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第四章 金属及其化合物
第18 讲 “V、Cr、Mn、Co”等过渡金属化合物的制备流程
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核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、归纳重点
考点1 过渡金属——多变价★★☆☆☆
考点2 锰及其化合物★★★☆☆
考点3 锌及其化合物的转化★★★☆☆
考点4 铬的重要化合物★★★☆☆
考点5 钒的重要化合物★★★☆☆
考点6 钴及其化合物★★★☆☆
（星级越高，重要程度越高）
限时训练挑战场：感知真题，检验成果，考点追溯
考点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 将过渡金属转化为氢氧化物沉淀或难溶硫化物分离除去。
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考点2 锰及其化合物
1．锰单质
在空气中金属锰的表面被一层褐色的氧化膜所覆盖，甚至与冷的浓硝酸也形成氧化膜，所以呈化学惰
性。
2．锰的化合物
(1)Mn2＋
①在酸性条件下，很难被氧化，只有强氧化剂[如NaBiO3、PbO2、(NH4)2S2O8]才能将其氧化，如2Mn2
＋＋5NaBiO3＋14H＋===5Na＋＋5Bi3＋＋2MnO＋7H2O。
在碱性条件下，Mn2＋易被氧化为MnO 等，如5ClO－＋2Mn2＋＋6OH－===5Cl－＋2MnO＋3H2O。
Mn(OH)
②
2为白色难溶物，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)Mn(Ⅳ)
最重要的化合物是MnO2，是黑色结晶体或无定形粉末，在自然界中以软锰矿(MnO2·xH2O)形式存在，
不溶于水和硝酸。
①在酸性介质中，MnO2是较强的氧化剂，本身被还原为Mn2＋：MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===2Fe3＋＋Mn2＋
＋2H2O。
②氧化H2O2：MnO2＋H2O2＋2H＋===Mn2＋＋O2↑＋2H2O。
③碱熔条件下可被强氧化剂O2、KClO3、MnO 等氧化为MnO，如2MnO2＋4KOH＋O2===2K2MnO4＋
2H2O。
④锌锰干电池(ZnMnO2KOH)，正极：MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－。
(3)Mn(Ⅵ)
MnO(绿色)存在于强碱性溶液中，最重要的化合物是Na2MnO4和K2MnO4
①在中性、酸性环境中MnO 均发生歧化反应：
3MnO＋2H2O===2MnO＋MnO2↓＋4OH－；
3MnO＋4H＋===2MnO＋MnO2↓＋2H2O。
②锰酸钾是制备高锰酸钾(KMnO4)的中间体：2MnO＋2H2O=====2MnO＋2OH－＋H2↑。
(4)KMnO4
热稳定性差，通常保存在棕色试剂瓶中：2KMnO4=====K2MnO4＋MnO2＋O2↑。
①在酸性介质中，MnO 具有强氧化性，可以氧化Fe2＋、Cl－、H2C2O4、H2O2等，本身被还原为Mn2
＋，如MnO＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O。
②在弱碱性、中性或微弱酸性溶液中，MnO 仍旧是氧化剂，本身被还原为MnO2。
③在强碱性溶液中，当MnO 过量时，还原产物是MnO。
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考点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－。
考点4 铬的重要化合物
1．铬单质
铬在冷、浓HNO3中钝化，能溶于稀HCl、H2SO4，起初生成蓝色的Cr2＋溶液，而后为空气所氧化，变
成绿色的Cr3＋溶液：
Cr＋2HCl===CrCl2(蓝色)＋H2↑、
4CrCl2＋4HCl＋O2===4CrCl3(绿色)＋2H2O。
2．铬的化合物
(1)铬(Ⅲ)的氧化物——Cr2O3：绿色，具有两性，能与酸、碱反应。
①与酸反应：Cr2O3＋3H2SO4===Cr2(SO4)3＋3H2O。
②与碱反应：Cr2O3＋2NaOH=====2NaCrO2＋H2O。
Cr(Ⅲ)
③
在酸性条件下以Cr3＋存在，碱性条件下以Cr(OH)3、[Cr(OH)4]－(或CrO)存在。
Cr2O3和Cr(OH)3的转化关系：
④Cr3＋在酸性条件下是稳定的，只能被强氧化剂氧化，如：2Cr3＋＋3PbO2＋H2O===3Pb2＋＋Cr2O＋2H
＋。但在碱性条件下能被氧化成CrO：2Cr3＋＋3H2O2＋10OH－===2CrO＋8H2O。
⑤在碱性溶液中，亚铬酸盐(CrO)可以被H2O2或Na2O2氧化成铬酸盐(CrO)，如：
2CrO＋3H2O2＋2OH－===2CrO＋4H2O。
(2)铬(Ⅲ)的氢氧化物——Cr(OH)3：灰绿色，具有两性，既溶于酸，也溶于碱。
①与酸反应：Cr(OH)3＋3H＋===Cr3＋＋3H2O。
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②与碱反应：Cr(OH)3＋OH－===[Cr(OH)4]－。
(3)铬(Ⅵ)存在形式有多种，分别如下：
CrO
Cr2O
CrO3
CrO
黄色
橙色
红色或暗紫色
深红色
其中最重要的化合物是K2Cr2O7，在水溶液中Cr2O 和CrO 存在平衡：2CrO(黄色)＋2H＋⇌Cr2O(橙色)
＋H2O。
在酸性溶液中，Cr2O 具有强氧化性，可氧化Cl－、SO、I－、Fe2＋等，如氧化浓盐酸生成氯气：Cr2O＋
6Cl－＋14H＋===2Cr3＋＋3Cl2↑＋7H2O。
但在碱性溶液中CrO 的氧化性要弱得多。
考点5 钒的重要化合物
1.钒：常温下不活泼，不与空气、水、苛性碱作用，也不与非氧化性的酸作用，但溶于氢氟酸，也溶
于强氧化性的酸(如硝酸和王水)。
2.五氧化二钒：具有两性，但以酸性为主，微溶于水，可形成稳定的胶体，有较强的氧化性。
V2O5＋2NaOH===2NaVO3＋H2O；
V2O5＋6HCl===2VOCl2＋Cl2↑＋3H2O。
3.VO2＋、VO：在酸性介质中，VO 具有强氧化性，VO＋Fe2＋＋2H＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O，2VO＋
H2C2O4＋2H＋===2VO2＋＋2CO2↑＋2H2O。
4.钒酸盐：偏钒酸盐(如NH4VO3)、正钒酸盐(如Na3VO4)等在加热条件下不稳定，如
2NH4VO3=====V2O5＋2NH3↑＋H2O。
考点6 钴及其化合物
1．钴(Co)
(1)常温下与氧、硫等非金属单质无显著作用，但在高温时有剧烈反应。
(2)与稀H2SO4和稀盐酸反应较缓慢。
(3)在冷的浓硝酸中易钝化，与稀硝酸易反应。
(4)钴是两性金属。
2．钴的氧化物
CoO
Co2O3——氧化高钴
①物理性质：黑灰色，不溶于水、醇和氨
①物理性质：黑色，不溶于水
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水
②化学性质：一定条件下可被H2或CO 还
原成单质钴。能溶于酸和强碱
②化学性质：具有强氧化性
Co2O3＋6HCl===2CoCl2＋Cl2↑＋3H2O
3.钴的氢氧化物
Co(OH)2
Co(OH)3
①物理性质：不溶于水
②化学性质
a.能与酸反应：Co(OH)2＋H2SO4===CoSO4
＋2H2O
b.弱还原性：在空气中被缓慢氧化为棕褐
色的Co(OH)3；可被强氧化剂(如H2O2)迅
速氧化
①物理性质：棕色固体，不溶于水和乙醇
②化学性质：具有强氧化性
2Co(OH)3＋6HCl===2CoCl2＋Cl2↑＋6H2O
4.Co3＋仅能够存在于固态物质或配合物中，在水溶液中会发生反应4Co3＋＋2H2O===4Co2＋＋4H＋＋
O2↑。
【真题挑战】
1.(2024·黑吉辽，16)中国是世界上最早利用细菌冶金的国家。已知金属硫化物在“细菌氧化”时转
化为硫酸盐，某工厂用细菌冶金技术处理载金硫化矿粉(其中细小的Au 颗粒被FeS2、FeAsS 包裹)，
以提高金的浸出率并冶炼金，工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)北宋时期我国就有多处矿场利用细菌氧化形成的天然“胆水”冶炼铜，“胆水”的主要溶质为
(填化学式)。
(2)“细菌氧化”中，FeS2发生反应的离子方程式为 。
(3)“沉铁砷”时需加碱调节pH，生成 (填化学式)胶体起絮凝作用，
促进了含As 微粒的沉降。
(4)“焙烧氧化”也可提高“浸金”效率，相比“焙烧氧化”，“细菌氧化”的优势为
(填标号)。
A.无需控温
B.可减少有害气体产生
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C.设备无需耐高温
D.不产生废液废渣
(5)“真金不怕火炼”，表明Au 难被O2氧化，“浸金”中NaCN 的作用为
。
(6)“沉金”中Zn 的作用为
。
(7)滤液②经H2SO4酸化，[Zn(CN)4]2－转化为ZnSO4和HCN 的化学方程式为
。
用碱中和HCN 可生成 (填溶质化学式)溶液，从而实现循环
利用。
2.[2023·新课标卷，27(1)(2)(3)(4)(5)]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图所示：
已知：最高价铬酸根在酸性介质中以Cr2O7
2−存在，在碱性介质中以Cr O4
2−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SiO2和 。
(3)“沉淀”步骤调pH 到弱碱性，主要除去的杂质是 。
(4)“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀，该步需要控制溶液的
pH≈9 以达到最好的除杂效果，若pH<9 时，会导致 ；pH>9 时，
会导致 。
(5)“分离钒”步骤中，将溶液pH 调到1.8 左右得到V2O5沉淀，V2O5在pH<1 时，溶解为V O2
＋或
VO3＋，在碱性条件下，溶解为V O3
−或V O4
3−，上述性质说明V2O5具有 (填标号)。
A.酸性
B.碱性
C.两性
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【限时训练】（限时：60 分钟）
题组一 钛、钒、铬、锰、钴、镍及其化合物的实验
1．(2025·广西模拟预测)实验室模拟工业处理含铬废水，操作及现象如图1，反应过程中铬元素的化合
价变化如图2，下列说法正确的是( )
已知：深蓝色溶液中生成了CrO5。
A．实验开始至5 s，铬元素被氧化
B．实验开始至30 s，溶液中生成Cr3＋的总反应离子方程式为：Cr2O＋3H2O2＋8H＋===2Cr3＋＋7H2O＋
3O2↑
C．30 s 至80 s 的过程，一定是氧气氧化了Cr3＋
D．80 s 时，溶液中又生成了Cr2O3，颜色相比于开始时浅，是水稀释所致
2．(2025·湖南二模)实验室以VOCl2溶液和碳酸氢铵溶液制备氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体，装置如图所
示。已知：VO2＋能被O2氧化。下列说法不正确的是( )
A．Ⅱ中的试剂为饱和NaHCO3溶液
B．实验开始时应先打开活塞a，一段时间后，再打开活塞b
C．Ⅲ中的反应为氧化还原反应
D．反应完全，小心取下分液漏斗，停止通气，立即塞上橡胶塞，将锥形瓶置于CO2保护下的干燥器
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中，静置过夜，得到晶体
题组二 钛、钒、铬、锰、钴、镍的制备工艺
3．(2025·福建宁德三模)从废旧镍钴锰三元锂电池正极材料[主要含Li(Ⅰ)、Ni(Ⅱ)、Co(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)等金
属的氧化物]中回收钴的一种流程如下：
已知：高锰渣中锰以MnO2的形式存在。下列说法正确的是( )
A．“溶浸”中Na2SO3被还原
B．“脱铝”得到的滤渣成分是Al(OH)3
C．“脱锰”的离子方程式为：Mn2＋＋S2O＋2H2O===2SO＋MnO2↓＋4H＋
D．“系列操作”含蒸发结晶、洗涤、干燥
4．(2025·河北模拟预测) MnO2常用于锰盐制备，也用作氧化剂、催化剂等。由富锰废料(含MnO2、
MnCO3和少量Fe2O3、Al2O3、NiO)进行废气脱硫并制备MnO2的工艺流程如下：
下列叙述正确的是( )
A．“化浆”所得浆液中的锰元素均为Mn2＋
B．吸收SO2的主要反应为2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋SO＋4H＋
C．滤渣1 中含有大量MnO2，应回收再利用
D．转化反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为2 3∶
题组三 钛、钒、铬、锰、钴、镍的综合考查
5．(2024·河北高考)V2O5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V2O5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。
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已知：ⅰ.石煤是一种含V2O3的矿物，杂质为大量Al2O3和少量CaO 等；苛化泥的主要成分为
CaCO3、NaOH、Na2CO3等。
ⅱ.高温下，苛化泥的主要成分可与Al2O3反应生成偏铝酸盐；室温下，偏钒酸钙[Ca(VO3)2]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
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
CO2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________(填字母)。
a．延长沉钒时间 b．将溶液调至碱性
c．搅拌 d．降低NH4Cl 溶液的浓度
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