Question

（16分）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57.6ºC，金屬氯化物的沸點(diǎn)均高于150ºC）
（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，完成下圖防腐示意圖，并作相應(yīng)標(biāo)注。

Answer 1

（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）

試題分析：（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57.6ºC，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150ºC，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。