Question

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____________________。

(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。氣體Ⅰ中的碳氧化物主要為_(kāi)_______。由氣體Ⅱ中某物得到水玻璃的化學(xué)反應(yīng)方程式為_(kāi)___________________________________________。

(3)步驟①為：攪拌、________。所得溶液Ⅳ中的陰離子有________。

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

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

Answer 1

(1)排除裝置中的空氣 　

(2)CO　 SiCl₄＋6NaOH===Na₂SiO₃＋4NaCl＋3H₂O 　

(3)過(guò)濾　AlO和Cl^－  　

(4)AlO＋CH₃COOCH₂CH₃＋2H₂OCH₃COO^－＋CH₃CH₂OH＋Al(OH)₃↓　7.8 　

(5)

[解析] (1)通入N₂的目的是為了排除裝置中的空氣(特別是氧氣)，防止在高溫時(shí)石墨與氧氣反應(yīng)。(2)高溫反應(yīng)后，SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO分別轉(zhuǎn)化為SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃、MgCl₂。因?yàn)槭�墨是過(guò)量的，故高溫條件下，C和SiO₂、Fe₂O₃反應(yīng)生成的是CO。由于SiCl₄的沸點(diǎn)為57.6 ℃，低于80 ℃，故氣體Ⅱ?yàn)镾iCl₄，在NaOH溶液中水解生成Na₂SiO₃和NaCl: SiCl₄＋6NaOH===Na₂SiO₃＋4NaCl＋3H₂O。(3)AlCl₃、FeCl₃、MgCl₂的沸點(diǎn)均高于150 ℃，在80 ℃下變?yōu)楣腆wⅢ， AlCl₃、FeCl₃、MgCl₂和過(guò)量NaOH反應(yīng)后生成NaAlO₂、Fe(OH)₃、Mg(OH)₂和NaCl，通過(guò)過(guò)濾將沉淀Fe(OH)₃和Mg(OH)₂濾出，得到的溶液Ⅳ主要含NaAlO₂和NaCl。(4)NaAlO₂發(fā)生水解導(dǎo)致溶液顯堿性：NaAlO₂＋2H₂OAl(OH)₃＋NaOH，加入乙酸乙酯后，發(fā)生水解：CH₃COOCH₂CH₃＋NaOHCH₃COONa＋CH₃CH₂OH，促使NaAlO₂徹底水解生成Al(OH)₃沉淀。溶液Ⅳ轉(zhuǎn)化為沉淀Ⅴ的反應(yīng)為NaAlO₂＋2H₂O＋CH₃COOCH₂CH₃Al(OH)₃↓＋CH₃COONa＋CH₃CH₂OH。根據(jù)Al原子守恒，可知100 kg初級(jí)石墨可得m[Al(OH)₃]＝×2×78 g·mol^－1＝7.8 kg。

(5)水體中銅件的電化學(xué)防腐利用了電解保護(hù)法，該方法中石墨作陽(yáng)極，銅件作陰極，即外加電流的陰極保護(hù)法；若將石墨與銅件直接相連，形成原電池，則銅作負(fù)極被氧化，所以不可采用。