高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(1)

备战2022年高考化学-工艺流程专项复习系列

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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(2)

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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(3)

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_________________________。

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【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,采用硝酸铵氧化分解技术生产CuCl的工艺过程如下:

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(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______________________________________________________________________________________________。

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【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

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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.促进平衡向吸热方向移动

【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:

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(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_______________________________________。

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(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)

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Ni(CO)4(g)] ΔH<0在充满CO的石英管中进行,先在温度为T2的一端放入未提纯的粗镍粉末,一段时间后,在温度为T1的一端得到了纯净的镍粉,请结合平衡移动原理,判断温度Tl_________T2(填“>”、“<”或“=”)。

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【答案】(4)40℃、30min 温度太低,反应MoS42- 2H

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MoS3↓ H2S↑产生的H2S气体不易逸出,不利于平衡正向移动生成MoS3;温度太高,反应物盐酸挥发,导致溶液中c(H )下降,上述平衡逆向移动,也不利于生成MoS3 (5)>

【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

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(13)

MoS3↓ H2S↑产生的H2S气体不易逸出,不利于平衡正向移动生成MoS3;温度太高,反应物盐酸挥发,导致溶液中c(H )下降,上述平衡逆向移动,也不利于生成MoS3,所以低于或高于最优温度时,MoS3的产率均下降;

(5)[Ni(s) 4CO(g)

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Ni(CO)4(g)] ΔH<0,正反应放热,升高温度平衡逆向移动,生成Ni单质,在温度为T1的一端得到了纯净的镍粉,所以Tl>T2。

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。

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“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);

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【练习2】炼油厂烷基化反应产生的废液中含硫酸91%、难挥发有机物7%。实验室以软锰矿(主要含MnO2,还含少量Fe、Al等元素)处理废液并制取MnSO4·H2O晶体,其实验流程如图:

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(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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(18)

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

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时,脱硫效率降低的原因可能是___________________________,燃煤烟气通入石灰石浆液时的温度不宜过高的原因是___________________________。

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(20)

【答案】石灰石的溶解度减小,与

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(21)

的反应变慢 温度升高,

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(22)

的溶解度减小

【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

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的反应变慢;温度升高,

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(24)

的溶解度减小。故答案为:石灰石的溶解度减小,减慢了与SO2的反应; 温度升高SO2的溶解度小。

【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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(25)

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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(26)

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:

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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而略显黄色,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而略显黄色,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

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(28)

CaCO3 Mg(HCO3)2 H2O。完成下列填空:

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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(29)


(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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(30)

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

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(31)

4Ag+O2↑)。

【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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(32)

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:____________________。

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(33)

【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

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(34)

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。

【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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(35)

“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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(36)

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(37)

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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(38)

(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___________________________。

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(39)

(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

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(40)

苯酚溶解在

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(41)

的氢氧化钠溶液中,加入30g碎冰块,然后加入

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(42)

乙酸酐,搅拌

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(43)

将反应后混合物倾入分液漏斗中,加入约4mL

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(44)

将有机相用试剂X和水洗涤然后无水

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(45)

干燥,蒸馏收集

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(46)

馏分.

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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(47)

(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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(48)

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。

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(49)

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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(50)

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)”

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(51)

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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(52)

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,

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(53)

在270℃时就完全分解,分解产生的二氧化碳还可以循环利用,故联合制碱法反应所需温度低,耗能少、提高了原料利用率。

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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(54)

(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 。

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(55)

【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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(56)

有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(57)

入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到___________(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(58)

a.80℃ b.60℃ c.40℃ d.10℃

【答案】d

【解析】首先分析图像特点,Na2Cr2O7溶解度最大,NaCl溶解度最小且随温度变化很小,K2Cr2O7的溶解度在高温下大,但低温下较小,即随温度变化最大;然后分析反应特点2KCl Na2Cr2O7=K2Cr2O7↓ 2NaCl的反应类型为复分解反应;再结合操作条件“蒸发浓缩,冷却结晶,过滤”,得出结论加热蒸发过程中,随着水分的蒸发,平衡向右进行;最后根据条件冷却可知,要保证重铬酸钾溶解度最小,因此温度为10℃。

3.使催化剂的活性达到最好

【习题1】【2016全国卷Ⅱ27】以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下:

①C3H6(g) NH3(g)

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(59)

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(60)

O2(g)

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(61)

C3H3N(g) 3H2O(g) ΔH=-515 kJ·mol-1

②C3H6(g) O2(g)

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(62)

C3H4O(g) H2O(g) ΔH=-353 kJ·mol-1

图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应的温度为460℃。低于460℃时,丙烯腈的产率     (填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率,判断理由是_____ ___ ;高于460°时,丙烯腈产率降低的可能原因是     (双选,填标号)。

A.催化剂活性降低 B.平衡常数变大

C.副反应增多 D.反应活化能增大

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(63)

【答案】A、C

【解析】因为该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低,反应刚开始进行,尚未达到平衡状态,460℃以前是建立平衡的过程,所以低于460℃时,丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡产率;高于460℃时,丙烯腈产率降低。催化剂在一定温度范围内活性较高,若温度过高,活性降低,A正确;平衡常数的大小不影响产率,B错误;根据题意,副产物有丙烯醛,副反应增多导致产率下降,C正确;反应活化能的大小不影响平衡,D错误

4防止副反应的发生

【练习1】【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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(64)

已知:①Cl2 2OH−

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(65)

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

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(66)

5NaCl NaClO3 3H2O,离子方程式为3Cl2 6OH-

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(67)

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

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(68)

施是:缓慢通入Cl2。

【练习2】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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(69)

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_______________________________。

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(70)

【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;

【练习3】呋喃(

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(71)

)为无色液体,沸点为32 ℃,难溶于水,主要用于有机合成或用作溶剂,工业上可用呋喃甲醛制备呋喃。某兴趣小组设计实验探究其制备方法,实验原理及实验步骤如图:

①2

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(72)

NaOH→

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(73)

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(74)

ΔH<0

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(75)

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(76)

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(77)

实验步骤:

①取一定量的氢氧化钠溶液于烧杯中,在不断搅拌下,慢慢滴加4.8 g呋喃甲醛,控制反应温度在8~12℃。滴加完毕后继续在上述温度下搅拌20min,反应完全后得黄色浆状物,在搅拌下加入少量的水使固体完全溶解。然后用乙醚萃取,分液。

②取水层液体,加入盐酸,搅拌、过滤、提纯、干燥,得到呋喃甲酸。

③将制得的呋喃甲酸加入如图装置(部分装置省略)中进行脱羧处理,得到呋喃1.1 g。

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(78)

(2)步骤①的关键是控制温度在8~12 ℃,采取的最好措施是磁力搅拌、___________________;简述步骤①中温度不能过高或过低的原因是___________________________。

【答案】(2)将烧杯置于冷水浴中 温度过低,反应速率太慢,温度过高,呋喃甲酸钠产率较低

【解析】控制温度在8~12 ℃,需将烧杯置于冷水浴中;温度过低,反应速率太慢,温度过高,副产物增多,呋喃甲酸钠产率较低,故答案为:温度过低,反应速率太慢,温度过高,呋喃甲酸钠产率较低。

【习题4】【2017新课标2卷】丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:①C4H10(g)= C4H8(g) H2(g) ΔH1= 123kJ·mol−1

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(79)

图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是___________、____________;590℃之后,丁烯产率快速降低的主要原因可能是_____________。

【答案】升高温度有利于反应向吸热方向进行;温度升高反应速率加快;丁烯高温裂解生成短链烃类

【解析】根据图(c),590℃之前,温度升高时反应速率加快,生成的丁烯会更多,同时由于反应①是吸热反应,升高温度平衡正向移动,平衡体系中会含有更多的丁烯。而温度超过590℃时,由于丁烷高温会裂解生成短链烃类,所以参加反应①的丁烷也就相应减少。

5.蒸馏分离物质

【练习1】实验室可用环己醇制备环己酮,使用的氧化剂可以是次氯酸钠、重铬酸钾等。

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(80)

已知:环己醇沸点:160.8℃,微溶于水;

环己酮沸点:155.6℃,微溶于水;

醋酸沸点117.9℃,和水以任意比例互溶。

用如图对粗产品进行精制,蒸馏收集_____________℃的馏分。

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(81)

【答案】155.6

【解析】环己酮的沸点:155.6℃,所以收集155.6℃的馏分。

【练习2】以环己醇制备环己烯:

密度(g/cm3)

熔点(℃)

沸点(℃)

溶解性

环己醇

0.96

25

161

能溶于水

环己烯

0.81

-103

83

难溶于水

收集产品时,控制的温度应在________________左右,实验制得的环己烯精品质量低于理论产量,可能的原因是 _______

A.蒸馏时从70℃开始收集产品

B.环己醇实际用量多了

C.制备粗品时环己醇随产品一起蒸出

【答案】83ºC C

【解析】因为环己烯的沸点为83℃,所以控制的温度应在83℃左右;

A.蒸馏时从70℃开始收集产品,则产品的质量高,A错误;

B.环己醇实际用量多了,会使产品的量增加,B错误;

C.制备粗品时环己醇随产品一起蒸出,会使生成的环乙烯量减少,C正确。

6趁热过滤:减少因降温而析出的溶质的量

【练习1】实验室通常是在NH3和NH4Cl存在条件下,以活性炭为催化剂,用H2O2氧化CoCl2溶液来制备三氯化六氨合钴[Co(NH3)6]Cl3,该反应属于大量放热的反应。某小组用如图所示装置制备[Co(NH3)6]Cl3,实验步骤如下:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(82)

Ⅰ.称取研细的CoCl2•6H2O10.0g和NH4Cl5.0g于烧杯中溶解,将溶液转入三颈烧瓶,加入25mL浓氨水和适量活性炭粉末,逐滴加入5mL30%的H2O2溶液。

Ⅱ.用水浴将混合物加热至60℃,恒温20分钟,然后用冰水浴冷却,充分结晶后过滤。

Ⅲ.将沉淀溶于热的盐酸中,趁热过滤,滤液中加适量浓盐酸并冷却结晶。

Ⅳ.过滤、用乙醇洗涤晶体并在105℃条件下烘干。

(5)步骤Ⅲ中趁热过滤的主要目的是__________________________________________。

【答案】除去活性炭并防止产品析出

【解析】(5)步骤Ⅲ中,若过滤时间长,滤液温度降低多,[Co(NH3)6]Cl3会在过滤过程中结晶析出,所以需趁热过滤,主要目的是除去活性炭并防止产品析出;为获得更多的产品,可利用同离子效应,降低产品的溶解度,由此得出滤液中加适量浓盐酸的主要目的是增大氯离子浓度,有利于析出[Co(NH3)6]Cl3。

【练习2】将上述粗产品冷却后加入40ml

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(83)

的氢氧化钠水溶液,再加90ml水,加热活性炭脱色,趁热过滤、冷却。

趁热过滤的目的____________________________。

【答案】防止肉桂酸钠结晶而析出堵塞漏斗

【解析】温度低,肉桂酸钠的溶解度降低,会结晶析出晶体,所以趁热过滤的目的是防止肉桂酸钠结晶而析出堵塞漏斗。

7该温度下反应的结果已经较好,不需要继续变温

【练习1】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:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(84)

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__。

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(85)

【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,

【练习2】高铁酸钾(K2FeO4)是新型多功能水处理剂。图1为不同的温度下,不同质量浓度的Fe(NO3)3对K2FeO4生成率的影响。

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(86)

工业生产中最佳温度为_____________________。

【答案】26℃

【解析】26℃摄氏度时,温度是最佳的。

【综合练习1】工业上以石煤(主要成分为V2O3,含有少量SiO2、P2O5等杂质)为原料制备钒的主要流程如图:

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(87)

已知:①NH4VO3难溶于水。②Ksp(MgSiO3)=2.4×10-5,Ksp[Mg3(PO4)2]=2.7×10-27。

(1)焙烧:通入空气的条件下,向石煤中加纯碱焙烧,将V2O3转化为NaVO3的化学方程式为________________________________________________。

(2)除硅、磷:

①用MgSO4溶液除硅、磷时,Si、P会形成Mg3(PO4)2、MgSiO3沉淀。若沉淀后溶液中c(PO

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(88)

)=1.0×10-8mol•L-1,则c(SiO

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(89)

)=____________mol•L-1。

②如图所示,随着温度升高,除磷率下降,其原因是Mg3(PO4)2溶解度增大、___________________________;随着温度升高,除硅率升高,其原因是______________________________。

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(90)

(3)沉钒:此过程反应温度需控制在50℃左右,温度不能过高的原因为_____________________。

(4)灼烧:在灼烧NH4VO3的过程中,固体的残留率(

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(91)

×100%)随温度变化的曲线如图所示,则A~B段发生反应的方程式为____________________________________。

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(92)

【答案】(1)Na2CO3 O2 V2O3

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(93)

2NaVO3 CO2

(2)①0.08 ②促进Mg2 水解生成Mg(OH)2;促进

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(94)

水解生成硅酸沉淀 促进SiO

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(95)

水解生成硅酸沉淀

(3)NH4Cl受热会分解

(4)2HVO3

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(96)

V2O5 H2O

【分析】

根据已知信息,流程第一步焙烧时V2O3、SiO2、P2O5依次转化为NaVO3、Na2SiO3、Na3PO4,第三步加入MgSO4生成MgSiO3、Mg3(PO4)2沉淀,NaVO3进入后续步骤,在第四步生成NH4VO3沉淀,再经过灼烧、还原得到钒单质。

【解析】

(1)依据V2O3反应生成NaVO3,V元素化合价升高,需要氧化剂,故空气中O2要参与反应,即V2O3 Na2CO3 O2

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(97)

2NaVO3 CO2。

(2)①Ksp[Mg3(PO4)2]=

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(98)

=2.7×10-27,解之得

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(99)

,由Ksp(MgSiO3)=

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(100)

=2.4×10-5,解得

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(101)

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(102)

,升温促进促进Mg2 水解,导致沉淀溶解平衡右移,故除磷率下降;

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(103)

,升温促进

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(104)

水解成H2SiO3,沉淀溶解平衡右移,但H2SiO3是沉淀,故除硅率升高。

(3)NH4Cl受热易分解,故温度不能过高。

(4)设NH4VO3为1mol,即117g,起始到A点失去质量=117g×(1-85.47%) ≈ 17g,结合铵盐受热分解一般产生NH3,故推测A物质为HVO3,酸分解一般产生氧化物和水,故推测B点为VOx,根据V元素守恒n(VOx)=1mol,则(51 16x)g/mol×1mol=117g×77.78%,解得x=2.5,故B点为:VO2.5,即V2O5,所以A到B段方程式为:2HVO3

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(105)

V2O5 H2O。

【综合练习2】实验室以含镍废料(主要成分为NiO,含少量FeO、Fe2O3、CoO、BaO和SiO2)为原料制备NixOy和碳酸钴(CoCO3)的工艺流程如图。

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(106)

请回答以下问题:

(1)“滤渣Ⅰ”主要成分是___________,“酸浸”过程中镍的浸出率与温度和时间的关系如图1所示,酸浸的最佳温度和时间是___________。

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(107)

(4)资料显示,硫酸镍结晶水合物的形态与温度有如表关系。

温度

低于30.8℃

30.8℃~53.8℃

53.8℃~280℃

高于280℃

晶体形态

NiSO4•7H2O

NiSO4•6H2O

多种结晶水合物

NiSO4

从NiSO4溶液获得稳定的 NiSO4•6H2O晶体的操作依次是蒸发浓缩、_____________________________。

(5)NiSO4•6H2O晶体煅烧时剩余固体质量与温度变化曲线如图2,该曲线中B段所表示氧化物的化学式为_________________。

【答案】(1)SiO2、BaSO4 70 ℃和120 min

(4)冷却至30.8℃~53.8℃之间时结晶、过滤、洗涤、干燥

(5)Ni2O3

【解析】

(1)由上述分析可知,“滤渣I" 主要成分为SiO2、BaSO4;由图1可知酸浸时温度越低,镍浸出率越高越好。由图示可知酸浸的最佳温度和时间是70℃和120 min;

(4)从NiSO4溶液获得NiSO4·6H2O晶体的操作依次是蒸发浓缩、冷却至30.8℃~53.8℃之间时结晶、过滤、洗涤、干燥得到NiSO4·6H2O晶体;

(5)26.3 g NiSO4·6H2O晶体的物质的量为n(NiSO4·6H2O)=

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(108)

,由图可知0.1 mol NiSO4·6H2O晶体中含有Ni的物质的量为0.1 mo1,其质量为m(Ni)=5.9 g,晶体受热分解失去结晶水,再分解生成NixOy,其质量为8.3 g,则其中含有O的质量为m(O)=8.3 g-5.9 g=2.4 g,所以n(O) =

高考化学选择题基础知识(工艺流程专项复习系列)(109)

,即x:y=0.1 mol:0.15 mol=2:3,B点氧化物的化学式为Ni2O3。

,

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