔软，
延性弱，展性强。密度11.34 g/cm3，熔点327.5℃，沸点1740℃ 。有较强的抗放射
穿透的性能
(2)化学性质
①与非金属反应
a．常温时Pb 在空气中稳定存在，但表面易形成PbO 和Pb2(OH)2CO3保护膜而不
易被腐蚀
2Pb＋O2＋CO2===Pb2(OH)2CO3
b．与O2反应：熔融的铅空气反应生成一氧化铅，将铅在纯氧中加热可得二氧化
铅
c．易和卤素、硫化合，生成PbCl4、PbI2、PbS
②与酸反应
a．Pb 与稀盐酸可以缓慢反应，但因生成难溶的PbCl2覆盖反应物而使反应终止：
Pb ＋2HCl===PbCl2↓＋H2↑；b ．加热条件下与浓盐酸反应生成氢气Pb ＋
4HCl(浓)=====H2[PbCl4]＋H2↑
5
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c．在氧气存在时可以溶于醋酸，生成弱电解质Pb(CH3COO)2
2Pb＋4CH3COOH＋O2===2Pb(CH3COO)2＋2H2O
d．与浓、稀硝酸反应——硝酸不能将Pb 氧化到+ 4 价态
Pb＋4HNO3(浓)===Pb(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
3Pb＋8HNO3(稀)===3Pb(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
③与碱反应：Pb＋2OH－===PbO＋H2↑
2．铅的含氧化合物——PbO、PbO2、Pb3O4
(1)PbO：黄丹，又名密陀僧，药材。溶于HNO3或CH3COOH 中成可溶性Pb(II)盐
PbO 为两性氧化物，既能溶于酸又能溶于碱
PbO＋2HCl===PbCl2＋H2O
PbO＋2NaOH＋H2O===Na2[Pb(OH)4]
(2)PbO2：棕黑色，有强氧化性，是常用的强氧化剂
①与H2O2反应：PbO2＋H2O2＋2 H+===Pb2+＋O2↑＋2H2O)
②与浓盐酸反应：PbO2＋4HCl=====PbCl2＋Cl2↑＋2H2O
③可以将Mn2+氧化为MnO：5PbO2＋2Mn2+＋4H+===5Pb2+＋2MnO===2H2O
④PbO2 制备[要在碱性条件下制备，用浓硝酸不能制得Pb(IV)]：Pb(OH)＋ClO －
=PbO2＋Cl－＋OH－＋H2O
(3)Pb3O4：红丹，又名铅丹。可以认为是Pb(II))2Pb(IV))O4可看作2 PbO•PbO2 ，高温下
分解，不溶于水，溶于热碱溶液，溶于酸时表现出氧化性
Pb3O4＋8HCl===3PbCl2＋Cl2↑＋4H2O
3．醋酸铅[(CH3COO)2Pb]
实验室里用醋酸铅试纸检验H2S：H2S＋(CH3COO)2Pb===PbS↓(黑色)＋2CH3COOH
钛及其化合物
1．钛
(1)钛是活泼的金属，在高温下能直接与绝大多数非金属元素反应。在室温下，钛不与
无机酸反应，但能溶于浓、热的盐酸和硫酸中
2Ti＋6HCl(浓)===2TiCl3＋3H2↑
2Ti＋3H2SO4(浓)===2Ti2(SO4)3＋3H2↑
(2)钛易溶于氢氟酸或含有氟离子的酸中：Ti＋6HF===TiF6
2-＋2H+＋2H2↑
2．二氧化钛：二氧化钛在自然界以金红石为最重要，不溶于水也不溶于稀酸，但能溶
于氢氟酸和热的浓硫酸中
TiO2＋6HF===H2[TiF6]＋2H2O
TiO2＋2H2SO4===2Ti (SO4)2＋2H2O
TiO2＋H2SO4===2Ti OSO4＋H2O
3．四氯化钛：四氯化钛是钛的一种重要卤化物，以它为原料，可以制备一系列钛化合
物和金属钛。它在水中或潮湿空气中都极易水解将它暴露在空气中会发烟：TiCl4＋
2H2O===TiO2＋4HCl
4．钛(Ⅳ)的配位化合物
钛(Ⅳ)能够与许多配合剂形成配合物，如[TiF6]2－、[TiCl6]2－、[TiO(H2O2)]2+ 等，其中
与H2O2的配合物较重要。利用这个反应可进行钛的比色分析，加入氨水则生成黄色
的过氧钛酸H4TiO6沉淀，这是定性检出钛的灵敏方法
铬及其化合物
1．铬
(1)物理性质：银白色金属，由于单电子多，金属键强，故硬度及熔点均高，是硬度最
高的过渡金属。由于铬的机械强度好，且有抗腐蚀性能，被用于钢铁合金中。不锈
钢中含铬量最高，可达20％左右。许多金属表面镀铬，防锈，光亮
(2)铬的存在和制取
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①存在：铬在自然界中以铬铁矿存在，化学式为Fe(CrO2)2
②制取：金属铬可以通过铬铁矿FeCr2O4制取，用焦炭还原就可制得铬铁合金。该合
金可用作制取不锈钢的原料。FeCr2O4＋4C
高温
Fe＋2Cr＋4CO。如果要制取不
含铁的铬单质，可将铬铁矿与碳酸钠强热而成为水溶性的铬酸盐(其中铁转换为不
溶性的Fe2O3)，进一步用水浸取、酸化使重铬酸盐析出。接着加热还原而变为
Cr2O3，再用铝等还原就可得到金属铬
(3)化学性质
①室温下化学性质稳定，潮湿空气中也不会被腐蚀，因此常被用于制作不锈钢和镀
铬
②铬比较活泼，能溶于稀HCl、H2SO4，起初生成蓝色Cr2+溶液，而后为空气所氧化
成绿色的Cr3+溶液
铬缓慢地溶于稀盐酸和稀硫酸中，先有铬(II)生成：Cr＋2HCl===CrCl2(蓝色)＋H2↑
铬(II)在空气中迅速被氧化成铬(III)：4CrCl2＋4HCl＋O2===4CrCl3(绿色)＋2H2O
③铬在冷、浓HNO3中钝化
2．铬的化合物
铬元素的常见价态有＋6、＋3、＋2 价。在酸性介质中，Cr2＋具有强的还原性，Cr3＋
的还原性较弱，只有用强氧化剂才能将Cr3＋氧化成Cr2O，＋6 价铬在酸性条件下以
Cr2O 存在，具有强氧化性，在碱性介质中以CrO 存在
(1)铬(III)的氧化物——Cr2O3：绿色，两性氧化物，既溶于酸，也溶于碱
①与酸反应：Cr2O3＋3H2SO4===Cr2(SO4)3＋3H2O [Cr2(SO4)3为无水盐为玫瑰色粉
末]
②与碱反应：Cr2O3＋2NaOH===2NaCrO2(绿色)＋H2O
(2)铬(III)的氢氧化物——Cr(OH)3：灰蓝色，两性氧化物，既溶于酸，也溶于碱
①与酸反应：Cr(OH)3＋3H＋===Cr3＋＋3H2O
②与碱反应：Cr(OH)3＋OH－===CrO＋2H2O 或Cr(OH)3＋OH－===Cr(OH)(绿色)
Cr2O3和Cr(OH)3显两性，其转化关：Cr3＋(紫色)
Cr(OH)3(灰蓝色)
[Cr(OH)4]－
(绿色)
反应的离子方程式
Cr
①
3＋＋3OH－===Cr(OH)3↓
Cr(OH)
②
3＋OH－===[Cr(OH)4]－，Cr3＋＋4OH－===[Cr(OH)4]－
[Cr(OH)
③
4]－＋H＋===Cr(OH)3↓＋H2O
Cr(OH)
④
3＋3H ＋===Cr3 ＋＋3H2O，[Cr(OH)4] －＋4H ＋===Cr3 ＋＋
4H2O
(3)Cr(Ⅲ)的还原性
①Cr3＋在酸性条件下是稳定的，但在碱性条件下能氧化成CrO：2Cr3＋＋3H2O2＋
10OH－===2CrO＋8H2O
②在碱性溶液中，亚铬酸盐(CrO)可以被H2O2或Na2O2氧化成铬酸盐
2CrO＋3H2O2＋2OH－===2CrO＋4H2O，2CrO＋3Na2O2＋2H2O===2CrO＋6Na＋＋
4OH－
(3)铬(VI)化合物
①存在形式与转化
CrO
Cr2O
CrO3
CrO2
2+
黄色
橙色
红、针状
深红
a．碱中单聚酸根CrO4
2－，酸中二聚Cr2O7
2－：2CrO＋2H+ ===Cr2O＋H2O K =
1.0×1014
b．强酸中以CrO3形式存在。例如，配制洗液时 H2SO4 (浓)与 K2Cr2O7混合，就
有CrO3红色针状晶体析出
K2Cr2O7＋2H2SO4 (浓)===2 KHSO4＋2CrO3＋H2O
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c．酸性过强时铬(VI)以CrO2
2+离子形式存在。CrO2
2+称为铬氧基，或铬酰基 。
CrO2Cl2是深红色液体，其形
态象溴，易挥发。K2Cr2O7 和KCl 粉末相混合，滴加浓H2SO4，加热则有
CrO2Cl2挥发出来
K2Cr2O7＋4KCl＋3H2SO4===2CrO2Cl2↑＋3K2SO4＋3H2O
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
在酸性条件下，主要以Cr2O 形式存在，在碱性条件下，上述平衡逆向移动，主要
以CrO 形式存在
③Cr(Ⅵ)的氧化性：K2Cr2O7及K2CrO4均为＋6 价铬的化合物，具有强氧化性，在酸
性溶液中，Cr2O 具有强氧化性，在酸性条件下的还原产物均为Cr3＋；但在碱性溶
液中CrO 的氧化性要弱的多
Cr2O＋3SO＋8H＋===2Cr3＋＋3SO＋4H2O
Cr2O＋6I－＋14H＋===2Cr3＋＋3I2＋7H2O，
Cr2O＋6Cl－＋14H＋===2Cr3＋＋3Cl2↑＋7H2O
Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
2CrO＋3SO＋10H＋===2Cr3＋＋3SO＋5H2O
锰及其化合物
1．锰(Mn)
锰是活泼金属，在空气中表面生成一层氧化物保护膜。锰在水中，因表面生成氢氧
化锰沉淀而阻止反应继续进行。锰和强酸反应生成Mn(II)盐和氢气。但和冷浓
H2SO4反应很慢(钝化)
2．锰的其化合物
锰元素的常见价态有＋7、＋6、＋4、＋3、＋2 价，Mn2＋在酸性溶液中的稳定性强
于在碱性溶液中的稳定性
(1)锰(II)化合物的性质
①酸性介质：酸性介质中Mn2+稳定，只有很强的氧化剂(NaBiO3、PbO2、(NH4)2S2O8)
才能氧化Mn2＋到MnO
2Mn2＋＋5NaBiO3＋14H＋===5Na＋＋5Bi3＋＋2MnO＋7H2O、
2Mn2＋＋5PbO2＋4H＋===2MnO＋5Pb2＋＋2H2O
2Mn2+ ＋ 5S2O8
2－＋8H2O===2MnO＋10SO＋16H+
【注意】①介质不能用盐酸，因为Cl－有还原性，能与MnO 反应
②Mn2＋的量不能太多，否则：2MnO＋3Mn2＋＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋
②碱性介质：碱性Mn(II)极易氧化成Mn(IV)化合物
a．在碱性条件下Mn2＋容易被氧化：ClO－＋Mn2＋＋2OH－===Cl－＋MnO2↓＋H2O
b．Mn(OH)2为白色难溶物，Ksp＝4.0×10－14，极易被空气氧化，水中少量氧气能
将其氧化成褐色MnO(OH)2沉淀：2Mn(OH)2＋O2===2MnO(OH)2
(2)锰(IV)化合物的性质
①最重要的Mn(IV)化合物是MnO2，二氧化锰在中性介质中很稳定，在碱性介质中
倾向于转化成锰(Ⅵ)酸盐；在酸性介质中是一种强氧化剂，倾向于转化成Mn2+
MnO2＋4HCl(浓)
MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
2MnO2＋2H2SO4(浓)===2MnSO4＋O2↑＋2H2O
②简单的Mn(IV)盐在水溶液中极不稳定，或水解生成水合二氧化锰MnO(OH)2，或
在浓强酸中和水生成氧气和Mn(II)
(3)Mn(Ⅵ)化合物的生成与性质
①最重要的Mn(VI)化合物是锰酸钾K2MnO4。在熔融碱中MnO2 被空气氧化生成
K2MnO4
8
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2MnO2＋O2＋4KOH
2K2MnO4 (深绿色)＋2H2O
②MnO 存在于强碱性溶液中，在酸性、中性环境中均发生歧化反应
3MnO＋2H2O===2MnO＋MnO2↓＋4OH－
3MnO＋4H＋===2MnO＋MnO2↓＋2H2O
③锰酸钾是制备高锰酸钾(KMnO4)的中间体：2MnO＋2H2O===2MnO＋2OH－＋H2↑
(4)KMnO4的性质
①热稳定性差，通常保存在棕色试剂瓶中：4KMnO4＋2H2O=====4MnO2↓＋3O2↑＋
4KOH
②在酸性介质中，MnO 具有强氧化性，本身被还原为Mn2＋：可以氧化Fe2＋、Cl－、
H2C2O4、H2O2等
MnO＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O
2MnO＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O
2MnO＋6H＋＋5H2C2O4===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O
2MnO＋6H＋＋5H2O2===2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O
③在碱性、中性或微弱酸性溶液中，MnO 仍旧是氧化剂，本身被还原为MnO2
2MnO＋I－＋H2O===2MnO2↓＋IO＋2OH－
④在强碱性溶液中，当MnO 过量时，还原产物是MnO
2MnO＋SO＋2OH－===2MnO＋SO＋H2O。
例1．钛酸亚铁(
)在高温下经氯化得到四氯化钛，再制取金属钛的流程如图所示
(已知电负性Ti：1.54，F：3.98，Cl：3.16)：
下列说法正确的是
A．氯化过程中，每消耗6 mol 碳单质，转移电子14 mol
B．氯化过程中，
既是氧化剂也是还原剂
C．相对分子质量：
，熔点：
D．制取金属钛时也可以选用
隔绝空气
【答案】A
【分析】FeTiO3在高温下经氯化得到TiCl4，该反应的化学方程式为
9
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；TiCl4和Mg 在Ar 气氛中、800℃反应
生成Ti，该反应的化学方程式为TiCl4+2Mg
Ti+2MgCl2。
【详解】A．氯化过程中发生反应的化学方程式为
，该反应中FeTiO3和C 作还原剂，Cl2
作氧化剂，每消耗6mol 碳单质，就有7mol Cl2参加反应，转移电子14mol，A 正确；
B．
中Fe 的化合价为+2，反应后被氧化为+3，因此
作还原剂，B 错误；
C．已知电负性Ti：1.54，F：3.98，Cl：3.16，则
属于离子晶体，
属于分子
晶体，离子晶体的熔点高于分子晶体，C 错误；
D．制取金属钛时，不可以选用CO2隔绝空气，因为Mg 与
发生反应，D 错误；
故选A。
例2．某工厂采用如下工艺制备
，已知焙烧后Cr 元素以
价形式存在，下列
说法错误的是
已知：
A．“焙烧”中产生
B．滤渣的主要成分为
C．滤液①中Cr 元素的主要存在形式为
D．淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用
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【答案】B
【分析】焙烧过程中铁、铬元素均被氧化，同时转化为对应的钠盐，滤液①中的铬酸
钠与淀粉的水解产物葡萄糖发生氧化还原反应得到氢氧化铬沉淀。
【详解】A．氧化亚铁、三氧化二铬在焙烧过程中与氧气、碳酸钠反应生成高价态的
对应的钠盐和二氧化碳，因此“焙烧”中产生
，故A 正确；
B．FeO 与氧气反应后，铁元素应以+3 价存在，故B 错误；
C．滤液①中Cr 元素的价态为+6 价，溶液呈碱性，因此铬元素的主要存在形式为
，故C 正确；
D．滤液①主要是
，与淀粉水解液反应，铬元素化合价降低，说明淀粉水解液作
了还原剂，因此淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用，故D 正确；
综上所述，答案为B。
例3．中国“天向一号”探测器用于火星探测，搭载全球最先进的三结砷化镓太阳能
电池阵为其提供动力，一种从砷化镓废料(主要成分为
，含
、
、
等杂质)中回收单质镓和砷的化合物的工艺流程如图所示：
已知：①“碱当”时
中Ga 以
的形式进入溶液。
Ga
②
与Al 位于同一主族，性质相似，向
溶液中通入
，有
沉淀析
出。
③离子完全沉淀时的pH：
为8，
为5.6。
下列说法正确的是
A．“碱浸”时，
发生的离子方程式为
B．“滤渣①”的成分为
，
，“滤渣③”的成分为
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C．“调pH
”
①时，为使得杂质离子沉淀完全，可通入过量的
D．“系列操作”为蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥
【答案】A
【分析】砷化镓废料粉碎增大碱浸速率，加氢氧化钠和过氧化氢，
和
溶解
生成
、
和
，
、
不溶于碱，“滤渣①”为
、
，
滤液通
可以得硅酸，除去硅元素，滤液再通
可以将
转化为
，
过滤，滤液为
，经过蒸发浓缩、冷却结晶可以得到
，
沉淀加
溶液生成
溶液，通电电解得到镓单质。
【详解】A．“碱浸”时
中Ga 以
的形式进入溶液，As 会被
氧化生
成
，根据得失电子守恒和电荷守恒、原子守恒得出反应的离子方程式为
，故A 正确；
B．根据分析可知，
、
不溶于
溶液，“滤渣①”的成分为
、
，向含有
、
和
的溶液中，先通入
先得硅酸沉淀，除去硅
元素，然后再通
可以将
转化为
，“滤渣③”的成分为
，
故B 错误；
C．通入过量的
，会使
过早沉淀下来，使产率降低，故C 错误；
D．滤液为
，析出带结晶水的晶体要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、
干燥，可以得到
，故D 错误；
答案选A。
例4．发展改变生活。下列说法不正确的是
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A．T-碳(
)是一种碳的三维结构晶体，其与
互为同位素
B．“天问一号”中
形状记忆合金的两种金属都属于过渡金属
C．“祝融号”火星探测器上使用的钛合金具有密度小、强度高、耐高温的特性
D．清华大学打造的世界首款异构融合类脑芯片——天机芯的主要材料是硅单质
【答案】A
【详解】A．T-碳与
为同种元素组成的不同单质，所以两者互为同素异形体，A 错
误；
B．Ti 位于第四周期IVB 族，Ni 位于第四周期VIII 族，两者均属于过渡金属元素，B
正确；
C．钛合金密度小、强度高、耐高温，C 正确；
D．硅单质是计算机芯片的主要成分，D 正确；
答案选A。
例5．利用反应
，制备三
氯化六氨合钴的流程如图所示：
已知：①钴元素常见价态有＋2、＋3 价，
和
在水溶液中稳定存在，
和
不能在水溶液中稳定存在；②常温时
。
下列说法错误的是
A．加入的氯化铵可以抑制氨水电离，防止生成
B．加入浓氨水与过氧化氢的顺序可以调换
C．趁热过滤并冷却后加入10mL 浓盐酸，是为了提高产率
D．测得所得产品中氮元素质量分数为31.0%，可能原因是产品中混有
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【答案】B
【分析】在热水中溶解氯化钴和氯化铵，冷却后加入浓氨水参与反应，再加入过氧化
氢将+2 价钴氧化为+3 价钴，冷却后抽滤得到滤渣，在滤渣中加入浓盐酸和80mL 沸水
溶解滤渣，趁热过滤、冷却后继续加入浓盐酸得到产物，以此解题。
【详解】A．直接加入氨水，溶液中的OH-浓度增大，会导致Co2+以沉淀形式析出，则
加入氯化铵可以抑制氨水电离出OH-，防止Co(OH)2沉淀的生成，故A 正确；
B．Co2+和[Co(NH3)6]3+在水溶液中稳定存在，Co3+和[Co(NH3)6]2+不能在水溶液中稳定存
在，若先加入H2O2不易将Co2+氧化，先将Co2+转化成[Co(NH3)6]2+更易被H2O2氧化成
稳定的[Co(NH3)6]3+，故加入浓氨水与过氧化氢的顺序不可以调换，故B 错误；
C．趁热过滤并冷却后加入少量浓盐酸能有效促进[Co(NH3)6] Cl3的析出，从而提高产
率，故C 正确；
D．[Co(NH3)6] Cl3产品中氮元素的质量分数为
=31.4%，当测
得氮元素质量分数为31.0%（＜31.4%）时，说明配体NH3分子数偏少，可能的原因是
产品中混有[CoCl(NH3)5] Cl2，故D 正确；
故选B。
例6．四氟硼酸锂(
)化学性质稳定，可用作锂电(心脏起搏器电池等)或二次锂离子
电池电解液导电盐。其制备流程如图所示，下列说法错误的是
A．“不溶颗粒”主要成分为
B．实验室中模拟工艺流程时反应器3 不能选用三颈圆底烧瓶
C．反应器2 中反应为
D．粗产品经过负压下浓缩、冷却结晶即可得到纯净的四氟硼酸锂
【答案】D
【分析】Li2CO3料浆中通入CO2反应生成LiHCO3，经过过滤操作分离出不溶颗粒
Li2CO3，向LiHCO3溶液中加入HF 反应生成
，再将
与HBO3溶液反
应生成
粗产品；
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【详解】A．
为微溶物，则“不溶颗粒”主要成分为
，A 正确；
B．反应3 为
与HBO3反应生成
，HF 会腐蚀玻璃，则不能选用三颈圆底
烧瓶，B 正确；
C．据分析可知，反应器2 中反应为
，C 正确；
D．四氟硼酸锂(
)化学性质稳定，不需要经过负压下浓缩、冷却结晶，D 错误；
故选D。
例7．草酸钴晶体是制备钴的氧化物的重要原料。18.3g 草酸钴晶体(CoC2O4·2H2O)在隔
绝空气受热时的质量变化曲线如图所示，240℃及以上所得固体均为钴氧化物(其中Co
的化合价为+2 或+3)。下列说法正确的是
A．到A 点时草酸钴晶体失去2 个H2O
B．C 点剩余固体的化学成分为Co3O4
C．若B 点时通入氧气，则会发生反应3CoC2O4+2O2
Co3O4+6CO2
D．C 点到D 点发生反应的化学方程式为CoCO3
CoO+CO2↑
【答案】C
【详解】A．若
失去2 个
，则固体质量保留百分数为
，对应的点为B 点，A 项错误；
B．若C 点生成
，根据钴元素守恒，得到关系式
，则固
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体质量保留百分数为
，假设不成立，B 项错误；
C．B 点剩余固体为
，通入氧气，则会发生反应
，C 项正确；
D．
，推测C 点为
，
高温分解生成
，
固体质量保留百分数为
，D 项错误；
故选C。
例8．工业上利用含铅废渣(主要成分为
)制备碱式硫酸铅(
)的
简易流程如图所示。下列说法错误的是
A．“转化”过程生成的气体为
B．由流程可推测，
C．该工艺中滤液2 可循环利用
D．该流程发生了氧化还原反应
【答案】D
【分析】含铅废渣中加过量碳酸氢钠转化后，得到碳酸铅、二氧化碳和硫酸钠，发生
了沉淀的转化，碳酸铅经过硝酸酸溶后得到硝酸铅、二氧化碳和水，加硫酸沉铅后得
到硫酸铅和硫酸钠，滤液2 中含硫酸钠、过量的硫酸、硝酸，硫酸铅与氢氧化钠溶液
合成碱式碳酸铅。
【详解】A．根据分析，“转化”过程生成的气体为
，A 正确；
B．根据分析，“转化”过程发生了沉淀的转化，加入过量的碳酸氢钠溶液后硫酸铅转
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化为碳酸铅，故可推测
，B 正确；
C．滤液2 中含硫酸钠、过量的硫酸、硝酸，硝酸可在酸溶工序中循环利用，C 正确；
D．整个流程汇各元素化合价未变，没有发生氧化还原反应，D 错误；
故选D。
例9．“太空金属”钛广泛应用于新型功能材料等方面，工业上用钛铁矿(主要成分是
TiO2，含少量FeO 和Fe2O3)冶炼金属钛的工艺流程如图所示，下列说法正确的是
A．基态钛原子核外有4 个未成对电子
B．金属Mg 与TiCl4可在氮气气氛条件下进行反应
C．步骤II 加热可促进TiO2+的水解
D．步骤III 中可能发生的反应为TiO2+2Cl2+C
TiCl4+CO
【答案】C
【分析】钛铁矿(主要成分是TiO2，含少量FeO 和Fe2O3)加硫酸酸浸，浸出液中含铁离
子、亚铁离子和TiO2+，加适量铁发生还原，将铁离子转变为亚铁离子，蒸发浓缩冷却
结晶提取出绿矾晶体，滤液经加热TiO2+水解得TiO2·H2O，分解得到粗TiO2后，加焦炭、
氯气反应得到TiCl4，用Mg 还原得到Ti。
【详解】A．基态钛原子核外电子排布式为
，有2 个未成对电子，A 错误；
B．Mg 为活泼金属，能与
、
、
、
等物质发生反应，故金属Mg 与
必须在稀有气体氛围条件下进行反应，B 错误；
C． TiO2+会水解，步骤II 加热可促进TiO2+的水解，C 正确；
D．方程式未配平，步骤III 中可能发生的反应为TiO2+2Cl2+2C
TiCl4+2CO ，D 错误；
答案选C。
例10．化学与生产生活密切相关，下列说法不正确的是
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A．在室外大雪的时候
可以用作融雪剂，原因是因为其溶解的时候可以放热
B．铬是硬度最高的金属，常在不锈钢中添加
C．
为半导体，可做新型太阳能电池主要材料
D．氧化镁在工业生产中常用作耐火材料
【答案】A
【详解】A．氯化镁可以用作融雪剂，原因是雪-氯化镁混合物的熔点低于雪的熔点，
使雪能够在比正常情况更低的温度下就能融化，故A 错误；
B．铬是硬度最高的金属，常在不锈钢中添加，增强不锈钢的耐腐蚀性，故B 正确；
C．
为半导体，作为光电极很稳定，制作简单，可做新型太阳能电池主要材料，
故C 正确；
D．氧化镁的熔点高，常在工业生产中常用作耐火材料，故D 正确；
综上所述，答案为A。
1．铬元素是一种重金属元素，工业上处理含铬废水并将其资源化的工艺有多种，其中
两种工艺如下图所示：
已知：①含铬废水中铬元素主要有
和
两种价态，
价铬在酸性环境中氧化性更
强。
②
。
回答下列问题：
(1)“还原”时，先加入
酸化，再加入
固体，其发生反应的离子方程式为
，若不加
酸化，可能造成的后果是 。
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(2)“中和”过程中，有大量气泡生成，写出中和时产生
的离子方程式： 。
(3)“过滤洗涤”时，证明沉淀已洗涤干净的操作为： 。
(4)“冶炼”时，该反应的能量主要转化形式为 。
(5)“氧化”时，发生反应的化学方程式为： 。
(6)已知
，利用氧化法除铬时，欲使废液中铬元素的含量不高
于
，则此滤液中
的范围为 。
(7)与还原法相比，氧化法的优点为 。
【答案】(1)
+3
+10H+=4Cr3++5H2O+6
+6 价铬不能完全被还原
(2)2Cr3++3
+3H2O=2Cr（OH）3↓+3CO2↑
(3)取最后一次洗涤液，向其中加入足量稀盐酸，再加入BaCl2溶液，没有白色沉淀生
成
(4)化学能转化为热能
(5)2Cr(OH)3+3NaClO+4NaOH=2Na2CrO4+3NaCl+5H2O
(6)≥4.8×10-5mol⋅L-1
(7)能耗低
【分析】含铬废水先加入H2SO4酸化，再加入Na2S2O5固体，现发生转化2
+2H+⇌
+H2O，随后发生反应
+3
+10H+=4Cr3++5H2O+6
，加入碳酸钠调
节，中和pH，发生反应Cr3++
+3H2O=2Cr(OH)3↓+3CO2↑，过滤获得Cr(OH)3，经煅
烧，得到氧化铬，加铝发生置换反应，获得单质铬；下方流程：含铬废水加入氢氧化
钠调节pH，发生反应Cr3++3OH-=Cr(OH)3↓，“氧化”时，发生反应的化学方程式为
2Cr(OH)3+3NaClO+4NaOH=2Na2CrO4+3NaCl+5H2O，加硝酸钡，利用沉淀溶解平衡，
获得BaCrO4沉淀，据此分析回答问题。
【详解】（1）已知+6 价铬在溶液中存在如下平衡：2
+2H+⇌
+H2O，因此
加入稀硫酸的目的是将
转化为
，此时加入Na2S2O5固体，发生反应的离子
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方程式为
+3
+10H+=4Cr3++5H2O+6
，根据题意可知，+6 价铬在酸性环境
中氧化性更强，若不加H2SO4酸化，可能造成的后果是+6 价铬不能完全被还原，故答
案为：
+3
+10H+=4Cr3++5H2O+6
；+6 价铬不能完全被还原；
（2）“中和”时，加入Na2CO3有大量气泡生成，由此可判断该气体为CO2，同时有
沉淀生成，因此该反应的离子方程式为2Cr3++3
+3H2O=2Cr(OH)3↓+3CO2↑，故答案
为：2Cr3++3
+3H2O=2Cr(OH)3↓+3CO2↑；
（3）“过滤洗涤”时，洗涤Cr(OH)3沉淀上的SO4
2-等杂质离子，证明沉淀已洗涤干净
的操作为取最后一次洗涤液，向其中加入足量稀盐酸，再加入BaCl2溶液，没有白色沉
淀生成，故答案为：取最后一次洗涤液，向其中加入足量稀盐酸，再加入BaCl2溶液，
没有白色沉淀生成；
（4）“冶炼”时，发生反应为铝还原Cr2O3，铝热反应放出大量热，因此能量主要转
化形式为化学能转化为热能，故答案为：化学能转化为热能；
（5）加NaOH 调节pH 后，溶液中Cr3++3OH-=Cr(OH)3↓，“氧化”时，发生反应的化
学方程式为2Cr(OH)3+3NaClO+4NaOH=2Na2CrO4+3NaCl+5H2O；
（6）若废液中c(
)=
=5×10-6mol/L，根据c(Ba2+)=
mol/L=4.8×10-5mol⋅L-1，因此溶液中c(Ba2+)≥4.8×10-5mol⋅L-1，
故答案为：≥4.8×10-5mol⋅L-1；
（7）与还原法相比，氧化法的优点为能耗低，故答案为：能耗低。
2．废旧锂离子电池的正极材料主要成分是
，还含有少量金属Al、Fe 以及其他
不溶性物质，采用如下工艺流程回收其中的钴制备Co 单质：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
开始沉淀时(
)的pH
7.8
3.7
2.2
7.5
20
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沉淀完全时(
)的pH
9.3
4.7
3.2
9.0
回答下列问题：
(1)“滤液1”中主要存在的阴离子有 。
(2)“酸浸”中
发生反应的化学方程式为 。“酸浸”时需要控制温度在80
～85℃，温度不宜过高的原因是 。
(3)如果“酸浸”后的溶液中
浓度为1.0
，则“调
”应控制的pH 范围
是 。
(4)“滤液2”中可回收利用的物质主要是 (填化学式)。
(5)“酸溶”中发生反应的离子方程式为 。
(6)“电解”时装置如图所示，阴极电极反应式为 ，电解后a 室中的电解质溶液可
以返回 工序循环使用。
【答案】(1)
(
)
(2)
受热易
分解
(3)3.2～6.8
(4)
、
(5)
(6)
酸溶
21
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【分析】由流程可知，向废旧锂离子电池的正极材料中加入NaOH 溶液进行碱浸，发
生反应2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，将Al 溶解，得到的滤液1 含有NaAlO2和
过量的NaOH，滤渣为LiCoO2、Fe 及其它不溶性杂质；加稀H2SO4、双氧水酸浸后得
到含有Li+、Co2+、Fe3+的滤液，滤渣1 为其它不溶性杂质，向滤液中加入氨水调节溶
液的pH 值，使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去，则滤渣2 为Fe(OH)3，滤液中含有Li+、
Co2+、NH4
+，向滤液中再加入氨水调节溶液的pH 值，Co2+转化为Co(OH)2沉淀，滤液
2 中含有Li+、NH4
+，Co(OH)2加入盐酸酸溶，发生酸碱中和反应生成盐和水，然后电
解CoCl2得到Co,结合题目分析解答。
【详解】（1）Al 和NaOH 溶液反应生成可溶性的钠盐NaAlO2，为了将Al 尽可能完全
除去，所以加入的NaOH 溶液过量，则“滤液1”中主要含有NaAlO2、NaOH，则主要
存在的阴离子有
、OH-，故答案为：
、OH-；
（2）通过以上分析知，“酸浸”中LiCoO2和稀硫酸、双氧水发生反应生成硫酸锂、
硫酸钴、氧气和水，该反应中双氧水作还原剂、LiCoO2作氧化剂，该反应的化学方程
式为2LiCoO2+3H2SO4+H2O2=Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O，双氧水不稳定，受热易分解，
所以“酸浸”时需要控制温度在80～85℃，温度不宜过高，故答案为：
2LiCoO2+3H2SO4+H2O2=Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O；双氧水受热易分解；
（3）如果“酸浸”后的溶液中Co2+浓度为1.0mol•L-1，“调pH1”使Fe3+完全转化为沉
淀但不Co2+不转化为沉淀，Co2+生成沉淀时c(OH-)=
=10-7.2mol/L，溶液
中c(H+)=
=10-6.8mol/L，溶液的pH=6.8，Fe3+完全转化为沉淀时溶液的
pH=3.2，根据表中数据知，应控制的pH 范围是3.2≤pH＜6.8，故答案为：3.2～6.8；
（4）通过以上分析知，“滤液2”含有Li2SO4、(NH4)2SO4，则“滤液2”中可回收利用
的物质主要是Li2SO4、(NH4)2SO4，故答案为：Li2SO4、(NH4)2SO4；
（5）Co(OH)2加入盐酸酸溶，发生酸碱中和反应生成盐和水，则“酸溶”中发生反应
的离子方程式为Co(OH)2+2H+=Co2++2H2O，故答案为：Co(OH)2+2H+=Co2++2H2O；
（6）“电解”CoCl2溶液得到Co,则阴极上得到Co,阴极电极反应式为Co2++2e-=Co,阴
极室中的Cl-通过阴离子交换膜加入a 时，阳极上OH-放电生成氧气，阳极室中的H+通
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过阳离子交换膜进入a 时，则电解后a 室中HCl 浓度增大，则a 室中的电解质溶液盐酸
可以返回酸溶工序循环使用，故答案为：Co2++2e-=Co；酸溶。
3．氧化铈(CeO2)是一种应用非常广泛的稀土氧化物。现以氟碳铈矿(含CeFCO3、
BaO、SiO2等)为原料制备氧化铈，其工艺流程如图所示：
已知：①稀土离子易与
形成复盐沉淀，Ce3+和
发生反应：
Ce2(SO4)3+Na2SO4+nH2O=Ce2(SO4)3·Na2SO4·nH2O↓；
②硫脲：
具有还原性，酸性条件下易被氧化为(SCN2H3)2；
Ce
③
3+在空气中易被氧化为Ce4+，两者均能形成氢氧化物沉淀；
Ce
④
2(CO3)3为白色粉末，难溶于水。
回答下列问题：
(1)滤渣A 的主要成分是 (填写化学式)。
(2)在另一种生产工艺中，在氟碳铈矿矿石粉中加入碳酸氢钠同时通入氧气焙烧，焙烧
得到NaF 和CeO2两种固体以及两种高温下的气态物质，请写出焙烧过程中相应的化学
方程式 。
(3)加入硫脲的目的是将
还原为Ce3+，反应的离子方程式为 。
(4)步骤③加入盐酸后，通常还需加入另一种化学试剂X，根据题中信息推测，加入X
的作用为 。
(5)下列关于步骤④的说法正确的是_____(填字母)。
A．过滤后的滤液中仍含有较多Ce3+，需要将滤液循环以提高产率
B．可以用Na2CO3溶液代替NH4HCO3溶液，不影响产品纯度
C．过滤时选择减压过滤能够大大提高过滤效率
D．该步骤发生的反应是2Ce3++6
=Ce2(CO3)3↓+3CO2↑+3H2O
(6)若常温下，Ka2(H2CO3)=5.0×10−11，Ksp[Ce2(CO3)3]=1.0×10−28，Ce3+恰好沉淀完全
c(Ce3+)=1.0×10−5mol∙L−1，此时测得溶液的pH=5，则溶液中c(
)= mol∙L−1。
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【答案】(1)BaSO4、SiO2
(2)4CeFCO3+4NaHCO3+O2
4NaF+4CeO2+8CO2+2H2O
(3)2
+2
=2Ce3++(SCN2H3)2+2HF+2F-
(4)防止Ce3+被氧化
(5)CD
(6)0.2
【分析】氟碳铈矿(含CeFCO3、BaO、SiO2等)在空气中焙烧，Ce3+在空气中氧化为
Ce4+，加稀硫酸浸取，Ce4+进入溶液，SiO2不反应，BaO 与硫酸反应生成BaSO4沉淀，
过滤分离，滤渣A 为SiO2、BaSO4；含
滤液中加入硫脲将Ce4+还原为Ce3+，
Ce2(SO4)3与Na2SO4形成复盐沉淀B 为Ce2(SO4)3•Na2SO4•nH2O，过滤分离。复盐沉淀加
入NaOH，再加入稀盐酸，Ce3+被转移到溶液中，加入碳酸氢铵使Ce3+沉淀为
Ce2(CO3)3，最后灼烧分解生成CeO2。
【详解】（1）根据分析，滤渣A 的主要成分是BaSO4、SiO2。
（2）在氟碳铈矿矿石粉(CeFCO3)中加入碳酸氢钠同时通入氧气焙烧，焙烧得到NaF 和
CeO2两种固体以及两种高温下的气态物质，根据质量守恒得到两种高温气体为二氧化
碳和水蒸气，则焙烧过程中反应的化学方程式为4CeFCO3+4NaHCO3+O2
4NaF+4CeO2+8CO2+2H2O。
（3）根据信息硫脲(
)具有还原性，酸性条件下易被氧化为(SCN2H3)2，则加入
硫脲的目的是将
还原为Ce3+，反应的离子方程式为2
+2
=2Ce3++
(SCN2H3)2+2HF+2F-。
（4）步骤③加入盐酸后，通常还需加入另一种化学试剂X，根据题中信息Ce3+在空气
中易被氧化为Ce4+推测，加入X 的作用是防止Ce3+被氧化。
（5）A．由于加入的碳酸氢铵过量，沉淀比较充分，因此过滤后的滤液中含有的
Ce3+很少，A 错误；
B．碳酸钠与Ce3+直接快速反应沉淀，在生成沉淀的过程中，其他杂质离子会掺杂在沉
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淀中，因此不可以用Na2CO3溶液代替NH4HCO3溶液，会影响产品纯度，B 错误；
C．减压过滤能够大大提高过滤效率，C 正确；
D．Ce3+加入碳酸氢铵反应生成Ce2(CO3)3沉淀，同时生成二氧化碳和水，则该步骤发
生的反应是2Ce3++6
=Ce2(CO3)3↓+3CO2↑+3H2O，D 正确；
故选CD。
（6）Ce3+恰好沉淀完全时，c(Ce3+)=1.0×10−5 mol∙L−1，则
，解得
，测得溶液的pH=5，根据
，解得c(
)=0.2mol∙L−1。
4．以含钛高炉渣(主要成分为
，还含有少量CaO、Fe2O3、
)为原料生产
的工艺流程如下：
已知：
①浸出液的pH 小于0.5
②相关金属离子
时，形成氢氧化物沉淀的pH 范围如下：
金属离子
开始沉淀的pH
0.5
6.3
1.5
沉淀完全的pH
2.5
8.3
2.8
请回答以下问题：
(1)“浸渣”的主要成分为 (填化学式)。
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(2)为了提高“酸浸”的浸取率，可采取的措施为 (任写一条)。
(3)加入
时所发生氧化还原反应的离子方程式为 。
(4)过滤得到
需要经过洗涤、减压烘干。实验室里洗涤沉淀的一般
方法是 。
(5)隔绝空气条件下，
在800℃灼烧得到
。
①在实验室里灼烧晶体时，应把晶体放在 (陶瓷仪器)中灼烧。
②灼烧时的化学方程式为 。
【答案】(1)SiO2、CaSO4
(2)炉渣粉碎；适当增大硫酸浓度；适当升温；搅拌
(3)
＋2Fe3＋+H2O=
+2Fe2＋+2H＋
(4)用玻璃棒引流，加蒸馏水至浸没沉淀，让水自然流下，重复操作2～3 次，至洗净为
止
(5) 坩埚 BaTiO(C2O4)2·4H2O
BaTiO3+2CO↑+2CO2↑+4H2O
【分析】含钛高炉渣(主要成分为
，还含有少量
、
、
)加稀硫酸酸浸，
SiO2不反应，
反应生成CaSO4，
、
溶解，则过滤后浸渣主要成分为SiO2
和CaSO4，浸出液中含TiO2+、Fe3+、H+等离子；往浸出液中加Na2SO3溶液将Fe3+还原
为Fe2+，调节pH 使
完全转化为沉淀，过滤后所得沉淀加H2C2O4酸溶，加BaCl2
溶液生成产品
，过滤、洗涤干燥后再高温分解得到
。
【详解】（1）“酸浸”过程中，SiO2和稀硫酸不反应，CaO 和稀硫酸反应生成微溶物
CaSO4，因此“浸渣”的主要成分为SiO2和CaSO4。
（2）将炉渣粉碎，增大反应的接触面积，适当增大硫酸浓度，适当升温，搅拌等，均
能加快反应速率，提高“酸浸”的浸取率。
（3）往浸出液中加Na2SO3溶液将Fe3+还原为Fe2+，离子反应方程式为
＋2Fe3＋
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+H2O=
+2Fe2＋+2H＋。
（4）洗涤沉淀的方法是：用玻璃棒引流，加蒸馏水至浸没沉淀，让水自然流下，重复
操作2～3 次，至洗净为止。
（5）①灼烧固体需要坩埚，则应把晶体放在坩埚中灼烧；
②隔绝空气条件下，BaTiO(C2O4)2·4H2O 受热分解得到BaTiO3，同时得到水蒸气，由元
素守恒和得失电子守恒可知，该反应还有CO 和CO2生成，反应的化学方程式为
BaTiO(C2O4)2·4H2O
BaTiO3+2CO↑+2CO2↑+4H2O。
5．一种以转炉钒渣(主要成分为V2O3、FeO、SiO2及少量MgO、CaO、Al2O3)为原料实
现低成本回收钒资源的生产工艺如下：
表一：相关金属离子[c0(Mn+) = 0.01 mol·L−1]形成氢氧化物沉淀的pH 范围如下：
金属离子
Fe2+
Fe3+
Al3+
Mg2+
开始沉淀的pH
7.5
2.2
3.7
9.4
沉淀完全的pH
9.0
3.2
4.7
10.9
表二：部分含钒物质在水溶液中主要存在形式如下：
pH
<1
1 ~ 4
6 ~ 8.5
>13
主要形式
VO
V2O5
VO
VO
备注
多钒酸盐在水中溶解度较小
已知：①“焙烧”的主要反应之一为：CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)；
②在焙烧过程中产生Ca2V2O7；其中，Ca2V2O7在水中的溶解度小，易溶于稀硫酸和碱
溶液。
(1)Ca2V2O7中V 的化合价为 ，写出在焙烧过程中产生Ca2V2O7的化学方程式
。
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(2)“稀H2SO4调pH”后钒元素主要以VO 存在，生成VO 的离子方程式为 。
(3)“滤渣2”的主要成分是 。利用上述表格数据，计算Fe(OH)3的Ksp= 。
(4)“调pH 值至6~8.5”时控制温度不超过40℃，原因是 。
(5)已知“沉钒”得到NH4VO3，该环节通常需要加入过量 (NH4)2SO4，其原因是
。
(6)有机卤化铅晶体具有独特的光电性能，下图为其晶胞结构示意图。
① 原子坐标参数A1为(0，0，0)；B 为(
，
，
)，则X2为 。若该晶胞的边
长为a nm，则最近的两个Cl-中心间的距离是 。
② 在该晶胞的另一种表达方式中，若图中Pb2+处于顶点位置，则Cl-处于 位置。
A．顶点 B．面心 C．体心 D．棱心
【答案】(1) +5 2CaO + V2O3 + O2 = Ca2V2O7
(2)Ca2V2O7 + 6H+ + 2SO
= 2VO
+ 2CaSO4+ 3H2O
(3) Fe(OH)3 10-37.4
(4)高于40℃，氨气逸出导致Fe3+沉淀反应速率下降
(5)利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全
(6) (1，
，
)
a nm D
【分析】钒渣(主要成分为V2O3、FeO、SiO2及少量MgO、CaO、Al2O3)，在空气中焙
烧，CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)，产生Ca2V2O7、Fe2O3；加稀硫酸调pH＜1，SiO2此过
程中不反应，过滤得滤渣1 为硫酸钙、SiO2，据信息知，所得滤液中含有
外，还
有Mg2+、Al3+、Fe3+、
，滤液中加入氨水调节pH=6~8.5，
沉淀为V2O5，根据
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表2 信息， Fe3+、Al3+完全转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，过滤，滤渣2 中含
Fe(OH)3、Al(OH)3，滤渣2 中加入NaOH 使Al(OH)3转化为NaAlO2，则滤渣3 的主要
成分为Fe(OH)3；滤液含
，加硫酸铵 “沉钒”得到NH4VO3，煅烧纯净的NH4VO3
得到V2O5；
【详解】（1）Ca2V2O7中V 的化合价为+5，在焙烧过程V2O3 被O2 氧化产生
Ca2V2O7，化学方程式为2CaO + V2O3 + O2 = Ca2V2O7。
（2）已知Ca2V2O7在水中的溶解度小，易溶于稀硫酸， “稀H2SO4调pH”后钒元素主
要以VO 存在，则生成VO 的离子方程式为Ca2V2O7 + 6H+ + 2SO
= 2VO
+
2CaSO4+ 3H2O。
（3）据分析“滤渣2”的主要成分是Fe(OH)3。利用上述表格数据，0.01 mol·L−1Fe3+形
成氢氧化物沉淀时的pH=2.2，则常温下
。
（4）已知氨水易挥发，则用氨水“调pH 值至6~8.5”时控制温度不超过40℃，原因是：
高于40℃，氨气逸出导致Fe3+沉淀反应速率下降。
（5）已知“沉钒”得到NH4VO3 NH4VO3存在沉淀溶解平衡：NH4VO3(s)
(aq)＋VO (aq)，“沉钒”中加入过量(NH4)2SO4，则增大c(
)，有利于NH4VO3结
晶析出，故答案为：利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全。
（6）① 由图可知，原子坐标参数A1为(0，0，0)；B 为(
，
，
)，则X2为(1，
，
)。若该晶胞的边长为a nm，则最近的两个Cl-中心间的距离是晶胞边长一半的
倍，即为
a nm。
②图中Pb2+处于2 个Cl-的中点，则在该晶胞的另一种表达方式中，若图中Pb2+处于顶
点位置，则Cl-处于2 个Pb2+的中点，故Cl-处于棱心位置，选D。
6．铋及其化合物广泛应用于电子材料、医药等领域。一种以氧化铋渣(主要成分是
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、
、
、
和
等)为原料，制取高纯
的工业流程如图所示：
已知：①该工艺条件下，相关金属离子形成氢氧化物沉淀的
范围如下：
离子
开始沉淀的
1.5
3.6
4.5
沉淀完全的
3.2
4.7
6.7
②
不溶于稀硫酸
③常温下，
，
④硫代乙酰胺(
)在酸性溶液中会水解为乙酰胺(
)
和
回答下列问题：
(1)
与
同族，
原子处于基态时电子占据最高能级的电子云轮廓图为 形。
(2)“滤渣1”的主要成分为 (填化学式)。
(3)“沉铋”时，
转化为
沉淀。往“滤液1”中加入铁粉，可回收其中的
金属。
(4)“洗涤”时先用水洗，再用稀硫酸洗涤。用稀硫酸洗涤的目的是 。
(5)“转化”分两步进行：
第一步，用
溶液将
转化为
。常温下，当该过程达到平衡状态时，
测得溶液的
，则此时溶液中
；
第二步
受热分解为
。
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(6)“酸溶”工序通常会加入过量的盐酸，其作用为：①充分溶出
；② 。
(7)从“滤液3”中分离出乙酰胺以后，可返回“酸溶”或“酸浸”工序中循环使用，则
“硫化”过程的化学方程式为 。
【答案】(1)哑铃
(2)
(3)铜或
(4)除去
中的
杂质
(5)0.04
(6)抑制
的水解
(7)
+3
+
【分析】铋矿渣(主要成分是
、
、
、
和
等)，加入盐酸酸浸，
滤渣1 为AgCl，溶液中含有Cu2+、Bi3+、 Fe3+、Al3+，加入NaOH 调节pH=2.5，滤饼
中含有BiOCl 和Fe(OH)3，再加入NaOH 生成Bi(OH)3，进而转化为Bi2O3，用盐酸溶解
Bi2O3后加入硫代乙酰胺，得到Bi2S3，以此解答。
【详解】（1）Bi 与N 同族，Bi 原子处于基态时价层电子排布为6s26p3，占据最高能级
的是6p，电子云轮廓图为哑铃形。
（2）由分析可知，“滤渣1”的主要成分为
。
（3）“沉铋”时加入NaOH 溶液，Bi3+转化为BiOCl，“沉铋"所得滤液中含有Cu2+、
Bi3+、Fe3+、Al3+，加入铁粉，发生反应：Fe+Cu2+=Cu+Fe2+，可回收其中的Cu。
（4）加入NaOH 溶液，调节pH=2.5，滤饼中含有BiOCl 和Fe(OH)3，用稀硫酸洗涤的
目的是除去
中的
杂质。
（5）已知
，用NaOH
溶液将BiOCl 转化为Bi(OH)3，离子方程式为：BiOCl+OH-+H2O
Bi(OH)3+Cl-，测得
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溶液的pH=13，c(OH-)=
=0.1mol，该反应的平衡常数K=
=
=0.4，c(Cl-)=0.04mol/L。
（6）“酸溶”工序通常会加入过量的盐酸，其作用为：①充分溶出Bi3+；②抑制
Bi3+的水解
。
（7）从“滤液3”中分离出乙酰胺以后，可返回“酸溶”或“酸浸”工序中循环使用，
说明滤液3 过滤后的溶液中含有HCl，则
和
反应生成Bi2S3、HCl
和
，化学方程式为：
+3
+
。
7．利用软锰矿(主要成分是MnO2，还含少量CaO、MgO、SiO2、Al2O3等杂质)制取高
纯硫酸锰的工艺流程如图所示。
已知：常温下，一些金属氢氧化物沉淀的pH 如表：
氢氧化物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Mn(OH)2
Al(OH)3
开始沉淀pH
1.5
6.5
7.7
3.8
沉淀完全pH
3.7
9.7
9.8
5.2
常温下，一些难溶电解质的溶度积常数如表：
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难溶电解
质
MnF2
CaF2
MgF2
Ksp
5.3×10-3
1.5×10-10
7.4×10-11
回答下列问题：
(1)滤渣1 的主要成分是 (填化学式)；将软锰矿、铁屑和硫酸按一定比例放入反
应装置中，搅拌、加热反应一定时间，其中搅拌、加热的目的是 ；从“深度除
杂”后的溶液中得到MnSO4固体的操作为 、降温结晶、过滤、洗涤和干燥。
(2)“浸取”时，溶液中的Fe2+与MnO2反应生成Fe3+的离子方程式为 ，“浸出
液”需要鼓入一段时间空气后，再进行“沉铁”的原因是 。
(3)“沉铁、铝”时，加CaCO3控制溶液pH 范围是 ；常温下，Ksp[Al(OH)3]=
。
(4)“深度除杂”中加入MnF2可以除去 离子和 离子，原因是 。
【答案】(1) SiO2和CaSO4 使反应物充分接触，加快反应速率 蒸发浓缩
(2) 2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O 便于除去Fe2+
(3) 5.2~7.7(或5.2
pH
7.7)
(4) 钙 镁 反应MnF2+Mg2+
Mn2++MgF2、MnF2+Ca2+
Mn2++CaF2的平
衡常数K 均大于105，可以视为反应完全进行
【分析】软锰矿(主要成分是MnO2，还含少量CaO、MgO、SiO2、Al2O3等杂质)中加入
铁屑和稀硫酸溶解，得到含MnSO4、FeSO4、MgSO4、NiSO4、H2SO4的溶液，其中
SiO2和反应生成的大部分CaSO4进入滤渣1；浸出液中需要鼓入一段时间空气，目的是
将Fe2+氧化为Fe3+，再加碳酸钙调节pH“沉铁、铝”，所得滤渣2 主要成分为
Fe(OH)3、Al(OH)3和CaSO4；滤液中加入MnF2“深度除杂”，形成CaF2和MgF2沉淀过
滤除去，最后溶液经一系列操作得到MnSO4晶体。
【详解】（1）CaO 和稀硫酸反应生成微溶于水的CaSO4，SiO2不溶于稀硫酸，因此滤
渣1 的主要成分是SiO2和CaSO4；搅拌、加热的目的是使反应物充分接触，加快反应
速率，提高浸取率；“深度除杂”后的MnSO4溶液经蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗
涤和干燥可得MnSO4固体。
（2）酸性条件下，Fe2+与MnO2反应生成Fe3+和Mn2+，其离子反应方程式为2Fe2+
+MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O；“浸出液”中需要鼓入一段时间空气，目的是将
Fe2+氧化为Fe3+，再调节pH 最终转化为Fe(OH)3除去。
（3）“沉铁、铝”时，需将Fe3+、Al3+全部转化为沉淀除去，根据表格数据，pH
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5.2，同时Mn2+不能沉淀，则pH
8.7。因此加CaCO3控制溶液pH 范围是5.2
pH
7.7
或5.2~7.7；由表格数据可知，当Al3+沉淀完全时，溶液pH=5.2，此时
，
。
（4）“深度除杂”中加入MnF2可以除去钙离子和镁离子，原因是反应
，
。反应
，
。即两反应的平
衡常数K 均大于105，可以视为反应完全进行。
8．钒的用途十分广泛，有金属“维生素”之称。以含钒石煤(主要成分为
、
，
杂质有
、
及
、
、
等化合物)制备单质钒的工艺流程如图所示。
已知：
①该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀时和完全沉淀时的
如下表所示：
金属离子
开始沉淀时
1.9
7.0
3.0
8.1
完全沉底时
3.2
9.0
4.7
10.1
②
，
，
远大于
。
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回答下列问题：
(1)为了提高“焙烧”效率，可采取的措施有 、
(2)“焙烧”时，
、
都转化为
，写出
转化为
的化学
方程式为
(3)“水浸”加入
调节溶液的
为8.5，可完全除去的金属离子有 ，
部分除去的金属离子有 。“水浸”加入过量
不能使
完全转
化为
，原因是 。
(4)“离子交换”与“洗脱”可表示为
(
为强碱
性阴离子交换树脂，
为
在水溶液中的实际存在形式)，则“洗脱”过程中
“淋洗液”最好选用
(5)“沉钒”过程析出
晶体，需要加入过量
，目的是 。
(6)钒的某种氧化物的晶胞结构如图所示，晶胞的长、宽、高分别是apm、bpm、cpm，
阿伏加德罗常数的值为
，则该晶体的密度为
(用含a、b、c、
的代数式表示)。
【答案】(1) 将钒石煤和
混合粉碎 适当提高焙烧温度；适当增大氧气
流量
(2)
(3)
、
、
反应
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的平衡常数
(4)
溶液
(5)利用同离子效应，促进
晶体的析出，提高沉钒率(利用沉淀溶解平衡也可)
(6)
【分析】含钒石煤(主要成分为
、
，杂质有
、
及
、
、
等
化合物)中加入CaCO3，通入O2焙烧，
、
都转化为
，水浸并加入
Na2CO3调节pH 为8.5，根据表中各物质开始沉淀和完全沉淀的pH 可知，此时Fe3+和
Al3+沉淀完全，Mg2+和Mn2+部分沉淀，随后进行离子交换，用淋洗液洗脱，加入NH4Cl
沉钒，煅烧后加入钙冶炼最后生成单质钒。
【详解】（1）为加快反应速率，提高“焙烧”效率，可采取将钒石煤和
混合粉
碎，增大反应物的接触面积；适当提高焙烧温度；适当增大氧气流量等措施实现。
（2）“焙烧”时，加入CaCO3并通入氧气，
、
都转化为
，反应
的化学方程式为
。
（3）“水浸”时加入
调节溶液的
为8.5，根据表格数据可得已完全沉淀的
离子有
、
，部分沉淀的有
、
；CaSiO3与CaCO3沉淀转化的方程式
为
，其平衡常数
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，故不能完全转化。
（4）“洗脱”过程是让反应
逆向进行，即需要加
入氯离子，为了不引入其他杂质，最好选用便宜易得的饱和NaCl 溶液。
（5）“沉钒”过程中需要加入过量
，其目的是利用同离子效应，促进
晶体的析出，提高沉钒率。
（6）该晶胞中，位于面上和晶胞内部的O 原子数为
，位于顶点和体心的
V 原子数为
，则该晶体的密度
。
9．钯(Pd)是一种贵金属，活性炭载钯催化剂广泛应用于石油化工、制药等工业，但使
用过程中因生成难溶于酸的PdO 而失活。一种从废钯催化剂(杂质主要含有机物、活性
炭、
及少量Fe、Cu 等元素)中回收海绵钯的工艺流程如图：
已知：I．阴、阳离子交换树脂的基本工作原理分别为
、
(
表示树脂的有机成分)。
Ⅱ．“沉钯”时得到氯钯酸铵
固体，不溶于冷水，可溶于稀盐酸。
请回答下列问题：
(1)进行“焙烧”的目的是 。
(2)“浸取”时，加入
有利于Pd 的溶解，生成的四氯合钯(Ⅱ)酸(
)为二元
强酸。加入浓盐酸和
后主要反应的离子方程式： 。
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(3)“离子交换除杂”应使用 (填“阳离子”或“阴离子”)树脂。
(4)“还原”过程
转化为
，在反应器出口处器壁内侧有白色晶体生成，该过程发
生的化学方程式为 ，且该反应的副产物可循环利用至 环节(填环节名称)。
(5)研究表明有些过渡金属型氢化物能高效的储存和输送氢能源，如LaH2.76、TiH1.73，
已知标准状况下，1 体积的钯粉大约可吸附896 体积的氢气(钯粉的密度为
10.64g·cm-3，相对原子质量为106.4)，试写出钯(Pd)的氢化物的化学式 。在第
二步还原过程中，也可用
代替N2H4进行热还原，但消耗的H2质量比理论值略高，
其原因是 。
【答案】(1)除去混合物中的有机物和活性炭，同时将金属氧化为金属氧化物有利于浸
出
(2)
(3)阴离子
(4) 2(NH4)PdCl4 + N2H4 = N2 + 2Pd + 4NH4Cl + 4HCl 浸取与洗脱
(5) PdH0.8 钯是一种优良的储氢金属，由于钯吸收储存了部分氢气，所以消耗
的H2质量比理论值略高
【分析】废钯催化剂(杂质主要含有机物、活性炭、
及少量Fe、Cu 等元素)在
空气中焙烧，将有机物燃烧、金属氧化为金属氧化物，用甲酸还原得到金属单质，过
滤，将钯渣用浓盐酸、氯酸钠浸取，再过滤，将滤液用离子交换除杂，再用洗脱机洗
脱，再用浓氨水沉钯，得到的产物用N2H4还原得到Pd。
【详解】（1）根据题中信息一种从废钯催化剂(杂质主要含有机物、活性炭、
及少量Fe、Cu 等元素)，则进行“焙烧”的目的是除去混合物中的有机物和活性炭，
同时将金属氧化为金属氧化物有利于浸出；故答案为：除去混合物中的有机物和活性
炭，同时将金属氧化为金属氧化物有利于浸出。
（2）“浸取”时，加入
有利于Pd 的溶解，生成的四氯合钯(Ⅱ)酸(
)为
二元强酸，则电离出
，因此加入浓盐酸和
后主要反应是Pd 和氯酸钠、
盐酸反应生成四氯合钯(Ⅱ)酸钠、四氯合钯(Ⅱ)和水，其反应的离子方程式：
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；故答案为：
。
（3）由于溶液中含有
，因此 “离子交换除杂”应使用阴离子树脂将
交
换；故答案为：阴离子。
（4）“沉钯”时得到氯钯酸铵
固体，则“还原”过程
转化为
，
在反应器出口处器壁内侧有白色晶体生成，该过程发生的化学方程式为2(NH4)PdCl4 +
N2H4 = N2 + 2Pd + 4NH4Cl + 4HCl，根据流程图中盐酸用于浸取，洗脱过程中将
变为(NH4)PdCl4，因此该反应的副产物可循环利用至浸取与洗脱环节；故答案为：
2(NH4)PdCl4 + N2H4 = N2 + 2Pd + 4NH4Cl + 4HCl；浸取与洗脱。
（5）研究表明有些过渡金属型氢化物能高效的储存和输送氢能源，如LaH2.76、
TiH1.73，已知标准状况下，1 体积的钯粉大约可吸附896 体积的氢气(钯粉的密度为
10.64g·cm-3，相对原子质量为106.4)，则1L(物质的量为
)，896L 氢气的物质的量为40mol，则钯(Pd)的氢化物
的化学式PdH0.8。在第二步还原过程中，也可用
代替N2H4进行热还原，但消耗的H2
质量比理论值略高，其原因是钯是一种优良的储氢金属，由于钯吸收储存了部分氢气，
所以消耗的H2质量比理论值略高；故答案为：PdH0.8；钯是一种优良的储氢金属，由
于钯吸收储存了部分氢气，所以消耗的H2质量比理论值略高。
10．从水钴矿”(主要含Co2O3及少量Fe2O3、Al2O3、MgO、SiO2、MnO、MnO2、CaO
等杂质)中制备CoC2O4•2H2O 的工艺如图：
已知：①电极电势的大小反映了氧化剂的氧化能力相对大小。见表：
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电极电
势
Co3+/Co2+
H2O2/H2O
ClO-/Cl-
Cl2/Cl-
O2/H2O
Fe3+/Fe2+
I2/I-
E0/V
1.84
1.78
1.49
1.36
1.23
0.77
0.53
②浸出液中主要含有的阳离子有Co2+、Fe2+、Al3+、Mg2+、Mn2+、Ca2+。
③该工艺条件下，金属离子浓度对数lgc 随pH 变化情况如图示(浓度≤10-5mol•L-1时，
该金属离子沉淀完全)。
回答下列问题：
(1)写出MnO2被还原浸出的离子方程式 。Na2SO3除了还原某些金属氧化物外，
还有 作用。
(2)“氧化”步骤为了除去Fe2+，不合适的氧化剂有 (填字母标号)。
A．I2
B．O2
C．ClO-
D．H2O2
(3)“调pH”的范围是 ，滤渣1 主要有、 。
(4)磷酸二异辛酯的作用是 。
(5)加入(NH4)2C2O4沉钴时，初始n[(NH4)2C2O4]/n(Co2+)=1.15，沉淀时间10min，钴的沉
淀率随温度升高先增大后减小的原因是 。
(6)如图为CoC2O4•2H2O 在空气中受热的质量变化曲线，曲线中300℃及以上所得固体
均为钴氧化物。通过计算，写出B→C 的化学方程式 。
【答案】(1) MnO2+SO
+2H+=Mn2++SO
+H2O 防止生成Cl2
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(2)A
(3) 5.2≤pH＜7.6 Fe(OH)3、Al(OH)3
(4)富集萃取Co2+，与Na+、Mn2+分离
(5)温度较低时，沉淀速率较慢;温度较高时，CoC2O4溶解度较大
(6)3CoC2O4+2O2
Co3O4+6CO2
【分析】水钴矿加入稀盐酸与金属氧化物反应，Na2SO3还原Co3+、Fe3+、MnO2，加入
氧化剂与浸出液中Fe2+发生氧化还原反应生成Fe3+，加入碳酸钠调节pH 沉淀Fe3+、
Al3+得到滤渣1 为Fe(OH)3、Al(OH)3，加入NaF 除镁钙得到滤渣2 为MgF2、CaF2，萃
取Co2+，与Na+、Mn2+分离，反萃取后加入(NH4)2C2O4与Co2+反应生成CoC2O4•2H2O；
【详解】（1）MnO2被Na2SO3还原浸出Mn2+，反应的离子方程式MnO2+
+2H+=Mn2++
+H2O；Na2SO3除了还原Co3+、Fe3+、MnO2外，还有防止HCl 被氧化
生成Cl2；
（2）“氧化”步骤将Fe2+氧化为Fe3+以除去Fe2+，可选氧化剂：O2、ClO-、H2O2，选
用I2引入杂质I-离子，不合适的氧化剂有I2，故选A；
（3）加入碳酸钠调节pH 沉淀Fe3+、Al3+，由已知条件③可知，“调pH”的范围是
5.2≤pH＜7.6，滤渣1 主要有Fe(OH)3、Al(OH)3；
（4）磷酸二异辛酯的作用是富集萃取Co2+，与Na+、Mn2+分离；
（5）钴的沉淀率随温度升高先增大后减小的原因是：温度较低时，沉淀速率较慢;温
度较高时，CoC2O4溶解度较大；
（6）由图知18.3gCoC2O4•2H2O 的物质的量为
，B 点物质与起
始物质的质量相比减少18.3-14.7=3.6g，为结晶水的质量，故B 点化学式为CoC2O4，
Co 元素物质的量为0.1mol，Co 元素质量为5.9g，C 点钴氧化物的质量为8.03g，氧元
素质量为8.03-5.9=2.13g，物质的量为
，C 的化学式为Co3O4，B→C 的化
学方程式3CoC2O4+2O2
Co3O4+6CO2。
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