Question

（16分）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。设计的提纯和综合应用工艺如下：

（注：SiCl₄的沸点是57.6ºC，金属氯化物的沸点均高于150ºC）
（1）向反应器中通入Cl₂前，需通一段时间的N₂，主要目的是                      。
（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。气体I中的氯化物主要为                      。由气体II中某物质得到水玻璃的化学方程式为                      。
（3）步骤①为：搅拌、       。所得溶液IV中阴离子有                      。
（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，完成下图防腐示意图，并作相应标注。

Answer 1

（1）排除空气，减少C的损失；
（2）SiCl₄+6NaOH =Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O；
（3）过滤；Cl^-、OH^-、AlO₂^?；
（4）CH₃COOCH₂CH₃+AlO₂^?+ 2H₂O  Al(OH)₃↓+CH₃COO^-+ CH₃ CH₂OH；78
（5）

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。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
CH₃COOCH₂CH₃+AlO₂^?+ 2H₂O       Al(OH)₃↓+CH₃COO^-+ CH₃ CH₂OH；1000kg石墨中含有Al₂O₃51kg，根据元素守恒，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。