Question

【題目】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)的提純和綜合應(yīng)用工藝如下：

（注：SiCl4的沸點(diǎn)是57.6C，金屬氯化物的沸點(diǎn)均高于150C）

（1）向反應(yīng)器中通入Cl2前，需通一段時(shí)間的N2，主要目的是 。

（2）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。氣體I中的氯化物主要為 。由氣體II中某物質(zhì)得到水玻璃的化學(xué)方程式為 。

（3）步驟①為：攪拌、 。所得溶液IV中陰離子有 。

（4）由溶液IV生成沉淀V的總反應(yīng)的離子方程式為 。100kg初級(jí)石墨最多可獲得V的質(zhì)量為 kg。

（5）石墨可用于自然水體中銅件的電化學(xué)防腐，完成圖防腐示意圖，并作相應(yīng)標(biāo)注。

Answer 1

【答案】（1）排除空氣，減少C的損失；

（2）SiCl4+6NaOH =Na2SiO3+4NaCl+3H2O；

（3）過(guò)濾；Cl-、OH-、AlO2；

（4）CH3COOCH2CH3+AlO2+ 2H2O Al(OH)3↓+CH3COO-+ CH3 CH2OH；78

（5）

【解析】本題解題要點(diǎn)：根據(jù)題目的要求分析每個(gè)操作步驟的作用，意義何在；根據(jù)流程圖中的反應(yīng)條件、溫度以及反應(yīng)后的操作判斷上步操作的目的、操作名稱(chēng)；根據(jù)反應(yīng)條件、目的寫(xiě)出化學(xué)方程式、離子方程式，運(yùn)用元素守恒法進(jìn)行計(jì)算；最后根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)選擇合適的防護(hù)方法。

（1）石墨的化學(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N2目的是作保護(hù)氣，排除空氣中的氧氣，減少C的損失；

（2）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。根據(jù)雜質(zhì)的含量，氣體I中的氯化物主要SiCl4、AlCl3、FeCl3；SiCl4的沸點(diǎn)是57.6C，所以氣體II為SiCl4，與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成硅酸鈉和氯化鈉，化學(xué)方程式為SiCl4+6NaOH =Na2SiO3+4NaCl+3H2O；

（3）金屬氯化物的沸點(diǎn)均高于150C，所以固體III中存在氯化鋁、氯化鐵、氯化鎂，其中氯化鐵、氯化鎂與過(guò)量氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成沉淀，而氯化鋁與過(guò)量氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，所以攪拌后過(guò)濾，所得溶液IV中陰離子有；Cl-、OH-、AlO2；

（4）偏鋁酸鈉發(fā)生水解反應(yīng)，加入乙酸乙酯的目的是除去過(guò)量的氫氧化鈉且加熱條件下水解平衡一直正向移動(dòng)，生成沉淀氫氧化鋁，總離子方程式為

CH3COOCH2CH3+AlO2+ 2H2O→ Al(OH)3↓+CH3COO-+ CH3 CH2OH；1000kg石墨中含有Al2O351kg，根據(jù)元素守恒，可得到Al(OH)3的質(zhì)量是78kg。

（5）銅的化學(xué)性質(zhì)比石墨活潑，所以應(yīng)用外加電流的陰極保護(hù)法保護(hù)銅，所以石墨作陽(yáng)極，銅作陰極。在圖中注明電源的正負(fù)極，石墨與正極相連，銅與負(fù)極相連。