2023届高三化学二轮复习 02 常考题空2 转化过程中反应条件的控制方法

这是一份2023届高三化学二轮复习 02 常考题空2 转化过程中反应条件的控制方法，共28页。

1．控制溶液的酸碱性(pH)
(1)控制反应的发生，增强物质的氧化性或还原性(增强MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) 、NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 的氧化性)，调节离子的水解程度
(2)控制溶液的pH值使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀而被除去
= 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ①原理：加入的物质能与溶液中的H+反应，降低了H+的浓度，使溶液pH值增大
= 2 \* GB3 \* MERGEFORMAT ②pH控制的范围：杂质离子完全沉淀时pH值~主要离子开始沉淀时pH (注意端值取)
= 3 \* GB3 \* MERGEFORMAT ③需要的物质：含主要阳离子(不引入新杂质即可)的难溶性氧化物或氢氧化物或碳酸盐，即能与H+反应，使pH增大的物质，如MgO、Mg(OH)2、MgCO3等类型的物质
= 4 \* GB3 \* MERGEFORMAT ④实例：除去CuSO4溶液中少量Fe3+，可向溶液中加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3、CuCO3，调节pH至3~4，使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去。Fe3+溶液中存在水解平衡：Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，加入CuO后，溶液中H+浓度降低，平衡正向移动，Fe(OH)3越聚越多，最终形成沉淀
a．加入CuO的作用：调节溶液的pH，使Fe3＋转化为Fe(OH)3
b．加热的目的：促进Fe3＋水解
(3)抑制某些离子的水解，防止产品混入杂质
像盐酸盐、硝酸盐溶液，通过结晶方法制备晶体或加热脱水结晶水合物制备相对应的无水盐时，由于水解生成的盐酸或硝酸挥发，促使了金属离子水解(水解反应为吸热反应)导致产品不纯
如：由MgCl2·6H2O制无水MgCl2要在HCl气流中加热，否则：MgCl2·6H2Oeq \(=====,\s\up7(△))Mg(OH)2＋2HCl↑＋4H2O
2．温度控制的类型及其目的
3．浓度
(1)根据需要选择适宜浓度，控制一定的反应速率，使平衡移动有利于目标产物的生成，减小对后续操作产生的影响
(2)反应物过量，能保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率，但对后续操作也会产生影响
4．压强：改变反应速率，使平衡向需要的方向移动
5．催化剂：选择合适的催化剂，能加快反应速率
6．使用保护气
(1)隔绝空气(主要是O2、H2O)
(2)抑制弱离子的水解(如HCl氛围)
【题组训练】
1．污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。某研究小组利用软锰矿(主要成分为MnO2，另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物)作脱硫剂，通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO2，又制得电池材料MnO2(反应条件已省略)。
用MnCO3能除去溶液中的Al3＋和Fe3＋，其原理是__________________________________________
2．硝酸铜晶体[Cu(NO3)2·6H2O]，是一种重要的化工原料，常用于农药、镀铜、搪瓷等工业。以辉铜矿(主要成分为Cu2S，含少量Fe2O3、SiO2等杂质)为原料制备硝酸铜晶体的某工艺如图所示。回答下列问题：

调节溶液pH时选用的物质a可以是___________，几种金属离子沉淀的pH范围如图2所示，“调pH”时应将溶液pH调至________～________
3．氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下：
已知：①菱锰矿石主要成分是MnCO3，还含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素
②相关金属离子[c(Mn＋)＝0.1 ml·L－1]形成氢氧化物沉淀时的pH如下：
③常温下，CaF2、MgF2的溶度积分别为1.46×10－10、7.42×10－11
浸出液“净化除杂”过程如下：首先加入MnO2将Fe2＋氧化为Fe3＋，反应的离子方程式为_________________；然后调节溶液pH使Fe3＋、Al3＋沉淀完全，此时溶液的pH范围为_________
4．利用废镍电池的金属电极芯(主要成分为C、 Ni，还含少量Fe、Al等)生产醋酸钴晶体、硫酸镍晶体的工艺流程如下。
已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：
沉淀A的主要成分是Fe(OH)3、____________，“浸出液”调节pH的范围为________，调节pH选用的试剂可以是________(填字母)
a．铁 b．氨水 c．碳酸钠溶液 d．稀硫酸
5．铈元素在自然界中主要以氟碳铈矿的形式存在，其主要化学成分为CeFCO3。工业上利用氟碳铈矿提取CeCl3的一种工艺流程如下：
加热CeCl3·6H2O和NH4Cl的固体混合物可得固体无水CeCl3，其中NH4Cl的作用是_____________________
6．我国某地粉煤灰中主要含有Al2O3，除此之外还含有Ga2O3及少量Fe2O3、CaO、MgO和SiO2等物质。已知从粉煤灰中回收铝并提取镓的工艺流程如下所示：
电解过程中，Ga3＋与NaOH溶液反应生成GaOeq \\al(－,2)，GaOeq \\al(－,2)在阴极放电，则电解方程式：_____________________；电解过程中需要保持溶液为pH＝11以上的原因是______________________________________
7．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：
“保温除铁”过程中，加入CuO的目的是______________________________；“蒸发浓缩、冷却结晶”过程中，要用HNO3溶液调节溶液的pH，其理由是_________________________________________
8．某化学兴趣小组以菱铁矿(主要成分为FeCO3，含有SiO2、Al2O3等少量杂质)为原料制备氯化铁晶体(FeCl3·6H2O)的实验过程如下：
酸溶及后续过程中均需保持酸过量，其目的除了提高铁元素的浸出率之外，还有___________________
9．高纯MnCO3在电子工业中有重要的应用，工业上利用软锰矿(主要成分是MnO2，还含有Fe2O3、CaCO3、CuO等杂质)制取碳酸锰的流程如图所示：
已知：还原焙烧主反应为2MnO2＋Ceq \(=====,\s\up7(焙烧))2MnO＋CO2↑
可能用到的数据如下：
步骤G，温度控制在35 ℃以下的原因是________________________
10．钯(Pd)是一种不活泼金属，含钯催化剂在工业、科研上用量较大。某废钯催化剂(钯碳)中含有钯(5%～6%)、碳(93%～94%)、铁(1%～2%)以及其他杂质，故钯碳具有很高的回收价值。如图是利用钯碳制备氯化钯(PdCl2)和(Pd)的流程
加入浓氨水，调节pH至9.0，并控制温度在70～75℃，Pd元素以[Pd(NH3)4]2+的形式存在于溶液中。若温度大于75℃，则不利于除铁，原因是__________________________________________________
11．无色透明的锆石(主要成分为ZrSiO4)酷似钻石，是很好的钻石代用品。锆石又称锆英石，常含有铁、铝、铜的氧化物杂质。工业上一种以锆英石为原料制备ZrO2的工艺流程如图所示：
已知：ⅰ.Zr在化合物中通常显＋4价，“氯化”过程中除C、O元素外，其他元素均转化为高价氯化物；
ⅱ.SiCl4极易水解生成硅酸；ZrCl4易溶于水，390 ℃升华；
ⅲ.Fe(SCN)3难溶于有机溶剂MIBK，Zr(SCN)4在水中的溶解度小于在有机溶剂MIBK中的溶解度。
“氯化”过程中ZrCl4的产率与温度、压强的关系如图所示：
由图可知，“氯化”过程选择的最佳条件为________，“氯化”温度超过390 ℃时，ZrCl4产率降低的原因为________________________________________________________
12．铝氢化钠(NaAlH4)是重要的还原剂。以铝土矿(主要成分Al2O3，含少量SiO2、Fe2O3等杂质)为原料制备NaAlH4的一种流程如图：
已知：碱浸中SiO2转化成难溶的Na2Al2SixO8
滤渣溶于盐酸的“酸浸率”与温度关系如图所示，试解释温度过高，“酸浸率”降低的原因__________________
______________________________________________________
13．从化工厂铬渣中提取硫酸钠的工艺如下：
已知：①铬渣含有Na2SO4及少量Cr2Oeq \\al(2－,7)、Fe3＋
②Fe3＋、Cr3＋完全沉淀(c≤1.0×10－5ml·L－1)时pH分别为3.6和5
“微热”除能加快反应速率外，同时还可以________________________________
14．实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁(碱式硫酸铁的聚合物)和绿矾(FeSO4·7H2O)，过程如下：
过程⑥中，将溶液Z加热到70～80 ℃，目的是______________________
15．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：
“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____________________________________
____________________________________________________
16．氯化亚铜(CuCl)广泛应用于化工、印染、电镀等行业。CuCl微溶于水，不溶于稀酸，可溶于Cl－浓度较大的体系，在潮湿空气中易水解氧化。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的工艺流程如下：
溶解步骤的温度应控制在60～70 ℃，原因是_____________________________________________
17．钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以+3、+4、+5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3
“酸浸氧化”需要加热，其原因是_______________________________________
18．下图为某化工企业生产流程示意图：
(1)③中发生置换反应的化学方程式为______________________________________________；③中通入氩气的作用是：_________________________________________________
(2)从MgCl2溶液中获取无水MgCl2的方法是____________________________________________________
19．氯化磷酸三钠[(Na3PO4·12H2O)4·NaClO]的熔点为62 ℃，常温下较稳定，受热易分解，具有良好的灭菌、消毒、漂白作用，可广泛地用于医院、餐馆、食品加工等行业。一种以磷矿石[主要成分为Ca5(PO4)3F]为原料生产氯化磷酸三钠的工艺流程如图。
(1)“中和1”的反应中会生成Na2HPO4、CO2，该过程中除调节pH外，还需控制70～80 ℃的微热状态，微热的目的是____________________、________________________
(2)“干燥”温度不宜过高的原因是_________________________________________
20．一种从铜阳极泥(主要含有铜、银、金、少量的镍)中分离提取多种金属元素的工艺流程如下：
“分铜”时，如果反应温度过高，会有明显的放出气体现象，原因是______________________________
21．一种磁性材料的磨削废料的主要成分是铁镍合金(含镍质量分数约21%)，还含有铜、钙、镁、硅的氧化物。由该废料制备氢氧化镍，工艺流程如下：
“除铁”时H2O2的作用是______________，加入碳酸钠的目的是_____________________________________
【常考题空2 转化过程中反应条件的控制方法】答案
1．MnCO3消耗溶液中的H＋，促进Al3＋和Fe3＋水解，生成氢氧化物沉淀
解析：Al3＋和Fe3＋都能水解，生成H＋和对应的氢氧化物，H＋与MnCO3反应，H＋被消耗，促进Al3＋和Fe3＋进一步水解，最后Al3＋和Fe3＋形成氢氧化物沉淀
2．CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3 3.2 4.7
解析：调节溶液pH时，主要利用加入的物质消耗Fe3＋水解生成的氢离子，使其水解程度增大而转化为沉淀，为防止引入新的杂质，物质a可以是CuO或Cu(OH)2 或Cu2(OH)2CO3；“调pH”时应将溶液中Fe3＋全部沉淀，而Cu2＋不能沉淀，因此要将溶液pH调至3.2～4.7。(5)从溶液得到晶体，一般的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
3．MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O 5.2≤pH<8.1
解析：二氧化锰具有氧化性，可以氧化亚铁离子，而二氧化锰被还原为锰离子，反应的离子方程式为MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；根据题干信息知pH在5.2时Al3＋沉淀完全，pH在8.1时，Mn2＋开始沉淀，所以将Fe3＋、Al3＋沉淀完全，可以调整pH范围在5.2≤pH<8.1
4．Al(OH)3 5.2≤pH<7.6 bc
解析 金属电极芯中的主要成分是C、Ni，还含少量Fe、Al等，加入稀硫酸酸浸时，金属单质都转化为金属离子(Ni2＋、C2＋、Fe2＋、Al3＋)，浸出液中加入过氧化氢的作用是氧化亚铁离子为铁离子，由流程图中最终产物可知，调节pH的作用是除去溶液中的Fe3＋、Al3＋，故沉淀A的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3；为了保证Fe3＋、Al3＋沉淀完全而Ni2＋、C2＋不沉淀，由表格数据可知，要调节pH的范围为5.2≤pH<7.6；调节pH时不能加入铁，因为铁能还原铁离子为亚铁离子，不能加入稀硫酸，因为要将溶液的pH调大，由流程图中后续所加试剂可知，调节pH选用的试剂可以是氨水、碳酸钠溶液。
5．分解产生HCl，抑制CeCl3的水解
解析：加热CeCl3·6H2O和NH4Cl的固体混合物可得固体无水CeCl3，其中NH4Cl的作用是分解产生HCl，抑制CeCl3的水解。
6．4GaOeq \\al(－,2)＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(通电))4Ga＋3O2↑＋4OH－ 抑制GaOeq \\al(－,2)水解，并阻止H＋在阴极放电降低电解效率
解析：电解过程中，GaOeq \\al(－,2)中Ga元素从＋3价降低至0价，发生还原反应生成Ga，阳极为水失去电子生成氧气，电解总反应为4GaOeq \\al(－,2)＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(通电))4Ga＋3O2↑＋4OH－；GaOeq \\al(－,2)属于弱酸阴离子，能够发生水解生成Ga(OH)3，会降低产率，若溶液酸度过高，则溶液中H＋可能会发生还原反应生成H2，会降低阴极电解效率。
7．提升溶液的pH，促进Fe3＋水解生成Fe(OH)3沉淀 抑制Cu2＋水解
解析：置换过程过滤后，得到固体物质是Cu和Fe，Cu和Fe与硝酸反应生成Cu(NO3)2和Fe(NO3)3，Fe3＋水解：Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，加入CuO的目的是调节pH，促使Fe3＋水解，生成氢氧化铁沉淀；Cu(NO3)2溶液中Cu2＋发生水解，Cu2＋＋2H2O===Cu(OH)2＋2H＋，加入硝酸，抑制Cu2＋水解
8．抑制Fe3+水解
解析：酸溶和后续过程中酸过量可以抑制Fe3+水解。
9．减少碳酸氢铵的分解，提高原料利用率
解析：铵盐不稳定，受热易分解，所以步骤G中温度需控制在35 ℃以下，减少碳酸氢铵的分解，提高原料利用率
10．NH3· H2O会分解，NH3逸出，导致溶液的pH降低，除铁的效果不好
解析：利用氨水除铁的实验条件是：氨水过量，且温度适宜。温度低于70℃ ，除铁的速率较慢；温度高于75℃，NH3∙H2O会分解，NH3逸出，导致溶液的pH降低，除铁的效果不好
11．1 MPa、390 ℃ 温度高于390 ℃，ZrCl4因升华而逸出
解析：由图可知，压强和温度都会影响ZrCl4的产率，图中“氯化”过程中ZrCl4的产率最高时的条件为1 MPa、390 ℃。由已知条件ⅱ可知ZrCl4易溶于水，390 ℃升华，因此若“氯化”温度超过390 ℃，ZrCl4因升华而逸出，导致其产率降低。
12．温度过高，盐酸挥发损失，从而使“酸浸率”降低
解析：由于盐酸易挥发，所以温度过高，滤渣溶于盐酸的“酸浸率”会降低
13．促进Fe3＋水解生成Fe(OH)3而除去
解析：由信息知pH约3.6时可除去Fe3＋，加热促进Fe3＋水解
14．促进Fe3＋的水解
15．温度过高苯易挥发，温度过低硫的溶解速率(或溶解度)小
解析：苯的沸点较低，温度过高，苯易挥发，温度过低，反应速率慢或溶解度小
16．温度低反应速率慢，温度过高硝酸铵易分解
17．加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)
解析：“酸浸氧化”需要加热，其原因是：升高温度，加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)，故答案为：加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)
18．(1)2Mg＋TiCl4 eq \(=====,\s\up7(Ar，800 ℃)) Ti＋2MgCl2 作保护气，防止Mg、Ti被O2氧化
(2)先加热浓缩、冷却结晶得到MgCl2·6H2O，然后在HCl的气流中加热失去结晶水得到无水氯化镁
19．(1)使反应更加充分 使二氧化碳气体逸出
(2)防止氯化磷酸三钠受热分解
解析：(1)中和1为碳酸钠和磷酸在70～80 ℃的微热状态下反应生成磷酸一氢钠和二氧化碳，微热的目的是使反应更加充分，同时使二氧化碳气体逸出，防止中和2加入氢氧化钠溶液时，生成碳酸钠，使得产品中混有杂质。(2)由题意可知，氯化磷酸三钠常温下较稳定，受热易分解，则为防止氯化磷酸三钠受热分解，干燥时温度不宜过高。
20．温度过高，H2O2分解放出氧气
21．将Fe2＋氧化为Fe3＋ 调节溶液的pH，使Fe3＋完全沉淀为黄钠铁矾渣
解析：“酸溶”后所得溶液中含有Fe3＋、Fe2＋，“除铁”时H2O2的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，加入碳酸钠的目的是调节溶液的pH，使Fe3＋完全沉淀为黄钠铁矾渣
升高温度
= 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ①加快反应速率或溶解速率
= 2 \* GB3 \* MERGEFORMAT ②促进平衡向吸热方向(一般是有利于生成物生成的方向)移动，如：促进水解生成沉淀
= 3 \* GB3 \* MERGEFORMAT ③除去受热不稳定的杂质，如：H2O2、氨水、铵盐(NH4Cl)、硝酸盐、NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4等物质
= 4 \* GB3 \* MERGEFORMAT ④使沸点相对低的物质气化或升华
降低温度
= 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ①防止某物质在温度较高时挥发或分解
= 2 \* GB3 \* MERGEFORMAT ②使化学平衡向放热反应的方向移动，从而提高产物的产率
= 3 \* GB3 \* MERGEFORMAT ③使某个沸点高的产物液化，使其与其他物质分离
= 4 \* GB3 \* MERGEFORMAT ④降低晶体的溶解度，使其结晶析出
控制温度在一定范围(综合考虑)
温度过低
反应速率过慢或溶解速率小
温度过高
= 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ①催化剂逐渐失活，化学反应速率急剧下降
= 2 \* GB3 \* MERGEFORMAT ②物质分解，如：NaHCO3、NH4HCO3、H2O2、浓HNO3等
= 3 \* GB3 \* MERGEFORMAT ③物质会挥发，如：浓硝酸、浓盐酸、醋酸、液溴、乙醇等
= 4 \* GB3 \* MERGEFORMAT ④物质氧化，如：Na2SO3等
= 5 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑤物质升华，如：I2 升华
答题策略
= 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ①若用到H2O2、氨水、铵盐、硝酸盐等易分解的物质，控温的目的是防止物质分解
= 2 \* GB3 \* MERGEFORMAT ②若题目中出现有机物或有机溶剂，控温的目的是防止其挥发
= 3 \* GB3 \* MERGEFORMAT ③若溶液中制备物质，常使用加热的方法加快反应速率
= 4 \* GB3 \* MERGEFORMAT ④煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离；除去溶解在溶液中的气体，如氧气
= 5 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑤温度范围答题策略
a．温度不高于××℃的原因：适当加快反应速率, 但温度过高会造成(如浓硝酸)挥发，(如H2O2、NH4HCO3)分解，(如Na2SO3)氧化或促进(如AlCl3)水解等，影响产品的生成
b．温度不低于××℃的原因：加快反应速率或者对于吸热反应而言可是平衡正移，增加产率
金属离子
Al3＋
Fe3＋
Fe2＋
Ca2＋
Mn2＋
Mg2＋
开始沉淀的pH
3.8
1.5
6.5
10.6
8.1
9.6
沉淀完全的pH
5.2
3.7
9.7
12.6
10.1
11.6
沉淀物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
C(OH)2
C(OH)3
Al(OH)3
Ni(OH)2
开始沉淀pH
2.2
7.4
7.6
0.1
4.0
7.6
完全沉淀pH
3.2
8.9
9.2
1.1
5.2
9.2
氢氧化物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Cu(OH)2
Mn(OH)2
开始沉淀pH
1.5
6.5
4.2
8.1
沉淀完全pH
3.7
9.7
7.4
10.1