（2）反应条件的控制__高考化学工艺流程针对突破（含解析）

（2）反应条件的控制——高考化学工艺流程针对突破
一、条件控制——调溶液的pH
1.调pH除杂：控制溶液的pH使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀而被除去。
（1）原理：加入的物质能使溶液中的H+反应，降低了H+浓度，使溶液pH增大。
（2）pH调整范围：杂质离子沉淀完全时pH值～主要离子开始沉淀时pH（注意端值取）。
（3）调pH需要加入的物质：含主要阳离子（不引入新杂质即可）的难溶性氧化物、氢氧化物或碳酸盐，能与H+反应，使溶液pH增大；如MgO、Mg(OH)2、MgCO3等类型物质。
（4）除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋：可加入CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH值。（原因：加CuO等消耗溶液中的H+的，促进Fe3+的水解平衡正向移动，生成Fe(OH)3沉淀析出）
（5）除去Cu2＋溶液中混有的Fe2＋：一般先加H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋，再加CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH值。
2.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：有MgCl2·6 H2O制无水氯化镁要在HCl气流中加热，否则MgCl2·6 H2OMg(OH)2↓+2HCl↑+4H2O
3.控制反应的发生，增强物质的氧化性或还原性(增强MnO4-、NO3-的氧化性)。
4.调节离子的水解程度。
5.控制PH的目的的答题思路
（1）pH调小：抑制某离子水解，防治某离子沉淀
（2）pH调大：确保某离子完全沉淀，防止某物质溶解等
二、条件控制——调节温度
1.升高温度（加热）
①加快反应速率或溶解速率；
②促进平衡向某个（吸热）方向移动；如：促进水解生成沉淀
③除去受热不稳定的杂质，如H2O2、铵盐、硝酸盐、Ca(HCO3)2、KMnO4等物质
④使沸点相对较低或易升华的杂质气化。
2.降低温度
①防止某物质在高温时会挥发(或分解) ；
②使化学平衡向着题目要求的方向移动（放热方向），从而提高产物的产率；
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。
3.控制温度(常用水浴、冰浴或油浴)
（1）温度太低：反应速率太慢或溶解速率太小
（2）温度过高：
①催化剂会失去活性，化学反应速率下降
②物质会分解：如铵盐、H2O2、NaHCO3、氨水等
③物质会挥发：如浓硝酸、浓盐酸、醋酸、液溴、乙醇等
④物质易被氧化：如Na2SO3等
⑤物质易升华：如I2升华
4.答题方法与技巧
①若用到双氧水、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若题目中出现有机物和有机溶剂，控温的目的是防止其挥发
③若溶液中制备物质，常使用加热的方法加快反应速率
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温度范围答题模板
a.温度不高于××℃的原因：适当加快反应速率，但温度过高会造成挥发(如浓硝酸)、分解(如H2O2、NH4HCO3)、氧化(如Na2SO3)或促进水解(如AlCl3)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使平衡正移，增加产率
【针对训练】
1.稀土（RE）包括镧、钇等元素，是高科技发展的关键支撑。我国南方特有的稀土矿可用离子交换法处理，一种从该类矿（含铁、铝等元素）中提取稀土的工艺如下：
已知：月桂酸熔点为44℃；月桂酸和均难溶于水。该工艺条件下，稀土离子保持＋3价不变；的，开始溶解时的pH为8.8：有关金属离子沉淀的相关pH见下表。
离子
开始沉淀时的pH 8.8 1.5 3.6 6.2~7.4
沉淀完全时的pH / 3.2 4.7 /
（1）“过滤1”前，用NaOH溶液调pH至_____的范围内，该过程中发生沉淀反应的离子方程式为_______________________________________。
（2）“过滤2”后，滤饼中检测不到Mg元素，滤液2中浓度为。为尽可能多地提取，可提高月桂酸钠的加入量，但应确保“过滤2”前的溶液中低于_____（保留两位有效数字）。
（3）①“加热搅拌”有利于加快溶出、提高产率，其原因是__________________________________________________。
②“操作X”的过程为：_____________________________________。
2.某铁镍矿石的主要成分是四氧化三铁和硫酸镍，还含有铜、钙、镁、硅的氧化物。由该铁镍矿石制备高纯度的氢氧化镍的工艺流程如图：
回答下列问题：
已知常温下，该流程在“沉镍”过程中，需调节溶液pH约为__________时，才刚好沉淀完全(离子沉淀完全的浓度，)。
3.三氧化二钴主要用作颜料、釉料及磁性材料，利用铜钴矿石制备Co2O3的工艺流程如图所示。
已知：铜钴矿石主要含有、、和，其中还含有一定量的、MgO和CaO等。请回答下列问题：
(1)“浸泡”过程中，加入溶液的主要作用是__________________________。
(2)温度、pH对铜、钴浸出率的影响如图1、图2所示：
①“浸泡”铜钴矿石的适宜条件为____________________________。
②图2中pH增大时铜、钴浸出率下降的原因可能是___________________________。
4.废锂离子电池正极材料中含有大量镍、钴等元素，通过分选、硫酸浸出、除杂净化等工序，可以回收钴、镍。由镍钴渣料（）主要成分为回收镍、钴的流程如图：
已知：①二价镍、钴易溶于低浓度硫酸中，而三价镍、钴较难直接溶出。
②
（1）若一段浸出液中浓度均为，“通氨气调”时，应控制溶液的范围是__________（当离子的浓度时，可认为沉淀完全）。
（2）进一步分离钴、镍，控制水相，温度，分别用P507、Cyanex272作萃取剂，萃取剂浓度对萃取分离钴、镍的影响实验结果如图所示。
由图可知，钴、镍的萃取率随萃取剂浓度增大而________（填“增大”或“减小”）；两种萃取剂中_______（填“P507”比“Cyanex272”）的分离效果比较好，选择该萃取剂时，最适宜的萃取剂浓度大约为______。
5.以废镍矿(主要成分为，含少量、有机物)为主要原料制备高纯度镍的工艺流程如下：
已知：常温下，部分金属化合物的近似值如表：
化学式
近似值
“酸浸”后溶液中，则调的范围是________(保留小数点后一位，浓度时，可认为已除尽)。
6.一种利用炼锌渣(主要含、一定量的、不溶性杂质)为原料制备硫化锌及高纯镓的流程如图所示：
已知：①电解制取镓时，溶液中的氯离子会影响镓的析出。
②。
③与的各物种的分布分数随的变化如图1所示。
④晶胞可以看成是由8个图2所示的小立方体堆积成大立方体以后，占据四个互不相邻的小立方体的体心得到的结构。
(1)黄钠铁矾的化学式为，晶体颗粒大、易沉降。
①“沉铁”时生成黄钠铁矾的离子方程式为__________________________。
②不采用调节的方式沉铁，从制备或分离的角度分析可能的原因是：_______________________________________________________。
(2)“调节”时，不能过高的原因是__________________________________________。
7.利用粗硫酸镍晶体（含、、、、、等杂质）制备硫酸镍晶体、溶液和胆矾的工艺流程如下：
已知：25℃时，有关金属离子浓度为时形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子
开始沉淀的 4.2 6.3 1.5 11.8 6.2 6.9
沉淀完全的 6.7 8.3 2.8 13.8 8.2 8.9
回答下列问题：
（1）向“溶液1”中通入稍过量的，发生主要反应的离子方程式为___________________________________、________________________________。
（2）向“溶液2”中加入的原因是______________________________________________________________________（结合离子方程式解释）。
（3）室温下选择萃取剂HR，其萃取原理为：，溶液的pH对几种离子的萃取率的影响如图所示，则萃取锌时，应控制pH的范围为3~4，原因是________________________________________________________。试剂a为________溶液（填化学式）。
8.利用锌精矿(含有和铁、铝的氧化物等)和软锰矿(含有等)直接生产和，工艺流程如下：
已知：
①氧化性：；
②稳定；
③部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀的范围(开始沉淀和完全沉淀的)：：：：：：。
请回答下列问题：
“锌锰分离”时，若，温度控制在常温，通过加入氨水调节控制溶液中沉淀率为99.9%(反应前后液体的体积变化忽略不计)，则__________。若氨水加入量过多，可导致_______________________(至少答出1条结果)。
答案以及解析
1.答案：（1）；、
（2）
（3）加热搅拌可加快反应速率；冷却结晶、过滤、洗涤
解析：（1）由表中数据可知，沉淀完全的pH为4.7，而开始沉淀的pH为6.2~7.4，所以为保证、沉淀完全，且不沉淀，要用溶液调pH至的范围内，该过程中、发生反应的离子方程式为、，故答案为：；、；
（2）滤液2中浓度为，即0.1125mol/L，根据，若要加入月桂酸钠后只生成，而不产生，则=，故答案为：；
（3）①“加热搅拌”有利于加快溶出、提高产率，其原因是加热搅拌可加快反应速率，故答案为：加热搅拌可加快反应速率；
②“操作X”的结果是分离出月桂酸，由信息可知，月桂酸熔点为，故“操作X”的过程为：先冷却结晶，再固液分离即过滤、洗涤，故答案为：冷却结晶、过滤、洗涤；
2.答案：
(6)9.15
(7)
解析：由溶度积可知，溶液中镍离子完全沉淀时，溶液中的氢氧根离子浓度为=，溶液中，则溶液的pH约为9.15，故答案为：9.15；
3.答案：(1)将、还原为、
(2)温度为65~75℃、pH为0.5~1.5；pH升高后溶液中下降，溶解、、的能力降低
解析：(1)与硫酸反应产生，杂质与硫酸反应产生，、都具有氧化性，而具有还原性，所以在“浸泡”过程中，加入溶液的主要作用是将溶液中的将、还原为、；
(2)①根据图1可知，温度在65℃~75℃时，钴、铜的浸出率最高，且之后铜的浸出率变化不大，钴的浸出率有下降趋势。在图2中pH：0.5~1.5铜、钴的浸出率最高，pH>1.5，铜、钴的浸出率开始下降。故“浸泡”铜钴矿石的适宜条件为温度：65℃~75℃、pH：0.5~1.5；
②图2是pH变化对铜、钴浸出率的影响，浸出过程中是利用和、、中的和反应，使得和溶解在溶液中，所以pH升高后溶液中浓度下降，使得溶解、、的能力下降；
4.答案：（1）6.7～7.65
（2）增大；“Cyanex272”；0.4
解析：（1）由分析可知，一段浸出液中存在的金属阳离子有，加入氨水调节pH的目的是使溶液中铝离子和铜离子转化为沉淀，根据题给信息，，则完全沉淀时的pH为：，，即pH=6.7时完全沉淀，同理可得完全沉淀时的pH为4.7，开始沉淀时，此时pH＝7.65，所以应控制溶液的pH范围是：6.7～7.65；
（2）由图可知，钴、镍的萃取率随萃取剂浓度增大而呈增大趋势；萃取时“Cyanex272”比“P507”对钴、镍萃取率的差值大，Cyanex272分离效果好；选Cyanex272萃取剂，浓度在0.40mol·L－1以后变化不大，所以0.4mol·L－1最好。
5.答案：4.7~6.5
解析：根据分析，“调pH”将、沉淀完全，留溶液，满足的pH范围是4.7~6.5；
6.答案：(1)；直接调pH沉铁易生成胶体，不容易过滤，且胶体同时容易吸附而造成ZnS损失
(2)pH过高时，将转化为或，较稳定不利于ZnS生成，直接沉淀，不利于转化为ZnS或ZnS中混有
解析：（1）①“沉铁”时，加入硫酸钠生成黄钠铁矾沉淀，离子方程式为；
②直接调pH沉铁易生成胶体，不容易过滤；胶体同时容易吸附而造成ZnS损失；
（2）根据图示可得知，当pH过高时，将转化为或，较稳定不利于ZnS生成，直接沉淀，不利于转化为ZnS或ZnS中混有；
7.答案：（1）；
（2），加入，消耗，使的水解平衡正向移动，有利于形成沉淀而被除去
（3）pH太小，的萃取率低；pH太大，、可能以氢氧化物形式沉淀出来；
解析：（1）向浸出液中通入气体，转化为CuS沉淀除去，同时可与硫化氢发生氧化还原反应生成和S单质，主要反应离子方程式为，，故答案为：；；
（2）向溶液2中加入和将滤液中氧化为，用调节溶液pH值，，加入，消耗，使的水解平衡正向移动，有利于形成沉淀而被除去，故答案为：，加入，消耗，使的水解平衡正向移动，有利于形成沉淀而被除去；
（3）欲使有机相中的锌转化成硫酸锌，需使萃取平衡逆向移动，为不引入新杂质应加入硫酸使反应逆行移动；由图示信息可知pH太小，的萃取率低；pH太大，、可能以氢氧化物形式沉淀出来
故答案为：pH太小，的萃取率低；pH太大，、可能以氢氧化物形式沉淀出来；。
8.答案：7.5；可能导致沉淀使得的产率降低（或者含的溶液中混有等
解析：通过加入氨水调节pH控制溶液中沉淀率为99.9%，则剩余，当恰好沉淀完全时，，此时pH=8.0，，根据，则当沉淀率为99.9%时，，此时，则pH=7.5，若氨水加入量过多，可能导致沉淀使得的产率降低（或者含的溶液中混有等；