2．铁、钴、镍盐溶液的氧化性与还原性
（1）在酸性溶液中，Fe2＋、Co2＋、Ni2＋分别是铁、钴、镍离子的稳定状态。
高价态的铁（Ⅵ）、钴（Ⅲ）、镍（Ⅳ）在酸性溶液中都有很强的氧化性，空气中的O2能将酸性溶液中的Fe2＋氧化成Fe3＋，但不能将Co2＋、Ni2＋氧化成Co3＋和Ni3＋。
（2）在碱性介质中，铁的最稳定价态是＋3，而钴、镍的最稳定价态仍是＋2，在碱性介质中，将低价态的Fe（Ⅱ）、Co（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）氧化成高价态比酸性介质中容易。
[对点训练]
1．利用水钴矿（主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等）可以制取多种化工试剂，以下为草酸钴晶体和氯化钴晶体的制备流程图，回答下列问题：
已知：
①浸出液中含有的阳离子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Al3＋、Mg2＋、Ca2＋等。
②沉淀Ⅰ中只含有两种沉淀。
③流程中部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下表所示：
沉淀物
Fe（OH）3
Fe（OH）2
Co（OH）2
Al（OH）3
Mn（OH）2
开始沉淀
2.7
7.6
7.6
4.0
7.7
完全沉淀
3.7
9.6
9.2
5.2
9.8
（1）浸出过程中Co2O3发生反应的离子方程式为___________________________________
____________________________________________________________________________。
（2）NaClO3在浸出液中发生反应的离子方程式为__________________________________
____________________________________________________________________________。
（3）加入Na2CO3调pH至5.2，目的是__________________________________________；萃取剂层含锰元素，则沉淀Ⅱ的主要成分为______________________________________。
（4）操作Ⅰ包括：
将水层加入浓盐酸调整pH为2～3，__________、________、过滤、洗涤、减压烘干等过程。
（5）为测定粗产品中CoCl2·6H2O的含量，称取一定质量的粗产品溶于水，加入足量硝酸酸化的硝酸银溶液，过滤、洗涤、干燥，测沉淀质量。
通过计算发现粗产品中CoCl2·6H2O质量分数大于100%，其原因可能是_____________________________________（回答一条原因即可）。
（6）将5.49g草酸钴晶体（CoC2O4·2H2O）置于空气中加热，受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质，其质量如表。
温度范围/℃
固体质量/g
150～210
4.41
290～320
2.41
经测定，整个受热过程，只产生水蒸气和CO2气体，则290～320℃温度范围，剩余的固体物质化学式为______。
（已知：
CoC2O4·2H2O的摩尔质量为183g·mol－1）
解析：
（1）浸出过程中，Co2O3与盐酸、Na2SO3发生反应，Co2O3转化为Co2＋，Co元素化合价降低，则S元素化合价升高，SO
转化为SO
，根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒配平离子方程式：
Co2O3＋4H＋＋SO
===2Co2＋＋SO
＋2H2O。
（2）NaClO3加入浸出液中，将Fe2＋氧化为Fe3＋，ClO
被还原为Cl－，反应的离子方程式为ClO
＋6Fe2＋＋
6H＋===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O。
（3）根据工艺流程图，结合表格中提供的数据可知，加Na2CO3调pH至5.2，目的是使Fe3＋和Al3＋沉淀完全。
滤液Ⅰ中含有的金属阳离子为Co2＋、
Mn2＋、Mg2＋、Ca2＋等，萃取剂层含锰元素，结合流程图中向滤液Ⅰ中加入了NaF溶液，知沉淀Ⅱ为MgF2、CaF2。
（4）经过操作Ⅰ由溶液得到结晶水合物，故除题中已知过程外，操作Ⅰ还包括蒸发浓缩、冷却结晶。
（5）根据CoCl2·6H2O的组成及测定过程分析，造成粗产品中CoCl2·6H2O的质量分数大于100%的原因可能是：
含有氯化钠杂质，使氯离子含量增大或结晶水合物失去部分结晶水，导致相同质量的固体中氯离子含量变大。
（6）整个受热过程中只产生水蒸气和CO2气体，5.49gCoC2O4·2H2O为0.03mol，固体质量变为
4.41g时，质量减少1.08g，恰好为0.06molH2O的质量，因此4.41g固体为0.03molCoC2O4。
依据原子守恒知，生成n（CO2）＝0.06mol，m（CO2）＝0.06mol×44g·mol－1＝
2.64g。
而固体质量由4.41g变为2.41g时，质量减少2g，说明290～320℃内发生的不是分解反应，参加反应的物质还有氧气。
则参加反应的m（O2）＝2.64g－2g＝0.64g，n（O2）＝0.02mol；n（CoC2O4）∶n（O2）∶n（CO2）＝0.03∶0.02∶0.06＝3∶2∶6，依据原子守恒，配平化学方程式：
3CoC2O4＋2O2
Co3O4＋6CO2，故290～320℃温度范围，剩余固体物质的化学式为Co3O4（或CoO·Co2O3）。
答案：
（1）Co2O3＋SO
＋4H＋===2Co2＋＋SO
＋2H2O
（2）ClO
＋6Fe2＋＋6H＋===Cl－＋6Fe3＋＋3H2O
（3）使Fe3＋和Al3＋沉淀完全 CaF2和MgF2
（4）蒸发浓缩 冷却结晶
（5）粗产品中结晶水含量低（或粗产品中混有氯化钠杂质）
（6）Co3O4（或CoO·Co2O3）
1．锰及其化合物
锰元素的常见价态有＋7、＋6、＋4、＋3、＋2，Mn2＋在酸性溶液中的稳定性强于在碱性溶液中的稳定性。
（1）Mn2＋：
存在于酸性条件；在碱性条件下，Mn2＋易被氧化为MnO2等，如ClO－＋Mn2＋＋2OH－===Cl－＋MnO2↓＋H2O
（2）Mn（Ⅵ）化合物的性质
MnO
存在于强碱性溶液中，在酸性、中性环境均发生歧化。
3MnO
＋2H2O===2MnO
＋MnO2↓＋4OH－
3MnO
＋4H＋===2MnO
＋MnO2↓＋2H2O
（3）KMnO4的性质
热稳定性差，通常保存在棕色试剂瓶中：
4KMnO4＋2H2O光照,4MnO2↓＋3O2↑＋4KOH
①在酸性介质中，MnO
具有强氧化性，本身被还原为Mn2＋。
MnO
＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O
2MnO
＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O
2MnO
＋6H＋＋5H2C2O4===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O
2MnO
＋6H＋＋5H2O2===2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O
②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－
③在强碱性溶液中，当MnO
过量时，还原产物是MnO
，2MnO
＋SO
＋2OH－===2MnO
＋SO
＋H2O。
2．铬及其化合物
（1）铬的氧化物与氢氧化物
Cr2O3和Cr（OH）3具有两性，其转化关系如下：
相关反应的离子方程式：
①Cr3＋＋3OH－===Cr（OH）3↓
②Cr（OH）3＋OH－===[Cr（OH）4]－
③[Cr（OH）4]－＋H＋===Cr（OH）3↓＋H2O
④Cr（OH）3＋3H＋===Cr3＋＋3H2O
（2）铬元素的变价研究
铬元素的常见价态有＋6、＋3、＋2。
在酸性介质中，Cr2＋具有强的还原性，＋6价铬（Cr2O
、CrO
）具有强氧化性，Cr3＋的还原性较弱，只有用强氧化剂才能将Cr3＋氧化成Cr2O
，在碱性介质中，CrO
的稳定性强。
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
＋2H＋Cr2O
＋H2O
（黄色） （橙红色）
在碱性溶液中，[Cr（OH）4]－可以被H2O2氧化为CrO
，在酸性溶液中CrO
转变为Cr2O
。
①Cr（Ⅲ）的还原性
Cr3＋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。
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－
②Cr（Ⅵ）的氧化性
在酸性溶液中，Cr2O
具有强氧化性，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
[对点训练]
2．（2020·山东省实验中学模考）二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料，工业上以软锰矿、菱锰矿为原料来制备。
某软锰矿主要成分为MnO2，还含有Si（16.27%）、Fe（5.86%）、Al（3.42%）、Zn（2.68%）和Cu（0.86%）等元素的化合物，其处理流程图如图：
已知：
化合物
Al（OH）3
Fe（OH）2
Fe（OH）3
Ksp近似值
1.0×10－35
1.0×10－6
1.0×10－38
请回答下列问题：
（1）硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4，酸浸时发生的主要反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
（2）“氨水，搅拌”过程中的“搅拌”不仅能加快反应速率，还能_____________________；滤渣A的成分是Fe（OH）3、Al（OH）3，加入氨水需调节pH至少达到______，恰好能使
Fe3＋、Al3＋沉淀完全（当离子浓度降到1.0×10－5mol·L－1时即视为沉淀完全）。
（3）滤渣B的成分是___________________________________________________________。
（4）MnO2也可在MnSO4 H2SO4 H2O为体系的电解液中电解获得，其阳极反应式为________________________________________________________________________。
解析：
（1）软锰矿中加入H2SO4和过量FeSO4溶液“酸浸”时MnO2被还原为MnSO4，则FeSO4被氧化成Fe2（SO4）3，反应的化学方程式为MnO2＋2FeSO4＋2H2SO4===MnSO4＋Fe2（SO4）3＋2H2O。
（2）酸浸后过滤得到的滤液中含MnSO4、Fe2（SO4）3、FeSO4、Al2（SO4）3、ZnSO4、CuSO4，向此滤液中加入氨水并搅拌，其中“搅拌”不仅能加快反应速率，还能使Fe2＋被充分氧化成Fe3＋；加入氨水调节pH使Al3＋、Fe3＋完全转化成Al（OH）3、Fe（OH）3沉淀形成滤渣A，由于Al（OH）3、Fe（OH）3组成类型相同且Al（OH）3的溶度积大于Fe（OH）3的溶度积，只要使Al3＋完全沉淀，则Fe3＋一定完全沉淀，即要求c（Al3＋）≤1×10－5mol·L－1，c（Al3＋）·c3（OH－）＝1.0×10－35，则c（OH－）≥
mol·L－1＝1×10－10mol·L－1，c（H＋）≤1×10－4mol·L－1，pH≥4，即pH至少达到4能使Fe3＋、Al3＋沉淀完全。
（3）加入氨水调节pH至5.4，过滤后滤渣A为Fe（OH）3、Al（OH）3，滤液中含MnSO4、ZnSO4、CuSO4、（NH4）2SO4，向滤液中加入MnS并加热至沸，发生沉淀的转化形成难溶的ZnS、CuS将Zn2＋、Cu2＋除去，过滤得到的滤渣B的成分为ZnS、CuS。
（4）根据题意，电解过程中MnSO4被氧化生成MnO2，则阳极反应式为Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋。
答案：
（1）MnO2＋2FeSO4＋2H2SO4===MnSO4＋Fe2（SO4）3＋2H2O
（2）充分氧化过量的Fe2＋ 4
（3）CuS、ZnS
（4）Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋
3．已知在水溶液中Cr2O
呈橙色，CrO
呈黄色，Cr3＋呈绿色，当K2Cr2O7晶体溶于水时，存在下列平衡：
Cr2O
＋H2O2CrO
＋2H＋
（1）向K2Cr2O7溶液中滴加H2SO4溶液时，观察到的现象是____________________________
____________________________________________。
（2）再向
（1）中所得溶液中通入H2S气体，观察到溶液呈绿色，并有黄色沉淀生成，此反应的离子方程式是______________________________________________________________
____________________________________________________________________________。
（3）向
（1）中所得的溶液中加入KI和淀粉的混合溶液，其现象是______________________
____________，这时原溶液中数目减少的离子是________。
解析：
（1）K2Cr2O7溶液中存在：
Cr2O
＋H2O2CrO
＋2H＋
（橙色） （黄色）
向溶液中加入稀H2SO4，c（H＋）增大，平衡左移，c（Cr2O
）增大，溶液橙色加深。
（2）酸性条件下，Cr2O
能将H2S氧化成S，反应的离子方程式为Cr2O
＋3H2S＋8H＋===2Cr3＋＋3S↓＋7H2O。
（3）向
（1）中所得的溶液中加入KI和淀粉的混合溶液，Cr2O
氧化I－生成I2，I2遇淀粉变蓝色，原溶液中减少的离子是Cr2O
和H＋。
答案：
（1）溶液橙色加深
（2）Cr2O
＋3H2S＋8H＋===2Cr3＋＋3S↓＋7H2O
（3）溶液呈蓝色 Cr2O
、H＋
[课时跟踪检测]
1．锌和铝都是活泼金属，其氢氧化物既能溶于强酸溶液，又能溶于强碱溶液，但是Al（OH）3不溶于氨水，而Zn（OH）2能溶于氨水，生成[Zn（NH3）4]2＋。
回答下列问题：
（1）单质铝溶于NaOH溶液后，溶液中铝元素的存在形式为________（用化学式表示）。
（2）写出锌和NaOH溶液反应的离子方程式：
______________________________________
____________________________________________________________________________。
（3）写出可溶性铝盐和氨水反应的离子方程式：
_____________________________________
____________________________________________________________________________。
试解释实验室不宜用可溶性锌盐与氨水反应制取氢氧化锌的原因：
___________________
_____________________________________________________。
解析：
（1）Al与NaOH溶液反应生成Na[Al（OH）4]或NaAlO2。
（2）锌与NaOH溶液反应的离子方程式为Zn＋2OH－＋2H2O===[Zn（OH）4]2－＋H2↑或Zn＋2OH－===ZnO
＋H2↑。
（3）可溶性铝盐与氨水反应生成Al（OH）3，反应的离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH
，因Zn（OH）2能溶于氨水，故在实验室里不能用可溶性锌盐与氨水反应制取Zn（OH）2。
答案：
（1）[Al（OH）4]－（或AlO
）
（2）Zn＋2OH－＋2H2O===[Zn（OH）4]2－＋H2↑
（或Zn＋2OH－===ZnO
＋H2↑）
（3）Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH
可溶性锌盐与氨水反应产生的Zn（OH）2可溶于过量氨水中，生成[Zn（NH3）4]2＋，氨水的用量不易控制
2．（2019·信阳一高期末）铍铜是力学、化学综合性能良好的合金，广泛应用于制造高级弹性元件。
以下是从某废旧铍铜元件（含BeO25%、CuS71%、少量FeS和SiO2）中回收铍和铜两种金属的流程。
已知：
Ⅰ.铍、铝元素处于元素周期表中的对角线位置，化学性质相似；
Ⅱ.常温下：
Ksp[Cu（OH）2]＝2.2×10－20，Ksp[Fe（OH）3]＝4.0×10－38，Ksp[Mn（OH）2]＝2.1×10－13。
请回答下列问题：
（1）滤液A的主要成分除NaOH外，还有______________（填化学式），写出反应Ⅰ中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程式：
___________________________________________。
（2）滤液C中含NaCl、BeCl2和少量HCl，为提纯BeCl2，选择合理步骤并排序：
________。
a．加入过量的NaOH B．通入过量的CO2
c．加入过量的氨水D．加入适量的盐酸
e．过滤f．洗涤
（3）①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为单质硫，写出反应Ⅱ中CuS发生反应的化学方程式：
________________________________。
②若用浓HNO3溶解金属硫化物，缺点是______________________________（任写一条）。
解析：
（1）铍与铝的化学性质相似，SiO2为酸性氧化物，因此滤液A中含有的是NaOH、Na2BeO2、Na2SiO3；反应Ⅰ中Na2BeO2与过量盐酸反应的离子方程式为BeO
＋4H＋===
Be2＋＋2H2O。
（2）从含NaCl和HCl的溶液中提纯BeCl2，Be、Al元素的化学性质相似，Be（OH）2为两性氢氧化物，能与过量的NaOH溶液反应，不溶于氨水，故先加过量氨水，使Be2＋转化为Be（OH）2沉淀，过滤，对沉淀进行洗涤，再加入适量的盐酸，得到BeCl2溶液，因此顺序是cefd。
（3）①MnO2能将金属硫化物中硫元素氧化为单质硫，CuS、MnO2在硫酸的作用下发生反应的化学方程式为CuS＋MnO2＋2H2SO4===S＋MnSO4＋CuSO4＋2H2O；②用浓硝酸溶解金属硫化物时硝酸作氧化剂，被还原成NO2等，NO2有毒，对环境有污染。
答案：
（1）Na2SiO3、Na2BeO2 BeO
＋4H＋===Be2＋＋2H2O
（2）cefd （3）①MnO2＋CuS＋2H2SO4===S＋MnSO4＋CuSO4＋2H2O ②产生污染环境的气体（合理即可）
3．铬是不锈钢中一种重要的元素，铬的毒性与其存在的价态有关，低价铬对人体基本无害，六价铬比三价铬毒性高100倍，并易被人体吸收且在体内蓄积，有关含铬化合物的相互转化关系如图甲。
回答下列问题：
（1）从图甲中信息判断，Cr（OH）3是____________氢氧化物（填“酸性”“碱性”或“两性”），相关反应的离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）图甲中所示转化过程中需要加入氧化剂的是______（填写表示转化过程的小写字母）。
（3）在水溶液中橙色的Cr2O
与黄色的CrO
有下列平衡关系：
Cr2O
＋H2O2CrO
＋2H＋。
向K2Cr2O7稀溶液中加入NaOH溶液后，溶液颜色的变化是____________________。
（4）CrO3具有强氧化性，热稳定性较差，加热时逐步分解，其固体残留率
随温度的变化如图乙所示。
①三氧化铬在稀硫酸环境中氧化乙醇，CrO3变为绿色的Cr2（SO4）3，乙醇被完全氧化为CO2，则其化学方程式是_________________________________________________。
②图乙中B点所示固体的化学式是__
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