溫度參數(shù)在化工流程圖題中的教學(xué)拓展

蘇偉波

摘 要： 高考中化學(xué)工業(yè)流程圖題是必考題，題目中信息往往會與溫度有關(guān)的問答，溫度作為一個條件參數(shù)，在中學(xué)中只要求做定性要求，因此掌握一定的經(jīng)驗(yàn)技巧，在解題中應(yīng)用很廣泛。

關(guān)鍵詞： 溫度 催化 化學(xué)平衡

中學(xué)化學(xué)中，涉及與溫度有關(guān)的題型很多，主要集中在化工流程題中。因?yàn)闇囟纫话阕鳛橐粋€不變的參數(shù)，所以學(xué)生碰到此類題目相對比較棘手，失分很多。下面對中學(xué)中常見的與溫度有關(guān)的類型題作探討。

一、化學(xué)反應(yīng)速率

反應(yīng)速率與溫度成正比，溫度越高，反應(yīng)速率越快，對于可逆反應(yīng)會同時提高正逆反應(yīng)速率。溫度每升高10℃，化學(xué)反應(yīng)速率提高2～4倍。例如對于反應(yīng)M+N=P，如果溫度每升高10℃化學(xué)反應(yīng)速率增大為原來的3倍。在10℃時完成反應(yīng)10%需81min，求在30℃時完成反應(yīng)10%所需的時間。

二、化學(xué)平衡

溫度變化會引起化學(xué)平衡移動，因?yàn)榉磻?yīng)會伴隨著熱量變化，溫度升高平衡會向吸熱的反應(yīng)方向移動，反之亦然。溫度升高會促進(jìn)水解和電離反應(yīng)的進(jìn)行，而且化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，特別是不同溫度下平衡常數(shù)，是近年來高考的熱點(diǎn)。題目中出現(xiàn)溫度時，一定要考慮與平衡常數(shù)的關(guān)系。可以從溫度與平衡常數(shù)的關(guān)系中得出反應(yīng)進(jìn)行的方向與反應(yīng)熱的大小等，比如高爐煉鐵中發(fā)生的反應(yīng)有：

（1）已知1100℃時，K=0.263溫度升高，平衡常數(shù)K？搖？搖 ？搖（增大，減少或不變）；（2）1100℃時，測得高爐中c（CO ）=0.025mol/L，c（CO）=0.1mol/L，在這種情況下，該反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)？搖？搖 ？搖？搖（填是或否），此時反應(yīng)速率是v正？搖 ？搖？搖v逆（填>，<，=）。

以上兩題都是溫度與化學(xué)平衡的完美結(jié)合。再比如，往含Ti 的溶液中鼓入高壓水蒸汽，可促進(jìn)Ti 水解，加速Ti（OH） 生成，因?yàn)樗羝[含條件溫度較高，促進(jìn)水解。

三、溶解度

溶解度第一考慮的是氣體，一般水中溶解度隨溫度上升而下降，比如在制備Fe（OH） 時，所需蒸餾水必須煮沸除氧，氨水溶液中加熱可能直接逸出氨氣。再如海水中提取溴的過程中，往溴單質(zhì)的水溶液中通空氣和水蒸汽，促進(jìn)溴的揮發(fā)。其次是溶液，主要是結(jié)晶或重結(jié)晶的問題，有些物質(zhì)的溶解度與溫度成正比，但也有成反比的，比如Ca（OH） 溶解度隨溫度的升高而下降，在題目中，經(jīng)常會問到為何在溫度比較高時過濾等，主要是考慮溫度對溶解度的影響較大，應(yīng)注意結(jié)合題意加以分析。例如往Li SO 濃溶液中加入飽和Na CO 溶液，加熱至95℃，再過濾得到Li CO 固體。已知Li CO 在水中的溶解度隨著溫度的升高而減小，最后一步過濾時應(yīng)怎么操作？本題問得比較特殊，過濾操作的條件，溶解度隨溫度升高而減小，就是要盡可能保持顆粒狀，也就是要趁熱過濾。

四、物質(zhì)揮發(fā)性

具有揮發(fā)性的物質(zhì)不多，在工業(yè)流程題主要涉及是酸類，比較HCl、HNO 、氯水、氨水、溴水等物質(zhì)，比如二氧化錳中加濃鹽酸為何不宜在較高溫度下反應(yīng)，在考慮鹽酸的濃度時還要考慮鹽酸揮發(fā)，導(dǎo)致變稀反應(yīng)難以持續(xù)進(jìn)行等。比如從海水中提取溴的蒸餾過程中，溴出口溫度為何要控制在80℃～90℃，溫度過高或過低都不利于生產(chǎn)，請解釋原因？因?yàn)闇囟冗^高，大量水蒸氣排出，溴氣中水增加若溫度過低，溴不能完全蒸出，吸收率低。

五、物質(zhì)不穩(wěn)定性

不穩(wěn)定性主要是物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，常見為HNO 、H O 等，這些物質(zhì)在較高溫度下都會發(fā)生分解，因此在高溫下都不適合這些物質(zhì)的存在，對整個反應(yīng)體系也會有影響。溶液硝酸酸化溫度太高會使得硝酸分解。

例：控制其他條件相同，印刷電路板的金屬粉末用10%H O 和3.0mol/LH SO 的混合溶液處理，測得不同溫度下銅的平均溶解速率如下：

當(dāng)溫度高于40℃時，銅的平均溶解速率隨著反應(yīng)溫度升高而下降，其主要原因是什么？比較在銅和硫酸、H O 存在下反應(yīng)得到CuSO ，溫度高會提高反應(yīng)速率，但同時也會造成H O 的分解速率加快，反而影響反應(yīng)的進(jìn)行。

六、催化劑的活性

中學(xué)化學(xué)中用到催化劑的方程不多，但一般方程中如果用到的催化劑與溫度有關(guān)，則基本要考慮到催化劑的活性溫度，在這個活性溫度下催化劑才能發(fā)揮出最佳的效果，比如合成氨中鐵觸媒的活性溫度基本選擇在500℃左右。再如用鉬鎳礦粉催化二氧化硫的實(shí)驗(yàn)中，在0℃～195℃，隨著溫度的升高，生成物的產(chǎn)率隨之升高，鉬鎳礦粉催化劑的活性逐漸增強(qiáng)。195℃左右時，生成物產(chǎn)率最大，鉬鎳礦粉催化劑活性最高。溫度高于195℃，隨著溫度的升高，生成物的產(chǎn)率逐漸降低，鉬鎳礦粉催化劑的活性逐漸降低，最后因?yàn)楦邷厥蛊涫セ钚远鵁o催化作用。

七、溶液冷卻

有些實(shí)驗(yàn)操作需要等溶液冷卻下才能進(jìn)行，比如一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制過程，在酸稀釋或堿溶液配制過程會放出熱量，要等冷卻才能轉(zhuǎn)移到容量瓶中。再如用量氣筒在測量氣體體積時往往要冷卻后再讀數(shù)，才不會出現(xiàn)誤差。若要往溶液加入鹽酸或硝酸酸化，則應(yīng)先冷卻后再加入酸，避免揮發(fā)或分解。

八、反應(yīng)條件

加熱、點(diǎn)燃、高溫、煅燒等都作為反應(yīng)的條件，它們只是溫度不同，不過在試題中，最常見的控制溫度，比如某溶液蒸發(fā)濃縮需保持溫度在90℃～100℃，控制溫度實(shí)驗(yàn)方法是什么？這里主要指的是水浴加熱，水浴加熱的優(yōu)點(diǎn)是便于控制溫度（100℃以下）與反應(yīng)物受熱均勻。

現(xiàn)在高考中的無機(jī)方框推斷題已經(jīng)逐漸被化工流程題所取代，因?yàn)楹笳吒N近工業(yè)生產(chǎn)，更能體現(xiàn)新課程理念，而化工流程題重在探究，重在考查學(xué)生分析與解決問題的能力，而溫度作為一種常用的實(shí)驗(yàn)控制條件，值得我們探討與總結(jié)。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦晉穎，鄒貴田.鉬鎳催化劑催化合成溴代正幸烷[J].貴陽學(xué)院生物與環(huán)境工程系.貴州貴陽.550005第3卷.第4期.2008年12月.

[2]李文波，毛鵬生.化工時刊.第6期.1998.