2025届高考化学二轮专题 工艺流程关键条件控制 调PH、控温 课件

工艺流程关键条件控制 > < 1、调控pH除去杂质 Fe(OH)3、CaSO4、SiO2 调控pH，调沉淀溶解平衡，除去杂质 ZnCO3 SiO2 Ca Mg Fe Cu 化合物 Zn2+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+ B 1、调控pH除去杂质 CuS Zn Fe 滤渣中含有 S、Fe(OH)3 除去杂质 D 分析：为什么要调PH？ 难溶M(OH)n的Ksp不同，用调节pH的方法使金属离子生成氢氧化物沉淀而分离出去。调节pH的试剂要能与酸中和，例如NaOH，NH3，MgO,NaHCO3,NH4HCO3等，为了避免杂质的引入，也可以是相应的金属化物调节pH。试题往往给出离子开始沉淀或沉淀完全的pH数据表，当然有时候也要求根据Ksp计算相应pH Mg2+（Fe3+，Al3+，Zn2+，Fe2+） H2O2 Mg2+（Fe3+，Al3+，Zn2+） 调pH2.8-3.2 Mg2+（Al3+，Zn2+） Al(OH)3 调pH4.7-6.2 ZnO Mg2+（Zn2+） Mg2+ 调pH8.2-8.9 MgO 常见沉淀顺序，具体情况也可以两步合成一步 小结：调pH沉淀是实现元素分离的重要手段，是近年高考是必考的热点 公众号：金陵化学备课 公众号：金陵化学备课 考铁必考变价：Fe2+与Zn2+等金属离子沉淀的pH相近，将会同时沉淀，导致除杂不彻底或产品产率降低 考铝常考两性：沉淀注意pH范围：开始沉淀→完全沉淀→开始溶解→完全溶解 小结：调pH沉淀是实现元素分离的重要手段，是近年高考是必考的热点 公众号：金陵化学备课 公众号：金陵化学备课 2、调控pH生成产品 生成 H3BO3 思路分析 （21山东卷） 工业上以铬铁矿，含、氧化物等杂质为主要原料制备红矾钠的工艺流程如图 矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度与的关系如图所示。当溶液中可溶组分浓度．时，可认为已除尽 中和时pH的理论范围为_ ；酸化的目的是___； 元素在___ （填操作单元的名称）过程中除去。 4.5_9.3 使CrO42-转化为Cr2O72-，提高Na2Cr2O7的产率 调pH与物质的存在形式,分离条件的选择 公众号：金陵化学备课 公众号：金陵化学备课 （21辽宁卷） 常温下，各种形态五价钒粒子总浓度的对数与关系如图。已知钒铬锰矿渣硫酸浸液中， “沉钒”过程控制pH=3，则与胶体共沉降的五价钒粒子的存在形态为 ____ __ H3V2O7- 调pH同一元素不同的存在形式 公众号：金陵化学备课 公众号：金陵化学备课 3、调控pH生成产品——试剂加入的顺序及操作对产品亦有影响（更高能力要求，江苏浙江北京卷常见） （20江苏卷） 设计以FeSO4溶液、氨水- NH4HCO3混合溶液为原料，制备FeCO3的实验方案： 。 【FeCO3沉淀需“洗涤完全”，Fe(OH)2开始沉淀的pH=6.5】 在搅拌下向FeSO4溶液中缓慢加入氨水-NH4HCO3混合溶液，控制溶液pH不大于6.5；静置后过滤，所得沉淀用蒸馏水洗涤2~3次；取最后一次洗涤后的滤液，滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，不出现白色沉淀 弱酸性 公众号：金陵化学备课 公众号：金陵化学备课 （20北京卷） 已知：MnO2的氧化性与溶液pH有关。纯化时先加入MnO2，后加入NH3·H2O，调溶液pH≈5，说明试剂加入顺序及调节pH的原因：____ Fe3+ Al3+ Mn2+ Fe2+ 开始沉淀时 1.5 3.4 5.8 6.3 完全沉淀时 2.8 4.7 7.8 8.3 先加MnO2，可利用溶液的酸性将Fe2+全部氧化为Fe3+，再加氨水调节pH，使Fe3+和Al3+全部沉淀而纯化 先氧化再调pH 公众号：金陵化学备课 公众号：金陵化学备课 缓冲对溶液，比如氨水和NH4Cl 克服定式思维 3、缓冲对溶液，既可以调高pH,也可以调低pH 公众号：金陵化学备课 公众号：金陵化学备课 2023新课标27 磷酸根会与H+反应使其浓度降低导致MgNH4PO4无法完全沉淀，同时可能产生硅酸胶状沉淀不宜处理 会导镁离子生成氢氧化镁沉淀，不能形成MgSiO3沉淀，导致产品中混有杂质，同时溶液中铵根离子浓度降低导致MgNH4PO4无法完全沉淀 C 公众号：金陵化学备课 公众号：金陵化学备课 （2023山东17） 公众号：金陵化学备课 公众号：金陵化学备课 小结、调控pH ①平衡视角：如电离、水解、沉淀生成和转化、产品生成 ②氧化性调控视角，如硝酸根 ① ② ③ 硼酸的电离平衡 钒对应离子键的转化 加缓冲溶液调节PH 思维模型 原料 核心化学反应 所需产品 原料除杂净化 产品分离提纯 pH控制 温度、压强及投料比等……的控制 介质选择 排放物无害化处理 原料的循环利用 二、控温 1.从物质性质方面考虑 双氧水、氨水、铵盐、硝酸、次氯酸、硝酸盐、草酸及草酸盐等易分解物质 易分解 易挥发 氨水、硝酸、盐酸等易挥发物质或低沸点物质 二、控温 典例分析 [2017全国I卷] TiO2·xH2O沉淀与H2O2、氨水反应40min 所得的结果如下： 温度过低反应速率慢;转化率较低; 温度升高转化反应速率加快，但温度超过40℃时,H2O2的分解速率加快，NH3·H2O挥发，使转化反应速率下降。 （2020山东卷）以菱镁矿（主要成分为MgCO3，含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3）为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下： 已知浸出时产生的废渣中有SO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列说法错误的是 A．浸出镁的反应为MgO＋2NH4Cl＝MgCl2＋2NH3↑＋H2O B．浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行 C．流程中可循环使用的物质有NH3、NH4Cl D．分离Mg2＋与Al3＋、Fe3＋是利用了它们氢氧化物Ksp的不同 温度过高，氨水分解，影响浸出、沉镁及产品质量 B （2022湖南邵阳）辉铜矿石主要含有硫化亚铜（Cu2S）及少量脉石（SiO2）。一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺流程如下所示： 用苯“回收S”过程中温度控制在50～60 ℃之间，不宜过高或过低的原因是___________________________。 温度高苯容易挥发，温度低溶解速率小 （5）从氯化钙溶液中为什么蒸发结晶获得CaCl2·2H2O为什么要保持在160℃： 。 1.医用氯化钙可用于补钙、抗过敏和消炎等，以工业碳酸钙（含少量Na+、Al3+、Fe3+等杂质）生产医用二水合氯化钙工艺流程为： 典例分析 温度过高CaCl2·H2O会失去结晶水 2.从反应原理分析 温度对反应平衡移动、反应物转化率的影响或生成物产率的影响 速率快慢 平衡移动 催化剂 反应历程 温度对催化剂活性的影响 温度对反应速率或固体溶解速率的影响 温度对副反应发生的影响 温度对反应速率或固体溶解速率的影响 （1）温度与速率快慢 如原料的预处理阶段，升温可以提高浸取速率；再如，流程中核心反应常通过加热的方法加快反应速率。 2.从反应原理分析 25 温度对反应平衡移动、反应物转化率的影响或生成物产率的影响 （2）温度与平衡移动 制取乙酸乙酯的实验中，升温至合适的温度，及时分离乙酸乙酯，有利于乙酸乙酯产率的提高。 平衡移动 加热可促进Fe3＋、Ti2O52＋水解转化为沉淀，从而除去杂质 2.从反应原理分析 26 2015上海卷 二氧化碳的溶解度减小 温度过低，反应速率较小 碳酸氢镁不稳定 对于一个吸热的可逆反应，升温使平衡正向移动，有利于提高反应物的转化率（即原料的利用率），从而提高产物的产率；反之，对于一个放热的可逆反应，升高温度则不利于反应物转化率的提高，不利于提高产物的产率； 铁粉 由于TiOSO4容易水解，若温度过高，则会有较多TiOSO4水解为固体H2TiO3而经过滤进入FeSO4·7H2O中导致TiO2产率降低 规范性、条理 考虑温度对催化剂活性的影响 （3）温度与催化剂活性 如工业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。 温度过高，催化剂失去活性 催化剂 2.从反应原理分析 29 （4）考虑温度对副反应发生的影响 很多复杂反应过程中对温度的控制尤为关键，如实验室制取乙烯、硝基苯等，控制温度都是为了防止副反应的发生。 反应历程 Fe3＋ FeOOH 2.从反应原理分析 30 （5）、分离提纯中的控温——结晶 2017全国III卷 有关物质的溶解度如下图。在Na2Cr2O7中加入适量KCl,蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7晶体最多的是（ ） A. 80℃ B. 60℃ C. 40℃ D. 10℃ 2KCl + Na2Cr2O7=2NaCl+K2Cr2O7 D 二、控温 （2021浙江）CoCO3可用作选矿剂、催化剂及涂料的颜料。以含钴废渣（主要成分为CoO、Co2O3，还含有Al2O3、ZnO等杂质）为原料制备CoCO3的一种工艺流程如下： “酸浸”时需控制温度在40℃左右，原因是_______________________________。 “酸浸”时SO2的作用是将含钴废渣中+3价的Co还原为+2价 温度过低反应速率减慢；温度过高，SO2溶解度降低。 （5）分离提纯中的控温——溶解度 1.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使沸点相对较低或易升华的原料气化。 2.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。⑤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 3.控温：①温度太低反应速率慢，温度过高防止某种物质分解或挥发；②在一定温度内某物质达到沸点挥发出来； 控制温度 控温 可能造成物质的分解、挥发或升华； 平衡逆向移动，反应物转化率（原料利用率），生成物产率下降 催化剂活性降低 发生副反应 会使某些固态或液体物质溶解度降低 建模1：控温问题答题维度 控制低温的目的 加热的目的 控制某温度范围的目的 ①防止某反应物及目标产物分解，如H2O2 、AgNO3、 HNO3(浓)等；②防止某反应物或目标产物挥发，如盐酸、醋酸、硝酸和氨水等； ③抑制物质的水解，如Fe3+、Al3+、Cu2+、S2-； ④反应放热，低温使反应正向进行； ⑤避免副反应的发生：如乙醇的消去反应需迅速升温至 170 ℃； ⑥确保催化剂的催化活性，兼顾速率和转化率，追求经济效益； ⑦沸点较高物质的液化收集：用冰水浴冷凝并收集SO3； ⑧若转化率变化不大，高温下浪费能源。 ①加速某固体的溶解；②减少气体生成物的溶解并加速逸出； ③一般加快反应速率；④使平衡向需要的方向移动； ⑤促使Fe(OH)3胶体和Al(OH)3胶体聚沉，便于过滤。 从温度过高或温度过低会导致的后果两方面作答 控温 回归教材：合成氨为什么要将温度控制在400-500℃？ 温度过低，反应速率减慢； 温度过高，NH3的产率降低； 此温度范围有利于提高催化剂的活性。 建模1：控温问题答题维度 物质转化与分离区--温度控制、pH调节 温 度 物理性质： 温度升高，溶解度增大；易挥发的物质更易挥发 升高温度，是平衡吸热方向移动 改变温度，影响速率和催化剂活性 化学性质：不稳定物质易分解 改变温度，其他副反应的发生 改变温度影响氧化性、还原性 常见的控温方式： 水浴加热、油浴加热、 冰水浴、冰盐浴冷却 1、调pH目的： 使金属离子沉淀；调节溶液 酸碱性；促进或抑制水解 2、调节pH方式： 加入酸、碱、 金属氧化物、碳酸盐等 $$