2027届新高考化学热点精准复习金属离子沉淀剂-碳酸氢铵

2027届新高考化学热点精准复习金属离子沉淀剂——碳酸氢铵大道至简微点化学2019年全国卷Ⅲ2023年河北卷2025年山东卷2020年山东卷2025年陕晋青宁卷探究任务1

碳酸氢铵为什么能作金属离子沉淀剂?例1：（2019年全国卷Ⅲ第26题）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，工艺如下图所示。回答下列问题：(6)写出“沉锰”的离子方程式：

。Mn2+

+2HCO3−

=

MnCO3↓

+

CO2↑

+

H2O

自耦电离‌是指液态溶剂分子在溶剂中自发发生电离，产生溶剂阴离子和溶剂阳离子的现象，本质是溶剂分子同时作为质子供体和质子受体发生的自发电离过程。

自耦电离广泛存在，最常见的是水的自耦电离（2H2O⇌H3O+

+OH−）与液氨的自耦电离（2NH3

⇌NH4+

+NH2−）。HCO3−

+HCO3−

⇌

H2CO3

+CO32−问题1.NH4HCO3溶液中能有足够量的碳酸根离子么？碳酸氢根在水溶液中会发生自耦电离。HCO3−的自耦电离试计算：HCO3−

+HCO3−

⇌

H2CO3

+CO32−的电离平衡常数。已知：①

HCO3−

⇌

H+

+CO32−

②

HCO3−

+H2O⇌

H2CO3

+OH−

③

H2O⇌H+

+OH−

KW

=1×

10-14HCO3−

+HCO3−

⇌

H2CO3

+CO32−①+②-③HCO3−的自耦电离问题2.

为什么很少用NaHCO3或Na2CO3作金属离子沉淀剂？例2.（2024年广西卷）广西盛产甘蔗，富藏锰矿。由软锰矿(MnO2，含SiO2、Fe2O3、Al2O3和CuO等杂质)制备光电材料KMnF3的流程如下。回答下列问题：(5)若用Na2CO3替代NaHCO3沉锰，得到Mn2(OH)2CO3沉淀。写出生成Mn2(OH)2CO3的离子方程式

。问题2.

为什么很少用NaHCO3或Na2CO3作金属离子沉淀剂？NaHCO3或Na2CO3溶于水虽然都可以提供足够浓度的CO32−，但因为HCO3−或CO32−的水解会促进溶液中的金属离子的水解，从而使沉淀中混有碱式碳酸盐甚至金属氢氧化物而不纯净。

而NH4HCO3中的NH4+可以缓冲溶液的pH，抑制溶液中的金属离子的水解，从而决定金属离子优先形成碳酸盐沉淀而非氢氧化物。除此之外，NH4HCO3做沉淀剂还具有溶解度大，易洗涤，污染小，原料廉价来源广，成本较低等优点，过量的碳酸氢铵还可以通过加热分解除去。因此相较于NaHCO3或Na2CO3，NH4HCO3作金属离子沉淀剂的优势更为明显。问题3.

为什么不用(NH4)2CO3作金属离子沉淀剂？CO32−的水解程度（水解常数Kh=10-3.7）远大于NH4+的水解程度（水解常数Kh=5.6×10-10），溶液碱性较强，易生成金属氢氧化物沉淀或碱式碳酸盐。探究任务2

碳酸氢铵/氨水作金属离子沉淀剂例3：（2020年山东卷第16题）用软锰矿(主要成分为MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下：（5）碳化过程中发生反应的离子方程式为：

。Mn2＋＋HCO3−＋NH3·H2O=MnCO3↓＋NH4+＋H2O已知：①

NH3·H2O

⇌

NH4+＋OH−

②

HCO3−

⇌

H+

+CO32−

③

H2O⇌H+

+OH−

KW

=1×

10-14NH3·H2O

+HCO3−

⇌

NH4+＋CO32−

＋

H2O①+②-③NH3·H2O与HCO3−在水溶液中反应进行的程度比HCO3−在水溶液中的自耦电离程度要大很多，可以提供浓度更高的CO32−与NH4+，既可以满足更充分沉淀金属离子的要求，又可以更有效防止金属氢氧化物沉淀的生成，因此金属离子沉淀效率更高。探究任务3

一定pH下碳酸氢铵/氨水作金属离子沉淀剂例4：（2025年陕晋青宁卷第16题）一种综合回收电解锰工业废盐(主要成分为Mn2+、Mg2+、NH4+的硫酸盐)的工艺流程如下。

回答问题：(4)“沉镁I”中，当pH为8.0~10.2时，生成碱式碳酸镁[xMgCO3·yMg(OH)2·zH2O]，煅烧得到疏松的轻质MgO。5Mg2++4HCO3−

+

6NH3·H2O

+

H2O

=

Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O↓

+

6NH4+

试写出Mg2+与HCO3−

、

NH3·H2O生成Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O的离子方程式。

由此可见，NH3·H2O与NH4HCO3一起沉淀溶液中金属离子时还要考虑溶液pH的影响，pH过大时会有碱式碳酸盐甚至是金属氢氧化物生成。探究任务4NaHCO3溶液中离子浓度大小比较一般观点：因为HCO3−的水解常数（Kh

=10-7.6）远大于其电离常数（Ka=10-10.33），即HCO3−的水解程度远大于其电离程度，故NaHCO3溶液中离子浓度大小关系为：c(Na+)>c(HCO3−)>c(OH−)>

c(H+)>

c(CO32−)。正确结论：因为HCO3−的自耦电离程度远大于其水解及电离程度，故NaHCO3溶液中离子浓度大小关系应为：c(Na+)>c(HCO3−)>

c(CO32−)>c(OH−)>c(H+)。探究任务5

NH4+对Cu(OH)2溶于氨水的影响例5：【2025年临沂二模14题】为制备纯净的Cu(OH)2，取甲、乙两支试管分别加入2mL饱和CuSO4溶液，进行如下实验。实验操作及现象试管甲逐滴加入1mol/L氨水至过量，先生成蓝色沉淀，后溶解，溶液变成深蓝色；继续滴加1mol/LNaOH溶液，溶液颜色变浅，有蓝色沉淀生成；倾掉溶液，加入足量浓氨水，沉淀不溶解试管乙滴加过量1mol/LNaOH溶液，生成蓝色沉淀；继续滴加1mol/L氨水至过量，蓝色沉淀开始时没有发生变化，振荡，沉淀减少，溶液变深蓝色已知：沉淀速率过快时，Cu(OH)2絮状沉淀易裹挟杂质。下列说法正确的是:A.试管甲实验中存在[Cu(NH3)4]2+向Cu(OH)2的转化B.试管甲实验表明Cu(OH)2溶于氨水与NH4+有关C.试管乙实验表明振荡试管可以促进Cu(OH)2与氨水的反应D.上述实验表明，可利用CuSO4溶液与NaOH溶液反应制备纯净Cu(OH)2

向CuSO4溶液中逐滴滴加氨水，依次发生沉淀反应I与溶解反应II：沉淀反应I：

Cu2+

+2NH3·H2O⇌

Cu(OH)2↓+2NH4+已知：①

Cu(OH)2(s)

⇌Cu2+(aq)

+2OH−(aq)

，Ksp=10-19.6

②

NH3·H2O

⇌

NH4+＋OH−

，Kb=1.8×10-5试求沉淀反应I的平衡常数。沉淀反应I=②×2-①沉淀反应I可以反应彻底，有明显的蓝色沉淀生成。溶解反应II：

Cu(OH)2+4NH3⇌

[Cu(NH3)4]2+

+2OH−

已知：①

Cu(OH)2(s)

⇌Cu2+(aq)

+2OH−(aq)

，Ksp=10-19.6

②

Cu2+(aq)+4NH3(aq)

=[Cu(NH3)4]2+(aq)的稳定常数Kf=1012.6试求沉淀反应II的平衡常数。溶解反应II=①+②

溶解反应II进行的程度非常小，试管甲中沉淀不溶解的原因。向CuSO4溶液中逐滴滴加氨水，依次发生沉淀反应I与溶解反应II：沉淀反应I：

Cu2+

+2NH3·H2O⇌Cu(OH)2↓

+2NH4+溶解反应II：

Cu(OH)2+4NH3⇌

[Cu(NH3)4]2+

+2OH−

＋⇌NH3·H2O耦合反应Cu(OH)2溶于氨水与NH4+有关

Cu(OH)2+4NH3

+2NH4+⇌

[Cu(NH3)4]2+

+2NH3·H2O试管乙滴加过量1mol/LNaOH溶液，生成蓝色沉淀；继续滴加1mol/L氨水至过量，蓝色沉淀开始时没有发生变化，振荡，沉淀减少，溶液变深蓝色已知：沉淀速率过快时，Cu(OH)2絮状沉淀易裹挟杂质。下列说法正确的是:C.试管乙实验表明振荡试管可以促进Cu(OH