2021-2022年高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)工藝流程題《溫度條件的控制》

2021-2022年高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)工藝流程題《溫度條件的控制》一．溫度控制的類型及其目的1．升高溫度（1）加快反應(yīng)速率或溶解速率；（2）促進(jìn)平衡向吸熱方向（一般是有利于生成物生成的方向）移動(dòng)；（3）除去受熱不穩(wěn)定的雜質(zhì)，如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、NH4Cl等物質(zhì)；（5）使沸點(diǎn)相對(duì)低的物質(zhì)氣化或升華。2．降低溫度（1）防止某物質(zhì)在溫度較高時(shí)揮發(fā)或分解；（2）使化學(xué)平衡向吸熱方向移動(dòng)，從而提高產(chǎn)物的產(chǎn)率；（3）使某個(gè)沸點(diǎn)高的產(chǎn)物液化，使其與其他物質(zhì)分離；（4）降低晶體的溶解度，使其結(jié)晶析出。3．控制溫度較為適中（1）既加快反應(yīng)速率，又防止某種物質(zhì)溫度過(guò)高時(shí)會(huì)分解或揮發(fā)（2）為了使某物質(zhì)達(dá)到沸點(diǎn)揮發(fā)出來(lái)，而不影響其他物質(zhì)；（3）使催化劑的活性達(dá)到最好，過(guò)低活性不夠，過(guò)高失活發(fā)生副反應(yīng)。4．常考情境（1）如果題目中出現(xiàn)了包括產(chǎn)物在內(nèi)的各種物質(zhì)的溶解度信息，則要根據(jù)它們的溶解度隨溫度升高而改變的情況，尋找合適的結(jié)晶分離方法（蒸發(fā)結(jié)晶或濃縮結(jié)晶）。（2）煮沸：促進(jìn)水解，聚沉后利于過(guò)濾分離；除去溶解在溶液中的氣體，如氧氣。（3）溫度不高于××℃的原因：適當(dāng)加快反應(yīng)速率,但溫度過(guò)高會(huì)造成(如濃硝酸)揮發(fā)，(如H2O2、NH4HCO3)分解，(如Na2SO3)氧化或促進(jìn)(如AlCl3)水解等，影響產(chǎn)品的生成（4）溫度不低于××℃的原因：加快反應(yīng)速率或者對(duì)于吸熱反應(yīng)而言可是平衡正移，增加產(chǎn)率。二：練習(xí)【2020新課標(biāo)Ⅰ】釩具有廣泛用途。黏土釩礦中，釩以+3、+4、+5價(jià)的化合物存在，還包括鉀、鎂的鋁硅酸鹽，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工藝流程可由黏土釩礦制備NH4VO3?！八峤趸毙枰訜幔湓蚴莀__________。【答案】加快酸浸和氧化反應(yīng)速率（促進(jìn)氧化完全）【詳解】“酸浸氧化”需要加熱，其原因是：升高溫度，加快酸浸和氧化反應(yīng)速率（促進(jìn)氧化完全），故答案為：加快酸浸和氧化反應(yīng)速率（促進(jìn)氧化完全）；【2019江蘇】（1）廢渣浸取在如圖所示的裝置中進(jìn)行。控制反應(yīng)溫度在60~70℃，攪拌，反應(yīng)3小時(shí)。溫度過(guò)高將會(huì)導(dǎo)致CaSO4的轉(zhuǎn)化率下降，其原因是；保持溫度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物和溶劑的量不變，實(shí)驗(yàn)中提高CaSO4轉(zhuǎn)化率的操作有。【答案】由于銨鹽具有不穩(wěn)定性，受熱易分解，所以溫度過(guò)高，（NH4）2CO3分解，從而使CaSO4轉(zhuǎn)化率下降；由于浸取過(guò)程中的反應(yīng)屬于固體與溶液的反應(yīng)（或發(fā)生沉淀的轉(zhuǎn)化），保持溫度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物和溶劑的量不變，提高CaSO4轉(zhuǎn)化率即提高反應(yīng)速率，結(jié)合外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中提高CaSO4轉(zhuǎn)化率的操作為加快攪拌速率（即增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高浸取率）?！?018北京卷】磷精礦濕法制備磷酸的一種工藝流程如下：已知：磷精礦主要成分為Ca5(PO4)3(OH)，還含有Ca5(PO4)3F和有機(jī)碳等。溶解度：Ca5(PO4)3(OH)<CaSO4·0.5H2O（1）H2O2將粗磷酸中的有機(jī)碳氧化為CO2脫除，同時(shí)自身也會(huì)發(fā)生分解。相同投料比、相同反應(yīng)時(shí)間，不同溫度下的有機(jī)碳脫除率如圖所示。80℃后脫除率變化的原因：____________________。【答案】圖示是相同投料比、相同反應(yīng)時(shí)間，不同溫度下的有機(jī)碳脫除率，80℃前溫度升高反應(yīng)速率加快，相同時(shí)間內(nèi)有機(jī)碳脫除率增大；80℃后溫度升高，H2O2分解速率大，H2O2濃度顯著降低，反應(yīng)速率減慢，相同條件下有機(jī)碳脫除率減小。【2018江蘇】以Cl2、NaOH、(NH2)2CO（尿素）和SO2為原料可制備N2H4·H2O（水合肼）和無(wú)水Na2SO3，其主要實(shí)驗(yàn)流程如下：已知：①Cl2+2OH?ClO?+Cl?+H2O是放熱反應(yīng)。②N2H4·H2O沸點(diǎn)約118℃，具有強(qiáng)還原性，能與NaClO劇烈反應(yīng)生成N2。（1）步驟Ⅰ制備NaClO溶液時(shí)，若溫度超過(guò)40℃，Cl2與NaOH溶液反應(yīng)生成NaClO3和NaCl，其離子方程式為____________________________________；實(shí)驗(yàn)中控制溫度除用冰水浴外，還需采取的措施是____________________________________。【答案】溫度超過(guò)40℃，Cl2與NaOH溶液發(fā)生歧化反應(yīng)生成NaClO3、NaCl和H2O，反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Cl2+6NaOH5NaCl+NaClO3+3H2O，離子方程式為3Cl2+6OH-5Cl-+ClO3-+3H2O。由于Cl2與NaOH溶液的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，為了減少NaClO3的生成，應(yīng)控制溫度不超過(guò)40℃、減慢反應(yīng)速率；實(shí)驗(yàn)中控制溫度除用冰水浴外，還需采取的措施是：緩慢通入Cl2。【習(xí)題】一種從銅陽(yáng)極泥(主要含有銅、銀、金、少量的鎳)中分離提取多種金屬元素的工藝流程如下：“分銅”時(shí)，如果反應(yīng)溫度過(guò)高，會(huì)有明顯的放出氣體現(xiàn)象，原因是_______?！敬鸢浮繙囟冗^(guò)高，H2O2分解放出氧氣。【習(xí)題】電解精煉銅的陽(yáng)極泥中主要含Ag、Au等貴重金屬。以下是從精煉銅的陽(yáng)極泥中回收銀、金的流程圖：銅陽(yáng)極泥氧化時(shí)，采用“低溫焙燒”而不采用“高溫焙燒”的原因是_____________________。【答案】低溫焙燒時(shí)，Ag與氧氣轉(zhuǎn)化為Ag2O，高溫時(shí)，氧化銀分解又生成Ag和氧氣；故答案為：高溫焙燒時(shí)，生成的Ag2O又分解為Ag和O2(或2Ag2O4Ag＋O2↑)?！玖?xí)題】鈦鐵礦主要成分為FeTiO3（含有少量MgO、SiO2等雜質(zhì)），Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料，可利用鈦鐵礦來(lái)制備，工藝流程如下：過(guò)程②中固體TiO2與雙氧水、氨水反應(yīng)轉(zhuǎn)化成(NH4)2Ti5O15溶液時(shí)，Ti元素的浸出率與反應(yīng)溫度的關(guān)系如圖2所示，反應(yīng)溫度過(guò)高時(shí)，Ti元素浸出率下降的原因是___________?！敬鸢浮糠磻?yīng)溫度過(guò)高時(shí)，Ti元素浸出率下降的原因是溫度過(guò)高，雙氧水分解與氨氣逸出導(dǎo)致Ti元素浸出率下降?！玖?xí)題】碳酸鋰廣泛應(yīng)用于化工、冶金等行業(yè)．工業(yè)上利用鋰輝石（Li2Al2Si4Ox）制備碳酸鋰的流程如圖：已知：碳酸鋰的溶解度為（（g/L）溫度010203040506080100Li2CO31.541.431.331.251.171.081.010.850.72（1）硫酸化焙燒溫度控制在250℃﹣300℃之間，主要原因是________；焙燒中硫酸用量控制在理論用量的l15%左右，硫酸加入過(guò)多的副作用是_________。（2）“沉鋰”需要在95℃以上進(jìn)行，主要原因是_______________，過(guò)濾碳酸鋰所得母液中主要含有硫酸鈉，還可能含有_____和______?！敬鸢浮浚?）硫酸化焙燒溫度控制在250℃﹣300℃之間，主要原因是溫度低于250℃，反應(yīng)速率較慢，溫度高于300℃，硫酸揮發(fā)較多；焙燒中硫酸用量控制在理論用量的l15%左右，硫酸加入過(guò)多的副作用是后續(xù)中還需要除去過(guò)量的硫酸，增加后續(xù)雜質(zhì)的處理量、增加后續(xù)中和酸的負(fù)擔(dān)；溫度越高，碳酸鋰溶解度降低，減少碳酸鋰溶解，可以增加產(chǎn)率；溶液中硫酸鈉不反應(yīng)，使用碳酸鈉要過(guò)量，少量碳酸鋰溶解在溶液中，過(guò)濾碳酸鋰所得母液中主要含有硫酸鈉，還可能含有碳酸鈉和碳酸鋰。過(guò)濾碳酸鋰所得母液中主要含有硫酸鈉，還可能含有碳酸鈉和碳酸鋰。所以“沉鋰”需要在95℃以上進(jìn)行，主要原因是溫度越高，碳酸鋰溶解度降低，可以增加產(chǎn)率；過(guò)濾碳酸鋰所得母液中主要含有硫酸鈉，還可能含有碳酸鈉和碳酸鋰。【習(xí)題】工業(yè)上以軟錳礦(主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3等少量雜質(zhì))為主要原料制備高性能的磁性材料碳酸錳(MnCO3)。其工業(yè)流程如下：（1）“浸錳”反應(yīng)中往往有副產(chǎn)物MnS2O6生成，溫度對(duì)“浸錳”反應(yīng)的影響如右圖所示，為減少M(fèi)nS2O6的生成，“浸錳”的適宜溫度是_______。（2）向過(guò)濾Ⅱ所得的濾液中加入NH4HCO3溶液時(shí)溫度控制在30-35℃，溫度不宜太高的原因是_______?！敬鸢浮浚?）90℃。（2）銨鹽受熱分解，向過(guò)濾所得的濾液中加入碳酸氫銨溶液，溫度控制在30-35℃的原因是防止NH4HCO3受熱分解，提高原料的利用率；【習(xí)題】目前世界上新建的金礦中約有80%都采用氧化法提金。某工廠利用鋅冶煉渣回收金、銀等貴金屬的流程如下圖所示:已知:HCN有劇毒，其Ka(HCN)=5×10-10，Au++2CN-=[Au(CN)2]-平衡常數(shù)KB=1×1038（1）磨礦細(xì)度對(duì)浸出率的影響如圖所示，依據(jù)浸出率應(yīng)選擇磨礦細(xì)度_____為宜?！扒杌杯h(huán)節(jié)中，金的溶解速率在80℃時(shí)達(dá)到最大值，但生產(chǎn)中控制反應(yīng)液的溫度在10-20℃，原因是:___________________________(答一點(diǎn)即可)。【答案】溫度的升高，促進(jìn)了氰化物的水解，增加了HCN的揮發(fā)速度，溫度的升高，Ca(OH)2的溶解度減小，部分堿從溶液中析出【習(xí)題】石墨在材料領(lǐng)域有重要應(yīng)用。某初級(jí)石墨中含SiO2（7.8%）、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等雜質(zhì)。設(shè)計(jì)的提純和綜合應(yīng)用流程如下：（注：SiCl4的沸點(diǎn)是57.6oC，金屬氯化物的沸點(diǎn)均高于150oC）向反應(yīng)器中通入Cl2前，需通一段時(shí)間的N2。高溫反應(yīng)后，石墨中的氧化物雜質(zhì)均轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)氯化物。80℃冷凝的目的是：_____________________。②由活性炭得到氣體Ⅱ的化學(xué)反應(yīng)方程式為：_____________________?！敬鸢浮扛邷叵拢琒i元素轉(zhuǎn)化成SiCl4，鐵元素轉(zhuǎn)化成FeCl3，Mg元素轉(zhuǎn)化成MgCl2，Al元素轉(zhuǎn)化成AlCl3，SiCl4沸點(diǎn)是57.6℃，MgCl2、FeCl3、AlCl3沸點(diǎn)均高于150℃，加熱到1500℃，MgCl2、FeCl3、AlCl3、SiCl4全部轉(zhuǎn)化成氣體I，80℃冷凝，SiCl4還是氣體，而MgCl2、FeCl3、AlCl3狀態(tài)是固體，便于與SiCl4分開?！玖?xí)題】磷精礦濕法制備磷酸的一種工藝流程如下：已知：磷精礦主要成分為Ca5(PO4)3(OH)，還含有Ca5(PO4)3F和有機(jī)碳等。溶解度：Ca5(PO4)3(OH)<CaSO4·0.5H2O（1）H2O2將粗磷酸中的有機(jī)碳氧化為CO2脫除，同時(shí)自身也會(huì)發(fā)生分解。相同投料比、相同反應(yīng)時(shí)間，不同溫度下的有機(jī)碳脫除率如圖所示。80℃后脫除率變化的原因：____________________。【答案】圖示是相同投料比、相同反應(yīng)時(shí)間，不同溫度下的有機(jī)碳脫除率，80℃前溫度升高反應(yīng)速率加快，相同時(shí)間內(nèi)有機(jī)碳脫除率增大；80℃后溫度升高，H2O2分解速率大，H2O2濃度顯著降低，反應(yīng)速率減慢，相同條件下有機(jī)碳脫除率減小?！玖?xí)題】硒(Se)和銅(Cu)在生產(chǎn)生活中有廣泛的應(yīng)用。硒可以用作光敏材料、電解錳行業(yè)的催化劑，也是動(dòng)物體必需的營(yíng)養(yǎng)元素和對(duì)植物有益的營(yíng)養(yǎng)元素等。氯化亞銅(CuCl)廣泛應(yīng)用于化工、印染、電鍍等行業(yè)。CuCl難溶于醇和水，可溶于氯離子濃度較大的體系，在潮濕空氣中易水解氧化。以海綿銅(主要成分是Cu和少量CuO)為原料，采用硝酸銨氧化分解技術(shù)生產(chǎn)CuCl的工藝過(guò)程如下所示：氯化亞銅產(chǎn)率與溫度、溶液pH關(guān)系如下圖所示。據(jù)圖分析，流程化生產(chǎn)氯化亞銅的過(guò)程中，溫度過(guò)低影響CuCl產(chǎn)率的原因是____________________________________；溫度過(guò)高、pH過(guò)大也會(huì)影響CuCl產(chǎn)率的原因是_______________________________。【答案】據(jù)圖分析，流程化生產(chǎn)氯化亞銅的過(guò)程中，溫度過(guò)低影響CuCl產(chǎn)率的原因是溫度過(guò)低反應(yīng)速率慢；溫度過(guò)高、pH過(guò)大也會(huì)影響CuCl產(chǎn)率的原因是溫度過(guò)高、pH過(guò)大，容易向CuO和Cu2O轉(zhuǎn)化，且溫度過(guò)高，銨鹽(氯化銨，亞硫酸銨)易受熱分解；【習(xí)題】鈦酸鋰電池應(yīng)用廣泛，電池放電后負(fù)極材料主要含有Li4Ti5O12、鋁箔及少量Fe，可通過(guò)下列工藝流程回收鈦、鋰。回答下列問(wèn)題：萃取時(shí)，溫度對(duì)萃取率的影響如圖所示。由圖分析知實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇在常溫下進(jìn)行即可，理由是__?！敬鸢浮坑蓽囟葘?duì)萃取率的影響圖可知，常溫下鈦的萃取率已經(jīng)比較高(90%以上)，溫度升高對(duì)萃取率的增加幅度很小，所以不必升溫，實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇在常溫下進(jìn)行即可，【習(xí)題】鉬酸鈉(Na2MoO4)可與重金屬鹽產(chǎn)生沉淀，是目前應(yīng)用較多的一種新型水處理劑。利用精鉬礦(主要成分是MoS2，含少量PbS等)來(lái)制取鉬酸鈉晶體的工藝流程如下圖所示。（1）焙燒的過(guò)程中采用如圖1所示的“多層逆流焙燒”。①多層逆流焙燒的優(yōu)點(diǎn)是___________(任答兩點(diǎn))。（2）PbS與H2O2反應(yīng)時(shí)，溫度高于40℃后，反應(yīng)速率反而減慢，原因是___________?！敬鸢浮浚?）多層逆流焙燒可增長(zhǎng)鉬精礦與空氣接觸的時(shí)間和增大接觸面積；（2）H2O2在溫度高于40℃后分解。【習(xí)題】氯化亞銅是一種重要的化工產(chǎn)品，常用作有機(jī)合成催化劑，還可用于顏料、防腐等工業(yè)，它不溶于H2SO4、HNO3和醇，微溶于水，可溶于濃鹽酸和氨水，在潮濕空氣中易水解氧化成綠色的堿式氯化銅[Cu2（OH）3Cl]。以海綿銅（主要成分是Cu和少量CuO）為原料，采用硝酸銨氧化分解技術(shù)生產(chǎn)CuCl的工藝過(guò)程如下：（1）析出的CuCl晶體水洗