高考化学二轮复习专题11化工流程题条件控制(温度、压强、浓度、调pH值)导学案.doc

——条件控制（温度、压强、浓度、调pH值）专题
【真题再现】
1．(2012广东卷32 ·节选)难溶性杂卤石(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O)属于“呆矿”，在水中存在如下平衡：K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O(s)==2Ca2＋＋2K＋＋Mg2＋＋4SO＋2H2O
为能充分利用钾资源，用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾，工艺流程如图1：

图2
图1

(2) 用化学平衡移动原理解释Ca(OH)2溶液能溶解杂卤石浸出K＋的原因：

(3)“除杂”环节中，先加入 溶液，经搅拌等操作后，过滤，再加入________溶液调节滤液pH至中性。
(4)不同温度下，K＋的浸出浓度与溶浸时间的关系如图2，由图可得随着温度升高，
① ；
②
【化工流程题中条件控制（温度、压强、浓度、调pH值）的考点与解题策略】
一、化工流程的考查模式

二、条件控制（温度、压强、浓度、调pH值）的专用术语及其对应功能
（一）温度、浓度、压强的控制
术语
功能
温度的控制
升温
①加快反应速率或溶解速率；②促进平衡向吸热方向移动；③除杂，除去热不稳定的杂质，如NaHCO3 、Ca(HCO3)2、KMnO4、I2、NH4Cl等物质。④使沸点相对较低的原料气化
降温
①防止某物质在高温时会溶解(或分解) ;② 使化学平衡向着题目要求的方向移动（放热方向）；③使某个沸点较高的产物液化，使其与其他物质分离;④降低晶体的溶解度，减少损失.
控温（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； ②为了使某物质达到沸点挥发出来；
③使催化剂的活性达到最好； ④防止副反应的发生；
⑤降温或减压可以减少能源成本，降低对设备的要求，达到绿色化学的要求。
⑥如果题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息，则要根据它们的溶解度随温度升高而改变的情况，寻找合适的结晶分离方法 ( 蒸发结晶或浓缩结晶) 。

增大反应物浓度 、 加压
①可加快反应速率 。对气体分子数减少的反应，加压使平衡向生成物方向移动。但压强太大，动力消耗更多，设备要求更高，成本增加，故必须综合考虑 。
②加压一般是提高气体反应物浓度措施 ，在气体和固体、液体反应的体系中并不适宜。
③生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率 。
减压蒸馏
减小压强，降低液体的沸点，防止（如浓HNO3、NH3.H2O、H2O2、NH4HCO3等物质分解；
【课堂练习1】
1、实验室用硫酸厂烧渣（主要成分为Fe2O3及少量FeS、SiO2等）制备聚铁（碱式硫酸铁的聚合物）和绿矾(FeSO4·7H2O)，过程如右图：
(5)在⑥中，将溶液Z控制到70～80 ℃的目的是__ ；
2．（10年佛一模）工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如图1：
图2

图1

⑶NH3和O2在铂系催化剂作用下从145℃就开始反应： 4NH3+5O24NO+6H2O　 △H=－905kJ·mol－1
不同温度下NO产率如图2所示。温度高于900℃时，NO产率下降的原因 。
⑷吸收塔中反应为：3NO2+H2O2HNO3+NO。从生产流程看，吸收塔中需要补充空气，其原因是 。
3、（12广州一模）绿矾（FeSO4·7H2O）的一种综合利用工艺如下图1：
表1
图1

（4）母液“除杂”后，欲得到(NH4)2SO4粗产品，操作步骤依次为真空蒸发浓缩、冷却结晶、____________。浓缩时若温度过高，产品中将混有NH4HSO4，运用化学平衡移动原理解释其原因 。
（5）绿矾的另一种综合利用方法是：绿矾脱水后在有氧条件下焙烧，FeSO4转化为Fe2O3和硫的氧化物。分析表1实验数据，为了提高SO3的含量，可采取的措施是 。
通电
4.（11广州模拟）过氧化氢（H2O2）有广泛的用途。工业上用电解硫酸氢铵水溶液的方法制备过氧化氢，其反应原理是：2NH4HSO4 (NH4)2S2O8+H2↑，(NH4)2S2O8+2H2O=2NH4HSO4 + H2O2。其流程如下：

（2）在上流程图中，采用减压蒸馏的原因是： 。
（3）过氧化氢具有的化学性质是 。 A．不稳定性 B．弱碱性 C．氧化性 D．还原性
（二）PH的控制
术语
功能
控制溶液的PH
包括两个方向：①调高PH
②调低PH
⑴目的：调节pH值实质上是利用沉淀溶解平衡把某些离子转化成沉淀。
（2）原则：不管是调高还是调低，原则都是加过量的除杂剂而不引进新的杂质，这里分两种情况①如果要得到滤液，可加固体沉淀剂消耗H＋或OH—，如除去含Cu2+溶液中混有的Fe3+,可通过加入CuO、Cu(OH)2、Cu(OH)2CO3等；②要得到滤渣，则需加入碱性溶液，如氨水或氢氧化钠溶液。调低PH值的原则与调高PH的原则相同。
⑶题目呈现方式：题中通常会以表格数据形式，或“已知信息”给出需求的“适宜PH范围”的信息;
⑷解题步骤：①判断溶液呈酸（或碱）性②判断调高还是调低③选择合适的调节剂。
【课堂练习2】
附：有关氢氧化物沉淀的pH：
5、（15湛江一模）32.（16分）工业上用难溶于水的碳酸锶（SrCO3）粉末为原料(含少量钡和铁的化合物)制备高纯六水氯化锶晶体(SrCl2·6H2O)，其过程为：
氢氧化物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
开始沉淀的pH
1.5
6.5
沉淀完全的pH
3.7
9.7
（2）在步骤②-③的过程中，将溶液的pH值由1调节至 ；宜用的试剂为 。
A. 1.5 B. 3.7 C. 9.7 D．氨水 E．氢氧化锶粉末 F．碳酸钠晶体
6.（14广州一模）某地煤矸石经预处理后含SiO2（63%）、Al2O3（25%）、Fe2O3（5%）及少量钙镁的化合物等，一种综合利用工艺设计如下：

（4） 已知Fe3+开始沉淀和沉淀完全的pH分别为2.1和3.2，Al3+开始沉淀和沉淀完全的pH分别为4.1和5.4。为了获得产品Al(OH) 3，从煤矸石的盐酸浸取液开始，若只用CaCO3一种试剂，后续操作过程是
。
7．（15增城调研）白钨矿的主要成分是CaWO4 ，含有二氧化硅、氧化铁等杂质，工业生产钨流程如下：

（完全沉淀离子的pH值：SiO32-为8，WO42-为5）

（3）调节pH可选用的试剂是： 。 A 、氨水 B、 氢氧化钠溶液 C、 盐酸
8、（2014广东）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，设计的提纯与综合利用工艺如下：
（4） 由溶液IV生成沉淀V的总反应的离子方程为
术语
功能
酸性、
碱性
或
某种
环境
氛围

①蒸发或结晶时，加入相应的酸或碱，以抑制某些盐的水解 。
②需要在酸性气流中干燥FeCl3、AlCl3 、MgCl2等含水晶体 ， 以防止水解。如从海水中提取镁，从MgCl2的溶液里结晶析出的是氯化镁结晶水合物，电解熔化氯化镁才能制得金属镁，要去除氯化镁晶体中的结晶水"需要在氯化氢气流中加热，否则煅烧所得的最后固体不是MgCl2，而是熔点更高的MgO 具有相似情况的还有FeCl3 、AlCl3等。
③营造还原性氛围：加热煮沸酸液后再冷却，其目的是排除酸溶液中的氧气，如用废铁制备氯矾晶体，需要把硫酸加热煮沸后再加入，同时还不能加入过量，防止Fe2+被氧化。
④营造氧化性氛围：加入氧化剂进行氧化，如加入绿色氧化剂 H2O2 将 Fe2+ 氧化转化为Fe3+ 。

（三）体系环境氛围及其它条件的控制
【课堂练习3】
9、（14广州一模）某地煤矸石经预处理后含SiO2（63%）、Al2O3（25%）、Fe2O3（5%）及少量钙镁的化合物等，一种综合利用工艺设计如下：
（5） 以煤矸石为原料还可以开发其他产品，例如在煤矸石的盐酸浸取液除铁后，常温下向AlCl3溶液中不断通入HCl气体，可析出大量AlCl3·6H2O晶体，结合化学平衡移动原理解释析出晶体的原因：

表1
图1
10、（14佛山一模）磷酸盐骨水泥具有良好的实用性。医药工业利用共沉淀原理，通过控制Ca/P物质的量比[n(Ca)/n(P)]制备相应产品[Ca5(PO4)3OH和Ca3(PO4)2的n(Ca)/n(P)分别为1.67和1.5]流程如图1：
上表为n(Ca)/n(P)=1.5时，
不同pH值制得滤饼的产率以及分析结果

（注：Ca5(PO4)3OH、Ca3(PO4)2和CaHPO4均难溶于水；
Ca(H2PO4) 2溶液pH<7）

（1）流程中强调“滴加速度100 mL/45 min”的作用是 。
流程中调pH值选氨水，不选生石灰或石灰乳的理由是 。
（2）从表1中数据分析生成Ca3(PO4)2时，“pH=x”中的x的最佳取值为____________ ，滤饼的化学成分Ca5(PO4)3OH、Ca3(PO4)2和CaHPO4和 。
（3）酸性条件下产率偏低的原因是 。
（四）自我检测 《学习与评价》P189—196 “07—14年广东模拟题”对应练习

【参考答案】
【真题再现】
(2012广东卷32 ·节选)
(2)氢氧根与镁离子结合，使平衡向右移动，K+变多。
(3)K2CO3 H2SO4
(4)①在同一时间K+的浸出浓度大。②反应的速率加快，平衡时溶浸时间短。

【课堂练习】
1、 （5）升高温度促进Fe3+的水解，过高温度不利于聚铁的形成（或者完全水解了）。
2、（3）温度高于900℃时，平衡向左移动（2分）
（4）充入空气，NO转化为NO2，有利于提高原料利用率（3分）
3、（4）过滤（2分） NH4+＋H2O NH3·H2O＋H+，温度过高NH3挥发使平衡向右移动，溶液酸性增强生成NH4HSO4。（3分）
（5）增大空气通入量（2分）
4、（2）过氧化氢不稳定，受热容易分解，减小气压，使液体沸点降低。（3分） ；
（3）ACD（3分）
5、2）B（2分）；E（2分）
6、（4）加入CaCO3调节pH到3.2，过滤除去Fe(OH) 3后，再加入CaCO3调节pH到5.4，过滤得到Al(OH) 3
7、C
8、(4) AlO2- +CH3COOCH2CH3+2H2O CH3COO- + Al(OH)3↓+CH3CH2OH
9、（5）AlCl3饱和溶液中存在溶解平衡：AlCl3·6H2O(s)Al3+(aq) +3Cl—(aq) +6H2O(l)，通入HCl气体使溶液中c(Cl—)增大，平衡向析出固体的方向移动从而析出AlCl3晶体。 （2分）
10、（1）使反应物充分接触（2分）；若选择生石灰或石灰乳调节pH会改变n(Ca)/n(P)（2分）
（2）7.2（2分）；CaCO3（2分）
（3）酸性条件下，容易造成钙的流失。（“酸性条件下，容易造成钙磷流失。”或“酸性条件下，难溶产物易溶解转化为易溶物质造成钙磷流失”或“酸性条件下，Ca5(PO4)3OH 、Ca3(PO4)2和 CaHPO4等易转化为可溶的Ca(H2PO4)2，造成钙磷流失”）