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4-1 物质分离提纯类
核心是“除杂”
这类题的生产目的非常明确：从含有杂质的原料中，得到纯净的目标物质。
原料特征：通常为矿石、废渣、工业盐等，成分复杂，含有大量伴生元素。
产品特征：纯度要求高，产品常以结晶水合物（如 FeCl3⋅6H2O）、氧化物（Al2O3）或纯净盐类形式
存在。
流程逻辑：流程设计的核心就是“怎么把杂质去掉”。
如果是固体原料，通常先溶解，让目标离子和杂质离子都进入溶液，然后再分批沉淀分离。
如果是气体原料，通常用吸收液吸收，然后解析出来。
考查重点：
如何让杂质离开（沉淀、挥发、萃取）。
如何在这个过程中不让目标物质损失。
如何判断杂质除干净了。
第一步：看两头，定目标
先别看中间复杂的箭头，直接看原料和产品。
找原料：框框里写了什么？通常有主元素（你要的）和杂质元素（不要的）。
审题动作：用笔圈出目标元素（如 Co），划掉非目标杂质（如 Fe、Al、Cu）。
找产品：最终生成的物质是什么？是氧化物、金属单质还是盐？
审题动作：看产品中目标元素的价态和存在形式。如果原料中是 Fe2+，产品中是 Fe3+，中间
肯定要有氧化步骤。
第二步：看箭头，跟流向
顺着流程线，重点关注目标元素去了哪里，杂质元素在哪一步被除去。
主线：目标元素的走向。
支线：滤渣、滤液、气体副产物的去向。
审题动作：看到一个“过滤”操作，立刻问自己：滤渣是什么？滤液里还有什么？
第三步：看陌生，找提示
陌生物质：题目中出现的你没见过的化学式（如 Na2SeO3），一般会在题干或已知部分给出信息，
或者可以通过化合价推断。
坐标图/数据表：近年来高考常考pH 范围沉淀图、溶解度曲线图。一定要看图，这是判断除杂条件
的关键依据。
1. 关于“浸出/溶解”的操作
问：为什么粉碎矿石？
o
答：增大接触面积，加快浸出/反应速率，提高浸出率。
问：为什么用某某溶剂浸取？（如盐酸、硫酸、氢氧化钠）
o
答：使目标元素转化为可溶性离子进入溶液，与不溶性杂质分离；或使杂质溶解而目标元
素不溶（反其道而行之）。
2. 关于“调节pH”除杂
这是分离提纯类题目中最重要的考点。
问：加入 XO（如 CuO、MgO、CaCO3）调节pH 的目的是什么？
o
答题模板：消耗溶液中的 H+，升高pH，使 Fe3+（或其他杂质离子）完全水解生成 Fe(OH
)3 沉淀而除去，同时不引入新的杂质。
问：控制pH 的范围是多少？
o
答题模板：看题目给出的图表。原则是：大于杂质离子完全沉淀的pH，小于目标离子开始
沉淀的pH。（例如：使 Fe3+沉淀完全，但 Co2+ 不沉淀）。
3. 关于“过滤”与“洗涤”
问：如何洗涤沉淀？
o
答：向过滤器中加入蒸馏水（或冷水、乙醇）至浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作2-3
次。
o
注意：如果晶体易溶于水，常用乙醇洗涤，目的是减少溶解损失，且乙醇易挥发，便于干
燥。
问：如何判断沉淀已洗涤干净？
o
答题模板：取最后一次洗涤液少许于试管中，滴加某试剂（针对滤液中的特征离子，如 C
l−、SO4
2−），若无明显现象（如无白色沉淀、无颜色变化），说明沉淀已洗涤干净。
4. 关于“结晶”与“干燥”
问：从溶液中得到晶体的方法？
o
若产品为溶解度随温度变化大的物质（或含结晶水）：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗
涤、干燥。
o
若产品为溶解度随温度变化小的物质（或受热易分解）：蒸发结晶（至大量晶体析出）、
趁热过滤、洗涤、干燥。
o
注意：如果有“减压蒸发”或“低温干燥”，通常是为了防止产品受热分解或失去结晶
水。
口诀：首尾定目标，箭头看流向；除杂不留新，沉淀看pH；洗涤要检验，结晶
防分解。
易错点 1：方程式忘写介质
场景：书写浸出反应或调节pH 时的离子方程式。
错误示范：写 Fe3++3H2O=Fe(OH)3+3H+
正确姿势：水解反应是可逆的，且通常需要加热条件。应写为 Fe3++3H2O⇌Fe(OH)3+3H+。更重要的
是，如果题目说“加入 Na2CO3 调节pH 促进 Fe3+水解”，要考虑双水解反应，写成 2Fe3++3CO3
2−
+3H2O=2Fe(OH)3↓+3CO2↑。
易错点 2：除杂试剂的选择“引狼入室”
场景：为了除去 Fe3+，需要调pH，但选错了试剂。
错误示范：为了除去 Cu2+溶液中的 Fe3+，用 NaOH 调pH。
正确逻辑：用 NaOH 虽然能调高pH，但会把 Cu2+ 也沉淀了，且引入 Na+新杂质。应该用 CuO、
Cu(OH)2 或 CuCO3，既能消耗 H+ 调高pH，又不引入新杂质。
易错点 3：结晶方式的误判
场景：从 FeCl3溶液中得到 FeCl3⋅6H2O。
错误示范：直接蒸发结晶。
正确逻辑：直接蒸发会促进 Fe3+水解，且加热过度会使结晶水失去或产物分解。正确做法是在 H
Cl 气流中（抑制水解）蒸发浓缩、冷却结晶。
易错点 4：循环物质的误判
场景：问“流程中可循环利用的物质”。
错误示范：看到箭头指回前面，就随便写一个。
正确逻辑：循环物质的特点是在上一部反应中生成，在下一步反应中作为反应物投入。通常指母
液、滤液中的酸或某沉淀剂。
【典例】
【审题】
1．（25-26 高三下·河南郑州·开学考试）
常作为玻璃陶
瓷的着色剂，使玻璃、陶瓷呈现黄色或绿色；同时提升产
品的耐热性。以钒渣（主要含
，还有少量
MnO、
、
等）为原料提取
的流程如图所
示。
已知：
难溶于水和碱，可溶于酸，灼烧可生成
；
。
回答下列问题：
（1）自旋量子数（
）表示电子自旋，顺时针旋转时，
；逆时针旋转时，
。基态V 原子的自旋
量子数（
）总和为______，V 位于周期表______区。
（2）滤液1 中阴离子除
外，还有______（填离子符
号），滤渣1 的主要成分是______（填化学式）。
（3）“焙烧”时
反应生成
和
，该反应
的化学方程式为____________。
（4）写出“沉锰”时反应的离子方程式：____________。
（5）向“沉锰”的滤液中需加入过量
，其目的是
____________（从平衡移动角度分析，用必要的文字和化
学用语回答）。
（6）“系列操作X”包括过滤、洗涤，检验
洗涤干净
的试剂为______。
（7）已知
的结构为
，在“酸溶”时，溶
液中含有
。已知
具有八元环结构，其结
构式可表示为______。
流程：整体把握工艺主线
原料：钒渣（主要含 Fe(VO₂)₂，还有少
量 MnO、Al₂O₃、SiO₂ 等）
步骤：
碱溶（加NaOH）→ Al₂O₃、SiO₂
溶解生成 Na[Al(OH)₄] 和 Na₂SiO₃
进入滤液1；Fe(VO₂)₂、MnO 不溶
进入滤渣
焙烧（滤渣加 Na₂CO₃、通O₂）→
Fe(VO₂)₂ 被氧化生成 NaVO₃ 和
Fe₂O₃
酸溶（加H₂SO₄）→ 溶解焙烧产
物，得到含 Fe³⁺、VO₃⁻、Mn²⁺ 等
的溶液
沉铁（调pH ）→ Fe³⁺ 沉淀为
Fe(OH)₃（滤渣1）
沉锰（加Na₂SO₃、NH₄HCO₃）→
Na₂SO₃ 还原高价锰为 Mn²⁺ ，
NH₄HCO₃ 沉淀 Mn²⁺ 为 MnCO₃
沉钒（加(NH₄)₂SO₄）→ NH₄⁺ 与
VO₃⁻ 生成 NH₄VO₃ 沉淀
煅烧 → NH₄VO₃ 分解得 V₂O₅
流程主线：通过选择性溶解、氧化焙烧、沉
淀分离，将钒从复杂矿物中逐步富集并
转化为目标产物 V₂O₅。
原理：每一步的化学本质
碱溶：Al₂O₃（两性氧化物）和 SiO₂（酸
性氧化物）与 NaOH 反应生成可溶性
盐，而 Fe(VO₂)₂（偏钒酸亚铁）和 MnO
（碱性氧化物）不溶，实现初步分离。
焙烧：Fe(VO₂)₂ 在 O₂ 和 Na₂CO₃ 作用
下被氧化，V 从 +4 升至 +5 生成
NaVO₃，Fe 从 +2 升至 +3 生成 Fe₂O₃，
属于氧化还原反应。
沉锰：Na₂SO₃ 将高价锰还原为 Mn²⁺（防
止 Mn 以高价态沉淀损失）；Mn²⁺ 与
HCO₃⁻ 反应生成 MnCO₃ 沉淀，利用碳
酸盐溶度积差异。
沉钒：加入过量 (NH₄)₂SO₄，增大 NH₄⁺
浓度，利用同离子效应使 NH₄VO₃ 沉淀
完全。
煅烧：NH₄VO₃ 热分解生成 V₂O₅、NH₃
和 H₂O。
3. 计算：关键定量分析
第(1)问自旋量子数总和：基态 V（原子
序数23）电子排布为 [Ar]3d³4s²，3d 轨
道有3 个未成对电子，每个电子自旋量
子数为 +1/2 或 -1/2，但通常取相同方
向，总和为 +3/2 或 -3/2（题目要求写总
和，可写为 3/2 或 1.5）。
第(5) 问平衡移动解释：加入过量
(NH₄)₂SO₄，c(NH₄⁺) 增大，使平衡 NH₄⁺
+ VO₃⁻ ⇌ NH₄VO₃↓ 向右移动，提高产
率。
第(7)问结构推断：H₄V₄O₁₂ 由 4 个 VO₄
四面体通过共用氧原子形成八元环，需
根据已知 H₃VO₄ 结构（三个OH）推断
脱水后的环状结构。
操作：实验与工业控制要点
碱溶：用 NaOH 溶液，控制浓度和温
度，确保 Al、Si 充分溶解而 Fe、Mn
不溶。
焙烧：需通入足量 O₂，保证 Fe(VO₂)₂
完全氧化。
沉锰：先加 Na₂SO₃ 还原，再加
NH₄HCO₃ 沉淀，顺序不可颠倒。
沉钒：加入过量 (NH₄)₂SO₄，充分搅拌使
沉淀完全。
洗涤检验：用 BaCl₂ 溶液检验洗涤液中
是否含 SO₄²⁻，判断 NH₄VO₃ 是否洗
净。
1．（25-26 高三下·重庆·月考）某科研团队以高铬型钒磁铁矿(主要成分为FeV2O4、FeCr2O4及SiO2、
Al2O3等杂质)，通过以下工艺流程提取钒和铬。
已知：①焙烧后，钒元素以
形式，铬元素以
形式存在；
②
。
（1）写出基态Cr 原子的简化电子排布式：_______；下列V 原子的价层电子排布图中，处于基态的是
_______(填序号)。
A．
B．
C．
D．
（2）高铬型钒磁铁矿因表面附着有矿物油，可用_______(填序号)洗涤。
A．NaOH 溶液
B．H2SO4溶液
C．乙醇溶液
D．碳酸钠溶液
（3）写出FeV2O4焙烧的化学方程式：_______。
（4）滤渣2 为_______(填化学式)。
（5）“沉钒”得到
，若洗脱后的溶液中
，为使钒元素的沉淀率达到
，则沉钒后溶液中的
至少为_______
。(忽略溶液体积的变化)
（6）为测定所制得
样品的纯度，进行如下实验：称取2.000 g 样品，用稀硫酸溶解、定容得
溶液。量取20.00 mL 溶液放入锥形瓶中，加入过量的
溶液，再用
标准溶液滴定过量的
至终点，消耗标准溶液的体积为8.00 mL。则
样品的纯度为_______。
已知：实验过程中反应如下：
(未配平)；
(未配平)。
2．（2026·河北·一模）工业上常从钒铁合金的炼钢残渣(主要含FeO、V2O3，还有少量硅、铝的氧化物
等杂质)中提取金属钒，其工艺流程如图所示。
已知：①钒有多种价态，其中+5 价最稳定；②+5 价V 在强酸性条件下以
形式存在，在碱性条件下
以
形式存在；③25℃时，Ksp(NH4VO3)=1.6×10-3；④用有机萃取剂HA 萃取时，对阳离子萃取
能力由强到弱的顺序为Fe3+>VO2+>
>Fe2+。
（1）基态钒原子的核外电子的运动状态有___________种。
（2）“粉碎”的目的是___________；“焙烧”时V2O3发生反应的化学方程式为___________。
（3）“浸渣”的成分是___________(填化学式)；“还原”的目的是___________。
（4）加入KClO3后发生反应的离子方程式为___________。
（5）“调pH”后测得溶液中c(
)=0.1mol·L-1，若“沉钒”时钒元素沉淀率达到99%，则“沉钒”后
溶液中的c(
)=___________mol·L-1。
（6）检验NH4VO3沉淀是否洗净的操作是___________；“煅烧”产生的气体可在___________中使用
(填工序名称)。
3．（25-26 高三下·江苏·开学考试）一种从多金属精矿(主要含有Fe、Al、Cu、Ni、O 等元素)中提取
Fe、Cu、Ni 的工艺。
（1）酸浸后的溶液除铁。除铁时，须调节
，通入空气并高压加热。除铁时
生成
的离子
方程式为______，采取高压的原因是______。
（2）沉铝。调节
沉铝时，
最高可调至______(溶液体积变化可忽略)。已知：“滤液1”中
，
。
氢氧化物
（3）选择萃取除镍。“选择萃取”中，镍形成如图所示的配合物。镍易进入有机相的原因有______。
A．镍与N、O 形成配位键
B．配位时
被还原
C．配合物与水能形成分子间氢键
D．烷基链具有疏水性
（4）含镍铜的溶液制备
晶体。
晶体的立方晶胞中原子所处位置如图所示。则该晶
体的化学式为______；晶体中与
原子最近且等距离的原子的数目为______。
（5）制备
。已知：反应
可用于制备黄
褐色固体
。实验装置与实验用到的试剂如图所示。
补充完整由除镍后所得
溶液制备
的实验步骤：量取
溶液，加入
于三颈烧瓶中，过滤，洗涤，晾干，称重______。(须选用的试剂：
氢氧化
钠溶液，3%过氧化氢溶液)
4．（2026·福建福州·二模）铼(Re)广泛用于航空航天、核能和化工等领域。以低品位钼精矿(主要成分
MoS2、ReS2)为原料提取铼的工艺流程如下：
已知：烟气的主要成分为Mo2O7、Re2O7、ReO3、SO2。
（1）“氧化焙烧”过程中，料层具有一定高度，需分段焙烧。
①分段焙烧的目的是___________。
②生成Re2O7的化学方程式为___________。
（2）“淋洗”工序，加入1% H2O2的主要作用是___________。
（3）其它条件一定，溶液pH、液固比对铼和钼的吸附率的影响如下图：
关于“吸附”、“解吸”工序，下列说法正确的是___________。(填标号)
a．吸附铼的适宜条件pH=9、液固比31 mL·g-1
b．液固比过高，铼的吸附率过低
c．分步解吸的目的是为了降低产品中钼的含量
（4）“工序M”含蒸发浓缩，冷却结晶，___________，___________，干燥。
（5）高铼酸铵样品纯度测定。
取a g NH4ReO4样品，在一定条件下分解，产生的氨气用硼酸(H3BO3)吸收。加入甲基橙作指示剂，滴定
吸收液消耗浓度为c mol·L-1盐酸V mL。(已知：
；
)
①滴定终点时溶液的颜色为___________。
②NH4ReO4样品的纯度为___________。
5．（25-26 高三下·河南·月考）钪(Sc)是一种重要的稀土元素，在铝钪合金、燃料电池电解质、示踪剂
等多个领域有着广泛应用，从铀(U)矿中提取高纯金属
的一种工艺流程如下。
已知：“萃取”时，铀和钪一同进入有机相，其他杂质进入水相。回答下列问题：
（1）基态Sc 原子的价层电子轨道表示式为_______。
（2）“萃取”原理为
，通过“反萃1”铀能够进入水相的原因是_______。假
如每次萃取时水相和有机相体积相等，
在水相和有机相中的分配比为
，则萃取三次后
的萃取率为_______(保留4 位有效数字)。
（3）“反萃2”得到的
在“转化”时生成
，该反应的离子方程式为_______。
（4）常温下，
、
、
，则“沉
钪”时反应
的
_______。
（5）“煅烧”时生成两种氧化物，其中金属氧化物为
，另一种氧化物为_______(填化学式)。
（6）“氟化”时反应生成两种正盐，其化学方程式为_______。
（7）“真空蒸馏”前需将固体粉碎，其目的是_______。
