Question

【題目】石墨在材料領(lǐng)域有重要應(yīng)用。某初級(jí)石墨中含SiO2（7.8%）、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等雜質(zhì)。設(shè)計(jì)的提純和綜合應(yīng)用流程如下：

（注：SiCl4的沸點(diǎn)是57.6C，金屬氯化物的沸點(diǎn)均高于150C）

（1）已知1mol石墨完全轉(zhuǎn)化為金剛石需要吸收1.9kJ的能量。請(qǐng)寫出石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的熱化學(xué)反應(yīng)方程式：

（2）向反應(yīng)器中通入Cl2前，需通一段時(shí)間的N2。高溫反應(yīng)后，石墨中的氧化物雜質(zhì)均轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氯化物。80℃冷凝的目的是： 由活性炭得到氣體Ⅱ的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

（3）加入過量NaOH溶液得到溶液IV的離子反應(yīng)方程式為：

（4）用化學(xué)反應(yīng)原理解釋得到沉淀V的過程中乙酸乙酯和加熱的作用： 。1kg初級(jí)石墨最多可獲得V的質(zhì)量為 kg。

Answer 1

【答案】（1）C（石墨，S）=C（金剛石，S），△H=+1.9 kJ/mol；（2）將MgCl2、FeCl3、AlCl3等金屬氯化物冷凝為固體，從而與SiCl4分開；2C+SiO2+2Cl2 SiCl4+2CO或2C+SiO2 Si+2CO，Si+2Cl2 SiCl4；（3）Al3++4OH-=AlO2-+2H2O；（4）溶液IV中NaAlO2水解顯堿性，乙酸乙酯消耗NaAlO2水解生成的堿，促進(jìn)NaAlO2水解生成Al(OH)3；加熱促進(jìn)水解，加快反應(yīng)的速率；0.078。

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)題目中所給信息，熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：C（石墨，S）=C（金剛石，S），△H=+1.9 kJ·mol－1；（2）高溫下，Si元素轉(zhuǎn)化成SiCl4，鐵元素轉(zhuǎn)化成FeCl3，Mg元素轉(zhuǎn)化成MgCl2，Al元素轉(zhuǎn)化成AlCl3，SiCl4沸點(diǎn)是57.6℃，MgCl2、FeCl3、AlCl3沸點(diǎn)均高于150℃，加熱到1500℃，MgCl2、FeCl3、AlCl3、SiCl4全部轉(zhuǎn)化成氣體I，80℃冷凝，SiCl4還是氣體，而MgCl2、FeCl3、AlCl3狀態(tài)是固體，便于與SiCl4分開；氣體II中氣體為SiCl4，因此發(fā)生的反應(yīng)是SiO2＋2C 2CO＋Si，Si＋Cl2 SiCl4；(3)固體III是FeCl3、MgCl2、AlCl3，加入過量NaOH溶液發(fā)生離子反應(yīng)是：Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓、Mg2＋＋2OH－=Mg(OH)2↓、Al3＋＋4OH－=AlO2－＋2H2O；(4)AlO2－＋2H2O Al(OH)3＋OH－，乙酸乙酯在堿中徹底水解，消耗OH－，促進(jìn)水解，生成Al(OH)3，鹽類水解是吸熱反應(yīng)，加熱促進(jìn)水解，加快反應(yīng)速率；沉淀V是氧化鋁，根據(jù)鋁元素守恒，氧化鋁的質(zhì)量為：1000×5.1%×2×10－3×78/102 =0.078g。