侯志宏

湖南

化工工藝流程題和實(shí)驗(yàn)題是全國卷理綜化學(xué)每年必考的兩大題型，綜合了元素化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)原理、實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、資源開發(fā)利用等幾乎所有高中化學(xué)的內(nèi)容，對學(xué)生提煉題目信息、挖掘潛在條件、綜合分析處理問題等方面提出了較高的要求。工藝和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的成功必須考慮反應(yīng)條件的控制，其中溫度的控制尤為關(guān)鍵，這在各地的高考試題中均有體現(xiàn)；溫度控制相關(guān)試題常常同時(shí)考查文字表達(dá)，使得該類試題成為高考化學(xué)的難點(diǎn)和易失分點(diǎn)。本文主要介紹如何控制溫度及為什么控制溫度，并結(jié)合高考試題進(jìn)行分析。

1.控制溫度的意義

【例題1】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)。

物質(zhì)沸點(diǎn)/℃物質(zhì)沸點(diǎn)/℃溴58.81,2-二氯乙烷83.5苯甲醛179間溴苯甲醛229

其實(shí)驗(yàn)步驟為

步驟1～步驟3略

步驟4：減壓蒸餾有機(jī)相，收集相應(yīng)餾分，得到間溴苯甲醛。

問題：步驟4中采用減壓蒸餾技術(shù)，是為了防止________。

解題分析：從題干中獲取關(guān)鍵信息，間溴苯甲醛含有醛基且沸點(diǎn)為229℃；醛基在溫度較高時(shí)容易被氧化，減壓蒸餾可以降低操作中所需溫度，防止副反應(yīng)的發(fā)生。

參考答案：間溴苯甲醛被氧化

問題：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__________________。

參考答案：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(yīng)速率

智能變電站通過電流、電壓控制技術(shù)，采用GIS控制設(shè)備和先進(jìn)的傳感器，充分結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。利用傳統(tǒng)的光纖端口保護(hù)裝置以及回路裝置，實(shí)現(xiàn)信息傳輸，智能變電站主要系統(tǒng)組成是站控層、設(shè)備層以及間隔層，這些主要部分都是采用不同技術(shù)設(shè)備來承擔(dān)著變電過程中需要的信息收集和設(shè)備連接以及電能輸配。

溫度控制的意義主要是從物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)原理兩個(gè)角度體現(xiàn)；物質(zhì)的性質(zhì)包括熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、液化、氣化、吸水、揮發(fā)、溶解、膠體的聚沉等物理性質(zhì)，也包括熱穩(wěn)定性、氧化性、還原性、水解等化學(xué)性質(zhì)。如：工藝或?qū)嶒?yàn)題中用到雙氧水、氨水、銨鹽、硝酸鹽等易分解的物質(zhì)，控溫的目的是防止物質(zhì)分解；產(chǎn)物或者反應(yīng)物中含有醛類、酚類等物質(zhì)，控溫的目的是防止其被氧化；實(shí)驗(yàn)室保存或者制備液溴、一溴乙烷等沸點(diǎn)較低物質(zhì)，需要加冰水或冷凍，目的是防止物質(zhì)的揮發(fā)；海水提Br2過程中，出溴口的溫度控制在80～90℃，目的是要使Br2揮發(fā)出來而又減少水蒸氣混入Br2中。

化學(xué)反應(yīng)原理主要是從反應(yīng)速率、各種平衡、副反應(yīng)、催化劑的使用等方向去考慮；如：制取乙酸乙酯的實(shí)驗(yàn)中，緩慢加熱的原因是防止乙醇、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，有利于乙酸乙酯產(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)；工業(yè)合成氨選擇的溫度是500℃左右，原因之一就是使催化劑的活性達(dá)到最高，生產(chǎn)效率最高。

2.如何控制溫度

常見的加熱方法有：酒精燈加熱，酒精噴燈加熱，水浴、油浴、沙浴加熱，水蒸氣加熱，加熱水加熱，吹熱風(fēng)加熱等。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。常見的降溫方法有：冷凍法，冰水浴，減壓蒸餾，減壓烘干，減壓蒸發(fā)等。如從青蒿素的四氯化碳溶液中得到青蒿素需要減壓蒸餾，干燥氫氧化銅需要減壓烘干。

3.控溫類試題的思維建模

我們將溫度變化對流程和實(shí)驗(yàn)的影響分成溫度變化對結(jié)果有利、溫度變化對結(jié)果不利兩類，針對答題建立一個(gè)思維模式，如下表所示，在我校學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)活動中，學(xué)生反饋良好，能解決大多數(shù)涉及溫控問題的文字表達(dá)類試題。

條件變化思維方向解析溫度變化產(chǎn)生有利的結(jié)果是否提高生產(chǎn)效率———平衡是否可以正向移動,提高產(chǎn)率看是否為可逆反應(yīng),且是否為吸熱反應(yīng)溫度變化產(chǎn)生不利的結(jié)果是否發(fā)生副反應(yīng)①注意題目給出的副反應(yīng)發(fā)生的條件;②注意溫度升高易被氧化的物質(zhì):醛類、酚類、I-、SO2-3等;③有機(jī)實(shí)驗(yàn)中使用濃硫酸時(shí)注意是否發(fā)生炭化、氧化等副反應(yīng)是否有物質(zhì)揮發(fā)①注意題給低沸點(diǎn)物質(zhì),如液溴等;②注意是否有氣體參與反應(yīng)過程,氣體在溶液中的溶解度一般隨溫度的升高而降低是否有物質(zhì)分解注意反應(yīng)中是否有銨鹽、硝酸鹽、結(jié)晶水合物、碳酸酸式鹽、雙氧水、氨水等熱穩(wěn)定性較差的物質(zhì)參與平衡是否向逆向移動注意溫度變化造成的平衡移動是否使反應(yīng)向有利的方向移動

4.強(qiáng)化練習(xí)

【練習(xí)1】正丁醛是一種化工原料。某實(shí)驗(yàn)小組利用如下裝置合成正丁醛。

發(fā)生的反應(yīng)如下:

沸點(diǎn)/℃密度/g·cm-3水中溶解性正丁醇117.20.810 9微溶正丁醛75.70.801 7微溶

實(shí)驗(yàn)步驟如下:將6.0 g Na2Cr2O7放入100 mL燒杯中，加30 mL水溶解，再緩慢加入5 mL濃硫酸，將所得溶液小心轉(zhuǎn)移至B中。在A中加入4.0 g正丁醇和幾粒沸石，加熱。當(dāng)有蒸汽出現(xiàn)時(shí)，開始滴加B中溶液。滴加過程中保持反應(yīng)溫度為90～95℃，在E中收集90℃以下的餾分。將餾出物倒入分液漏斗中，分去水層，有機(jī)層干燥后蒸餾，收集75～77℃餾分，質(zhì)量為2.0 g。反應(yīng)溫度應(yīng)保持在90～95℃其原因是__________________。

【練習(xí)2】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__________________。

【練習(xí)3】以磷石膏(主要成分CaSO4，雜質(zhì)SiO2、Al2O3等)為原料可制備CaCO3，在敞口容器中，用NH4Cl溶液浸取高溫煅燒的固體，隨著浸取液溫度上升，溶液中c(Ca2+)增大的原因是__________________。

【練習(xí)4】鍶(Sr)為第五周期第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：

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__________________。

【練習(xí)5】實(shí)驗(yàn)室制備1 - 乙氧基萘的反應(yīng)方程式和裝置如下：

1 - 萘酚 1 - 乙氧基萘

已知：1 - 萘酚的性質(zhì)與苯酚相似，有難聞的苯酚氣味。相關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)

物質(zhì)相對分子質(zhì)量狀態(tài)熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃溶解性水乙醇1-萘酚144無色或黃色菱形結(jié)晶或粉末96278微溶于水易溶于乙醇1-乙氧基萘172無色液體5.5267不溶于水易溶于乙醇乙醇46無色液體-114.178.5任意比互溶

實(shí)驗(yàn)測得1 - 乙氧基萘的產(chǎn)量與反應(yīng)時(shí)間、溫度的變化如圖所示，時(shí)間延長、溫度升高，1 - 乙氧基萘的產(chǎn)量下降可能的兩個(gè)原因是__________________。

【練習(xí)6】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，溶解溫度應(yīng)控制在60～70℃原因是__________________。

【練習(xí)7】甲醇是一種可再生燃料，其沸點(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___________________________________。

練習(xí)題參考答案

練習(xí)1 既可保證正丁醛及時(shí)蒸出,又可盡量避免其被進(jìn)一步氧化

練習(xí)2 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

練習(xí)3 浸取液溫度上升，溶液中c(H+)增大，促進(jìn)固體中Ca2+浸出

練習(xí)4 溫度高有利于除去晶體表面的水，超過60℃時(shí)，六水氯化鍶會失去結(jié)晶水

練習(xí)5 溫度升高，1 - 萘酚被氧化；溫度升高，乙醇揮發(fā)

練習(xí)6 溫度低溶解速度慢，溫度過高銨鹽會分解