Question

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。設計的提純與綜合利用工藝如下：

(注：SiCl₄的沸點為57.6 ℃，金屬氯化物的沸點均高于150 ℃)

(1)向反應器中通入Cl₂前，需通一段時間N₂，主要目的是____________________。

(2)高溫反應后，石墨中氧化物雜質均轉變?yōu)橄鄳�的氯化物。氣體Ⅰ中的碳氧化物主要為________。由氣體Ⅱ中某物得到水玻璃的化學反應方程式為____________________________________________。

(3)步驟①為：攪拌、________。所得溶液Ⅳ中的陰離子有________。

(4)由溶液Ⅳ生成沉淀Ⅴ的總反應的離子方程式為______________________________________________，100 kg初級石墨最多可能獲得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，完成如圖防腐示意圖，并作相應標注。

Answer 1

(1)排除裝置中的空氣 　

(2)CO　 SiCl₄＋6NaOH===Na₂SiO₃＋4NaCl＋3H₂O 　

(3)過濾　AlO和Cl^－  　

(4)AlO＋CH₃COOCH₂CH₃＋2H₂OCH₃COO^－＋CH₃CH₂OH＋Al(OH)₃↓　7.8 　

(5)

[解析] (1)通入N₂的目的是為了排除裝置中的空氣(特別是氧氣)，防止在高溫時石墨與氧氣反應。(2)高溫反應后，SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO分別轉化為SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃、MgCl₂。因為石墨是過量的，故高溫條件下，C和SiO₂、Fe₂O₃反應生成的是CO。由于SiCl₄的沸點為57.6 ℃，低于80 ℃，故氣體Ⅱ為SiCl₄，在NaOH溶液中水解生成Na₂SiO₃和NaCl: SiCl₄＋6NaOH===Na₂SiO₃＋4NaCl＋3H₂O。(3)AlCl₃、FeCl₃、MgCl₂的沸點均高于150 ℃，在80 ℃下變?yōu)楣腆wⅢ， AlCl₃、FeCl₃、MgCl₂和過量NaOH反應后生成NaAlO₂、Fe(OH)₃、Mg(OH)₂和NaCl，通過過濾將沉淀Fe(OH)₃和Mg(OH)₂濾出，得到的溶液Ⅳ主要含NaAlO₂和NaCl。(4)NaAlO₂發(fā)生水解導致溶液顯堿性：NaAlO₂＋2H₂OAl(OH)₃＋NaOH，加入乙酸乙酯后，發(fā)生水解：CH₃COOCH₂CH₃＋NaOHCH₃COONa＋CH₃CH₂OH，促使NaAlO₂徹底水解生成Al(OH)₃沉淀。溶液Ⅳ轉化為沉淀Ⅴ的反應為NaAlO₂＋2H₂O＋CH₃COOCH₂CH₃Al(OH)₃↓＋CH₃COONa＋CH₃CH₂OH。根據Al原子守恒，可知100 kg初級石墨可得m[Al(OH)₃]＝×2×78 g·mol^－1＝7.8 kg。

(5)水體中銅件的電化學防腐利用了電解保護法，該方法中石墨作陽極，銅件作陰極，即外加電流的陰極保護法；若將石墨與銅件直接相連，形成原電池，則銅作負極被氧化，所以不可采用。