化工流程題中反應條件的控制

吳俊財

化工生產流程中，對加入試劑的量和反應條件的控制是非常嚴格的，所有的反應都是在一定條件下進行的．溫度、濃度、用量、酸堿性等都是需要控制的變量，不同的條件下會有不同的結果．

１ 控制溫度

溫度控制貫穿整個化工流程，不管是原料的處理還是反應物質的浸取，或是雜質的去除、物質的結晶，都需要控制一定的溫度．

例１ 二氧化鈰（CeO２）具有較強的氧化性，是一種應用非常廣泛的稀土氧化物．以氟碳鈰礦（主要含CeFCO３、BaO 等）為原料制備CeO２ 的一種工藝流程如圖１所示．

“酸浸”時，鈰的浸出率與溫度、c（H＋ ）的關系如圖２所示，應選擇的最適宜的條件為____（填標號）．

“酸浸”不用鹽酸的理由是____（任寫兩點）．

分析 由圖可知，溫度為８５ ℃、c （H＋ ）為２.５molL－１時，鈰的浸出率最高．“酸浸”步驟中，用硫酸浸取，BaO 與硫酸反應生成BaSO４ 沉淀，若用鹽酸替代硫酸，CeO２ 具有較強的氧化性會被鹽酸還原為Ce３＋ ，生成有毒的Cl２ 會污染環境，且鹽酸不能除去雜質Ba２＋ ．

控制溫度主要從以下幾個方面考慮：１）加快化學反應速率或使催化劑的活性最大;２）從平衡移動角度使化學平衡向某方向移動;３）促進水解，有利于物質的聚沉;４）控制物質的溶解或結晶;５）防止物質的分解或揮發．

２ 控制溶液的pH

調節溶液的pH 可以促進物質的溶解、分離除雜、促進沉淀的生成等．

例２ 采用廢鐵屑還原軟錳礦（軟錳礦主要成分是MnO２，還含有Fe２O３、MgO、SiO２ 和NiCO３ 雜質）來制備Mn的工藝流程如圖３所示．

已知：① Ksp（MnS）＝２.６×１０－１０，Ksp（NiS）＝２.０×１０－２１．

② 生成氫氧化物的pH 如表１所示．

（１）加入MnO２ 的目的是_____．

控制試劑的加入量可從以下幾個方面考慮：

１）使反應完全進行，增大轉化率或產率;

２）氧化某物質，使其轉化為容易沉淀的離子;３）要考慮加入的試劑是否會引入新的雜質;４）要考慮綠色化學（循環利用、廢物處理、原子利用率等）．

總之，分析化工流程中反應條件的控制，首先要深刻理解題目的含義，再選擇最佳的溫度、時間或濃度，至于溶液的pH 范圍要根據題給條件確定或通過計算得出，加入的試劑要考慮便于后續過程的提純．