Question

【題目】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。設計的提純和綜合應用工藝如下：

（注：SiCl4的沸點是57.6C，金屬氯化物的沸點均高于150C）

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

（2）高溫反應后，石墨中氧化物雜質均轉變為相應的氯化物。氣體I中生成的氣體除氯化物外，還有______________________（填化學式）。氣體II通入NaOH溶液中得到水玻璃的化學反應方程式為________；

（3）步驟①為：攪拌、_______________；

（4）由溶液IV生成沉淀V的總反應的離子方程式為_______________。

Answer 1

【答案】 排除系統中的空氣，防止石墨被氧化 CO SiCl4+6NaOH=Na2SiO3+4NaCl+3H2O 過濾 AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-

【解析】高溫反應后，石墨中氧化物雜質均轉變為相應的氯化物，根據雜質的含量可知，氣體I中氯化物主要為SiCl4、AlCl3、FeCl3等，氣體I中碳氧化物主要為CO，SiCl4的沸點為57.6℃，金屬氯化物的沸點均高于150℃，80℃冷卻得到的氣體Ⅱ含有SiCl4及CO，SiCl4與氫氧化鈉溶液反應得到硅酸鈉與氯化鈉，固體Ⅲ存在AlCl3、FeCl3、MgCl2，其中FeCl3、MgCl2與過量的氫氧化鈉溶液反應得到沉淀，而氯化鋁與過量的氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉，過濾得到的溶液中含有偏鋁酸鈉、過量的氫氧化鈉，在溶液中通入過量的二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀。

(1)石墨化學性質在常溫下穩定，而在高溫下可與氧氣發生反應，所以通入氮氣排盡裝置中的空氣，防止石墨發生氧化反應，減少石墨損失，故答案為：排盡裝置中的空氣，防止石墨被氧化；

(2)石墨過量高溫反應后，石墨中氧化物雜質均轉變為相應的氯化物，根據雜質的含量可知，氣體I中氯化物主要為SiCl4、AlCl3、FeCl3等，氣體I中碳氧化物主要為CO；SiCl4的沸點為57.6℃，金屬氯化物的沸點均高于150℃，80℃冷卻得到的氣體Ⅱ含有SiCl4及CO，SiCl4與氫氧化鈉溶液反應得到硅酸鈉與氯化鈉，化學反應方程式為：SiCl4+6NaOH= Na2SiO3+4NaCl+3H2O，故答案為：CO；SiCl4+6NaOH=Na2SiO3+4NaCl+3H2O；

(3)金屬氯化物的沸點均高于150℃，則固體Ⅲ中存在AlCl3、FeCl3、MgCl2，其中FeCl3、MgCl2與過量的氫氧化鈉溶液反應得到沉淀，而氯化鋁與過量的氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉，攪拌、過濾得到溶液IV，溶液IV中的陰離子有：AlO2-、OH-、Cl-，故答案為：過濾；

(4)溶液IV中的陰離子有：AlO2-、OH-、Cl-，通入過量二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀，反應的離子方程式為AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-，故答案為：AlO2-+CO2+2H2O= Al(OH)3↓+HCO3-。