定点4温度条件的控制解析版高考化学二轮工艺流程题定点剖析.docx
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定点4温度条件的控制解析版高考化学二轮工艺流程题定点剖析
二轮复习工艺流程专项
专题4-温度条件的控制
一.温度控制的类型及其目的
1.升高温度
(1)加快反应速率或溶解速率;
(2)促进平衡向吸热方向(一般是有利于生成物生成的方向)移动;
(3)除去受热不稳定的杂质,如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、NH4Cl等物质;
(5)使沸点相对低的物质气化或升华。
2.降低温度
(1)防止某物质在温度较高时挥发或分解;
(2)使化学平衡向吸热方向移动,从而提高产物的产率;
(3)使某个沸点高的产物液化,使其与其他物质分离;
(4)降低晶体的溶解度,使其结晶析出。
3.控制温度较为适中
(1)既加快反应速率,又防止某种物质温度过高时会分解或挥发
(2)为了使某物质达到沸点挥发出来,而不影响其他物质;
(3)使催化剂的活性达到最好,过低活性不够,过高失活发生副反应。
4.常考情境
(1)如果题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息,则要根据它们的溶解度随温度升高而改变的情况,寻找合适的结晶分离方法(蒸发结晶或浓缩结晶)。
(2)煮沸:
促进水解,聚沉后利于过滤分离;除去溶解在溶液中的气体,如氧气。
(3)温度不高于××℃的原因:
适当加快反应速率,但温度过高会造成(如浓硝酸)挥发,(如H2O2、NH4HCO3)分解,(如Na2SO3)氧化或促进(如AlCl3)水解等,影响产品的生成
(4)温度不低于××℃的原因:
加快反应速率或者对于吸热反应而言可是平衡正移,增加产率。
二:
练习
【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)
【详解】“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);
【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)。
【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) (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 时间内有机碳脱除率增大;80℃后温度升高,H2O2分解速率大,H2O2浓度显著降低,反应速率减慢,相同条件下有机碳脱除率减小。 【2018江苏】以Cl2、NaOH、(NH2)2CO(尿素)和SO2为原料可制备N2H4·H2O(水合肼)和无水Na2SO3,其主要实验流程如下: 已知: ①Cl2+2OH− ClO−+Cl−+H2O是放热反应。 ②N2H4·H2O沸点约118℃,具有强还原性,能与NaClO剧烈反应生成N2。 (1)步骤Ⅰ制备NaClO溶液时,若温度超过40℃,Cl2与NaOH溶液反应生成NaClO3和NaCl,其离子方程式为____________________________________;实验中控制温度除用冰水浴外,还需采取的措施是____________________________________。 【答案】温度超过40℃,Cl2与NaOH溶液发生歧化反应生成NaClO3、NaCl和H2O,反应的化学方程式为3Cl2+6NaOH 5NaCl+NaClO3+3H2O,离子方程式为3Cl2+6OH- 5Cl-+ClO3-+3H2O。 由于Cl2与NaOH溶液的反应为放热反应,为了减少NaClO3的生成,应控制温度不超过40℃、减慢反应速率;实验中控制温度除用冰水浴外,还需采取的措 施是: 缓慢通入Cl2。 【习题】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。 【习题】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 4Ag+O2↑)。 【习题】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】反应温度过高时,Ti元素浸出率下降的原因是温度过高,双氧水分解与氨气逸出导致Ti元素浸出率下降。 【习题】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。 【习题】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; 【习题】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 (1)磨矿细度对浸出率的影响如图所示,依据浸出率应选择磨矿细度_____为宜。 “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 【习题】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。 【习题】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) (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,相同时间内有机碳脱除率增大;80℃后温度升高,H2O2分解速率大,H2O2浓度显著降低,反应速率减慢,相同条件下有机碳脱除率减小。 【习题】硒(Se)和铜(Cu)在生产生活中有广泛的应用。 硒可以用作光敏材料、电解锰行业的催化剂,也是动物体必需的营养元素和对植物有益的营养元素等。 氯化亚铜(CuCl)广泛应用于化工、印染、电镀等行业。 CuCl难溶于醇和水,可溶于氯离子浓度较大的体系,在潮湿空气中易水解氧化。 以海绵铜(主要成分是Cu和少量CuO)为原料,采用硝酸铵氧化分解技术生产CuCl的工艺过程如下所示: 氯化亚铜产率与温度、溶液pH关系如下图所示。 据图分析,流程化生产氯化亚铜的过程中,温度过低影响CuCl产率的原因是____________________________________;温度过高、pH过大也会影响CuCl产率的原因是_______________________________。 【答案】据图分析,流程化生产氯化亚铜的过程中,温度过低影响CuCl产率的原因是温度过低反应速率慢;温度过高、pH过大也会影响CuCl产率的原因是温度过高、pH过大,容易向CuO和Cu2O转化,且温度过高,铵盐(氯化铵,亚硫酸铵)易受热分解; 【习题】钛酸锂电池应用广泛,电池放电后负极材料主要含有Li4Ti5O12、铝箔及少量Fe,可通过下列工艺流程回收钛、锂。 回答下列问题: 萃取时,温度对萃取率的影响如图所示。 由图分析知实验时选择在常温下进行即可,理由是__。 【答案】由温度对萃取率的影响图可知,常温下钛的萃取率已经比较高(90%以上),温度升高对萃取率的增加幅度很小,所以不必升温,实验时选择在常温下进行即可, 【习题】钼酸钠(Na2MoO4)可与重金属盐产生沉淀,是目前应用较多的一种新型水处理剂。 利用精钼矿(主要成分是MoS2,含少量PbS等)来制取钼酸钠晶体的工艺流程如下图所示。 (1)焙烧的过程中采用如图1所示的“多层逆流焙烧”。 ①多层逆流焙烧的优点是___________(任答两点)。 (2)PbS与H2O2反应时,温度高于40℃后,反应速率反而减慢,原因是___________。 【答案】 (1)多层逆流焙烧可增长钼精矿与空气接触的时间和增大接触面积; (2)H2O2在温度高于40℃后分解。 【习题】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,采用硝酸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, 故答案为加快乙醇和水的挥发,防止CuCl在潮湿的空气中水解氧化; (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,
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- 定点 温度 条件 控制 解析 高考 化学 二轮 工艺流程 剖析