Question

石墨在材料领域有重要应用，某初级石墨中含SiO₂(7.8%)、Al₂O₃(3.4%)、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1中的碳氧化物主要为____，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、_________，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___________________，10t(吨)初级石墨最多可获得沉淀V的质量为__________kg；

(5)以石墨为原料可人工制造金刚石。若2.4g石墨完全转为金刚石时吸热0.38kJ，则该反应的热化学方程式为________________________________；

(6)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，则图中电键K应与______(选填“A”、“B”)相连，可实现铜件的防腐。

Answer

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 CO SiCl4+6NaOH=Na2SiO3+4NaCl+3H2O 过滤 AlO2-、OH-、Cl- AlO2-+CH3COOCH2CH3+2H2OCH3COO-+CH3CH2OH+Al(OH)3↓ 5.2 C(石墨，s)=C(金刚石，s)  ΔH=＋1.9kJ·mol-1 A

【解析】

（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，防止石墨被氧气氧化；

（2）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；

（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，过滤得到的溶液中含有偏铝酸钠、过量的氢氧化钠和氯化钠；

（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；根据氧化铝的含量计算氧化铝质量，再根据Al元素守恒计算氢氧化铝的质量；

（5）2.4g石墨为0.2mol，完全转为金刚石时吸热0.38kJ ，根据热化学反应方程式的书写规则写出即可；

（6）Cu的化学性质比石墨活泼，所以应用外接电流的阴极保护法保护Cu，故石墨作阳极，连接电源的正极，Cu作阴极，连接电源的负极。

（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：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；

（2）石墨高温反应，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物，根据杂质含量可知，气体I中氯化物主要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：CO；

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：过滤；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3.4%，100kg初级石墨中氧化铝的质量=100kg×3.4%=3.4kg，根据Al元素守恒，氢氧化铝的质量==5.2kg；故答案为：AlO2-+CH3COOCH2CH3+2H2OCH3COO-+CH3CH2OH+Al(OH)3↓；5.2；

（5）2.4g石墨为0.2mol，完全转为金刚石时吸热0.38kJ ，其热化学反应方程式为；C(石墨，s)=C(金刚石，s) ΔH=＋1.9kJ·mol-1；

（6）Cu的化学性质比石墨活泼，所以应用外接电流的阴极保护法保护Cu，故石墨作阳极，连接电源的正极，Cu作阴极，连接电源的负极，故答案为：A。