Question

11．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圖：

（注：SiCl₄的沸點(diǎn)為57.6℃，金屬氯化物的沸點(diǎn)均高于150℃）
（1）已知1mol石墨完全轉(zhuǎn)化為金剛石需要吸收1.9kJ的能量，請(qǐng)寫出石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的熱化學(xué)反應(yīng)方程式：C（石墨）═C（金剛石）△H=+1.9kJ/mol．
（2）向反應(yīng)器中通入Cl₂前，需通一段時(shí)間的N₂，高溫反應(yīng)后，石墨中的氧化物雜質(zhì)均轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氯化物，80℃冷凝的目的是：分離金屬和非金屬氧化物，由活性炭得到氣體Ⅱ的化學(xué)反應(yīng)方程式為：2C+2Cl₂+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiCl₄+2CO．
（3）加入過(guò)量NaOH溶液得到溶液Ⅳ的離子反應(yīng)方程式為：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，F(xiàn)e³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓．
（4）用化學(xué)反應(yīng)原理解釋得到沉淀Ⅴ的過(guò)程中乙酸乙酯和加熱的作用：加入乙酸乙酯除去過(guò)量的氫氧化鈉，且加熱條件下促進(jìn)偏鋁酸鈉水解平衡一直正向移動(dòng)，得到氫氧化鋁沉淀、醋酸鈉、乙醇，反應(yīng)離子方程式為AlO₂^-+CH₃COOCH₂CH₃+2H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CH₃COO^-+CH₃CH₂OH+Al（OH）₃↓．1kg初級(jí)石墨最多可獲得Ⅴ的質(zhì)量為0.078kg．

Answer 1

分析 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，固體Ⅲ存在AlCl₃、FeCl₃、MgCl₂，其中FeCl₃、MgCl₂與過(guò)量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)得到沉淀，而氯化鋁與過(guò)量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，過(guò)濾得到的溶液中含有偏鋁酸鈉、過(guò)量的氫氧化鈉，在濾液中偏鋁酸鈉發(fā)生水解，加入乙酸乙酯除去過(guò)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，據(jù)此答題．

解答 解：（1）已知1mol石墨完全轉(zhuǎn)化為金剛石需要吸收1.9kJ的能量，則石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為C（石墨）═C（金剛石）△H=+1.9kJ/mol，
故答案為：C（石墨）═C（金剛石）△H=+1.9kJ/mol；
（2）石墨過(guò)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，其目的為分離金屬和非金屬氧化物，由活性炭得到氣體Ⅱ的化學(xué)反應(yīng)方程式為：2C+2Cl₂+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiCl₄+2CO，
故答案為：分離金屬和非金屬氧化物；2C+2Cl₂+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiCl₄+2CO；
（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(guò)量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)得到沉淀，而氯化鋁與過(guò)量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，攪拌、過(guò)濾得到溶液IV，故溶液IV中的陰離子有：AlO₂^-、OH^-、Cl^-，
故答案為：過(guò)濾；AlO₂^-、OH^-、Cl^-；
（3）根據(jù)以上分析，固體Ⅲ存在AlCl₃、FeCl₃、MgCl₂，其中FeCl₃、MgCl₂與過(guò)量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)得到沉淀，而氯化鋁與過(guò)量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，則反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，F(xiàn)e³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，故答案為：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，F(xiàn)e³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；
（4）偏鋁酸鈉發(fā)生水解，加入乙酸乙酯除去過(guò)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的總反應(yīng)的離子方程式為AlO₂^-+CH₃COOCH₂CH₃+2H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CH₃COO^-+CH₃CH₂OH+Al（OH）₃↓，Al₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.1%，則1kg初級(jí)石墨中氧化鋁的質(zhì)量=1kg×5.1%=0.051kg，根據(jù)Al元素守恒，可知?dú)溲趸�鋁的質(zhì)量為 $\frac{0.051kg×\frac{54}{102}}{\frac{27}{78}}$=0.078kg，
故答案為：加入乙酸乙酯除去過(guò)量的氫氧化鈉，且加熱條件下促進(jìn)偏鋁酸鈉水解平衡一直正向移動(dòng)，得到氫氧化鋁沉淀、醋酸鈉、乙醇，反應(yīng)離子方程式為AlO₂^-+CH₃COOCH₂CH₃+2H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CH₃COO^-+CH₃CH₂OH+Al（OH）₃↓；0.078．

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)，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�，題目難度不大．