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钇、银、铂、金及其化合物在工艺流程题中考查

来源:未知作者:化学自习室 点击: 次 所属专题: 工艺流程题常考元素

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钇、银、铂、金在高考化学中的“出场逻辑”,和前几组过渡金属完全不同。 铁、钴、镍、铜、锌的核心考法是“氢氧化物沉淀pH差异→逐级分离”,而钇、银、铂、金的命题重心不在沉淀pH的

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钇、银、铂、金在高考化学中的“出场逻辑”,和前几组过渡金属完全不同。

铁、钴、镍、铜、锌的核心考法是“氢氧化物沉淀pH差异→逐级分离”,而钇、银、铂、金的命题重心不在沉淀pH的序列上——它们的分离和转化,几乎全部依赖配位化学。

金和银的浸取靠配离子([Au(CN)₂]⁻、[Au(S₂O₃)₂]³⁻、[Ag(NH₃)₂]⁺),铂的抗癌活性靠顺反异构(顺铂有活性、反铂没有),钇的稀土分离靠萃取剂与稀土离子的配位能力差异。

2026年广东卷“溶金沉金”流程串联了浸取、金银分离、沉金等七八个环节,融合配合物、X射线衍射、晶胞推导等跨模块知识,命题者要看的正是配位化学在真实复杂体系中的“分离功能” 。

(据说这题是这个星球上最难的一题,全省没有满分。)

这四种元素的共同主线可以概括为一句话:流程题考它们“怎么靠配位分开”,结构题考它们“配位后长什么样”,选择题考它们“价态和配位数的细节” 。

一、考情扫描:贵金属正在成为流程题的“新主角”

从2025到2026年,金、银在高考工业流程题中的出场频率快速上升。

2025年云南卷以褐铁矿型金银矿为原料提取Au和Ag,

2026年广东卷直接以“溶金沉金技术”为背景,原料含金、银、锑、铁、硅、镁等多种元素。

2024年安徽卷则从精炼铜的阳极泥中分离提取金和银。

铂的考查集中在物质结构题和选择题中,顺铂的顺反异构、配位数、杂化方式、抗癌机理是稳定的素材来源。

钇作为稀土元素,在流程题中常与镧系元素捆绑出现,在结构题中则以钇矿石晶胞、钇铂合金等形式考查。

命题趋势上,一个清晰的信号是:

贵金属流程题不再满足于“酸浸—过滤—结晶”的简单链条,而是把配位溶解、配位萃取、配位沉淀作为分离的核心手段。

金的浸取用S₂O₃²⁻或CN⁻形成配离子,银的分离用杂冠醚或氨形成配合物,铂的提纯用氯配离子,钇的分离用萃取剂与稀土离子的选择性配位。

流程题的每一步,本质上都是一次“配位能力的筛选”。

二、金与银:配位溶解是流程的“第一把钥匙”

金的浸取:从王水到配位化学

金在高中化学中的“第一反应”是溶于王水:

Au + HNO₃ + 4HCl = H[AuCl₄] + NO↑ + 2H₂O。

H[AuCl₄]中Au³⁺的配体是Cl⁻,配位数为4,配离子[AuCl₄]⁻呈平面正方形。

这个反应的核心不是硝酸的氧化性,而是Cl⁻的配位稳定作用——Au³⁺单独在水溶液中极不稳定,只有与Cl⁻形成稳定的氯配离子,氧化反应才能持续进行。

2025年云南卷的“浸金银”环节给出了更现代的浸取方式:Au在S₂O₃²⁻和[Cu(NH₃)₄]²⁺的混合体系中溶解,生成[Au(S₂O₃)₂]³⁻和[Cu(S₂O₃)₃]⁵⁻。

这里[Cu(NH₃)₄]²⁺在反应①中被消耗,在反应②中又重新生成,因此它是整个浸取过程的催化剂。

设问直接考查“上述过程中的催化剂为______”,答案指向[Cu(NH₃)₄]²⁺。

这道题的设计逻辑非常清晰:金和银的溶解不是简单的氧化还原,而是氧化还原与配位化学的耦合——氧化剂把金属氧化到高价态,配体立刻“接住”高价态离子形成稳定配离子,反应才能持续正向进行。

银的分离:配位选择性是“分开”的依据

银的常见配位形式是[Ag(NH₃)₂]⁺(直线形,配位数2)和[Ag(CN)₂]⁻(直线形,配位数2)。

Ag⁺是d¹⁰构型,没有d电子参与配位场稳定化,因此倾向于形成配位数较低的配合物。

2026年广东卷的“沉金”步骤中,通过pH调控使反应在弱酸性条件下进行,生成的含金产物以沉淀形式析出,而银则通过杂冠醚的选择性配位实现分离。

杂冠醚与Ag⁺有配位作用,且其空腔尺寸和配位原子排布与Ag⁺匹配,因此能选择性识别银。

这里考查的核心概念是配位选择性——一种配体或超分子主体,对不同金属离子的配位能力存在差异,这种差异就是分离的依据。

银的另一条高频考点是银氨溶液的配制与银镜反应。

向AgNO₃溶液中滴加氨水,先产生Ag₂O沉淀,继续滴加至沉淀恰好溶解,得到[Ag(NH₃)₂]⁺。

银镜反应的本质是[Ag(NH₃)₂]⁺被醛基还原为Ag单质,氨的作用是降低Ag⁺的还原电位,使还原反应在温和条件下可控进行。

三、铂:顺反异构是结构题的“常青素材”

铂的高考考查几乎完全围绕顺铂(cis-[Pt(NH₃)₂Cl₂])展开。

顺铂是平面正方形配合物,Pt²⁺为dsp²杂化,配位数为4。

它的同分异构体反铂(trans-[Pt(NH₃)₂Cl₂])同样是平面正方形,但两个Cl处于反位,两个NH₃也处于反位。

这两个异构体的性质差异是高考设问的富矿。

极性:顺铂有极性,反铂无极性,因此顺铂更易溶于水(极性溶剂),反铂更易溶于非极性溶剂。

生物活性:顺铂有抗癌活性,反铂没有。

抗癌机理的关键在于顺铂水解后生成的顺式二氨二氯铂物种能与DNA的鸟嘌呤碱基形成交联,破坏DNA复制;反铂由于构型不对,无法形成有效的交联。

配位键与氢键:顺铂分子内可以形成氢键(NH₃的H与Cl之间),反铂分子内氢键较弱或不存在,这也是两者稳定性差异的一个来源。

结构题的更深一层是晶胞计算。

Pt单质为面心立方最密堆积,配位数为12。已知Pt的原子半径a nm和摩尔质量M,晶胞密度ρ = 10²¹M / (4√2a³NA) g·cm⁻³(推导时需注意面心立方中原子半径与晶胞参数的关系:4r = √2a)。

Pt的价电子排布为5d⁹6s¹,未成对电子数为2,这也是选择题中“基态原子未成对电子数”的常见素材。

四、钇:稀土家族中的“结构载体”与“流程配角”

钇在高考中极少作为流程的唯一主角,但它有两个稳定的出场位置。

流程题中的钇:作为稀土(RE)的一部分,与镧系元素一起出现。稀土流程的核心分离手段是萃取——利用不同稀土离子与萃取剂(如P507、月桂酸)的配位能力差异,在有机相和水相之间实现分配比的差异。

2025年绵阳模拟的稀土分离流程中,“沉淀RE”后滤液中稀土离子浓度的控制、“沉淀除杂”前pH的适宜范围,考查的是稀土离子与杂质离子(Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺)在沉淀和配位行为上的差异。设问中“为确保滤饼中检测不到Mg元素,滤液中应低于______”,直接调用Ksp或萃取平衡的定量关系。

结构题中的钇:Y³⁺的电子排布为[Ar]3d¹⁰,无未成对d电子。

钇矿石的晶胞(如2026年陕晋青宁卷的钇矿石晶胞)、钇铂合金的晶胞,考查的是均摊法、配位数和密度计算。

钇在晶胞中的占位往往与稀土元素的离子半径和电荷补偿相关——Y³⁺可以被Ce⁴⁺、La³⁺等异价取代,产生氧空位或电荷补偿,这是连接“结构—缺陷—性质”的优质设问。

五、真题拆解:两道流程题看清“配位分离”如何落地

真题一:2025·云南卷——褐铁矿型金银矿提取Au、Ag

流程主线:还原酸浸(Fe₂O₃、MnO₂被还原,CuO溶解)→浸金银(Au、Ag进入溶液)→沉铜→氧化→沉铁→沉锰。

关键设问拆解:

(1)基态Cu的价层电子排布式3d¹⁰4s¹。

(2)“还原酸浸”时MnO₂与还原剂反应的离子方程式——先标Mn从+4价降到+2价,再配平。

(3)“浸金银”中催化剂判断:[Cu(NH₃)₄]²⁺在反应①中消耗、在反应②中再生,因此是催化剂。

(4)滤液1多次循环的目的——提高Cu、Mn等有价金属的回收率,同时维持浸取液中配离子的浓度。

(5)氧化性顺序Fe³⁺ > Cu²⁺ > MnO₂的判断依据是流程中的氧化还原方向——Fe²⁺被氧化为Fe³⁺的氧化剂是MnO₂,说明MnO₂ > Fe³⁺;Cu²⁺被Fe还原为Cu,说明Cu²⁺ > Fe²⁺,综合即得。

(6)pH=8.0时c(Mn²⁺)的上限——直接调用Ksp(Mn(OH)₂) = 1.9×10⁻¹³,c(OH⁻)=10⁻⁶,c(Mn²⁺) ≤ 0.19 mol·L⁻¹。

(7)Mn₃Sb晶胞中Sb周围最近等距Mn的数目为6,密度用均摊法计算。

这道题的“配位线”藏在设问(3)和(4)中:金的溶解依赖[Au(S₂O₃)₂]³⁻和[Cu(NH₃)₄]²⁺的协同,铜氨配离子既是浸取的“载体”,又是可循环的“催化剂”。流程题的设问表面上在问“催化剂是谁”“循环的目的是什么”,底层考的是配离子在氧化还原中的穿梭功能。

真题二:2026·广东卷——溶金沉金

流程以金精矿为原料,串联浸取、过滤、沉锑、电解、除硅、金银分离、沉金七八个环节。原料中不仅有金、银,还有锑、铁、硅、镁,信息量极大,还融合了配合物、X射线衍射、晶胞推导等跨模块内容。

关键设问拆解:

(1)研磨的目的——增大接触面积,加快浸出速率。

(2)“沉锑”的还原剂判断——Sb₂S₃中S被氧化,H₂O₂中O被还原,H₂O₂作氧化剂,Sb₂S₃中的S作还原剂。

(3)电解阴极反应式和阳极室pH控制——结合电解原理和配离子的稳定性。

(4)“X”步骤的判断——需要同时用到H₂SO₄和某种溶液,结合图2中Au、Ag浸取率随H₂SO₄浓度的变化,确定最佳酸度和操作顺序。

(5)“沉金”的离子方程式——弱酸性条件下Au的配离子转化为沉淀。

(6)杂冠醚选择性识别Ag⁺的原因——配位作用+空腔尺寸匹配。

(7)AlSb晶胞中Al的占位——均摊法和晶体结构的综合。

这道题的典型特征是:配位化学不是作为一个“孤立的设问”出现,而是作为贯穿全流程的“分离语言” 。金的浸取靠配离子,金银分离靠配位选择性,沉金靠配位平衡的移动。每一道设问背后,都是“配体—金属—条件”三者的关系。

六、2027年高考前瞻

预测一:金银流程题的“配位语言”将进一步加密。

 2025云南卷和2026广东卷已经完成了金银流程题的“首秀”,

2027年可能在同一流程中同时考查多种配体的竞争——例如,S₂O₃²⁻、CN⁻、Cl⁻对Au的配位能力差异,以及如何通过配体浓度的切换实现金的“浸出—沉淀”循环。

预测二:顺铂类配合物的考查从“结构”走向“机理”。 

当前顺铂的考查集中在顺反异构和配位数上,2027年可能进一步考查水解机理——顺铂进入细胞后,Cl⁻被H₂O取代的水解步骤、水解产物的配位构型变化,以及为什么顺式构型才能与DNA形成有效的交联。这将把配合物结构与生物化学功能真正连接起来。

预测三:钇和稀土的结构题将从“单晶胞”走向“缺陷化学”。 

钇基固态电解质、钇铂合金的晶胞题可能引入异价取代产生的氧空位,要求根据电荷补偿推算空位浓度或化学式。这比单纯的均摊法和密度计算高出一个层次,考查的是“结构—缺陷—性质”的完整逻辑链。

预测四:选择题中的“配位数与杂化”将以这些元素为区分点。 

Ag⁺(配位数2,sp杂化,直线形)、Au³⁺(配位数4,dsp²,平面正方形)、Pt²⁺(配位数4,dsp²,平面正方形)、Y³⁺(配位数多变,无d电子参与配位场稳定化),这组对比是命题者制造区分度的天然素材。

七、如何刷题

第一步:

把“配位—分离”逻辑做成一张流程速查表。 金的浸取(S₂O₃²⁻/CN⁻/Cl⁻配位)、银的分离(NH₃/杂冠醚配位)、铂的提纯(Cl⁻配位)、钇的萃取(萃取剂配位)——每一种分离手段对应一种配位逻辑。这张表的关键不是记住方程式,而是理解配体的选择依据:为什么金用S₂O₃²⁻而不用Cl⁻?为什么银能用氨而金不能?答案指向配位能力的差异和配离子的稳定性。

第二步:

按“元素—题型”双维度刷流程题。 横向按元素分(金、银、铂、钇),纵向按设问类型分(配离子书写、催化剂判断、pH/浓度控制、配位选择性解释)。每个交叉格集中练3到5道题,做完后总结该元素在该设问类型中的固定答题模板。例如,“催化剂判断”的模板是“某物种在反应①中消耗、在反应②中再生,因此是催化剂”;“配位选择性”的模板是“该配体/超分子的配位原子与目标离子匹配,且空间尺寸合适”。

第三步:

配合物结构题“先判构型,再算键数,后析性质”。 拿到一个配合物,第一件事是根据中心离子的d电子构型和配位数判断空间构型(Ag⁺直线形、Pt²⁺/Au³⁺平面正方形、Zn²⁺四面体),第二件事是数σ键和配位键数目,第三件事是分析溶解性、极性或生物活性与构型的关系。顺铂的顺反异构是这一流程的标准训练素材。

第四步:

方程式“先标价,再配位,后配平”。 金银的流程方程式几乎都涉及配离子的生成或转化。先标出金属的价态变化,确定氧化剂/还原剂,再写出配离子的形式([Au(CN)₂]⁻、[Au(S₂O₃)₂]³⁻、[Ag(NH₃)₂]⁺),最后用电子守恒和电荷守恒配平。特别注意配体在反应前后的“进出”——配体可能被消耗、再生,或作为催化剂穿梭。

第五步:

真题精刷,聚焦金银流程的“新题”。 重点研做2025云南卷(金银矿提取Au/Ag)、2026广东卷(溶金沉金)、2024安徽卷(铜阳极泥分离金银)、2026陕晋青宁卷(钇矿石晶胞)。每做完一道,回答三个问题:这道题的配位主线是什么?每一步分离的配位依据是什么?我卡在了配离子书写、催化剂判断,还是配位选择性的解释?

钇、银、铂、金在高考中的角色,可以概括为:

流程题考它们“如何用配位分开”,结构题考它们“配位后长什么样”,选择题考它们“配位数和构型的细节” 。

这四种元素之所以成为贵金属命题的中心,不是因为它们“贵”,而是因为它们之间的配位行为差异足够清晰、分离逻辑足够典型——金靠S₂O₃²⁻或CN⁻被“拉进”溶液,银靠NH₃或冠醚被“挑出来”,铂靠顺反构型决定“有没有活性”,钇靠萃取剂的配位能力被“筛”出稀土家族。

因此,当我们在高考中遇到这类题目,只要能沉得住气,冷静地有目的地去找配体、判构型、析分离依据,拿下这类题目还是有信心的。

(责任编辑:化学自习室)
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