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第一种——灼烧

1、定义：

煅烧将固体物质加热到高温以达到脱水、分解或除去挥发性杂质，烧去有机物等目的的操作。在化学实验中灼烧通常除去式样中的有机物和铵盐。

2、操作：

灼烧的方法是将固体放在坩埚中，直接用煤气灯或电炉加热，或至于高温电炉中按要求温度进行加热。

3、作用：

原料在空气中灼烧，焙烧的目的主要有两点：

(1)为非金属元素被氧化为高价气态氧化物逸出或氧化成高价态化合物；

(2)为金属元素被氧化为高价态氧化物或高价态化合物。

4、操作温度：

灼烧在实验室中的温度最高温度达1000摄氏度左右。

5、常见应用：

灼烧海带、颜色反应、焰色试验、灼烧失重、灼烧残渣等。

6、高考实例

【例1】碳、硫的含量影响钢铁性能。某兴趣小组用如下流程对钢样进行探究。

(1)钢样中硫元素以FeS形式存在，FeS在足量氧气中灼烧，生成的固体产物中Fe、O两种元素的质量比为21：8，则该固体产物的化学式为Fe₃O₄

生成的固体产物中Fe、O两种元素的质量比为21：8，则Fe、O两种元素的物质的量之比为：=，则该固体产物的化学式为Fe₃O₄；

(2)检验钢样灼烧生成气体中的CO₂，需要的试剂是AB(填字母)。

A.酸性KMnO₄溶液 B.澄清石灰水 C.饱和小苏打溶液 D.浓H₂SO₄

钢样灼烧生成气体中含有CO₂和SO₂，二氧化硫也能够使澄清石灰水变浑浊，因此需要用酸性KMnO₄溶液反应除去二氧化硫后再用澄清石灰水检验。

【例2】(2021·山东济南市·高三三模)综合利用研究发现，硼镁铁矿(主要成分为，含有SiO₂、FeO、Fe₂O₃等杂质)可以制备硼酸、铁红和碳酸镁等常用化工试剂，工艺流程图如下：

此流程中灼烧的目的硼镁铁矿经过粉碎增大了与酸的接触面积，提高了反应速率，经过硫酸酸浸得到含有H₂SO₄、MgSO₄、FeSO₄、Fe₂(SO₄)₃、H₃BO₃的混合溶液，SiO₂没有溶解，过滤直接除去，加H₂O₂把Fe^2＋氧化为Fe^3＋，再加MgO或者Mg(OH)₂等，调节溶液的pH，将Fe^3＋转化为Fe(OH)₃沉淀，灼烧Fe(OH)₃得到铁红Fe₂O₃

第二种——焙烧

1、定义：

物料(矿石和精矿)在低于其熔化温度的条件下，使其发生脱水、分解、氧化、还原、氯化、硫酸化、结块或球团等过程。

2、分类：

依据焙烧时所发生的化学过程的不同，分为氧化焙烧、还原焙烧、氯化焙烧、硫酸化焙烧；依据其物理状态的不同，分为粉状焙烧和烧结(结块焙烧)。

(1)氯化焙烧：在矿物或盐类中添加氯化剂进行高温处理，使物料中某些组分转变为气态或凝聚态的氧化物，从而同其他组分分离。

(2)硫酸化焙烧：以二氧化硫为反应剂的焙烧过程，通常用于硫化物矿的焙烧，使金属硫化物氧化为易溶于水的硫酸盐。

(3)钠化焙烧：在固体物料中加入适量的氯化钠、硫酸钠等钠化剂，焙烧后产物为易溶于水的钠盐。

(4)碱性焙烧：以纯碱、烧碱或石灰石等碱性物质为反应剂，对固体原料进行高温处理的一种碱解过程。

3、作用：

依据物料的性质和后序加工方法的不同，焙烧具有不同的目的：

(1)使矿石中的非氧化 物矿物变成氧化物，这些氧化物在湿法冶金过程中会转入溶液中以提取金属， 在火法冶金过程中会还原成金属状态；

(2)掉矿石中对冶金过程有害的水分 及其它易挥发组分(如砷、锑等)；

(3)使粉状物料变成块状或球团状，利于冶炼过程的进行。

4、影响因素

影响固体物料焙烧的转化率与反应速度的主要因素是焙烧温度、 固体物料的粒度、 固体颗粒外表面性质、物料配比以及气相中各反应组分的分压等。工业上可以通过增加氧气的量、固体充分粉碎、逆流焙烧、适当升温等来提高焙烧效率。

5、操作温度：

为避免物质融化反应温度一般低于熔点，焙烧的温度一般在500摄氏度到1000摄氏度之间。

6、适用条件：

焙烧反应以固－气反应为主，有时兼有固－固、固－液及气－液的相互反应或作用。

7、高考实例

【例1】(2022·安徽芜湖·三模)硫酸锰是一种重要的化工中间体。一种以高硫锰矿(主要成分为含锰化合物及FeS)与氧化锰矿(主要成分为MnO₂等锰的氧化物)为原料制备硫酸锰的工艺流程如下：

已知：“混合焙烧”后烧渣含MnsO₄、Fe₂O₃及少量FeO、Al₂O₃、MgO。

此流程中利用焙烧的原因：高锰矿含有FeS，“混合焙烧”可以将金属硫化物转化为金属氧化物，同时除去硫元素，故“混合焙烧”主要目的是除去矿物中的硫元素(或将硫化物转变为金属氧化物)

【例2】【2021山东高考17】工业上以铬铁矿(FeCr₂O₄，含Al、Si氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na₂Cr₂O₇•2H₂O)的工艺流程如图。回答下列问题：

此实验中焙烧的目的是将FeCr₂O₄转化为N_A2Cr₂O₄并将Al、Si氧化物转化为可溶性钠盐，焙烧时气体与矿料逆流而行，目的是增大反应物接触面积，提高化学反应速率，提高反应物转化率。

【例3】(2022·全国·模拟预测)五氧化二钒(V₂O₅)在冶金、催化剂、磁性材料等领域有重要作用。实验室以含钒废料(含有V₂O₃、Fe₂O₃、Al₂O₃、CuO、有机物等)来制备V₂O₅的一种工艺流程如下：

含钒废料中的有机物主要在焙烧工序中除去，通过焙烧除去有机物以及生成适合产物，有机物一般易燃，故在第一步焙烧过程中有机物基本除净

第三种——煅烧

1、定义：

煅烧是指缓和了物质分子结构的内在张力，从而使之能够适应在塑形过程中不断增强的力量，并于完工时更加结实。

2、影响因素：

煅烧温度、气相成分、化合物的热稳定性等。因此根据各种化合物(如碳酸盐、氧化物、氢氧化物一硫化物、含氧酸盐等)的热稳定性不相同，采用控制煅烧温度和气相组成，可以选择性改变某些化合物的组成或发生晶形的转变，再用相应方法处理，可以达到除去杂质和使有用组分离富集的目的。

3、作用：

改变结构，使原料更加结实。

4、操作温度：

煅烧在工业上的温度一般都是大于1200摄氏度。

5、适用条件：

煅烧适于如锤打、扭转和弯曲等处理方式。

6、高考实例

【例1】以白云石(主要成分为CaCO₃和MgCO₃)为原料制备氧化镁和轻质碳酸钙的一种工艺流程如下：

煅烧所得固体的活性与其中CaO含量及固体疏松程度有关。其他条件相同时，将不同温度下的煅烧所得固体样品加入酸化的酚酞溶液中，引起溶液变色所需时间不同，由此可知煅烧所得固体的活性差异。溶液变色的时间与各样品煅烧温度的关系如图所示。当温度高于950 ℃时，煅烧所得固体易板结，活性降低；当温度低于950 ℃时，活性降低的原因为煅烧温度较低，CaCO₃未完全分解，CaO的含量偏低。将不同温度下的煅烧所得固体样品加入水中，也可测量其活性，则此时需测量的数据为相同时间后温度与样品煅烧温度之间的关系。

煅烧温度较低，CaCO₃未完全分解，CaO的含量偏低，所以活性降低；氧化钙和水反应放热，氧化钙含量越高与样品与水反应放出的热量越多，所以也可将不同温度下的煅烧所得固体样品加入水中，测量的相同时间后反应液的温度与样品煅烧温度之间的关系，来判断样品的活性。