Question

17．石墨在材料領域有重要應用．某初級石墨中含SiO₂（7.8%）、Al₂O₃（5.1%）、Fe₂O₃（3.1%）和MgO（0.5%）等雜質．設計的提純與綜合利用工藝如圖1：

（注：SiCl₄的沸點為57.6℃，金屬氯化物的沸點均高于150℃）
（1）向反應器中通入Cl₂前，需通一段時間N₂，主要目的是通入氮氣排盡裝置中的空氣，防止石墨發(fā)生氧化反應，減少石墨損失
（2）高溫反應后，石墨中氧化物雜質均轉變?yōu)橄鄳�的氯化物．氣體Ⅰ中的碳氧化物主要為CO．由氣體Ⅱ中某物得到水玻璃的化學反應方程式為SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O
（3）步驟①為：攪拌、過濾．所得溶液Ⅳ中的陰離子有AlO₂^-、OH^-、Cl^-．
（4）由溶液Ⅳ生成沉淀Ⅴ的總反應的離子方程式為AlO₂^-+CH₃COOCH₂CH₃+2H₂O$\stackrel{△}{→}$CH₃COO^-+CH₃CH₂OH+Al（OH）₃↓，100kg初級石墨最多可能獲得Ⅴ的質量為7.8kg．
（5）石墨可用于自然水體中銅件的電化學防腐，完成如圖2防腐示意圖，并作相應標注．

Answer 1

分析 （1）石墨化學性質在常溫下穩(wěn)定，而在高溫下可與氧氣發(fā)生反應，所以通入氮氣排盡裝置中的空氣，防止石墨發(fā)生氧化反應；
（2）高溫反應后，石墨中氧化物雜質均轉變?yōu)橄鄳�的氯化物，根�?jù)雜質的含量可知，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的沸點為57.6℃，金屬氯化物的沸點均高于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得到硅酸鈉與氯化鈉；
（3）金屬氯化物的沸點均高于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得到沉淀，而氯化鋁與過量的氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉，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，得到氫氧化鋁沉淀、醋酸鈉、乙醇；
根據(jù)氧化鋁的含量計算氧化鋁質量，再根據(jù)Al元素守恒計算氫氧化鋁的質量；
（5）Cu的化學性質比石墨活潑，所以應用外接電流的陰極保護法保護Cu，故石墨作陽極，連接電源的正極，Cu作陰極，連接電源的負極．

解答 解：（1）石墨化學性質在常溫下穩(wěn)定，而在高溫下可與氧氣發(fā)生反應，所以通入氮氣排盡裝置中的空氣，防止石墨發(fā)生氧化反應，減少石墨損失，
故答案為：通入氮氣排盡裝置中的空氣，防止石墨發(fā)生氧化反應，減少石墨損失；
（2）石墨過量高溫反應后，石墨中氧化物雜質均轉變?yōu)橄鄳�的氯化物，根�?jù)雜質的含量可知，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的沸點為57.6℃，金屬氯化物的沸點均高于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得到硅酸鈉與氯化鈉，化學反應方程式為：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得到沉淀，而氯化鋁與過量的氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉，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：過濾；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，得到氫氧化鋁沉淀、醋酸鈉、乙醇，由溶液IV生成沉淀V的總反應的離子方程式為：AlO₂^-+CH₃COOCH₂CH₃+2H₂O$\stackrel{△}{→}$CH₃COO^-+CH₃CH₂OH+Al（OH）₃↓，
Al₂O₃的質量分數(shù)為5.1%，則100kg初級石墨中氧化鋁的質量=100kg×5.1%=5.1kg，根據(jù)Al元素守恒，可知氫氧化鋁的質量=$\frac{5.1kg×\frac{54}{102}}{\frac{27}{78}}$=7.8kg；
故答案為：AlO₂^-+CH₃COOCH₂CH₃+2H₂O$\stackrel{△}{→}$CH₃COO^-+CH₃CH₂OH+Al（OH）₃↓；7.8；
（5）Cu的化學性質比石墨活潑，所以應用外接電流的陰極保護法保護Cu，故石墨作陽極，連接電源的正極，Cu作陰極，連接電源的負極，裝置圖為：，
故答案為：．

點評 本題考查物質制備分離、閱讀題目獲取信息能力、化學方程式及離子方程式書寫、化學計算、電化學防護等，需要學生具備扎實的基礎及遷移運用能力，難度中等．