Question

2．石墨在材料領(lǐng)域有重要應(yīng)用．某初級(jí)石墨中含SiO₂（7.8%）、Al₂O₃（5.1%）、Fe₂O₃（3.1%）和MgO（0.5%）等雜質(zhì)．設(shè)計(jì)的提純與綜合利用工藝如下：

（注：SiCl₄的沸點(diǎn)為57.6℃，金屬氯化物的沸點(diǎn)均高于150℃）
（1）向反應(yīng)器中通入Cl₂前，需通一段時(shí)間N₂，主要目的是排除裝置中的空氣．
（2）高溫反應(yīng)后，石墨中氧化物雜質(zhì)均轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氯化物，氧元素主要轉(zhuǎn)化為CO（填化學(xué)式）．氣體Ⅱ中某物質(zhì)反應(yīng)得到水玻璃的化學(xué)方程式為SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O．
（3）溶液Ⅳ含有的陰離子有AlO₂^-、OH^-、Cl^-．
（4）100kg初級(jí)石墨最多可能獲得沉淀Ⅴ的質(zhì)量為7.8kg．

Answer 1

分析 （1）石墨化學(xué)性質(zhì)在常溫下穩(wěn)定，而在高溫下可與氧氣發(fā)生反應(yīng)，所以通入氮?dú)馀疟M裝置中的空氣，防止石墨發(fā)生氧化反應(yīng)；
（2）高溫反應(yīng)后，石墨中氧化物雜質(zhì)均轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氯化物，根據(jù)雜質(zhì)的含量可知，氣體I中氯化物主要為SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃等，氣體I中碳氧化物主要為CO，SiCl₄的沸點(diǎn)為57.6℃，金屬氯化物的沸點(diǎn)均高于150℃，80℃冷卻得到的氣體Ⅱ含有SiCl₄及CO，SiCl₄與氫氧化鈉溶液反應(yīng)得到硅酸鈉與氯化鈉；
（3）金屬氯化物的沸點(diǎn)均高于150℃，則固體Ⅲ中存在AlCl₃、FeCl₃、MgCl₂，其中FeCl₃、MgCl₂與過量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)得到沉淀，而氯化鋁與過量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，過濾得到的溶液中含有偏鋁酸鈉、過量的氫氧化鈉；
（4）偏鋁酸鈉發(fā)生水解，加入乙酸乙酯除去過量的氫氧化鈉，且加熱條件下水解平衡一直正向移動(dòng)，得到氫氧化鋁沉淀、醋酸鈉、乙醇；根據(jù)氧化鋁的含量計(jì)算氧化鋁質(zhì)量，再根據(jù)Al元素守恒計(jì)算氫氧化鋁的質(zhì)量．

解答 解：（1）石墨化學(xué)性質(zhì)在常溫下穩(wěn)定，而在高溫下可與氧氣發(fā)生反應(yīng)，所以通入氮?dú)馀疟M裝置中的空氣，防止石墨發(fā)生氧化反應(yīng)，減少石墨損失，
故答案為：排除裝置中的空氣；
（2）石墨過量高溫反應(yīng)后，石墨中氧化物雜質(zhì)均轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氯化物，根據(jù)雜質(zhì)的含量可知，氣體I中氯化物主要為SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃等，氣體I中碳氧化物主要為CO，SiCl₄的沸點(diǎn)為57.6℃，金屬氯化物的沸點(diǎn)均高于150℃，80℃冷卻得到的氣體Ⅱ含有SiCl₄及CO，SiCl₄與氫氧化鈉溶液反應(yīng)得到硅酸鈉與氯化鈉，化學(xué)反應(yīng)方程式為：SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O，
故答案為：CO；SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O；
（3）金屬氯化物的沸點(diǎn)均高于150℃，則固體Ⅲ中存在AlCl₃、FeCl₃、MgCl₂，其中FeCl₃、MgCl₂與過量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)得到沉淀，而氯化鋁與過量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，攪拌、過濾得到溶液IV，故溶液IV中的陰離子有：AlO₂^-、OH^-、Cl^-，
故答案為：AlO₂^-、OH^-、Cl^-；
（4）偏鋁酸鈉發(fā)生水解，加入乙酸乙酯除去過量的氫氧化鈉，且加熱條件下水解平衡一直正向移動(dòng)，得到氫氧化鋁沉淀、醋酸鈉、乙醇，由溶液IV生成沉淀V的反應(yīng)為：AlO₂^-+CH₃COOCH₂CH₃+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CH₃COO^-+CH₃CH₂OH+Al（OH）₃↓，
Al₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.1%，則100kg初級(jí)石墨中氧化鋁的質(zhì)量=100kg×5.1%=5.1kg，根據(jù)Al元素守恒，可知?dú)溲趸�鋁的質(zhì)量為：$\frac{5.1kg×\frac{54}{102}}{\frac{27}{28}}$=7.8kg，
故答案為：7.8．

點(diǎn)評(píng) 本題考查混合物分離提純的綜合應(yīng)用，為高頻考點(diǎn)，題目難度中等，把握物質(zhì)的性質(zhì)、流程中的反應(yīng)及混合物分離方法為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋?/p>