廣東 周曼文 曹春艷

有關控溫原理和控溫技術試題的分析與解題技巧

廣東 周曼文 曹春艷

化工生產要達到理想效果，控制工藝條件（溫度、壓強、pH、原料配比、催化劑等）是技術的關鍵。因此，每年高考的無機化工題或綜合實驗題都會涉及這些內容，也是高考化學卷的熱點、難點。本文主要談談高考試題中的“控溫工藝”，有關“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）。

一、有關“控溫原理”試題的分析與解題技巧

1．典例分析

【例1】（2015·上?！?4）白云石的主要成分是CaCO3· MgCO3。白云石經煅燒、消化后得到鈣鎂的氫氧化物，再經過碳化實現(xiàn)Ca2＋、Mg2＋的分離。碳化反應是放熱反應，化學方程式如下：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，原因是_________________________________________。溫度偏低也不利于碳化反應，原因是______________________。

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

【解析】該反應是放熱反應；溫度偏高，CO2的溶解度減?。粶囟绕?，平衡向吸熱的逆反應方向移動；溫度偏高，Mg（HCO3）2會分解等原因不利于碳化反應。溫度偏低，反應速率慢，也不利于碳化反應的進行。

【例2】（2015·全國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苯酚和丙酮，其反應和工藝流程示意圖如下：

相關化合物的物理常數(shù)

___物質_相對分子質量_密度（g／cm－3）_____沸點／℃__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②為________（填“放熱”或“吸熱”）反應。反應溫度控制在50～60℃，溫度過高的安全隱患是____________。

回答下列問題：

【答案】（4）放熱 可能會導致（過氧化物）爆炸

【解析】由于過氧化物受熱易分解，反應溫度必須控制在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

（熔點、沸點、液化、氣化、揮發(fā)、溶解、膠體的聚沉等）

（2）化學性質

（防高溫分解、氧化、水解、弱電解質的電離）

（3）化學反應原理

（速率和平衡問題、防發(fā)生副反應、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。

制取乙酸乙酯的實驗中，緩慢加熱的原因：防止乙醇、乙酸的揮發(fā)，保持一定的反應速率，及時分離乙酸乙酯，有利于酯產率的提高。

實驗室制取乙烯、制硝基苯，控制溫度，都是防止發(fā)生副反應。

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，選擇的溫度是500℃左右，原因之一就是使催化劑的活性達到最高。

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各反應物、生成物的理化性質 ②速率和平衡問題

第3步：答題模板

溫度（變化）……， 原理（應用）……，（會導致）結果……。

如【例1】：溫度偏高，CO2的溶解度減少；將不利于碳化反應的充分進行。

該反應是放熱反應；溫度偏高，平衡向吸熱的逆反應方向移動；將導致Ca2＋、Mg2＋的分離效果差。

溫度偏高，Mg（HCO3）2會分解，也將導致Ca2＋、Mg2＋的分離效果差。

4．鞏固提高

（1）（2015·全國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生產CuCl的工藝過程如下：

回答下列問題：

步驟①中得到的氧化產物是________，溶解溫度應控制在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］為原料生產氯酸鉀聯(lián)產碳酸鈣的流程如下：

回答下列問題：

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

（3）甲醇是一種可再生燃料，它的沸點為64．7℃。有科學家提出：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，經化學反應后得到甲醇，流程如下：

在合成塔中發(fā)生的是放熱反應，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“控溫技術”試題的分析與解題技巧

1．典例分析

【例3】（2015·江蘇·節(jié)選）實驗室以苯甲醛為原料制備間溴苯甲醛（實驗裝置見下圖，相關物質的沸點見附表）。其實驗步驟為：

步驟1：將三頸瓶中的一定配比的無水AlCl3、1，2－二氯乙烷和苯甲醛充分混合后，升溫至60℃，緩慢滴加經濃硫酸干燥過的液溴，保溫反應一段時間，冷卻。

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

步驟3：經洗滌的有機相加入適量無水MgSO4固體，放置一段時間后過濾。

步驟4：減壓蒸餾有機相，收集相應餾分。

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

附表 相關物質的沸點（101kPa）

【答案】間溴苯甲醛被氧化。

【解析】間溴苯甲醛的沸點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的沸點，所以要采用減壓蒸餾技術降低蒸餾溫度，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，導致產率偏低

【解析】首先想“蒸發(fā)”是什么意思？蒸發(fā)誰？這里指的是去掉一部分水，使溶液達到飽和，即“蒸發(fā)濃縮”，也就是說要達到水的沸點100℃，結合題目的信息“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亞氯酸鈉的影響，因為減壓可以降低物質的沸點，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@個空的話可以從兩個角度：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．控溫技術的分析

（1）升溫技術

直接升溫技術：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熱風吹干、恒溫烘干。

間接升溫技術：加壓升溫。

（2）降溫技術

直接降溫技術：①冰水浴，②冰（冷）水洗，③淬火。

間接降溫技術：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反應需要煮沸；

I2與CCl4的分離需要減壓蒸餾；

重結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，確認要控制溫度的范圍和應用情境。

如【例3】的信息：①表格中提示間溴苯甲醛的沸點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”的科學性、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的沸點，所以要采用減壓蒸餾技術降低蒸餾溫度，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）為原料生產硼酸的工藝流程如下：

已知：H3BO3在200℃、400℃、600℃、1 000℃時的溶解度依次為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，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，且溶液的沸點隨壓強增大而升高。為了從“母液”中充分回收MgSO4·H2O，應采取的措施是將“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）具有很高的經濟價值，61℃時晶體開始失去結晶水，100℃時失去全部結晶水。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。

請回答：

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

【提示】（1）①防止硼酸降溫時析出。②升溫加壓結晶。

（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，氯化鍶晶體中的結晶水也會失去。

（作者單位：廣東省佛山市三水中學廣東省佛山市順德一中）