Question

石墨在材料领域有重要应用，某初级石墨中含SiO₂（7.8%）、Al₂O₃（5.1%）、Fe₂O₃（3.1%）和MgO（0.5%）等杂质，设计的提纯与综合利用工艺如下：

（注：SiCl₄的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃）

（1）向反应器中通入Cl₂前，需通一段时间N₂，主要目的是_________________。

（2）高温反应后，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物，写出由气体II中某物质得到水玻璃的化学反应方程式为_________________。

（3）步骤①为：搅拌、过滤，所得溶液IV中的三种阴离子是____________。

（4）由溶液IV生成沉淀V的反应的离子方程式为_____________，100kg初级石墨最多可获得V的质量为___________kg。

（5）使用上面提纯得到的石墨电极电解NO可制得 NH₄NO₃酸性溶液，其工作原理如下图所示，① 试写出电解池阴极的电极反应式                      。② 为使电解产物全部转化为NH₄NO₃，需补充物质A，A是           ，说明理由：                    。

Answer

（15分）

（1）排出空气，作为保护气，防止石墨被空气中的氧气氧化而损耗。

（2）SiCl4+6NaOH＝Na2SiO3+4NaCl+3H2O

（3）Cl－、AlO2－、OH－。

（4）AlO2—+CO2+2H2O HCO3— + Al(OH)3↓；7.8Kg

（5）阴极：NO＋5e－＋ 6H＋===NH4+＋ H2O；氨气或氨水；根据反应8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3，电解产生的HNO3多。

【解析】

试题分析：（1）石墨化学性质在常温下稳定，而在高温下可与氧气发生反应，所以通入氮气排尽装置中的空气，防止石墨发生氧化反应，减少石墨损失，故答案为：排除装置中的空气；

（2）石墨过量高温反应后，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物，根据杂质的含量可知，气体I中氯化物主要为SiCl4、AlCl3、FeCl3等，气体I中碳氧化物主要为CO，SiCl4的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃，80℃冷却得到的气体Ⅱ含有SiCl4及CO，SiCl4与氢氧化钠溶液反应得到硅酸钠与氯化钠，化学反应方程式为：SiCl4+6NaOH=Na2SiO3+4NaCl+3H2O，故答案为：SiCl4+6NaOH=Na2SiO3+4NaCl+3H2O；

（3）金属氯化物的沸点均高于150℃，则固体Ⅲ中存在AlCl3、FeCl3、MgCl2，其中FeCl3、MgCl2与过量的氢氧化钠溶液反应得到沉淀，而氯化铝与过量的氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，搅拌、过滤得到溶液IV，故溶液IV中的阴离子有：AlO2-、OH-、Cl-，故答案为：AlO2-、OH-、Cl-；

（4）偏铝酸钠发生水解，加入乙酸乙酯除去过量的氢氧化钠，且加热条件下水解平衡一直正向移动，得到氢氧化铝沉淀、醋酸钠、乙醇，由溶液IV生成沉淀V的总反应的离子方程式为AlO2-+CH3COOCH2CH3+2H2OCH3COO-+CH3CH2OH+Al（OH）3↓，Al2O3的质量分数为5.1%，则100kg初级石墨中氧化铝的质量=100kg×5.1%=5.1kg，根据Al元素守恒，可知氢氧化铝的质量为=7.8kg，故答案为：AlO2-+CH3COOCH2CH3+2H2OCH3COO-+CH3CH2OH+Al（OH）3↓；7.8

（5）电解NO制备NH4NO3，阳极反应为NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+，阴极反应为：NO+5e-+6H+=NH4++H2O，从两极反应可看出，要使得失电子守恒，阳极产生的NO3-的物质的量大于阴极产生的NH4+的物质的量，总反应方程式为：8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3，因此若要使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充NH3，故答案为：NO+5e-+6H+═NH4++H2O；氨气或氨水，根据反应8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3，电解产生的HNO3多。

考点：考查了混合物分离提纯的综合应用的相关知识。