有关控温原理和控温技术试题的分析与解题技巧
2016-04-01广东周曼文曹春艳
广东 周曼文 曹春艳
有关控温原理和控温技术试题的分析与解题技巧
广东 周曼文 曹春艳
化工生产要达到理想效果，控制工艺条件（温度、压强、pH、原料配比、催化剂等）是技术的关键。因此，每年高考的无机化工题或综合实验题都会涉及这些内容，也是高考化学卷的热点、难点。本文主要谈谈高考试题中的“控温工艺”，有关“控温”的试题分两类：1．为什么要控温（控温原理）；2．如何控温（控温技术）。
一、有关“控温原理”试题的分析与解题技巧
1．典例分析
【例1】（2015·上海·24）白云石的主要成分是CaCO3· MgCO3。白云石经煅烧、消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＋3CO2CaCO3＋Mg（HCO3）2＋H2O。
完成下列填空：
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】CO2的溶解度减小，Mg（HCO3）2受热分解，平衡逆向移动等 降低了反应速率
【解析】该反应是放热反应；温度偏高，CO2的溶解度减小；温度偏高，平衡向吸热的逆反应方向移动；温度偏高，Mg（HCO3）2会分解等原因不利于碳化反应。温度偏低，反应速率慢，也不利于碳化反应的进行。
【例2】（2015·全国Ⅱ·36节选）酚和丙酮都是重要的化工原料，工业上可用异丙苯氧化法生产苯酚和丙酮，其反应和工艺流程示意图如下：
相关化合物的物理常数
___物质_相对分子质量_密度（g／cm－3）_____沸点／℃__异丙苯_____120 ____0．864 0 ______153 ___丙酮______58 ____0．789 8 ______56．5 ___苯酚______94 1．072 2 182
（4）反应②为________（填“放热”或“吸热”）反应。反应温度控制在50～60℃，温度过高的安全隐患是____________。
回答下列问题：
【答案】（4）放热 可能会导致（过氧化物）爆炸
【解析】由于过氧化物受热易分解，反应温度必须控制在50～60℃，防止温度过高发生爆炸。
2．控温原理的分析
（1）物理性质
（熔点、沸点、液化、气化、挥发、溶解、胶体的聚沉等）
（2）化学性质
（防高温分解、氧化、水解、弱电解质的电离）
（3）化学反应原理
（速率和平衡问题、防发生副反应、催化剂）
如：海水提Br2过程中，出溴口的温度控制在80～90℃，目的就是要使Br2挥发出来而又减少水蒸气混入Br2中。
制取乙酸乙酯的实验中，缓慢加热的原因：防止乙醇、乙酸的挥发，保持一定的反应速率，及时分离乙酸乙酯，有利于酯产率的提高。
实验室制取乙烯、制硝基苯，控制温度，都是防止发生副反应。
氯化钠与碳酸氢氨制取碳酸氢钠，控温30～35℃，防止碳酸氢氨受热分解。
工业合成氨或工业SO2氧化为SO3时，选择的温度是500℃左右，原因之一就是使催化剂的活性达到最高。
3．解题技巧
第1步：信息获取
第2步：连接理论
与【例1】题干所匹配的理论：①各反应物、生成物的理化性质 ②速率和平衡问题
第3步：答题模板
温度（变化）……， 原理（应用）……，（会导致）结果……。
如【例1】：温度偏高，CO2的溶解度减少；将不利于碳化反应的充分进行。
该反应是放热反应；温度偏高，平衡向吸热的逆反应方向移动；将导致Ca2＋、Mg2＋的分离效果差。
温度偏高，Mg（HCO3）2会分解，也将导致Ca2＋、Mg2＋的分离效果差。
4．巩固提高
（1）（2015·全国Ⅰ·36节选）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：
回答下列问题：
步骤①中得到的氧化产物是________，溶解温度应控制在60～70℃。原因是________________________________ ______________________________________。
（2）以电石渣［主要成分是Ca（OH）2，含SiO2、Al2O3以及其他少量杂质］为原料生产氯酸钾联产碳酸钙的流程如下：
回答下列问题：
氯化过程的温度控制在75～80℃，该过程主要反应的化学方程式为_________________。
（3）甲醇是一种可再生燃料，它的沸点为64．7℃。有科学家提出：把含有过量CO2的空气吹入碳酸钾溶液中，然后再把CO2从溶液中提取出来，经化学反应后得到甲醇，流程如下：
在合成塔中发生的是放热反应，高温不利于甲醇的生成，合成塔中维持300℃的较高温度的原因可能是________ ________。
【提示】（1）CuSO4或Cu2＋温度低溶解速度慢、温度过高铵盐分解
（3）催化剂
二、有关“控温技术”试题的分析与解题技巧
1．典例分析
【例3】（2015·江苏·节选）实验室以苯甲醛为原料制备间溴苯甲醛（实验装置见下图，相关物质的沸点见附表）。其实验步骤为：
步骤1：将三颈瓶中的一定配比的无水AlCl3、1，2－二氯乙烷和苯甲醛充分混合后，升温至60℃，缓慢滴加经浓硫酸干燥过的液溴，保温反应一段时间，冷却。
步骤2：将反应混合物缓慢加入一定量的稀盐酸中，搅拌、静置、分液。有机相用10%NaHCO3溶液洗涤。
步骤3：经洗涤的有机相加入适量无水MgSO4固体，放置一段时间后过滤。
步骤4：减压蒸馏有机相，收集相应馏分。
（5）步骤4中采用减压蒸馏技术，是为了防止________ ________。
附表 相关物质的沸点（101kPa）
【答案】间溴苯甲醛被氧化。
【解析】间溴苯甲醛的沸点229℃，又含醛基，普通蒸馏（即在229℃下蒸馏）容易被氧化；减压蒸馏可以降低被蒸馏物质的沸点，所以要采用减压蒸馏技术降低蒸馏温度，从而防止间溴苯甲醛因高温而被氧化。
【例4】亚氯酸钠（NaClO2）主要用于棉纺、造纸业的漂白剂，也用于食品消毒、水处理等，亚氯酸钠受热易分解。以氯酸钠等为原料制备亚氯酸钠的工艺流程如下：
采取“减压蒸发”而不用“常压蒸发”，原因是________ _______________________。
【答案】常压蒸发温度过高，亚氯酸钠容易分解，导致产率偏低
【解析】首先想“蒸发”是什么意思？蒸发谁？这里指的是去掉一部分水，使溶液达到饱和，即“蒸发浓缩”，也就是说要达到水的沸点100℃，结合题目的信息“亚氯酸钠受热易分解”可知，这里减压和常压主要是考虑温度对亚氯酸钠的影响，因为减压可以降低物质的沸点，防止生成的亚氯酸钠在常压蒸发下因温度高而分解。回答这个空的话可以从两个角度：减压蒸发有什么好处或者说常压蒸发可能出现的坏处。
2．控温技术的分析
（1）升温技术
直接升温技术：①酒精（喷）灯加热，②水浴、煮沸、油浴、砂浴，③通高温水蒸气，④趁热过滤、热水洗，⑤热风吹干、恒温烘干。
间接升温技术：加压升温。
（2）降温技术
直接降温技术：①冰水浴，②冰（冷）水洗，③淬火。
间接降温技术：①减压蒸馏，②减压蒸发。
如：碳酸钙的受热分解，石蜡油的催化裂化等需采用酒精喷灯加热；
乙醛与新制Cu（OH）2反应需要煮沸；
I2与CCl4的分离需要减压蒸馏；
重结晶法提纯苯甲酸的过程需要趁热过滤；
硝基苯的制备需要水浴加热。
3．解题技巧
第1步：信息获取，确认要控制温度的范围和应用情境。
如【例3】的信息：①表格中提示间溴苯甲醛的沸点229℃。②间溴苯甲醛含醛基。
第2步：依据“控温原理”分析“控温技术”的科学性、可行性。
如【例1】：普通蒸馏（即在229℃下蒸馏）容易被氧化；减压蒸馏可以降低被蒸馏物质的沸点，所以要采用减压蒸馏技术降低蒸馏温度，从而防止间溴苯甲醛因高温而被氧化。
4．巩固提高
（1）硼酸（H3BO3）大量应用于玻璃制造行业，以硼镁矿（2MgO·B2O3·H2O、SiO2及少量Fe3O4、CaCO3、Al2O3）为原料生产硼酸的工艺流程如下：
已知：H3BO3在200℃、400℃、600℃、1 000℃时的溶解度依次为5．0g、8．7g、14．8g、40．2g。Fe3＋、Al3＋、Fe2＋和Mg2＋以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3．2、5．2、9．7和12．4。
①“浸取”后，采用“热过滤”的目的是_______________ _____________。
②“母液”可用于回收硫酸镁，已知硫酸镁的溶解度随温度变化的曲线如图，且溶液的沸点随压强增大而升高。为了从“母液”中充分回收MgSO4·H2O，应采取的措施是将“母液”蒸发浓缩，_____________________。
（2）锶（Sr）为第五周期ⅡA族元素。高纯六水氯化锶晶体（SrCl2·6H2O）具有很高的经济价值，61℃时晶体开始失去结晶水，100℃时失去全部结晶水。用工业碳酸锶粉末（含少量Ba、Fe的化合物）制备高纯六水氯化锶的过程如下图。
请回答：
工业上用50～60℃热风吹干六水氯化锶，选择该温度的原因是________________________。
【提示】（1）①防止硼酸降温时析出。②升温加压结晶。
（2）温度高有利于除去湿存（晶体表面附着的）水，但温度高于61℃时，氯化锶晶体中的结晶水也会失去。
（作者单位：广东省佛山市三水中学广东省佛山市顺德一中）
