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。气体Ⅰ中的碳氧化物主要为          。由气体Ⅱ中某物得到水玻璃的化学反应方程式为                      。

（3）步骤①为：搅拌、          。所得溶液Ⅳ中的阴离子有          。

（4）由溶液Ⅳ生成沉淀Ⅴ的总反应的离子方程式为                      ，

100kg初级石墨最多可能获得Ⅴ的质量为          kg。

（5）石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成如图防腐示意图，并作相应标注。

Answer

（1）排除装置中的空气（1分） （2）CO（1分） SiCl4＋6NaOH===Na2SiO3＋4NaCl＋3H2O（2分）

（3）过滤（1分） AlO2-和Cl－ （2分）

（4）AlO2-＋CH3COOCH2CH3＋2H2OCH3COO－＋CH3CH2OH＋Al(OH)3↓（2分） 7.8 （1分）

（5） （2分）

【解析】

试题分析：（1）石墨的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N2目的是作保护气，排除空气中的氧气，减少C的损失；

（2）高温反应后，石墨中的氧化物杂质均转变为相应的氯化物。由于碳是过量的，因此碳氧化合物是CO。根据杂质的含量，气体I中的氯化物主要SiCl4、AlCl3、FeCl3；SiCl4的沸点是57.6ºC，所以气体II为SiCl4，与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和氯化钠，化学方程式为SiCl4＋6NaOH＝Na2SiO3＋4NaCl＋3H2O；

（3）金属氯化物的沸点均高于150ºC，所以固体III中存在氯化铝、氯化铁、氯化镁，其中氯化铁、氯化镁与过量氢氧化钠溶液反应生成沉淀，而氯化铝与过量氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，所以搅拌后过滤，所得溶液IV中阴离子有；Cl-、OH-、AlO2‑；

（4）偏铝酸钠发生水解反应，加入乙酸乙酯的目的是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，生成沉淀氢氧化铝，总离子方程式为AlO2-＋CH3COOCH2CH3＋2H2OCH3COO－＋CH3CH2OH＋Al(OH)3↓；1000kg石墨中含有Al2O351kg，根据铝元素守恒，可得到Al(OH)3的质量是78kg。

（5）铜的化学性质比石墨活泼，所以应用外加电流的阴极保护法保护铜，所以石墨作阳极，铜作阴极。在图中注明电源的正负极，石墨与正极相连，铜与负极相连，示意图为。

【考点定位】本题主要是考查物质的分离与提纯工艺流程图分析与判断

【名师点晴】本题以石墨为载体，考查学生对物质的制备分析，对题目所给信息的理解应用，在书写化学方程式、离子方程式的问题上，要敢于大胆想象、创新，尤其是（4）中的总离子方程式的书写，运用所学知识结合物质性质及流程图中所给的信息，考查方程式叠加法的应用，根据所给流程图对实验操作的判断，考查学生运用元素守恒法进行简单计算，把所学电化学防护的知识运用到实际生活中，体现化学源于生活，应用于生活的命题思想。本题解题要点：根据题目的要求分析每个操作步骤的作用，意义何在；根据流程图中的反应条件、温度以及反应后的操作判断上步操作的目的、操作名称；根据反应条件、目的写出化学方程式、离子方程式，运用元素守恒法进行计算；最后根据物质的性质选择合适的防护方法。