微專(zhuān)題(三)　工藝流程中反應(yīng)條件的控制及分離技術(shù)

微專(zhuān)題(三)工藝流程中反應(yīng)條件的控制及分離技術(shù)反應(yīng)條件的控制及分離提純是化工流程中的難點(diǎn)，需重點(diǎn)強(qiáng)化。條件控制是化工生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)中的重要手段，通過(guò)控制條件使反應(yīng)向著實(shí)際需要的方向進(jìn)行和轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)間的分離和提純，從而達(dá)到效果的最優(yōu)化。其中溫度控制是最常見(jiàn)的一種條件控制，其常見(jiàn)目的是改變化學(xué)反應(yīng)速率，使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)或結(jié)合物質(zhì)的溶解度進(jìn)行物質(zhì)的分離提純等。由此可見(jiàn)，此兩難點(diǎn)聯(lián)系緊密、唇齒相依，整合到一塊復(fù)習(xí)有利于融通知識(shí)。0102命題點(diǎn)(一)

工藝流程中反應(yīng)條件的控制命題點(diǎn)(二)

工藝流程中物質(zhì)的分離與提純反應(yīng)條件控制的兩方面條件控制答題指導(dǎo)控制溶液的pH①調(diào)節(jié)溶液的酸堿性，使金屬離子形成氫氧化物沉淀析出(或抑制水解)②“酸作用”還可除去氧化物(膜)③“堿作用”還可除去油污，除去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅等④特定的氧化還原反應(yīng)需要的酸性條件(或堿性條件)命題點(diǎn)(一)工藝流程中反應(yīng)條件的控制控制溫度(常用水浴、冰浴或油浴)①防止副反應(yīng)的發(fā)生②使化學(xué)平衡移動(dòng)；控制化學(xué)反應(yīng)的方向③控制固體的溶解與結(jié)晶④控制反應(yīng)速率；使催化劑達(dá)到最大活性⑤升溫：促進(jìn)溶液中的氣體逸出，使某物質(zhì)達(dá)到沸點(diǎn)揮發(fā)⑥加熱煮沸：促進(jìn)水解，聚沉后利于過(guò)濾分離⑦趁熱過(guò)濾：減少因降溫而析出的溶質(zhì)的量⑧降溫：防止物質(zhì)高溫分解或揮發(fā)；降溫(或減壓)可以減少能源成本，降低對(duì)設(shè)備的要求續(xù)表[提能集訓(xùn)]題點(diǎn)(一)陌生圖像中反應(yīng)條件的選擇1．“酸浸”實(shí)驗(yàn)中，鎂的浸出率結(jié)果如圖所示。由圖可知，當(dāng)鎂的浸出率為80%時(shí)，所采用的實(shí)驗(yàn)條件為_(kāi)___________________。答案：100℃、3h左右2．(2023·遼寧等級(jí)考·節(jié)選)“氧化”中，混合氣在金屬離子的催化作用下產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的過(guò)一硫酸(H2SO5)，“氧化”中保持空氣通入速率不變，Mn(Ⅱ)氧化率與時(shí)間的關(guān)系如下。SO2體積分?jǐn)?shù)為_(kāi)___________時(shí)，Mn(Ⅱ)氧化速率最大；繼續(xù)增大SO2體積分?jǐn)?shù)時(shí)，Mn(Ⅱ)氧化速率減小的原因是______________________________________________________________________________________________。解析：由題圖可知，當(dāng)SO2體積分?jǐn)?shù)為9.0%時(shí)，Mn(Ⅱ)氧化率達(dá)到100%所用時(shí)間最短，氧化速率最大；SO2具有還原性，也能還原H2SO5，其體積分?jǐn)?shù)過(guò)大時(shí)，與H2SO5反應(yīng)，使Mn(Ⅱ)氧化速率減小。答案：9.0%

SO2具有還原性，也能還原H2SO5題點(diǎn)(二)反應(yīng)條件的控制3．(2023·湛江市模擬)亞氯酸鈉(NaClO2)具有強(qiáng)氧化性，受熱易分解，可做漂白劑、食品消毒劑等，以氯酸鈉等為原料制備亞氯酸鈉的工藝流程如下圖所示。下列說(shuō)法不正確的是(

)A．“母液”中主要成分可能是Na2SO4B．“反應(yīng)2”中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2∶1C．“減壓蒸發(fā)”可以降低蒸發(fā)時(shí)的溫度，提高產(chǎn)品產(chǎn)率D．以生成Cl－時(shí)轉(zhuǎn)移電子數(shù)目來(lái)衡量，相同質(zhì)量ClO2的消毒能力是Cl2的2.5倍答案：D

解析：由題給流程可知，反應(yīng)1為二氧化硫與稀硫酸、氯酸鈉反應(yīng)生成硫酸鈉(或硫酸氫鈉)、二氧化氯和水，反應(yīng)2為二氧化氯與過(guò)氧化氫、氫氧化鈉混合溶液反應(yīng)生成亞氯酸鈉、氧氣和水，反應(yīng)得到的亞氯酸鈉在55℃條件下減壓蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾得到亞氯酸鈉粗產(chǎn)品。由分析可知，母液的主要成分可能為硫酸鈉，故A正確；反應(yīng)2的化學(xué)方程式為H2O2＋2ClO2＋2NaOH===2NaClO2＋2H2O＋O2，則反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2∶1，故B正確；由題給信息可知，溫度過(guò)高，亞氯酸鈉受熱易分解，則采用減壓蒸發(fā)可以降低蒸發(fā)時(shí)的溫度，防止亞氯酸鈉分解，提高產(chǎn)品產(chǎn)率，故C正確；4．制取MnCO3的部分工藝流程如下：MnO2與硫酸、草酸反應(yīng)時(shí)，測(cè)得一定量MnO2完全溶解的時(shí)間與溫度的關(guān)系如圖所示，分析控溫加熱75℃時(shí)MnO2溶解所需時(shí)間最少的原因是______________________________________________________________________________________________________________。解析：從圖中看出，超過(guò)75℃時(shí)，反應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)，反應(yīng)速率變慢，原因是H2C2O4部分分解，濃度減少。答案：75℃以前，溫度升高，反應(yīng)速率加快，所需時(shí)間減少；75℃以后，部分草酸分解，導(dǎo)致濃度降低，反應(yīng)速率下降，所需時(shí)間增多5．(2022·廣東等級(jí)考·節(jié)選)稀土(RE)包括鑭、釔等元素，是高科技發(fā)展的關(guān)鍵支撐。我國(guó)南方特有的稀土礦可用離子交換法處理，一種從該類(lèi)礦(含鐵、鋁等元素)中提取稀土的工藝如下：已知：月桂酸(C11H23COOH)熔點(diǎn)為44℃；月桂酸和(C11H23COO)3RE均難溶于水。該工藝條件下，稀土離子保持＋3價(jià)不變；(C11H23COO)2Mg的Ksp＝1.8×10－8，Al(OH)3開(kāi)始溶解時(shí)的pH為8.8；有關(guān)金屬離子沉淀的相關(guān)pH見(jiàn)下表。離子Mg2＋Fe3＋Al3＋RE3＋開(kāi)始沉淀時(shí)的pH8.81.53.66.2～7.4沉淀完全時(shí)的pH/3.24.7/(1)“氧化調(diào)pH”中，化合價(jià)有變化的金屬離子是________。(2)“過(guò)濾1”前，用NaOH溶液調(diào)pH至________的范圍內(nèi)，該過(guò)程中Al3＋發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)______________________________。(3)“過(guò)濾2”后，濾餅中檢測(cè)不到Mg元素，濾液2中Mg2＋濃度為2.7g·L－1。為盡可能多地提取RE3＋，可提高月桂酸鈉的加入量，但應(yīng)確?！斑^(guò)濾2”前的溶液中c(C11H23COO－)低于__________mol·L－1(保留兩位有效數(shù)字)。(4)①“加熱攪拌”有利于加快RE3＋溶出、提高產(chǎn)率，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________。②“操作X”的過(guò)程為：先________，再固液分離。(5)該工藝中，可再生循環(huán)利用的物質(zhì)有________(寫(xiě)化學(xué)式)。(1)由分析可知，“氧化調(diào)pH”目的是除去含鐵、鋁等元素的離子，需要將Fe2＋氧化為Fe3＋，以便后續(xù)除雜，所以化合價(jià)有變化的金屬離子是Fe2＋。(2)由表中數(shù)據(jù)可知，Al3＋沉淀完全的pH為4.7，而RE3＋開(kāi)始沉淀的pH為6.2～7.4，所以為保證Fe3＋、Al3＋沉淀完全，且RE3＋不沉淀，要用NaOH溶液調(diào)pH至4.7≤pH<6.2的范圍內(nèi)，該過(guò)程中Al3＋發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓。(4)①“加熱攪拌”有利于加快RE3＋溶出、提高產(chǎn)率，其原因是加熱攪拌可加快反應(yīng)速率；②“操作X”的結(jié)果是分離出月桂酸，由信息可知，月桂酸(C11H23COOH)熔點(diǎn)為44℃，故“操作X”的過(guò)程為：先冷卻結(jié)晶，再固液分離。(5)由分析可知，該工藝中，可再生循環(huán)利用的物質(zhì)有MgSO4。答案：(1)Fe2＋(2)4.7≤pH<6.2

Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓(3)4.0×10－4(4)①加熱攪拌可加快反應(yīng)速率②冷卻結(jié)晶(5)MgSO4命題點(diǎn)(二)工藝流程中物質(zhì)的分離與提純1．物質(zhì)的分離與提純目的答題指導(dǎo)過(guò)濾固體與液體的分離：要分清楚需要的物質(zhì)在濾液中還是在濾渣中。濾渣是難溶于水的物質(zhì)，如SiO2、PbSO4、難溶的金屬氫氧化物和碳酸鹽等萃取與分液選用合適的萃取劑(如四氯化碳、金屬萃取劑)，萃取后，

靜置、分液——將分液漏斗玻璃塞的凹槽與分液漏斗口的小孔對(duì)準(zhǔn)。下層液體從下口放出，上層液體從上口倒出加入氧化劑(或還原劑)①轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物的價(jià)態(tài)②除去雜質(zhì)離子[如把Fe2＋氧化成Fe3＋，而后調(diào)溶液的pH，使其轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀除去]加入沉淀劑①生成硫化物沉淀(如加入硫化鈉、硫化銨、硫化亞鐵等)②加入可溶性碳酸鹽，生成碳酸鹽沉淀③加入氟化鈉，除去Ca2＋、Mg2＋續(xù)表洗滌晶體蒸餾水冷水產(chǎn)物不溶于水有些特殊的物質(zhì)，其溶解度隨著溫度升高而下降除去固體表面吸附著的××雜質(zhì)；可適當(dāng)降低固體因?yàn)槿芙舛斐傻膿p失除去固體表面吸附著的××雜質(zhì)；可適當(dāng)降低固體因?yàn)闇囟茸兓芙舛斐傻膿p失熱水續(xù)表洗滌晶體有機(jī)溶劑(乙醇、丙酮等)固體易溶于水、難溶于有機(jī)溶劑減少固體溶解；利用有機(jī)溶劑的揮發(fā)性除去固體表面的水分，產(chǎn)品易干燥飽和溶液對(duì)純度要求不高的產(chǎn)品減少固體溶解酸、堿溶液產(chǎn)物不溶于酸、堿除去固體表面吸附著的可溶于酸、堿的雜質(zhì)；減少固體溶解洗滌沉淀方法：向過(guò)濾器中加入蒸餾水至浸沒(méi)沉淀，待水自然流下后，重復(fù)以上操作2～3次續(xù)表2.萃取與反萃取示例(1)萃取法分離考查角度舉例理解萃取操作的考查用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行萃取分液，以除去溶液中的Fe3＋為使Fe3＋盡可能多地從水相轉(zhuǎn)移至有機(jī)相，采取的操作：向裝有水溶液的儀器A中加入一定量的有機(jī)萃取劑，充分振蕩、靜置、分液，并重復(fù)多次萃取劑的選擇

已知萃取劑A、B中pH對(duì)鈷、錳離子萃取率的影響如圖所示為了除去Mn2＋，應(yīng)選擇萃取劑B續(xù)表pH范圍的選擇

“萃取分離”溶液中鈷、鋰的萃取率與平衡時(shí)溶液pH的關(guān)系如圖所示pH一般選擇5左右，理由是pH在5左右時(shí)，鈷、鋰的分離效率最高歸納總結(jié)①要除去的離子在萃取劑中溶解度遠(yuǎn)大于有效離子的溶解度。②離子在不同的萃取劑中溶解度相差越大越好。③選擇合適的pH范圍分離離子，要求該pH范圍內(nèi)離子溶解度相差較大續(xù)表(2)反萃取分離

舉例理解反萃取目的實(shí)驗(yàn)室從含碘廢液(除H2O外，含有CCl4、I2、I－等)中回收碘，其實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖所示

向含碘廢液中加入稍過(guò)量的Na2SO3溶液，將廢液中的I2還原為I－，該操作的目的是使CCl4中的碘進(jìn)入水層續(xù)表續(xù)表“萃取”和“反萃取”目的鉬(Mo)是重要的過(guò)渡金屬元素，具有廣泛用途。由鉬精礦(主要成分是MoS2)濕法回收鉬酸銨[(NH4)2MoO4]部分工藝流程如圖。

“濾液2”先加入有機(jī)溶劑“萃取”，再加氨水“反萃取”，進(jìn)行“萃取”和“反萃取”操作的目的是富集鉬酸根離子(或?qū)f酸根離子與其他雜質(zhì)分離)續(xù)表[提能集訓(xùn)]題點(diǎn)(一)物質(zhì)的分離與提純常用方法1．(2022·河北等級(jí)考)LiBr溶液可作為替代氟利昂的綠色制冷劑。合成LiBr工藝流程如下：下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A．還原工序逸出的Br2用NaOH溶液吸收，吸收液直接返回還原工序B．除雜工序中產(chǎn)生的濾渣可用煤油進(jìn)行組分分離C．中和工序中的化學(xué)反應(yīng)為L(zhǎng)i2CO3＋2HBr===CO2↑＋2LiBr＋H2OD．參與反應(yīng)的n(Br2)∶n(BaS)∶n(H2SO4)為1∶1∶1答案：A

解析：由流程可知，氫溴酸中含有少量的溴，加入硫化鋇將溴還原生成溴化鋇和硫，再加入硫酸除雜，得到的濾渣為硫酸鋇和硫；加入碳酸鋰進(jìn)行中和，得到的溴化鋰溶液經(jīng)濃縮等操作后得到產(chǎn)品溴化鋰。還原工序逸出的Br2用NaOH溶液吸收，吸收液中含有溴化鈉和次溴酸鈉等物質(zhì)，若直接返回還原工序，則產(chǎn)品中會(huì)有一定量的溴化鈉，導(dǎo)致產(chǎn)品的純度降低，A說(shuō)法錯(cuò)誤。除雜工序中產(chǎn)生的濾渣為硫酸鋇和硫，硫?qū)儆诜菢O性分子形成的分子晶體，而硫酸鋇屬于離子晶體，根據(jù)相似相溶原理可知，硫可溶于煤油，而硫酸鋇不溶于煤油，因此可用煤油進(jìn)行組分分離，B說(shuō)法正確。中和工序中，碳酸鋰和氫溴酸發(fā)生反應(yīng)生成溴化鋰、二氧化碳和水，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為L(zhǎng)i2CO3＋2HBr===CO2↑＋2LiBr＋H2O，C說(shuō)法正確。根據(jù)電子守恒可知，溴和硫化鋇反應(yīng)時(shí)物質(zhì)的量之比為1∶1；根據(jù)硫酸鋇的化學(xué)組成及鋇元素守恒可知，n(BaS)∶n(H2SO4)為1∶1，因此，參與反應(yīng)的n(Br2)∶n(BaS)∶n(H2SO4)為1∶1∶1，D說(shuō)法正確。2．鉻酸鉛俗稱(chēng)鉻黃，是一種難溶于水的黃色固體，也是一種重要的黃色顏料，常用作橡膠、油墨、水彩、色紙等的著色劑。工業(yè)上用草酸泥渣(主要含草酸鉛、硫酸鉛)和鉻礦渣(主要成分為Cr2O3

，含有少量的SiO2、Fe2O3、Al2O3)為原料制備鉻酸鉛，實(shí)現(xiàn)資源的回收再利用，其流程如圖：(1)“一系列操作”包括__________________、粉碎。(2)為了使產(chǎn)品更純，需將“含Na2Cr2O7、Na2SO4的溶液”分離提純，依據(jù)如圖所示的溶解度信息，“含Na2Cr2O7、Na2SO4的溶液”分離提純的操作是__________________________。分離提純后得到的固體的化學(xué)式為_(kāi)___________。解析：(1)鉻酸鉛難溶于水，合成后直接過(guò)濾、洗滌、干燥、粉碎可得產(chǎn)品。(2)依據(jù)圖示，溫度高于45℃時(shí)，隨溫度升高，Na2SO4溶解度減小，而Na2Cr2O7溶解度增大，故只需在高溫下蒸發(fā)結(jié)晶析出Na2SO4，然后趁熱過(guò)濾，即可達(dá)到分離的目的。答案：(1)過(guò)濾、洗滌、干燥(2)蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過(guò)濾Na2SO43．(2023·全國(guó)新課標(biāo)卷·節(jié)選)鉻和釩具有廣泛用途。鉻釩渣中鉻和釩以低價(jià)態(tài)含氧酸鹽形式存在，主要雜質(zhì)為鐵、鋁、硅、磷等的化合物。從鉻釩渣中分離提取鉻和釩的一種流程如下圖所示?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)煅燒過(guò)程中，釩和鉻被氧化為相應(yīng)的最高價(jià)含氧酸鹽，其中含鉻化合物主要為_(kāi)___________(填化學(xué)式)。(2)水浸渣中主要有SiO2和________。(3)“沉淀”步驟調(diào)pH到弱堿性，主要除去的雜質(zhì)是________。(4)“除硅磷”步驟中，使硅、磷分別以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀。該步需要控制溶液的pH≈9以達(dá)到最好的除雜效果。若pH<9時(shí)，會(huì)導(dǎo)致__________________________________________________________________________________________________________________；pH>9時(shí)，會(huì)導(dǎo)致_________________________________________________________________________________________________________。(2)煅燒時(shí)通入空氣，含鐵化合物轉(zhuǎn)化為Fe2O3，且Fe2O3不溶于水，故水浸渣中還含有Fe2O3。(3)“沉淀”步驟加入稀H2SO4調(diào)pH到弱堿性是為了讓[Al(OH)4]－轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀而除去。(5)根據(jù)題干描述，V2O5既可與酸反應(yīng)生成鹽和水，又可與堿反應(yīng)生成鹽和水，故V2O5具有兩性。題點(diǎn)(二)創(chuàng)新考查——萃取與反萃取4．工業(yè)上以銅鎳礦石(主要成分為CuS、NiS、FeS、SiO2及不溶于酸的雜質(zhì))為原料制備膽礬晶體(CuSO4·5H2O)，其主要流程如圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A．氧化步驟中可用氧氣代替H2O2B．煙氣的主要成分為SO3，濾渣的主要成