Question

（16分）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。設計的提純和綜合應用工藝如下：

（注：SiCl₄的沸點是57.6ºC，金屬氯化物的沸點均高于150ºC）
（1）向反應器中通入Cl₂前，需通一段時間的N₂，主要目的是                      。
（2）高溫反應后，石墨中的氧化物雜質均轉變為相應的氯化物。氣體I中的氯化物主要為                      。由氣體II中某物質得到水玻璃的化學方程式為                      。
（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的總反應的離子方程式為                      。100kg初級石墨最多可獲得V的質量為kg                      。
（5）石墨可用于自然水體中銅件的電化學防腐，完成下圖防腐示意圖，并作相應標注。

Answer 1

（1）排除空氣，減少C的損失；
（2）SiCl₄+6NaOH =Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O；
（3）過濾；Cl^-、OH^-、AlO₂^?；
（4）CH₃COOCH₂CH₃+AlO₂^?+ 2H₂O  Al(OH)₃↓+CH₃COO^-+ CH₃ CH₂OH；78
（5）

試題分析：（1）石墨的化學性質在常溫下穩定，而在高溫下可與氧氣發生反應，所以通入N₂目的是作保護氣，排除空氣中的氧氣，減少C的損失；
（2）高溫反應后，石墨中的氧化物雜質均轉變為相應的氯化物。根據雜質的含量，氣體I中的氯化物主要SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃；SiCl₄的沸點是57.6ºC，所以氣體II為SiCl₄，與氫氧化鈉溶液反應生成硅酸鈉和氯化鈉，化學方程式為SiCl₄+6NaOH =Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O；
（3）金屬氯化物的沸點均高于150ºC，所以固體III中存在氯化鋁、氯化鐵、氯化鎂，其中氯化鐵、氯化鎂與過量氫氧化鈉溶液反應生成沉淀，而氯化鋁與過量氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉，所以攪拌后過濾，所得溶液IV中陰離子有Cl^-、OH^-、AlO₂^?；
（4）偏鋁酸鈉發生水解反應，加入乙酸乙酯的目的是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，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，根據元素守恒，可得到Al(OH)₃的質量是78kg。
（5）銅的化學性質比石墨活潑，所以應用外加電流的陰極保護法保護銅，所以石墨作陽極，銅作陰極。在圖中注明電源的正負極，石墨與正極相連，銅與負極相連。