姚成

化工生產(chǎn)需要對(duì)外界條件如溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑、溶液酸堿性等進(jìn)行嚴(yán)格的控制。本文擬從化工生產(chǎn)條件選取的原因進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)分類(lèi)總結(jié)，以利提高。

一、控制化學(xué)反應(yīng)速率的需要

影響化學(xué)反應(yīng)速率的外界因素主要有溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑、固體物質(zhì)的表面積、光、放射性、超聲波、電弧、強(qiáng)磁場(chǎng)、溶液酸堿性等，因此化工生產(chǎn)中經(jīng)常利用上述條件的改變以控制反應(yīng)速率。

圖1

例1 （2012年福建24）(2)化學(xué)電鍍的原理是利用化學(xué)反應(yīng)生成金屬單質(zhì)沉積在鍍件表面形成鍍層。（試題經(jīng)過(guò)刪減，不相干的內(nèi)容刪去，下同）

② 某化學(xué)鍍銅的反應(yīng)速率隨鍍液pH 變化如圖1所示。該鍍銅過(guò)程中，鍍液pH 控制在12.5左右。據(jù)圖中信息，給出使反應(yīng)停止的方法： 。

解析 由圖1可看出pH低于9時(shí)，該化學(xué)反應(yīng)速率為0，故可調(diào)節(jié)電鍍液的pH在8～9之間即可使反應(yīng)停止。

答案：調(diào)節(jié)電鍍?nèi)芤旱膒H在8～9之間。

二、控制反應(yīng)物和生成物變化的需要

某些化學(xué)反應(yīng)需要在特定的條件下才易發(fā)生。

例2 （2012年四川29）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，將煙氣通過(guò)裝有石灰石漿液的脫硫裝置可以除去其中的二氧化硫，最終生成硫酸鈣。硫酸鈣可在圖2所示的循環(huán)燃燒裝置的燃料反應(yīng)器中與甲烷反應(yīng)，氣體產(chǎn)物分離出水后得到幾乎不含雜質(zhì)的二氧化碳，從而有利于二氧化碳的回收利用，達(dá)到減少碳排放的目的。

（2）在煙氣脫硫的過(guò)程中，所用的石灰石漿液在進(jìn)入脫硫裝置前，需通一段時(shí)間的二氧化碳，以增加其脫硫效率；脫硫時(shí)控制漿液的pH，此時(shí)漿液含有的亞硫酸氫鈣可以被氧氣快速氧化生成硫酸鈣。

②亞硫酸氫鈣被足量氧氣快速氧化生成硫酸鈣的化學(xué)方程式： 。

圖2

解析 有些物質(zhì)的氧化性或還原性強(qiáng)弱與溶液的酸堿性有關(guān)，故可通過(guò)調(diào)節(jié)溶液的pH以增強(qiáng)或減弱物質(zhì)的氧化性或還原性使反應(yīng)按設(shè)定方式發(fā)生。亞硫酸氫鈣中+4價(jià)的S元素具有還原性，脫硫時(shí)控制漿液的pH則是因?yàn)樵鰪?qiáng)

Ca(HSO3)2的還原性進(jìn)而使其更易快速被氧化。

答案：Ca(HSO3)2+O2CaSO4+H2SO4

三、控制原料利用率的需要

化工生產(chǎn)必須盡可能提高原料利用率，減少對(duì)資源的消耗。常采用對(duì)塊狀固體反應(yīng)物粉末化，控制外部條件（如濃度、溫度、壓強(qiáng)、反應(yīng)物用量比等）使可逆反應(yīng)正向程度盡可能大等措施。

例3 （2012年北京26）化工中用Cl2生產(chǎn)某些含氯有機(jī)物時(shí)會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物HCl。利用反應(yīng)A，可實(shí)現(xiàn)氯的循環(huán)利用。反應(yīng)A:

4HCl+O2CuO/CuCl2400℃2Cl2+2H2O

（2）圖3是反應(yīng)A在4種投料比［n（HCl）

∶n(O2)分別為1∶1、2∶1、4∶1、6∶1］下，反應(yīng)溫度對(duì)HCl平衡轉(zhuǎn)化率影響的曲線。

圖3

①曲線b對(duì)應(yīng)的投料比是。②當(dāng)曲線b, c, d對(duì)應(yīng)的投料比達(dá)到相同的HCl平衡轉(zhuǎn)化率時(shí)，對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度與投料比的關(guān)系是。

解析 當(dāng)其它條件不變時(shí)，O2的用量越大，則HCl的轉(zhuǎn)化率越大，由此確定a為6∶1、b為4∶1、c為2∶1、d為1∶1；由圖可知，當(dāng)HCl的轉(zhuǎn)化率相同時(shí)，溫度由低到高對(duì)應(yīng)的投料比為：4∶1、

2∶1、1∶1，由此確定溫度與投料比的關(guān)系為投料比越高達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率所需的溫度越低。

答案：①4∶1;②投料比越高，對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度越低。

四、控制物質(zhì)溶解的需要

固體物質(zhì)的溶解度主要與溫度有關(guān)，大多數(shù)的物質(zhì)會(huì)隨溫度的升高而溶解度增大，但也有少數(shù)物質(zhì)如Ca(OH)2等其溶解度隨溫度的升高而減?。粴怏w的溶解度既與溫度有關(guān)又與壓強(qiáng)有關(guān)，溫度越高，壓強(qiáng)越小則溶解度越小?；ぶ谐Ｍㄟ^(guò)改變條件如溫度、壓強(qiáng)、溶液的酸堿性、選用不同的溶劑等來(lái)減少所需物質(zhì)的溶解損耗，以利其析（或逸）出。

例4 （2011年海南20）工業(yè)上可用食鹽和石灰石為主要原料，經(jīng)不同的方法生產(chǎn)純堿。

圖4

（2）氨堿法的工藝如圖4所示，得到的碳酸氫鈉經(jīng)煅燒生成純堿。

（4）有人認(rèn)為碳酸氫鉀與碳酸氫鈉的化學(xué)性質(zhì)相似，故也可用氨堿法以氯化鉀和石灰石為原料制碳酸鉀。請(qǐng)結(jié)合圖4的溶解度（S）隨溫度變化曲線，分析說(shuō)明是否可行？。

解析 由溶解度曲線可知，碳酸氫鉀的溶解度較大，降溫過(guò)程中不會(huì)析出碳酸氫鉀晶體，故不能采用此方法制碳酸氫鉀，最終也就不可能用氨堿法以氯化鉀和石灰石為原料制碳酸鉀。

答案：略。

五、控制物質(zhì)水解的需要

弱酸或弱堿生成的鹽在水溶液中有水解的傾向，故在化工生成中需要通過(guò)加酸或堿的方式控制鹽的水解。

例5 （2011年江蘇16）以硫鐵礦（主要成分為FeS2）為原料制備氯化鐵晶體（FeCl3?6H2O）的工藝流程如圖5：

圖5

（2）酸溶及后續(xù)過(guò)程中均需保持鹽酸過(guò)量，其目的是 、 。

解析 酸溶及后續(xù)過(guò)程中均需保持鹽酸過(guò)量，是為了使Fe2O3盡量反應(yīng)，提高Fe3+的生成率，同時(shí)可抑制Fe3+的水解。

答案：略。

六、控制雜質(zhì)產(chǎn)生的需要

化工生產(chǎn)中往往會(huì)有雜質(zhì)的產(chǎn)生，必須通過(guò)條件的嚴(yán)格控制，化工流程的巧妙設(shè)計(jì)以除掉雜質(zhì)，才能制得較純凈的產(chǎn)物。

例6 （2012年江蘇16）利用石灰乳和硝酸工業(yè)的尾氣(含NO、NO2)反應(yīng)，既能凈化尾氣，又能獲得應(yīng)用廣泛的Ca(NO2)2，其部分工藝流程如圖6：

圖6

(3)該工藝需控制NO 和NO2 物質(zhì)的量之比接近1∶1。若n(NO)∶n(NO2)>1∶1，則會(huì)導(dǎo)致 ;若n(NO)∶n(NO2)<1∶1，則會(huì)導(dǎo)致。

解析 若n(NO)∶n(NO2)>1∶1，NO過(guò)剩；若n(NO)∶n(NO2)<1∶1，NO2過(guò)剩，剩余NO2會(huì)與Ca(OH)2反應(yīng)生成Ca(NO3)2。

答案：排放的氣體中NO含量升高，污染環(huán)境；產(chǎn)品Ca(NO2)2中雜質(zhì)Ca(NO3)2含量升高。

七、控制污染的需要

盡量選用低毒、低害、甚至無(wú)毒、無(wú)害、可再生的原料、催化劑、溶劑，減少不必要的反應(yīng)步驟，優(yōu)化化工流程，嚴(yán)格控制反應(yīng)條件等措施，最終生產(chǎn)出環(huán)境友好的產(chǎn)品是當(dāng)今化工發(fā)展的方向。

例7 （2009年天津9改編）目前從海水中提取溴是世界各國(guó)生產(chǎn)溴的主要方法，其工藝流程如圖7：

圖7

（3）在⑤步驟蒸餾的過(guò)程中，溫度控制在80℃～90℃，溫度過(guò)高或過(guò)低都不利生產(chǎn)，其原因： 。

（4）溴單質(zhì)在四氯化碳中的溶解度比在水中大得多，四氯化碳與水不相溶，故可用于萃取溴，但在上述工藝中卻不用四氯化碳的原因是： 。

解析 溫度過(guò)高大量的水蒸氣會(huì)隨溴蒸出，溴蒸氣中水分增加；溫度過(guò)低，溴不完全蒸出，回收率太低；四氯化碳萃取法工藝太復(fù)雜，設(shè)備投資大，經(jīng)濟(jì)效益低，環(huán)境污染重。

答案：略。

八、控制經(jīng)濟(jì)成本的需要

化工生產(chǎn)條件的選取還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)效益，盡量做到理論條件與實(shí)際生產(chǎn)條件的一致性，當(dāng)二者有矛盾時(shí)要均衡考慮，做到經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

例8 （2011年山東28）研究NO2、SO2 、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義。



圖8

（3）CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為:

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖8所示。該反應(yīng)ΔH0（填“>”或“ <”）。實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、1．3×104kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是。

解析 由圖可知CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。選擇250℃、1．3×104kPa的主要原因是該條件下CO轉(zhuǎn)化率已將近最大值，沒(méi)有必要再加大壓強(qiáng)反而使生產(chǎn)成本增加。

答案：“<”; 1．3×104kPa下反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率已經(jīng)將近最大值，增加壓強(qiáng)轉(zhuǎn)化率增大不明顯，反而使成本增加經(jīng)濟(jì)效益下降。

(收稿日期： 2013-11-22)

化工生產(chǎn)需要對(duì)外界條件如溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑、溶液酸堿性等進(jìn)行嚴(yán)格的控制。本文擬從化工生產(chǎn)條件選取的原因進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)分類(lèi)總結(jié)，以利提高。

一、控制化學(xué)反應(yīng)速率的需要

影響化學(xué)反應(yīng)速率的外界因素主要有溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑、固體物質(zhì)的表面積、光、放射性、超聲波、電弧、強(qiáng)磁場(chǎng)、溶液酸堿性等，因此化工生產(chǎn)中經(jīng)常利用上述條件的改變以控制反應(yīng)速率。

圖1

例1 （2012年福建24）(2)化學(xué)電鍍的原理是利用化學(xué)反應(yīng)生成金屬單質(zhì)沉積在鍍件表面形成鍍層。（試題經(jīng)過(guò)刪減，不相干的內(nèi)容刪去，下同）

② 某化學(xué)鍍銅的反應(yīng)速率隨鍍液pH 變化如圖1所示。該鍍銅過(guò)程中，鍍液pH 控制在12.5左右。據(jù)圖中信息，給出使反應(yīng)停止的方法： 。

解析 由圖1可看出pH低于9時(shí)，該化學(xué)反應(yīng)速率為0，故可調(diào)節(jié)電鍍液的pH在8～9之間即可使反應(yīng)停止。

答案：調(diào)節(jié)電鍍?nèi)芤旱膒H在8～9之間。

二、控制反應(yīng)物和生成物變化的需要

某些化學(xué)反應(yīng)需要在特定的條件下才易發(fā)生。

例2 （2012年四川29）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，將煙氣通過(guò)裝有石灰石漿液的脫硫裝置可以除去其中的二氧化硫，最終生成硫酸鈣。硫酸鈣可在圖2所示的循環(huán)燃燒裝置的燃料反應(yīng)器中與甲烷反應(yīng)，氣體產(chǎn)物分離出水后得到幾乎不含雜質(zhì)的二氧化碳，從而有利于二氧化碳的回收利用，達(dá)到減少碳排放的目的。

（2）在煙氣脫硫的過(guò)程中，所用的石灰石漿液在進(jìn)入脫硫裝置前，需通一段時(shí)間的二氧化碳，以增加其脫硫效率；脫硫時(shí)控制漿液的pH，此時(shí)漿液含有的亞硫酸氫鈣可以被氧氣快速氧化生成硫酸鈣。

②亞硫酸氫鈣被足量氧氣快速氧化生成硫酸鈣的化學(xué)方程式： 。

圖2

解析 有些物質(zhì)的氧化性或還原性強(qiáng)弱與溶液的酸堿性有關(guān)，故可通過(guò)調(diào)節(jié)溶液的pH以增強(qiáng)或減弱物質(zhì)的氧化性或還原性使反應(yīng)按設(shè)定方式發(fā)生。亞硫酸氫鈣中+4價(jià)的S元素具有還原性，脫硫時(shí)控制漿液的pH則是因?yàn)樵鰪?qiáng)

Ca(HSO3)2的還原性進(jìn)而使其更易快速被氧化。

答案：Ca(HSO3)2+O2CaSO4+H2SO4

三、控制原料利用率的需要

化工生產(chǎn)必須盡可能提高原料利用率，減少對(duì)資源的消耗。常采用對(duì)塊狀固體反應(yīng)物粉末化，控制外部條件（如濃度、溫度、壓強(qiáng)、反應(yīng)物用量比等）使可逆反應(yīng)正向程度盡可能大等措施。

例3 （2012年北京26）化工中用Cl2生產(chǎn)某些含氯有機(jī)物時(shí)會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物HCl。利用反應(yīng)A，可實(shí)現(xiàn)氯的循環(huán)利用。反應(yīng)A:

4HCl+O2CuO/CuCl2400℃2Cl2+2H2O

（2）圖3是反應(yīng)A在4種投料比［n（HCl）

∶n(O2)分別為1∶1、2∶1、4∶1、6∶1］下，反應(yīng)溫度對(duì)HCl平衡轉(zhuǎn)化率影響的曲線。

圖3

①曲線b對(duì)應(yīng)的投料比是。②當(dāng)曲線b, c, d對(duì)應(yīng)的投料比達(dá)到相同的HCl平衡轉(zhuǎn)化率時(shí)，對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度與投料比的關(guān)系是。

解析 當(dāng)其它條件不變時(shí)，O2的用量越大，則HCl的轉(zhuǎn)化率越大，由此確定a為6∶1、b為4∶1、c為2∶1、d為1∶1；由圖可知，當(dāng)HCl的轉(zhuǎn)化率相同時(shí)，溫度由低到高對(duì)應(yīng)的投料比為：4∶1、

2∶1、1∶1，由此確定溫度與投料比的關(guān)系為投料比越高達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率所需的溫度越低。

答案：①4∶1;②投料比越高，對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度越低。

四、控制物質(zhì)溶解的需要

固體物質(zhì)的溶解度主要與溫度有關(guān)，大多數(shù)的物質(zhì)會(huì)隨溫度的升高而溶解度增大，但也有少數(shù)物質(zhì)如Ca(OH)2等其溶解度隨溫度的升高而減小；氣體的溶解度既與溫度有關(guān)又與壓強(qiáng)有關(guān)，溫度越高，壓強(qiáng)越小則溶解度越小?；ぶ谐Ｍㄟ^(guò)改變條件如溫度、壓強(qiáng)、溶液的酸堿性、選用不同的溶劑等來(lái)減少所需物質(zhì)的溶解損耗，以利其析（或逸）出。

例4 （2011年海南20）工業(yè)上可用食鹽和石灰石為主要原料，經(jīng)不同的方法生產(chǎn)純堿。

圖4

（2）氨堿法的工藝如圖4所示，得到的碳酸氫鈉經(jīng)煅燒生成純堿。

（4）有人認(rèn)為碳酸氫鉀與碳酸氫鈉的化學(xué)性質(zhì)相似，故也可用氨堿法以氯化鉀和石灰石為原料制碳酸鉀。請(qǐng)結(jié)合圖4的溶解度（S）隨溫度變化曲線，分析說(shuō)明是否可行？。

解析 由溶解度曲線可知，碳酸氫鉀的溶解度較大，降溫過(guò)程中不會(huì)析出碳酸氫鉀晶體，故不能采用此方法制碳酸氫鉀，最終也就不可能用氨堿法以氯化鉀和石灰石為原料制碳酸鉀。

答案：略。

五、控制物質(zhì)水解的需要

弱酸或弱堿生成的鹽在水溶液中有水解的傾向，故在化工生成中需要通過(guò)加酸或堿的方式控制鹽的水解。

例5 （2011年江蘇16）以硫鐵礦（主要成分為FeS2）為原料制備氯化鐵晶體（FeCl3?6H2O）的工藝流程如圖5：

圖5

（2）酸溶及后續(xù)過(guò)程中均需保持鹽酸過(guò)量，其目的是 、 。

解析 酸溶及后續(xù)過(guò)程中均需保持鹽酸過(guò)量，是為了使Fe2O3盡量反應(yīng)，提高Fe3+的生成率，同時(shí)可抑制Fe3+的水解。

答案：略。

六、控制雜質(zhì)產(chǎn)生的需要

化工生產(chǎn)中往往會(huì)有雜質(zhì)的產(chǎn)生，必須通過(guò)條件的嚴(yán)格控制，化工流程的巧妙設(shè)計(jì)以除掉雜質(zhì)，才能制得較純凈的產(chǎn)物。

例6 （2012年江蘇16）利用石灰乳和硝酸工業(yè)的尾氣(含NO、NO2)反應(yīng)，既能凈化尾氣，又能獲得應(yīng)用廣泛的Ca(NO2)2，其部分工藝流程如圖6：

圖6

(3)該工藝需控制NO 和NO2 物質(zhì)的量之比接近1∶1。若n(NO)∶n(NO2)>1∶1，則會(huì)導(dǎo)致 ;若n(NO)∶n(NO2)<1∶1，則會(huì)導(dǎo)致。

解析 若n(NO)∶n(NO2)>1∶1，NO過(guò)剩；若n(NO)∶n(NO2)<1∶1，NO2過(guò)剩，剩余NO2會(huì)與Ca(OH)2反應(yīng)生成Ca(NO3)2。

答案：排放的氣體中NO含量升高，污染環(huán)境；產(chǎn)品Ca(NO2)2中雜質(zhì)Ca(NO3)2含量升高。

七、控制污染的需要

盡量選用低毒、低害、甚至無(wú)毒、無(wú)害、可再生的原料、催化劑、溶劑，減少不必要的反應(yīng)步驟，優(yōu)化化工流程，嚴(yán)格控制反應(yīng)條件等措施，最終生產(chǎn)出環(huán)境友好的產(chǎn)品是當(dāng)今化工發(fā)展的方向。

例7 （2009年天津9改編）目前從海水中提取溴是世界各國(guó)生產(chǎn)溴的主要方法，其工藝流程如圖7：

圖7

（3）在⑤步驟蒸餾的過(guò)程中，溫度控制在80℃～90℃，溫度過(guò)高或過(guò)低都不利生產(chǎn)，其原因： 。

（4）溴單質(zhì)在四氯化碳中的溶解度比在水中大得多，四氯化碳與水不相溶，故可用于萃取溴，但在上述工藝中卻不用四氯化碳的原因是： 。

解析 溫度過(guò)高大量的水蒸氣會(huì)隨溴蒸出，溴蒸氣中水分增加；溫度過(guò)低，溴不完全蒸出，回收率太低；四氯化碳萃取法工藝太復(fù)雜，設(shè)備投資大，經(jīng)濟(jì)效益低，環(huán)境污染重。

答案：略。

八、控制經(jīng)濟(jì)成本的需要

化工生產(chǎn)條件的選取還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)效益，盡量做到理論條件與實(shí)際生產(chǎn)條件的一致性，當(dāng)二者有矛盾時(shí)要均衡考慮，做到經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

例8 （2011年山東28）研究NO2、SO2 、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義。



圖8

（3）CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為:

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖8所示。該反應(yīng)ΔH0（填“>”或“ <”）。實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、1．3×104kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是。

解析 由圖可知CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。選擇250℃、1．3×104kPa的主要原因是該條件下CO轉(zhuǎn)化率已將近最大值，沒(méi)有必要再加大壓強(qiáng)反而使生產(chǎn)成本增加。

答案：“<”; 1．3×104kPa下反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率已經(jīng)將近最大值，增加壓強(qiáng)轉(zhuǎn)化率增大不明顯，反而使成本增加經(jīng)濟(jì)效益下降。

(收稿日期： 2013-11-22)

化工生產(chǎn)需要對(duì)外界條件如溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑、溶液酸堿性等進(jìn)行嚴(yán)格的控制。本文擬從化工生產(chǎn)條件選取的原因進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)分類(lèi)總結(jié)，以利提高。

一、控制化學(xué)反應(yīng)速率的需要

影響化學(xué)反應(yīng)速率的外界因素主要有溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑、固體物質(zhì)的表面積、光、放射性、超聲波、電弧、強(qiáng)磁場(chǎng)、溶液酸堿性等，因此化工生產(chǎn)中經(jīng)常利用上述條件的改變以控制反應(yīng)速率。

圖1

例1 （2012年福建24）(2)化學(xué)電鍍的原理是利用化學(xué)反應(yīng)生成金屬單質(zhì)沉積在鍍件表面形成鍍層。（試題經(jīng)過(guò)刪減，不相干的內(nèi)容刪去，下同）

② 某化學(xué)鍍銅的反應(yīng)速率隨鍍液pH 變化如圖1所示。該鍍銅過(guò)程中，鍍液pH 控制在12.5左右。據(jù)圖中信息，給出使反應(yīng)停止的方法： 。

解析 由圖1可看出pH低于9時(shí)，該化學(xué)反應(yīng)速率為0，故可調(diào)節(jié)電鍍液的pH在8～9之間即可使反應(yīng)停止。

答案：調(diào)節(jié)電鍍?nèi)芤旱膒H在8～9之間。

二、控制反應(yīng)物和生成物變化的需要

某些化學(xué)反應(yīng)需要在特定的條件下才易發(fā)生。

例2 （2012年四川29）直接排放煤燃燒產(chǎn)生的煙氣會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，將煙氣通過(guò)裝有石灰石漿液的脫硫裝置可以除去其中的二氧化硫，最終生成硫酸鈣。硫酸鈣可在圖2所示的循環(huán)燃燒裝置的燃料反應(yīng)器中與甲烷反應(yīng)，氣體產(chǎn)物分離出水后得到幾乎不含雜質(zhì)的二氧化碳，從而有利于二氧化碳的回收利用，達(dá)到減少碳排放的目的。

（2）在煙氣脫硫的過(guò)程中，所用的石灰石漿液在進(jìn)入脫硫裝置前，需通一段時(shí)間的二氧化碳，以增加其脫硫效率；脫硫時(shí)控制漿液的pH，此時(shí)漿液含有的亞硫酸氫鈣可以被氧氣快速氧化生成硫酸鈣。

②亞硫酸氫鈣被足量氧氣快速氧化生成硫酸鈣的化學(xué)方程式： 。

圖2

解析 有些物質(zhì)的氧化性或還原性強(qiáng)弱與溶液的酸堿性有關(guān)，故可通過(guò)調(diào)節(jié)溶液的pH以增強(qiáng)或減弱物質(zhì)的氧化性或還原性使反應(yīng)按設(shè)定方式發(fā)生。亞硫酸氫鈣中+4價(jià)的S元素具有還原性，脫硫時(shí)控制漿液的pH則是因?yàn)樵鰪?qiáng)

Ca(HSO3)2的還原性進(jìn)而使其更易快速被氧化。

答案：Ca(HSO3)2+O2CaSO4+H2SO4

三、控制原料利用率的需要

化工生產(chǎn)必須盡可能提高原料利用率，減少對(duì)資源的消耗。常采用對(duì)塊狀固體反應(yīng)物粉末化，控制外部條件（如濃度、溫度、壓強(qiáng)、反應(yīng)物用量比等）使可逆反應(yīng)正向程度盡可能大等措施。

例3 （2012年北京26）化工中用Cl2生產(chǎn)某些含氯有機(jī)物時(shí)會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物HCl。利用反應(yīng)A，可實(shí)現(xiàn)氯的循環(huán)利用。反應(yīng)A:

4HCl+O2CuO/CuCl2400℃2Cl2+2H2O

（2）圖3是反應(yīng)A在4種投料比［n（HCl）

∶n(O2)分別為1∶1、2∶1、4∶1、6∶1］下，反應(yīng)溫度對(duì)HCl平衡轉(zhuǎn)化率影響的曲線。

圖3

①曲線b對(duì)應(yīng)的投料比是。②當(dāng)曲線b, c, d對(duì)應(yīng)的投料比達(dá)到相同的HCl平衡轉(zhuǎn)化率時(shí)，對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度與投料比的關(guān)系是。

解析 當(dāng)其它條件不變時(shí)，O2的用量越大，則HCl的轉(zhuǎn)化率越大，由此確定a為6∶1、b為4∶1、c為2∶1、d為1∶1；由圖可知，當(dāng)HCl的轉(zhuǎn)化率相同時(shí)，溫度由低到高對(duì)應(yīng)的投料比為：4∶1、

2∶1、1∶1，由此確定溫度與投料比的關(guān)系為投料比越高達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率所需的溫度越低。

答案：①4∶1;②投料比越高，對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度越低。

四、控制物質(zhì)溶解的需要

固體物質(zhì)的溶解度主要與溫度有關(guān)，大多數(shù)的物質(zhì)會(huì)隨溫度的升高而溶解度增大，但也有少數(shù)物質(zhì)如Ca(OH)2等其溶解度隨溫度的升高而減??；氣體的溶解度既與溫度有關(guān)又與壓強(qiáng)有關(guān)，溫度越高，壓強(qiáng)越小則溶解度越小?；ぶ谐Ｍㄟ^(guò)改變條件如溫度、壓強(qiáng)、溶液的酸堿性、選用不同的溶劑等來(lái)減少所需物質(zhì)的溶解損耗，以利其析（或逸）出。

例4 （2011年海南20）工業(yè)上可用食鹽和石灰石為主要原料，經(jīng)不同的方法生產(chǎn)純堿。

圖4

（2）氨堿法的工藝如圖4所示，得到的碳酸氫鈉經(jīng)煅燒生成純堿。

（4）有人認(rèn)為碳酸氫鉀與碳酸氫鈉的化學(xué)性質(zhì)相似，故也可用氨堿法以氯化鉀和石灰石為原料制碳酸鉀。請(qǐng)結(jié)合圖4的溶解度（S）隨溫度變化曲線，分析說(shuō)明是否可行？。

解析 由溶解度曲線可知，碳酸氫鉀的溶解度較大，降溫過(guò)程中不會(huì)析出碳酸氫鉀晶體，故不能采用此方法制碳酸氫鉀，最終也就不可能用氨堿法以氯化鉀和石灰石為原料制碳酸鉀。

答案：略。

五、控制物質(zhì)水解的需要

弱酸或弱堿生成的鹽在水溶液中有水解的傾向，故在化工生成中需要通過(guò)加酸或堿的方式控制鹽的水解。

例5 （2011年江蘇16）以硫鐵礦（主要成分為FeS2）為原料制備氯化鐵晶體（FeCl3?6H2O）的工藝流程如圖5：

圖5

（2）酸溶及后續(xù)過(guò)程中均需保持鹽酸過(guò)量，其目的是 、 。

解析 酸溶及后續(xù)過(guò)程中均需保持鹽酸過(guò)量，是為了使Fe2O3盡量反應(yīng)，提高Fe3+的生成率，同時(shí)可抑制Fe3+的水解。

答案：略。

六、控制雜質(zhì)產(chǎn)生的需要

化工生產(chǎn)中往往會(huì)有雜質(zhì)的產(chǎn)生，必須通過(guò)條件的嚴(yán)格控制，化工流程的巧妙設(shè)計(jì)以除掉雜質(zhì)，才能制得較純凈的產(chǎn)物。

例6 （2012年江蘇16）利用石灰乳和硝酸工業(yè)的尾氣(含NO、NO2)反應(yīng)，既能凈化尾氣，又能獲得應(yīng)用廣泛的Ca(NO2)2，其部分工藝流程如圖6：

圖6

(3)該工藝需控制NO 和NO2 物質(zhì)的量之比接近1∶1。若n(NO)∶n(NO2)>1∶1，則會(huì)導(dǎo)致 ;若n(NO)∶n(NO2)<1∶1，則會(huì)導(dǎo)致。

解析 若n(NO)∶n(NO2)>1∶1，NO過(guò)剩；若n(NO)∶n(NO2)<1∶1，NO2過(guò)剩，剩余NO2會(huì)與Ca(OH)2反應(yīng)生成Ca(NO3)2。

答案：排放的氣體中NO含量升高，污染環(huán)境；產(chǎn)品Ca(NO2)2中雜質(zhì)Ca(NO3)2含量升高。

七、控制污染的需要

盡量選用低毒、低害、甚至無(wú)毒、無(wú)害、可再生的原料、催化劑、溶劑，減少不必要的反應(yīng)步驟，優(yōu)化化工流程，嚴(yán)格控制反應(yīng)條件等措施，最終生產(chǎn)出環(huán)境友好的產(chǎn)品是當(dāng)今化工發(fā)展的方向。

例7 （2009年天津9改編）目前從海水中提取溴是世界各國(guó)生產(chǎn)溴的主要方法，其工藝流程如圖7：

圖7

（3）在⑤步驟蒸餾的過(guò)程中，溫度控制在80℃～90℃，溫度過(guò)高或過(guò)低都不利生產(chǎn)，其原因： 。

（4）溴單質(zhì)在四氯化碳中的溶解度比在水中大得多，四氯化碳與水不相溶，故可用于萃取溴，但在上述工藝中卻不用四氯化碳的原因是： 。

解析 溫度過(guò)高大量的水蒸氣會(huì)隨溴蒸出，溴蒸氣中水分增加；溫度過(guò)低，溴不完全蒸出，回收率太低；四氯化碳萃取法工藝太復(fù)雜，設(shè)備投資大，經(jīng)濟(jì)效益低，環(huán)境污染重。

答案：略。

八、控制經(jīng)濟(jì)成本的需要

化工生產(chǎn)條件的選取還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)效益，盡量做到理論條件與實(shí)際生產(chǎn)條件的一致性，當(dāng)二者有矛盾時(shí)要均衡考慮，做到經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

例8 （2011年山東28）研究NO2、SO2 、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義。



圖8

（3）CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為:

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖8所示。該反應(yīng)ΔH0（填“>”或“ <”）。實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、1．3×104kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是。

解析 由圖可知CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。選擇250℃、1．3×104kPa的主要原因是該條件下CO轉(zhuǎn)化率已將近最大值，沒(méi)有必要再加大壓強(qiáng)反而使生產(chǎn)成本增加。

答案：“<”; 1．3×104kPa下反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率已經(jīng)將近最大值，增加壓強(qiáng)轉(zhuǎn)化率增大不明顯，反而使成本增加經(jīng)濟(jì)效益下降。

(收稿日期： 2013-11-22)