Question

【题目】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57.6C，金属氯化物的沸点均高于150C）

（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，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物。气体I中生成的气体除氯化物外，还有______________________（填化学式）。气体II通入NaOH溶液中得到水玻璃的化学反应方程式为________；

（3）步骤①为：搅拌、_______________；

（4）由溶液IV生成沉淀V的总反应的离子方程式为_______________。

Answer 1

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

【解析】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，在溶液中通入过量的二氧化碳生成氢氧化铝沉淀。

(1)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：排尽装置中的空气，防止石墨被氧化；

(2)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，化学反应方程式为：SiCl4+6NaOH= Na2SiO3+4NaCl+3H2O，故答案为：CO；SiCl4+6NaOH=Na2SiO3+4NaCl+3H2O；

(3)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，溶液IV中的阴离子有：AlO2-、OH-、Cl-，故答案为：过滤；

(4)溶液IV中的阴离子有：AlO2-、OH-、Cl-，通入过量二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀，反应的离子方程式为AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-，故答案为：AlO2-+CO2+2H2O= Al(OH)3↓+HCO3-。