Question

【題目】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57.6C，金屬氯化物的沸點均高于150C）

（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，完成圖防腐示意圖，并作相應標注。

Answer 1

【答案】（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）

【解析】本題解題要點：根據題目的要求分析每個操作步驟的作用，意義何在；根據流程圖中的反應條件、溫度以及反應后的操作判斷上步操作的目的、操作名稱；根據反應條件、目的寫出化學方程式、離子方程式，運用元素守恒法進行計算；最后根據物質的性質選擇合適的防護方法。

（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57.6C，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。