发布网友 发布时间:2022-04-22 09:21
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热心网友 时间:2023-06-26 10:30
专项4-温度条件的控制
一.升高温度
1.促进某些离子的水解,如高价金属阳离子,易水解的阴离子
【练习1】目前世界上新建的金矿中约有80%都采用氧化法提金。某工厂利用锌冶炼渣回收金、银等贵金属的流程如下图所示:
已知HCN有剧毒,其Ka(HCN)=5×10-10,Au++2CN-=[Au(CN)2]-平衡常数KB=1×1038
“氰化”环节中,金的溶解速率在80℃时达到最大值,但生产中控制反应液的温度在10-20℃,原因是:___________________________(答一点即可)。
【答案】温度的升高,促进了氰化物的水解,增加了HCN的挥发速度;温度的升高,Ca(OH)2的溶解度减小,部分碱从溶液中析出。
【练习2】某化工厂“用含NiO的废料(杂质为Fe2O3、 CaO、 CuO等)制备羟基氧化镍(2NiOOH·H2O)的工艺流程如图:
如图是酸浸时镍的浸出率与温度的关系,则酸浸时合适的浸出温度是____________℃,若酸浸时将温度控制在80℃左右,则滤渣1中会含有一定量的Ni(OH)2,其原因可能是_________________________。
【答案】70 随着温度的升高,Ni2+水解程度增大,从而形成一定量的Ni(OH)2沉淀
【解析】由图可知当温度在70°左右时镍的浸出率较高,故酸浸时适宜的温度为70°C;Ni2+能水解,生成Ni(OH)2,升温能促进水解,所以80℃左右滤渣1中会含有一定量的Ni(OH)2。
【练习3】氯化亚铜是一种重要的化工产品,常用作有机合成催化剂,还可用于颜料、防腐等工业,它不溶于H2SO4、HNO3和醇,微溶于水,可溶于浓盐酸和氨水,在潮湿空气中易水解氧化成绿色的碱式氯化铜[Cu2(OH)3Cl]。以海绵铜(主要成分是Cu和少量CuO)为原料,采用*铵氧化分解技术生产CuCl的工艺过程如下:
(1)析出的CuCl晶体水洗后要立即用无水乙醇洗涤,在真空干燥机内于70℃干燥2h,冷却密封包装。70℃真空干燥、密封包装的原因是____________________________________________________________。
(2)如图是各反应物在最佳配比条件下,反应温度对CuCl产率影响.由图可知,溶液温度控制在60℃时,CuCl产率能达到94%,当温度高于65℃时,CuCl产率会下降,其原因可能是______________________________________________________________________________________________。
【答案】(1)真空干燥可以加快乙醇和水的挥发,密封包装可以防止CuCl在潮湿空气中水解、氧化;
(2)因在60℃时CuCl产率最大,根据信息可知,随温度升高,促进了CuCl的水解,CuCl被氧化的速度加快。
【练习4】TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示:
温度/℃
30
35
40
45
50
TiO2·xH2O转化率
92
95
97
93
88
分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因_____________________。
【答案】40℃时TiO2•xH2O转化率最高,因低于40℃,TiO2•xH2O转化反应速率随温度升高而增加,超过40℃,双氧水分解与氨气逸出导致TiO2•xH2O转化反应速率下降
【解析】40℃时TiO2•xH2O转化率最高,因低于40℃,TiO2•xH2O转化反应速率随温度升高而增加,超过40℃,双氧水分解与氨气逸出导致TiO2•xH2O转化反应速率下降。
2.促*衡向吸热方向移动
【练习1】二硫化钼是重要的固体润滑剂,被誉为“高级固体润滑油之王”。利用低品相的辉钼矿(含MoS2、SiO2以及CuFeS2等杂质)制备高纯二硫化钼的一种生产工艺如图:
(4)由图分析可知产生MoS3沉淀的流程中选择的最优温度和时间是___________,利用化学平衡原理分析低于或高于最优温度时,MoS3的产率均下降的原因_______________________________________。
(5)利用低品相的原料制备高纯产品是工业生产中的普遍原则。如图所示,反应[Ni(s)+4CO(g)
【答案】(4)40℃、30min 温度太低,反应MoS42-+2H+
【解析】(4)根据图象可知,40℃、30min MoS3沉淀率达到最大,所以最优温度和时间是40℃、30min;温度太低,反应MoS42-+2H+
(5)[Ni(s)+4CO(g)
3.加快反应速率或溶解速率
【2020新课标Ⅰ】钒具有广泛用途。黏土钒矿中,钒以+3、+4、+5价的化合物存在,还包括钾、镁的铝硅酸盐,以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。
“酸浸氧化”需要加热,其原因是_________________________________________。
【答案】加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)
【解析】“酸浸氧化”需要加热,其原因是:升高温度,加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全),故答案为:加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全);
(1)研究温度对“降解”过程中有机物去除率的影响,实验在如图1所示的装置中进行。
①在不同温度下反应相同时间,发现温度从60℃升高到95℃时,有机物去除率从29%增大到58%,其可能的原因是:MnO2的氧化能力随温度升高而增强;______________________________________。
【答案】温度升高,反应速率加快
【解析】①升高温度,反应速率加快,在相同时间内有机物反应的更多,去除率增加。
【练习3】“浸取”步骤中,能加快浸取速率的方法有___________(任写两种)。
【答案】将橄榄石尾矿粉碎、适当增大盐酸的浓度、适当提高反应的温度等
【解析】“浸取”步骤中,能加快浸取速率的方法有将橄榄石尾矿粉碎、适当增大盐酸的浓度、适当提高反应的温度等。
4.使沸点相对低的原料气化,或者降低在溶液中的气体溶解度
【练习1】实验室用如图所示的装置模拟燃煤烟气脱硫实验:
研究发现石灰石浆液的脱硫效率受pH和温度的影响。燃煤烟气流速一定时,脱硫效率与石灰石浆液pH的关系如图所示,在pH为5.6时脱硫效果最佳,石灰石浆液
【答案】石灰石的溶解度减小,与
【解析】由脱硫效率与石灰石浆液pH的关系图知,在pH为5.6时脱硫效果最佳,pH增大,石灰石的溶解度减小,与
【练习2】以甲酸和碳酸钾为原料生产二甲酸钾,实验测得反应条件对产品回收率的影响如下:
表1 反应温度对产品回收率的影响
反应温度(℃)
20
30
40
50
60
70
80
产品回收率(%)
75.6
78.4
80.6
82.6
83.1
82.1
73.7
②实际生产二甲酸钾时应选择的最佳反应条件是反应温度应控制在____________℃~____________℃,由表1可知反应温度过高,反应回收率反而会降低,其原因可能是___________________________________________。
【答案】温度过高,甲酸挥发
【解析】从表1可看出,温度控制在50℃~60℃二甲酸钾的产率较高,温度过高,反应回收率反而会降低,其原因可能是:甲酸易挥发,温度太高甲酸挥发了。
【练习3】实验室中用FeSO4溶液与NaOH溶液制备Fe(OH)2,装置如图,请回答下列问题:
配制NaOH溶液时使用的蒸馏水通常要煮沸,其目的是__________________________________。
【答案】除去水中溶解的氧气
【解析】硫酸亚铁易被氧化而变质,因此配制NaOH溶液时,应排除溶液中的氧气,可用加热溶液的方法除去溶解的氧气。
【练习4】四氯化锡用作媒染剂和有机合成上的氯化催化剂,实验室制备四氯化锡的反应、装置示意图和有关信息数据如下:
②无水四氯化锡是无色易流动的液体,熔点-33℃,沸点114.1℃。
实验制得的SnCl4中因溶解了C12而略显*,提纯SnCl4的方法是________________。
【答案】加热蒸馏
【解析】由于SnCl4的沸点114.1℃,因此如果实验制得的SnCl4中因溶解了C12而略显*,提纯SnCl4的方法是加热蒸馏。
【练习5】白云石的主要成份是CaCO3·MgCO3,在我国有大量的分布。以白云石为原料生产的钙镁系列产品有广泛的用途。白云石经煅烧、熔化后得到钙镁的氢氧化物,再经过碳化实现Ca2+、Mg2+的分离。碳化反应是放热反应,化学方程式如下:Ca(OH)2+Mg(OH)2+3CO2
碳化温度保持在50~60℃。温度偏高不利于碳化反应,原因是__________________、__________________。温度偏低也不利于碳化反应,原因是___________________________。
【答案】二氧化碳的溶解度小;碳酸氢镁分解,反应速率较小。
【解析】该反应为放热反应,而且是可逆的,当温度过高时,平衡逆反应方向移动,二氧化碳的溶解度减小,导致钙镁离子的分离减弱,Mg(HCO3)2是易分解,温度过高就分解了,温度过低,反应速率太小,导致得到产物消耗的时间太长,不利于碳化反应,故答案为:二氧化碳的溶解度小、碳酸氢镁分解;反应速率较小。
5.除去热不稳定的杂质,如NH4HCO3、NH4(CO3)2、 KMnO4、NH4C1等物质
【练习1】物质的分离与提纯是化学的重点,请根据下列实验目的,分别选择相应的操作和实验装置。下列为操作:
a.蒸馏 b.结晶法 c.加适量水,过滤 d.加热(或灼烧) e.加适量盐酸,蒸发 f.萃取分液 g.分液 h.升华
下列为实验装置:
(1)除去氯化钠晶体中的碳酸钠:______、______(分别填操作序号及实验装置图编号,下同)。
(2)除去碳酸钙中的氯化钠:_______、______。
(3)分离乙酸(沸点118℃)和乙酸乙酯(沸点77.1℃)的混合液(两者互溶):______、______。
(4)从溴水中提取溴:_______、_______。
(5)除去氧化钙中的碳酸钙:_______、_______。
(6)分离固体食盐和碘的方法:_______、_______。
【答案】e 2 c 1 a 5 f 4 d 3 h 6
【解析】
(1)碳酸钠与盐酸反应生成NaCl,则加适量盐酸,蒸发可分离,对应于装置2,故答案为e;2;
(2)碳酸钙不溶于水,氯化钠晶体溶于水,则选择过滤法可分离,对应于装置1,故答案为c;1;
(3)二者互溶,但沸点不同,则选择蒸馏法分离,对应于装置5,故答案为a;5;
(4)溴不易溶于水,易溶于有机溶剂,则选择萃取、分液法分离,对应于装置4,故答案为f;4;
(5)碳酸钙高温分解生成氧化钙,则选择加热分解法除杂,对应于装置3,故答案为d;3;
(6)碘容易升华,则选择升华法分离固体食盐和碘,对应于装置6,故答案为h;6。
二.降低温度
1.防止某物质在高温时会分解(或溶解)
【练习1】电解精炼铜的阳极泥中主要含Ag、Au等贵重金属。以下是从精炼铜的阳极泥中回收银、金的流程图:
铜阳极泥氧化时,采用“低温焙烧”而不采用“高温焙烧”的原因是_______ ______________。
【答案】低温焙烧时,Ag与氧气转化为Ag2O,高温时,氧化银分解又生成Ag和氧气;故答案为:高温焙烧时,生成的Ag2O又分解为Ag和O2(或2Ag2O
【练习2】【2018北京卷】磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下:
已知:磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH),还含有Ca5(PO4)3F和有机碳等。溶解度:Ca5(PO4)3(OH)<CaSO4·0.5H2O
(1)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除,同时自身也会发生分解。相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率如图所示。80℃后脱除率变化的原因:____________________。
【答案】图示是相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率,80℃前温度升高反应速率加快,相同
【练习3】一种从铜阳极泥(主要含有铜、银、金、少量的镍)中分离提取多种金属元素的工艺流程如下:
“分铜”时,如果反应温度过高,会有明显的放出气体现象,原因是____________________________。
【答案】温度过高,H2O2分解放出氧气。
【练习5】钛铁矿主要成分为FeTiO3(含有少量MgO、SiO2等杂质),Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿来制备,工艺流程如下:
过程②中固体TiO2与双氧水、氨水反应转化成(NH4)2Ti5O15溶液时,Ti元素的浸出率与反应温度的关系如图2所示,反应温度过高时,Ti元素浸出率下降的原因是___________________________________________________。
【答案】温度过高,双氧水分解与氨气逸出导致Ti元素浸出率下降。
【练习6】工业上以软锰矿(主要成分是MnO2,含有SiO2、Fe2O3等少量杂质)为主要原料制备高性能的磁性材料碳酸锰(MnCO3)。其工业流程如下:
(1)“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6生成,温度对“浸锰”反应的影响如右图所示,为减少 MnS2O6 的生成,“浸锰”的适宜温度是___________________________。
(2)向过滤Ⅱ所得的滤液中加入NH4HCO3 溶液时温度控制在30-35℃,温度不宜太高的原因是___________________________________________________________________。
【答案】(1)90℃。(2)铵盐受热分解,向过滤所得的滤液中加入碳酸氢铵溶液,温度控制在30-35℃的原因是防止NH4HCO3受热分解,提高原料的利用率;
2.使化学平衡向着放热方向移动
【练习1】乙酸苯酚酯制备: 将
①用碎冰块代替水可能的原因是:______________________________________ .
【答案】该反应是放热反应,碎冰温度低有利于酯的生成
【解析】①碎冰温度低有利于酯的生成,故答案为:该反应是放热反应,碎冰温度低有利于酯的生成。
3.使某个沸点高的产物液化,使其与其他物质分离
【练习1】石墨在材料领域有重要应用。某初级石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等杂质。设计的提纯和综合应用流程如下:
(注:SiCl4的沸点是57.6ºC,金属氯化物的沸点均高于150ºC)
向反应器中通入Cl2前,需通一段时间的N2。高温反应后,石墨中的氧化物杂质均转变为相应氯化物。80℃冷凝的目的是:_____________________。②由活性炭得到气体Ⅱ的化学反应方程式为:_____________________。
【答案】高温下,Si元素转化成SiCl4,铁元素转化成FeCl3,Mg元素转化成MgCl2,Al元素转化成AlCl3,SiCl4沸点是57.6℃,MgCl2、FeCl3、AlCl3沸点均高于150℃,加热到1500℃,MgCl2、FeCl3、AlCl3、SiCl4全部转化成气体I,80℃冷凝,SiCl4还是气体,而MgCl2、FeCl3、AlCl3状态是固体,便于与SiCl4分开。
4.降低晶体的溶解度,减少损失。
【练习1】碳酸锂广泛应用于化工、冶金等行业.工业上利用锂辉石(Li2Al2Si4Ox)制备碳酸锂的流程如图:
已知:碳酸锂的溶解度为(g/L)
温度
0
10
20
30
40
50
60
80
100
Li2CO3
1. 54
1. 43
1. 33
1. 25
1. 17
1. 08
1. 01
0. 85
0. 72
(1)硫酸化焙烧温度控制在250℃﹣300℃之间,主要原因是__________________________________;焙烧中硫酸用量控制在理论用量的l15%左右,硫酸加入过多的副作用是_________________________。
(2)“沉锂”需要在95℃以上进行,主要原因是_______________________,过滤碳酸锂所得母液中主要含有硫酸钠,还可能含有_____________和______________。
【答案】(1)硫酸化焙烧温度控制在250℃﹣300℃之间,主要原因是温度低于250℃,反应速率较慢,温度高于300℃,硫酸挥发较多;焙烧中硫酸用量控制在理论用量的l15%左右,硫酸加入过多的副作用是后续中还需要除去过量的硫酸,增加后续杂质的处理量、增加后续中和酸的负担。
(2)温度越高,碳酸锂溶解度降低,减少碳酸锂溶解,可以增加产率;溶液中硫酸钠不反应,使用碳酸钠要过量,少量碳酸锂溶解在溶液中,过滤碳酸锂所得母液中主要含有硫酸钠,还可能含有碳酸钠和碳酸锂。过滤碳酸锂所得母液中主要含有硫酸钠,还可能含有碳酸钠和碳酸锂。所以“沉锂”需要在95℃以上进行,主要原因是温度越高,碳酸锂溶解度降低,可以增加产率;过滤碳酸锂所得母液中主要含有硫酸钠,还可能含有碳酸钠和碳酸锂。
【练习2】某废旧电池材料的主要成分为钴酸锂(LiCoO2),还含有一定量的铁、铝、铜等元素的化合物,其回收工艺如图所示,最终可得到Co2O3和锂盐。
已知:CoC2O4·2H2O微溶于水,它的溶解度随温度升高而逐渐增大,且能与过量的C2O42-离子生成Co(C2O4)n2(n-1)-而溶解。
(4)“沉钴”过程中,(NH4)2C2O4的加入量(图a)、沉淀反应的温度(图b)与钴的沉淀率关系如图所示:
①随n(C2O42-):N(Co2+)比值的增加,钴的沉淀率先逐渐增大后又逐渐减小的原因________________________。
②沉淀反应时间为10 min,温度在50℃以上时,随温度升高而钴的沉淀率下降的可能原因是_______________________________________________________________________________________________。
【答案】①过量的C2O42-与Co2+反应生成Co(C2O4)n2(n-1)-而溶解 ②它的溶解度随温度升高而逐渐增大
【解析】①随n(C2O42-):N(Co2+)比值的增加,过量的C2O42-与Co2+反应生成Co(C2O4)n2(n-1)-而溶解,钴的沉淀率先逐渐增大后又逐渐减小;
②沉淀反应时间为10 min,温度在50℃以上时,溶解度随温度升高而逐渐增大。
5.减少能源成本,降低对设备的要求
【练习1】目前常用的工业生产纯碱的方法是“联合制碱法(侯氏制碱法)”
世界上最早工业生产碳酸钠的方法是“路布兰法”,其流程如下:
与“路布兰法”相比,“联合制碱法’的优点之一是_________________________。
【答案】原料利用率高,反应所需温度低,耗能少
【解析】据流程可知:路布兰法是利用食盐晶体和浓硫酸在600°C到700°C下反应生成硫酸钠和氯化氢,再利用C与石灰石和硫酸钠在1000°C生成碳酸钠;侯德榜研究出联合制碱法为在饱和的氯化钠溶液中直接通入氨气和CO2,得到氯化铵和碳酸氢钠晶体,并利用碳酸氢钠的分解制得纯碱,
三.控制温度(用水浴或油浴控温)
1.防止某种物质温度过高时会分解或挥发
【2019江苏】实验室以工业废渣(主要含CaSO4·2H2O,还含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3)为原料制取轻质CaCO3和(NH4)2SO4晶体,其实验流程如下:
(1)废渣浸取在如图所示的装置中进行。控制反应温度在60~70 ℃,搅拌,反应3小时。温度过高将会导致CaSO4的转化率下降,其原因是 ;保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变,实验中提高CaSO4转化率的操作有 。
【答案】由于铵盐具有不稳定性,受热易分解,所以温度过高,(NH4)2CO3分解,从而使CaSO4转化率下降;由于浸取过程中的反应属于固体与溶液的反应(或发生沉淀的转化),保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变,提高CaSO4转化率即提高反应速率,结合外界条件对化学反应速率的影响,实验过程中提高CaSO4转化率的操作为加快搅拌速率(即增大接触面积,加快反应速率,提高浸取率)。
2.控制固体的溶解与结晶
【习题1】【2017新课标3卷】重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示:
有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加