2023届高三化学一轮复习3、工业流程图——温度的调节 学案(含答案)

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2023届高三化学一轮复习3、工业流程图——温度的调节 学案(含答案)

资源简介

温度的调节及原因分析:
(一)控温的目的:
1、加热(冷却)VS升温(降温)的目的:
(1) 速率角度 加快(减缓)溶解速率、加快(减缓)反应速率
(2) 溶解度角度 增大或减少固体物质的溶解度、降低或增大气体的溶解度
(3) 可逆反应平衡移动 水解、电离等可逆反应
(4) 物质分解(除杂角度) 铵盐、H2O2、NH3 H2O的分解(除去热稳定性不好的物质)
(5) 防止加速氧化角度 如 Na2SO3
(6) 挥发、冷凝、气化、升华等角度 使 XXX冷凝
(7) 催化剂活性角度 防止温度过高催化剂失活
(8) 防止副反应的发生角度
(9) 题中给温度信息,结合题中信息作答 做题仔细看题给信息
2、煮沸的目的是:
情况 目的 举例
(1)
(2)
(3)
3、注意问法不同,答法不同:
温度不低于 xx℃的原因?温度不高于 xx℃的原因?温度为 xx℃的原因?温度在 xx℃~xx℃的原因?
4、常见答题模板总结:
(1)温度不能过低的原因:防止反应速率过慢;
(2)加热、升温的目的是:加快反应速率或溶解速率;促进平衡向吸热反应方向移动;除杂,除去热不稳定的杂质,
如 NaHCO3、KMnO4、NH4Cl等物质;使沸点相对较低或易升华的原料气化;煮沸时促进溶液中的气体挥发逸出等。
(3)降温、冷却的目的是:防止某物质在高温时会溶解(或分解);使化学平衡向着题目要求的方向移动(放热方向);
使某个沸点高的产物液化,使其与其他物质分离;降低晶体的溶解度,减少损失;析出晶体时,缓慢降温,能使颗粒
慢慢长大,有利于过滤分离。降温或减压可以减少能源成本,降低对设备的要求,达到绿色化学的要求。
(二)控温的方式:
1、降温的方式:
冰水浴 减缓气体的通入速率 移走酒精灯 减少反应物的浓度等
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温度的调节及原因分析:
2、升温的方式:
(1)加热的方式:酒精灯加热、水浴加热、油浴加热
(2)水浴加热的好处:受热均匀,便于控制反应温度;(防止易燃气体遇明火爆炸)
(3)用油浴不用水浴的原因是: 。
(三)例题:
1、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。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:温度过高,(NH4)2CO3分解,从而使CaSO4转化率下降; 加快搅拌速率。
2、氯化亚铜不溶于 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。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 55℃时,CuCl 产率能达到 94%,温度过低影响 CuCl 产率的原因
是 ;当温度高于 55℃时,CuCl产率会下降,其原因可能是
(答两点)。
答案:(1)加快乙醇和水的挥发,防止 CuCl在潮湿的空气中水解氧化;(2)温度过低反应速率慢;温度过高,一是
促进了 CuCl的水解,二是促进了 CuCl与空气中氧气发生反应。
3、磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下:
2 / 4
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)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℃前后脱除率变化的原因: 。
答案: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。
4、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”。多层逆流焙烧的优点是: 、 。
(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。
5、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。
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: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
6、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。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:3Cl2+6OH-=Δ=5Cl-+ClO3-+3H2O。 缓慢通入Cl2。
7、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”
3 / 4
而不采用“高温焙烧”的原因是 。
答案:高温焙烧时,生成的 Ag2O又分解为 Ag和 O2(或 2Ag2O=高温=4Ag+O2↑)。
8、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 115%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)温度低于 250℃反应速率较慢,温度高于 300℃硫酸挥发较多。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)温度高,碳酸锂溶解度降低,可以增加产量 Na2CO3、Li2CO3
9、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 K=1×1038
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 。
答案:87% 温度升高,促进氰化物的水解,增加 HCN的挥发速度,Ca(OH)2的溶解度减小,部分碱从溶液中析出
10、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 57.6 C,金属氯化物的沸点
均高于 150℃)。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: 。
由活性炭得到气体Ⅱ的化学反应方程式为: 。
答案:将 MgCl2、FeCl3、AlCl3等金属氯化物冷凝为固体,从而与 SiCl4分开。
SiO2+2C=高温=2CO+Si、Si+2Cl2=高温=SiCl4
4 / 4控温的目的:
加热(冷却)VS升温(降温)的目的:
(1) 速率角度 加快(减缓)溶解速率、加快(减缓)反应速率
(2) 溶解度角度 增大或减少固体物质的溶解度、降低或增大气体的溶解度
(3) 可逆反应平衡移动 水解、电离等可逆反应
(4) 物质分解(除杂角度) 铵盐、H2O2、NH3 H2O的分解(除去热稳定性不好的物质)
(5) 防止加速氧化角度 如Na2SO3
(6) 挥发、冷凝、气化、升华等角度 使XXX冷凝
(7) 催化剂活性角度 防止温度过高催化剂失活
(8) 防止副反应的发生角度
(9) 题中给温度信息,结合题中信息作答 做题仔细看题给信息
煮沸的目的是:
情况 目的 举例
(1)
(2)
(3)
注意问法不同,答法不同:
温度不低于xx℃的原因?温度不高于xx℃的原因?温度为xx℃的原因?温度在xx℃~xx℃的原因?
常见答题模板总结:
温度不能过低的原因:防止反应速率过慢;
加热、升温的目的是:加快反应速率或溶解速率;促进平衡向吸热反应方向移动;除杂,除去热不稳定的杂质,如NaHCO3、KMnO4、NH4Cl等物质;使沸点相对较低或易升华的原料气化;煮沸时促进溶液中的气体挥发逸出等。
降温、冷却的目的是:防止某物质在高温时会溶解(或分解);使化学平衡向着题目要求的方向移动(放热方向);
使某个沸点高的产物液化,使其与其他物质分离;降低晶体的溶解度,减少损失;析出晶体时,缓慢降温,能使颗粒慢慢长大,有利于过滤分离。降温或减压可以减少能源成本,降低对设备的要求,达到绿色化学的要求。
控温的方式:
降温的方式:
冰水浴 减缓气体的通入速率 移走酒精灯 减少反应物的浓度等
升温的方式:
(1)加热的方式:酒精灯加热、水浴加热、油浴加热
(2)水浴加热的好处:受热均匀,便于控制反应温度;(防止易燃气体遇明火爆炸)
(3)用油浴不用水浴的原因是: 。
例题:
1、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。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:温度过高,(NH4)2CO3分解,从而使CaSO4转化率下降; 加快搅拌速率。
2、氯化亚铜不溶于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。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55℃时,CuCl产率能达到94%,温度过低影响CuCl产率的原因是 ;当温度高于55℃时,CuCl产率会下降,其原因可能是
(答两点)。
答案:(1)加快乙醇和水的挥发,防止CuCl在潮湿的空气中水解氧化;(2)温度过低反应速率慢;温度过高,一是促进了CuCl的水解,二是促进了CuCl与空气中氧气发生反应。
3、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)答案: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。
4、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”。多层逆流焙烧的优点是: 、 。
(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。
5、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。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: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
6、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。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:3Cl2+6OH-=Δ=5Cl-+ClO3-+3H2O。 缓慢通入Cl2。
7、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:高温焙烧时,生成的Ag2O又分解为Ag和O2(或2Ag2O=高温=4Ag+O2↑)。
8、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115%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)温度低于250℃反应速率较慢,温度高于300℃硫酸挥发较多。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)温度高,碳酸锂溶解度降低,可以增加产量 Na2CO3、Li2CO3
9、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K=1×1038
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 。
答案:87% 温度升高,促进氰化物的水解,增加HCN的挥发速度,Ca(OH)2的溶解度减小,部分碱从溶液中析出
10、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57.6 C,金属氯化物的沸点均高于150℃)。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: 。由活性炭得到气体Ⅱ的化学反应方程式为: 。
答案:将MgCl2、FeCl3、AlCl3等金属氯化物冷凝为固体,从而与SiCl4分开。
SiO2+2C=高温=2CO+Si、Si+2Cl2=高温=SiCl4

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