有關(guān)控溫原理和控溫技術(shù)試題的分析與解題技巧

廣東 周曼文 曹春艷

有關(guān)控溫原理和控溫技術(shù)試題的分析與解題技巧

廣東 周曼文 曹春艷

化工生產(chǎn)要達(dá)到理想效果，控制工藝條件（溫度、壓強(qiáng)、pH、原料配比、催化劑等）是技術(shù)的關(guān)鍵。因此，每年高考的無(wú)機(jī)化工題或綜合實(shí)驗(yàn)題都會(huì)涉及這些內(nèi)容，也是高考化學(xué)卷的熱點(diǎn)、難點(diǎn)。本文主要談?wù)劯呖荚囶}中的“控溫工藝”，有關(guān)“控溫”的試題分兩類：1．為什么要控溫（控溫原理）；2．如何控溫（控溫技術(shù)）。

一、有關(guān)“控溫原理”試題的分析與解題技巧

1．典例分析

【例1】（2015·上海·24）白云石的主要成分是CaCO3· MgCO3。白云石經(jīng)煅燒、消化后得到鈣鎂的氫氧化物，再經(jīng)過碳化實(shí)現(xiàn)Ca2＋、Mg2＋的分離。碳化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，化學(xué)方程式如下：Ca（OH）2＋Mg（OH）2＋3CO2CaCO3＋Mg（HCO3）2＋H2O。

完成下列填空：

碳化溫度保持在50～60℃。溫度偏高不利于碳化反應(yīng)，原因是_________________________________________。溫度偏低也不利于碳化反應(yīng)，原因是______________________。

【答案】CO2的溶解度減小，Mg（HCO3）2受熱分解，平衡逆向移動(dòng)等 降低了反應(yīng)速率

【解析】該反應(yīng)是放熱反應(yīng)；溫度偏高，CO2的溶解度減小；溫度偏高，平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動(dòng)；溫度偏高，Mg（HCO3）2會(huì)分解等原因不利于碳化反應(yīng)。溫度偏低，反應(yīng)速率慢，也不利于碳化反應(yīng)的進(jìn)行。

【例2】（2015·全國(guó)Ⅱ·36節(jié)選）酚和丙酮都是重要的化工原料，工業(yè)上可用異丙苯氧化法生產(chǎn)苯酚和丙酮，其反應(yīng)和工藝流程示意圖如下：

相關(guān)化合物的物理常數(shù)

___物質(zhì)_相對(duì)分子質(zhì)量_密度（g／cm－3）_____沸點(diǎn)／℃__異丙苯_____120 ____0．864 0 ______153 ___丙酮______58 ____0．789 8 ______56．5 ___苯酚______94 1．072 2 182

（4）反應(yīng)②為________（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)。反應(yīng)溫度控制在50～60℃，溫度過高的安全隱患是____________。

回答下列問題：

【答案】（4）放熱 可能會(huì)導(dǎo)致（過氧化物）爆炸

【解析】由于過氧化物受熱易分解，反應(yīng)溫度必須控制在50～60℃，防止溫度過高發(fā)生爆炸。

2．控溫原理的分析

（1）物理性質(zhì)

（熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、液化、氣化、揮發(fā)、溶解、膠體的聚沉等）

（2）化學(xué)性質(zhì)

（防高溫分解、氧化、水解、弱電解質(zhì)的電離）

（3）化學(xué)反應(yīng)原理

（速率和平衡問題、防發(fā)生副反應(yīng)、催化劑）

如：海水提Br2過程中，出溴口的溫度控制在80～90℃，目的就是要使Br2揮發(fā)出來而又減少水蒸氣混入Br2中。

制取乙酸乙酯的實(shí)驗(yàn)中，緩慢加熱的原因：防止乙醇、乙酸的揮發(fā)，保持一定的反應(yīng)速率，及時(shí)分離乙酸乙酯，有利于酯產(chǎn)率的提高。

實(shí)驗(yàn)室制取乙烯、制硝基苯，控制溫度，都是防止發(fā)生副反應(yīng)。

氯化鈉與碳酸氫氨制取碳酸氫鈉，控溫30～35℃，防止碳酸氫氨受熱分解。

工業(yè)合成氨或工業(yè)SO2氧化為SO3時(shí)，選擇的溫度是500℃左右，原因之一就是使催化劑的活性達(dá)到最高。

3．解題技巧

第1步：信息獲取

第2步：連接理論

與【例1】題干所匹配的理論：①各反應(yīng)物、生成物的理化性質(zhì) ②速率和平衡問題

第3步：答題模板

溫度（變化）……， 原理（應(yīng)用）……，（會(huì)導(dǎo)致）結(jié)果……。

如【例1】：溫度偏高，CO2的溶解度減少；將不利于碳化反應(yīng)的充分進(jìn)行。

該反應(yīng)是放熱反應(yīng)；溫度偏高，平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動(dòng)；將導(dǎo)致Ca2＋、Mg2＋的分離效果差。

溫度偏高，Mg（HCO3）2會(huì)分解，也將導(dǎo)致Ca2＋、Mg2＋的分離效果差。

4．鞏固提高

（1）（2015·全國(guó)Ⅰ·36節(jié)選）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的工藝過程如下：

回答下列問題：

步驟①中得到的氧化產(chǎn)物是________，溶解溫度應(yīng)控制在60～70℃。原因是________________________________ ______________________________________。

（2）以電石渣［主要成分是Ca（OH）2，含SiO2、Al2O3以及其他少量雜質(zhì)］為原料生產(chǎn)氯酸鉀聯(lián)產(chǎn)碳酸鈣的流程如下：

回答下列問題：

氯化過程的溫度控制在75～80℃，該過程主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________。

（3）甲醇是一種可再生燃料，它的沸點(diǎn)為64．7℃。有科學(xué)家提出：把含有過量CO2的空氣吹入碳酸鉀溶液中，然后再把CO2從溶液中提取出來，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后得到甲醇，流程如下：

在合成塔中發(fā)生的是放熱反應(yīng)，高溫不利于甲醇的生成，合成塔中維持300℃的較高溫度的原因可能是________ ________。

【提示】（1）CuSO4或Cu2＋溫度低溶解速度慢、溫度過高銨鹽分解

（3）催化劑

二、有關(guān)“控溫技術(shù)”試題的分析與解題技巧

1．典例分析

【例3】（2015·江蘇·節(jié)選）實(shí)驗(yàn)室以苯甲醛為原料制備間溴苯甲醛（實(shí)驗(yàn)裝置見下圖，相關(guān)物質(zhì)的沸點(diǎn)見附表）。其實(shí)驗(yàn)步驟為：

步驟1：將三頸瓶中的一定配比的無(wú)水AlCl3、1，2－二氯乙烷和苯甲醛充分混合后，升溫至60℃，緩慢滴加經(jīng)濃硫酸干燥過的液溴，保溫反應(yīng)一段時(shí)間，冷卻。

步驟2：將反應(yīng)混合物緩慢加入一定量的稀鹽酸中，攪拌、靜置、分液。有機(jī)相用10%NaHCO3溶液洗滌。

步驟3：經(jīng)洗滌的有機(jī)相加入適量無(wú)水MgSO4固體，放置一段時(shí)間后過濾。

步驟4：減壓蒸餾有機(jī)相，收集相應(yīng)餾分。

（5）步驟4中采用減壓蒸餾技術(shù)，是為了防止________ ________。

附表 相關(guān)物質(zhì)的沸點(diǎn)（101kPa）

【答案】間溴苯甲醛被氧化。

【解析】間溴苯甲醛的沸點(diǎn)229℃，又含醛基，普通蒸餾（即在229℃下蒸餾）容易被氧化；減壓蒸餾可以降低被蒸餾物質(zhì)的沸點(diǎn)，所以要采用減壓蒸餾技術(shù)降低蒸餾溫度，從而防止間溴苯甲醛因高溫而被氧化。

【例4】亞氯酸鈉（NaClO2）主要用于棉紡、造紙業(yè)的漂白劑，也用于食品消毒、水處理等，亞氯酸鈉受熱易分解。以氯酸鈉等為原料制備亞氯酸鈉的工藝流程如下：

采取“減壓蒸發(fā)”而不用“常壓蒸發(fā)”，原因是________ _______________________。

【答案】常壓蒸發(fā)溫度過高，亞氯酸鈉容易分解，導(dǎo)致產(chǎn)率偏低

【解析】首先想“蒸發(fā)”是什么意思？蒸發(fā)誰(shuí)？這里指的是去掉一部分水，使溶液達(dá)到飽和，即“蒸發(fā)濃縮”，也就是說要達(dá)到水的沸點(diǎn)100℃，結(jié)合題目的信息“亞氯酸鈉受熱易分解”可知，這里減壓和常壓主要是考慮溫度對(duì)亞氯酸鈉的影響，因?yàn)闇p壓可以降低物質(zhì)的沸點(diǎn)，防止生成的亞氯酸鈉在常壓蒸發(fā)下因溫度高而分解?；卮疬@個(gè)空的話可以從兩個(gè)角度：減壓蒸發(fā)有什么好處或者說常壓蒸發(fā)可能出現(xiàn)的壞處。

2．控溫技術(shù)的分析

（1）升溫技術(shù)

直接升溫技術(shù)：①酒精（噴）燈加熱，②水浴、煮沸、油浴、砂浴，③通高溫水蒸氣，④趁熱過濾、熱水洗，⑤熱風(fēng)吹干、恒溫烘干。

間接升溫技術(shù)：加壓升溫。

（2）降溫技術(shù)

直接降溫技術(shù)：①冰水浴，②冰（冷）水洗，③淬火。

間接降溫技術(shù)：①減壓蒸餾，②減壓蒸發(fā)。

如：碳酸鈣的受熱分解，石蠟油的催化裂化等需采用酒精噴燈加熱；

乙醛與新制Cu（OH）2反應(yīng)需要煮沸；

I2與CCl4的分離需要減壓蒸餾；

重結(jié)晶法提純苯甲酸的過程需要趁熱過濾；

硝基苯的制備需要水浴加熱。

3．解題技巧

第1步：信息獲取，確認(rèn)要控制溫度的范圍和應(yīng)用情境。

如【例3】的信息：①表格中提示間溴苯甲醛的沸點(diǎn)229℃。②間溴苯甲醛含醛基。

第2步：依據(jù)“控溫原理”分析“控溫技術(shù)”的科學(xué)性、可行性。

如【例1】：普通蒸餾（即在229℃下蒸餾）容易被氧化；減壓蒸餾可以降低被蒸餾物質(zhì)的沸點(diǎn)，所以要采用減壓蒸餾技術(shù)降低蒸餾溫度，從而防止間溴苯甲醛因高溫而被氧化。

4．鞏固提高

（1）硼酸（H3BO3）大量應(yīng)用于玻璃制造行業(yè)，以硼鎂礦（2MgO·B2O3·H2O、SiO2及少量Fe3O4、CaCO3、Al2O3）為原料生產(chǎn)硼酸的工藝流程如下：

已知：H3BO3在200℃、400℃、600℃、1 000℃時(shí)的溶解度依次為5．0g、8．7g、14．8g、40．2g。Fe3＋、Al3＋、Fe2＋和Mg2＋以氫氧化物形式完全沉淀時(shí)，溶液的pH分別為3．2、5．2、9．7和12．4。

①“浸取”后，采用“熱過濾”的目的是_______________ _____________。

②“母液”可用于回收硫酸鎂，已知硫酸鎂的溶解度隨溫度變化的曲線如圖，且溶液的沸點(diǎn)隨壓強(qiáng)增大而升高。為了從“母液”中充分回收MgSO4·H2O，應(yīng)采取的措施是將“母液”蒸發(fā)濃縮，_____________________。

（2）鍶（Sr）為第五周期ⅡA族元素。高純六水氯化鍶晶體（SrCl2·6H2O）具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，61℃時(shí)晶體開始失去結(jié)晶水，100℃時(shí)失去全部結(jié)晶水。用工業(yè)碳酸鍶粉末（含少量Ba、Fe的化合物）制備高純六水氯化鍶的過程如下圖。

請(qǐng)回答：

工業(yè)上用50～60℃熱風(fēng)吹干六水氯化鍶，選擇該溫度的原因是________________________。

【提示】（1）①防止硼酸降溫時(shí)析出。②升溫加壓結(jié)晶。

（2）溫度高有利于除去濕存（晶體表面附著的）水，但溫度高于61℃時(shí)，氯化鍶晶體中的結(jié)晶水也會(huì)失去。

（作者單位：廣東省佛山市三水中學(xué)廣東省佛山市順德一中）