化学高考实验题(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:

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：

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_________________________。

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：

（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；

（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4TiO2·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

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：

（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_______________________________________。

（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)

答案（4）40℃、30min ?温度太低，反应MoS42-+2H+

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+

（5）[Ni(s)+4CO(g)

?

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。

“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）；

（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：

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

答案石灰石的溶解度减小，与

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

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：

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：

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：

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**，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**，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

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NH 4 HCO 3 、NH4(CO 3 ) 2 、 KMnO 4 、NH 4 C1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：

（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：

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

练习22018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)<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：____________________。

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

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：

“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：

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：

（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；

?

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

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：

（注：SiCl4的沸点是57.6?C，金属氯化物的沸点均高于150?C）

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：

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。

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：

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。

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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）”

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：

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，

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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：

（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）。

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2 ． 控制固体的溶解与结晶

习题12017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：

有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加