專項4－溫度條件的控制
壹．升高溫度
1．促進某些離子的水解，如高價金屬陽離子，易水解的陰離子
練習1目前世界上新建的金礦中約有80%都采用氧化法提金。某工廠利用鋅冶煉渣回收金、銀等貴金屬的流程如下圖所示:
已知HCN有劇毒，其Ka(HCN)=5×10-10，Au++2CN-=[Au(CN)2]-平衡常數KB=1×1038
“氰化”環節中，金的溶解速率在80℃時達到最大值，但生產中控制反應液的溫度在10-20℃，原因是:___________________________(答壹點即可)。
答案溫度的升高，促進了氰化物的水解，增加了HCN的揮發速度；溫度的升高，Ca(OH)2的溶解度減小，部分堿從溶液中析出。
?
練習2某化工廠“用含NiO的廢料(雜質為Fe2O3、?CaO、?CuO等)制備羥基氧化鎳(2NiOOH·H2O)的工藝流程如圖：
如圖是酸浸時鎳的浸出率與溫度的關系，則酸浸時合適的浸出溫度是____________℃，若酸浸時將溫度控制在80℃左右，則濾渣1中會含有壹定量的Ni(OH)2，其原因可能是_________________________。
答案70 隨著溫度的升高，Ni2+水解程度增大，從而形成壹定量的Ni(OH)2沈澱
解析由圖可知當溫度在70°左右時鎳的浸出率較高，故酸浸時適宜的溫度為70°C；Ni2+能水解，生成Ni(OH)2，升溫能促進水解，所以80℃左右濾渣1中會含有壹定量的Ni(OH)2。
練習3氯化亞銅是壹種重要的化工產品，常用作有機合成催化劑，還可用於顏料、防腐等工業，它不溶於H2SO4、HNO3和醇，微溶於水，可溶於濃鹽酸和氨水，在潮濕空氣中易水解氧化成綠色的堿式氯化銅[Cu2（OH）3Cl]。以海綿銅（主要成分是Cu和少量CuO）為原料，采用硝酸銨氧化分解技術生產CuCl的工藝過程如下：
（1）析出的CuCl晶體水洗後要立即用無水乙醇洗滌，在真空幹燥機內於70℃幹燥2h，冷卻密封包裝。70℃真空幹燥、密封包裝的原因是____________________________________________________________。
（2）如圖是各反應物在最佳配比條件下，反應溫度對CuCl產率影響．由圖可知，溶液溫度控制在60℃時，CuCl產率能達到94%，當溫度高於65℃時，CuCl產率會下降，其原因可能是______________________________________________________________________________________________。
答案（1）真空幹燥可以加快乙醇和水的揮發，密封包裝可以防止CuCl在潮濕空氣中水解、氧化；
（2）因在60℃時CuCl產率最大，根據信息可知，隨溫度升高，促進了CuCl的水解，CuCl被氧化的速度加快。
練習4TiO2·xH2O沈澱與雙氧水、氨水反應40min所得實驗結果如下表所示：
溫度/℃
30
35
40
45
50
TiO2·xH2O轉化率
92
95
97
93
88
分析40℃時TiO2·xH2O轉化率最高的原因_____________________。
答案40℃時TiO2?xH2O轉化率最高，因低於40℃，TiO2?xH2O轉化反應速率隨溫度升高而增加，超過40℃，雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2?xH2O轉化反應速率下降 ?
解析40℃時TiO2?xH2O轉化率最高，因低於40℃，TiO2?xH2O轉化反應速率隨溫度升高而增加，超過40℃，雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2?xH2O轉化反應速率下降。
?
2．促進平衡向吸熱方向移動
練習1二硫化鉬是重要的固體潤滑劑，被譽為“高級固體潤滑油之王”。利用低品相的輝鉬礦(含MoS2、SiO2以及CuFeS2等雜質)制備高純二硫化鉬的壹種生產工藝如圖：
（4）由圖分析可知產生MoS3沈澱的流程中選擇的最優溫度和時間是___________，利用化學平衡原理分析低於或高於最優溫度時，MoS3的產率均下降的原因_______________________________________。
（5）利用低品相的原料制備高純產品是工業生產中的普遍原則。如圖所示，反應[Ni(s)+4CO(g)
答案（4）40℃、30min 溫度太低，反應MoS42-+2H+
解析（4）根據圖象可知，40℃、30min MoS3沈澱率達到最大，所以最優溫度和時間是40℃、30min；溫度太低，反應MoS42-+2H+
（5）[Ni(s)+4CO(g)
?
3．加快反應速率或溶解速率
2020新課標Ⅰ釩具有廣泛用途。黏土釩礦中，釩以+3、+4、+5價的化合物存在，還包括鉀、鎂的鋁矽酸鹽，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工藝流程可由黏土釩礦制備NH4VO3。
“酸浸氧化”需要加熱，其原因是_________________________________________。
答案加快酸浸和氧化反應速率（促進氧化完全）
解析“酸浸氧化”需要加熱，其原因是：升高溫度，加快酸浸和氧化反應速率（促進氧化完全），故答案為：加快酸浸和氧化反應速率（促進氧化完全）；
（1）研究溫度對“降解”過程中有機物去除率的影響，實驗在如圖1所示的裝置中進行。
①在不同溫度下反應相同時間，發現溫度從60℃升高到95℃時，有機物去除率從29%增大到58%，其可能的原因是：MnO2的氧化能力隨溫度升高而增強；______________________________________。
答案溫度升高，反應速率加快 ?
解析①升高溫度，反應速率加快，在相同時間內有機物反應的更多，去除率增加。
練習3“浸取”步驟中，能加快浸取速率的方法有___________(任寫兩種)。
答案將橄欖石尾礦粉碎、適當增大鹽酸的濃度、適當提高反應的溫度等 ?
解析“浸取”步驟中，能加快浸取速率的方法有將橄欖石尾礦粉碎、適當增大鹽酸的濃度、適當提高反應的溫度等。
?
4．使沸點相對低的原料氣化，或者降低在溶液中的氣體溶解度
練習1實驗室用如圖所示的裝置模擬燃煤煙氣脫硫實驗：
研究發現石灰石漿液的脫硫效率受pH和溫度的影響。燃煤煙氣流速壹定時，脫硫效率與石灰石漿液pH的關系如圖所示，在pH為5.6時脫硫效果最佳，石灰石漿液
答案石灰石的溶解度減小，與
解析由脫硫效率與石灰石漿液pH的關系圖知，在pH為5.6時脫硫效果最佳，pH增大，石灰石的溶解度減小，與
練習2以甲酸和碳酸鉀為原料生產二甲酸鉀，實驗測得反應條件對產品回收率的影響如下：
表1 反應溫度對產品回收率的影響
反應溫度（℃）
20
30
40
50
60
70
80
產品回收率（%）
75．6
78．4
80．6
82．6
83．1
82．1
73．7
②實際生產二甲酸鉀時應選擇的最佳反應條件是反應溫度應控制在____________℃~____________℃，由表1可知反應溫度過高，反應回收率反而會降低，其原因可能是___________________________________________。
答案溫度過高，甲酸揮發 ?
解析從表1可看出，溫度控制在50℃~60℃二甲酸鉀的產率較高，溫度過高，反應回收率反而會降低，其原因可能是：甲酸易揮發，溫度太高甲酸揮發了。
練習3實驗室中用FeSO4溶液與NaOH溶液制備Fe(OH)2，裝置如圖，請回答下列問題：
配制NaOH溶液時使用的蒸餾水通常要煮沸，其目的是__________________________________。
答案除去水中溶解的氧氣 ?
解析硫酸亞鐵易被氧化而變質，因此配制NaOH溶液時，應排除溶液中的氧氣，可用加熱溶液的方法除去溶解的氧氣。
練習4四氯化錫用作媒染劑和有機合成上的氯化催化劑，實驗室制備四氯化錫的反應、裝置示意圖和有關信息數據如下：
②無水四氯化錫是無色易流動的液體，熔點-33℃，沸點114.1℃。
實驗制得的SnCl4中因溶解了C12而略顯黃色，提純SnCl4的方法是________________。
答案加熱蒸餾
解析由於SnCl4的沸點114.1℃，因此如果實驗制得的SnCl4中因溶解了C12而略顯黃色，提純SnCl4的方法是加熱蒸餾。
練習5白雲石的主要成份是CaCO3·MgCO3，在我國有大量的分布。以白雲石為原料生產的鈣鎂系列產品有廣泛的用途。白雲石經煆燒、熔化後得到鈣鎂的氫氧化物，再經過碳化實現Ca2+、Mg2+的分離。碳化反應是放熱反應，化學方程式如下：Ca(OH)2+Mg(OH)2+3CO2
碳化溫度保持在50~60℃。溫度偏高不利於碳化反應，原因是__________________、__________________。溫度偏低也不利於碳化反應，原因是___________________________。
答案二氧化碳的溶解度小；碳酸氫鎂分解，反應速率較小。
解析該反應為放熱反應，而且是可逆的，當溫度過高時，平衡逆反應方向移動，二氧化碳的溶解度減小，導致鈣鎂離子的分離減弱，Mg(HCO3)2是易分解，溫度過高就分解了，溫度過低，反應速率太小，導致得到產物消耗的時間太長，不利於碳化反應，故答案為：二氧化碳的溶解度小、碳酸氫鎂分解；反應速率較小。
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5．除去熱不穩定的雜質，如NH 4 HCO 3 、NH4(CO 3 ) 2 、 KMnO 4 、NH 4 C1等物質
練習1物質的分離與提純是化學的重點，請根據下列實驗目的，分別選擇相應的操作和實驗裝置。下列為操作：
a．蒸餾 ?b．結晶法 ?c．加適量水，過濾 ?d．加熱（或灼燒） ?e．加適量鹽酸，蒸發 ?f．萃取分液 ?g．分液 h．升華
下列為實驗裝置：
（1）除去氯化鈉晶體中的碳酸鈉：______、______（分別填操作序號及實驗裝置圖編號，下同）。
（2）除去碳酸鈣中的氯化鈉：_______、______。
（3）分離乙酸（沸點118℃）和乙酸乙酯（沸點77.1℃）的混合液（兩者互溶）：______、______。
（4）從溴水中提取溴：_______、_______。
（5）除去氧化鈣中的碳酸鈣：_______、_______。
（6）分離固體食鹽和碘的方法：_______、_______。
答案e 2 c 1 a 5 f 4 d 3 h 6
解析
（1）碳酸鈉與鹽酸反應生成NaCl，則加適量鹽酸，蒸發可分離，對應於裝置2，故答案為e；2；
（2）碳酸鈣不溶於水，氯化鈉晶體溶於水，則選擇過濾法可分離，對應於裝置1，故答案為c；1；
（3）二者互溶，但沸點不同，則選擇蒸餾法分離，對應於裝置5，故答案為a；5；
（4）溴不易溶於水，易溶於有機溶劑，則選擇萃取、分液法分離，對應於裝置4，故答案為f；4；
（5）碳酸鈣高溫分解生成氧化鈣，則選擇加熱分解法除雜，對應於裝置3，故答案為d；3；
（6）碘容易升華，則選擇升華法分離固體食鹽和碘，對應於裝置6，故答案為h；6。
?
二．降低溫度
1．防止某物質在高溫時會分解（或溶解）
練習1電解精煉銅的陽極泥中主要含Ag、Au等貴重金屬。以下是從精煉銅的陽極泥中回收銀、金的流程圖：
銅陽極泥氧化時，采用“低溫焙燒”而不采用“高溫焙燒”的原因是_____________________。
答案低溫焙燒時，Ag與氧氣轉化為Ag2O，高溫時，氧化銀分解又生成Ag和氧氣；故答案為：高溫焙燒時，生成的Ag2O又分解為Ag和O2(或2Ag2O
練習22018北京卷磷精礦濕法制備磷酸的壹種工藝流程如下：
已知：磷精礦主要成分為Ca5(PO4)3(OH)，還含有Ca5(PO4)3F和有機碳等。溶解度：Ca5(PO4)3(OH)<CaSO4·0.5H2O
（1）H2O2將粗磷酸中的有機碳氧化為CO2脫除，同時自身也會發生分解。相同投料比、相同反應時間，不同溫度下的有機碳脫除率如圖所示。80℃後脫除率變化的原因：____________________。
答案圖示是相同投料比、相同反應時間，不同溫度下的有機碳脫除率，80℃前溫度升高反應速率加快，相同
練習3壹種從銅陽極泥(主要含有銅、銀、金、少量的鎳)中分離提取多種金屬元素的工藝流程如下：
“分銅”時，如果反應溫度過高，會有明顯的放出氣體現象，原因是____________________________。
答案溫度過高，H2O2分解放出氧氣。
練習5鈦鐵礦主要成分為FeTiO3（含有少量MgO、SiO2等雜質），Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料，可利用鈦鐵礦來制備，工藝流程如下：
過程②中固體TiO2與雙氧水、氨水反應轉化成(NH4)2Ti5O15溶液時，Ti元素的浸出率與反應溫度的關系如圖2所示，反應溫度過高時，Ti元素浸出率下降的原因是___________________________________________________。
答案溫度過高，雙氧水分解與氨氣逸出導致Ti元素浸出率下降。
練習6工業上以軟錳礦(主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3等少量雜質)為主要原料制備高性能的磁性材料碳酸錳(MnCO3)。其工業流程如下：
（1）“浸錳”反應中往往有副產物MnS2O6生成，溫度對“浸錳”反應的影響如右圖所示，為減少 MnS2O6 的生成，“浸錳”的適宜溫度是___________________________。
（2）向過濾Ⅱ所得的濾液中加入NH4HCO3 溶液時溫度控制在30-35℃，溫度不宜太高的原因是___________________________________________________________________。
答案（1）90℃。（2）銨鹽受熱分解，向過濾所得的濾液中加入碳酸氫銨溶液，溫度控制在30-35℃的原因是防止NH4HCO3受熱分解，提高原料的利用率；
?
2．使化學平衡向著放熱方向移動
練習1乙酸苯酚酯制備： 將
①用碎冰塊代替水可能的原因是：______________________________________ ．
答案該反應是放熱反應，碎冰溫度低有利於酯的生成 ?
解析①碎冰溫度低有利於酯的生成，故答案為：該反應是放熱反應，碎冰溫度低有利於酯的生成。
?
3．使某個沸點高的產物液化，使其與其他物質分離
練習1石墨在材料領域有重要應用。某初級石墨中含SiO2（7.8%）、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等雜質。設計的提純和綜合應用流程如下：
（註：SiCl4的沸點是57.6?C，金屬氯化物的沸點均高於150?C）
向反應器中通入Cl2前，需通壹段時間的N2。高溫反應後，石墨中的氧化物雜質均轉變為相應氯化物。80℃冷凝的目的是：_____________________。②由活性炭得到氣體Ⅱ的化學反應方程式為：_____________________。
答案高溫下，Si元素轉化成SiCl4，鐵元素轉化成FeCl3，Mg元素轉化成MgCl2，Al元素轉化成AlCl3，SiCl4沸點是57.6℃，MgCl2、FeCl3、AlCl3沸點均高於150℃，加熱到1500℃，MgCl2、FeCl3、AlCl3、SiCl4全部轉化成氣體I，80℃冷凝，SiCl4還是氣體，而MgCl2、FeCl3、AlCl3狀態是固體，便於與SiCl4分開。
?
4．降低晶體的溶解度，減少損失。
練習1碳酸鋰廣泛應用於化工、冶金等行業．工業上利用鋰輝石（Li2Al2Si4Ox）制備碳酸鋰的流程如圖：
已知：碳酸鋰的溶解度為（g/L）
溫度
0
10
20
30
40
50
60
80
100
Li2CO3
1. 54
1. 43
1. 33
1. 25
1. 17
1. 08
1. 01
0. 85
0. 72
（1）硫酸化焙燒溫度控制在250℃﹣300℃之間，主要原因是__________________________________；焙燒中硫酸用量控制在理論用量的l15%左右，硫酸加入過多的副作用是_________________________。
（2）“沈鋰”需要在95℃以上進行，主要原因是_______________________，過濾碳酸鋰所得母液中主要含有硫酸鈉，還可能含有_____________和______________。
答案（1）硫酸化焙燒溫度控制在250℃﹣300℃之間，主要原因是溫度低於250℃，反應速率較慢，溫度高於300℃，硫酸揮發較多；焙燒中硫酸用量控制在理論用量的l15%左右，硫酸加入過多的副作用是後續中還需要除去過量的硫酸，增加後續雜質的處理量、增加後續中和酸的負擔。
（2）溫度越高，碳酸鋰溶解度降低，減少碳酸鋰溶解，可以增加產率；溶液中硫酸鈉不反應，使用碳酸鈉要過量，少量碳酸鋰溶解在溶液中，過濾碳酸鋰所得母液中主要含有硫酸鈉，還可能含有碳酸鈉和碳酸鋰。過濾碳酸鋰所得母液中主要含有硫酸鈉，還可能含有碳酸鈉和碳酸鋰。所以“沈鋰”需要在95℃以上進行，主要原因是溫度越高，碳酸鋰溶解度降低，可以增加產率；過濾碳酸鋰所得母液中主要含有硫酸鈉，還可能含有碳酸鈉和碳酸鋰。
練習2某廢舊電池材料的主要成分為鈷酸鋰(LiCoO2)，還含有壹定量的鐵、鋁、銅等元素的化合物，其回收工藝如圖所示，最終可得到Co2O3和鋰鹽。
已知：CoC2O4·2H2O微溶於水，它的溶解度隨溫度升高而逐漸增大，且能與過量的C2O42－離子生成Co(C2O4)n2(n－1)－而溶解。
（4）“沈鈷”過程中，(NH4)2C2O4的加入量(圖a)、沈澱反應的溫度(圖b)與鈷的沈澱率關系如圖所示：
①隨n(C2O42－)：N(Co2＋)比值的增加，鈷的沈澱率先逐漸增大後又逐漸減小的原因________________________。
②沈澱反應時間為10 min，溫度在50℃以上時，隨溫度升高而鈷的沈澱率下降的可能原因是_______________________________________________________________________________________________。
答案①過量的C2O42-與Co2+反應生成Co(C2O4)n2(n-1)-而溶解 ②它的溶解度隨溫度升高而逐漸增大
解析①隨n(C2O42－)：N(Co2＋)比值的增加，過量的C2O42-與Co2+反應生成Co(C2O4)n2(n-1)-而溶解，鈷的沈澱率先逐漸增大後又逐漸減小；
②沈澱反應時間為10 min，溫度在50℃以上時，溶解度隨溫度升高而逐漸增大。
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5．減少能源成本，降低對設備的要求
練習1目前常用的工業生產純堿的方法是“聯合制堿法（侯氏制堿法）”
世界上最早工業生產碳酸鈉的方法是“路布蘭法”，其流程如下：
與“路布蘭法”相比，“聯合制堿法’的優點之壹是_________________________。
答案原料利用率高，反應所需溫度低，耗能少
解析據流程可知：路布蘭法是利用食鹽晶體和濃硫酸在600°C到700°C下反應生成硫酸鈉和氯化氫，再利用C與石灰石和硫酸鈉在1000°C生成碳酸鈉；侯德榜研究出聯合制堿法為在飽和的氯化鈉溶液中直接通入氨氣和CO2，得到氯化銨和碳酸氫鈉晶體，並利用碳酸氫鈉的分解制得純堿，
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?
三．控制溫度（用水浴或油浴控溫）
1 ． 防止某種物質溫度過高時會分解或揮發
2019江蘇實驗室以工業廢渣（主要含CaSO4·2H2O，還含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3）為原料制取輕質CaCO3和(NH4)2SO4晶體，其實驗流程如下：
（1）廢渣浸取在如圖所示的裝置中進行。控制反應溫度在60~70 ℃，攪拌，反應3小時。溫度過高將會導致CaSO4的轉化率下降，其原因是?；保持溫度、反應時間、反應物和溶劑的量不變，實驗中提高CaSO4轉化率的操作有?。
答案由於銨鹽具有不穩定性，受熱易分解，所以溫度過高，（NH4）2CO3分解，從而使CaSO4轉化率下降；由於浸取過程中的反應屬於固體與溶液的反應（或發生沈澱的轉化），保持溫度、反應時間、反應物和溶劑的量不變，提高CaSO4轉化率即提高反應速率，結合外界條件對化學反應速率的影響，實驗過程中提高CaSO4轉化率的操作為加快攪拌速率（即增大接觸面積，加快反應速率，提高浸取率）。
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2 ． 控制固體的溶解與結晶
習題12017新課標3卷重鉻酸鉀是壹種重要的化工原料，壹般由鉻鐵礦制備，鉻鐵礦的主要成分為FeO·Cr2O3，還含有矽、鋁等雜質。制備流程如圖所示：
有關物質的溶解度如圖所示。向“濾液3”中加