Question

19．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57.6°C，金属氯化物的沸点均高于150°C）
（1）Si的原子结构示意图是．
（2）下列说法正确的是abc．
a．酸性：H₂CO₃＞H₂SiO₃         b．原子半径：O＜Si
c．稳定性：H₂O＞CH₄＞SiH₄      d．离子半径：O^2-＜Al³⁺
（3）向反应器中通入Cl₂前，需通一段时间的N₂，主要目的是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．
（4）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SiCl₄．由气体II中某物质得到水玻璃的化学方程式为SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O．
（5）步骤①为：搅拌、过滤．所得溶液IV中阴离子有AlO₂^-、OH^-、Cl^-．
（6）由溶液IV生成沉淀V的总反应的离子方程式为AlO₂^-+CH₃COOCH₂CH₃+2H₂O$\stackrel{△}{→}$CH₃COO^-+CH₃CH₂OH+Al（OH）₃↓．

Answer 1

分析 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，固体Ⅲ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，在溶液中加入乙酸乙酯，加热，乙酸乙酯发生水解，消耗了氢氧化钠，溶液碱性减弱，促进了偏铝根水解，生成氢氧化铝沉淀，据此答题．

解答 解：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，固体Ⅲ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，在溶液中加入乙酸乙酯，加热，乙酸乙酯发生水解，消耗了氢氧化钠，溶液碱性减弱，促进了偏铝根水解，生成氢氧化铝沉淀，
（1）Si是14号元素，原子核外有三个电子层，原子结构示意图是，故答案为：；
（2）a．碳的非金属性强于硅，所以酸性：H₂CO₃＞H₂SiO₃，故a正确；
b．硅有三个电子层，氧只有两个电子层，所以原子半径：O＜Si，故b正确；
c．元素非金属性越强，氢化物越稳定，所以稳定性：H₂O＞CH₄＞SiH₄，故c正确；
d．电子层数相同，核电荷数越多，半径越小，所以离子半径：O^2-＞Al³⁺，故d错误，
故选：abc；
（3）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；
（4）石墨过量高温反应后，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中氯化物主要为SiCl₄，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：SiCl₄；SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O；
（5）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一直正向移动，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+2H₂O$\stackrel{△}{→}$CH₃COO^-+CH₃CH₂OH+Al（OH）₃↓，
故答案为：AlO₂^-+CH₃COOCH₂CH₃+2H₂O$\stackrel{△}{→}$CH₃COO^-+CH₃CH₂OH+Al（OH）₃↓．

点评 本题考查物质制备分离、阅读题目获取信息能力、化学方程式及离子方程式书写等，需要学生具备扎实的基础及迁移运用能力，难度中等．