Question

石墨是一种战略稀缺资源，初级石墨原料（含SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和MgO杂质）的提纯与综合利用有重要意义，一种工艺流程如图：

已知：SiCl₄的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃．
（1）气体1为CO、SiCl₄及金属氯化物，初级石墨在1500℃下通入Cl₂，反应中被氧化的元素是

 

．
（2）分离气体1的操作名称是

 

，气体2通入NaOH溶液，可生成含有硅酸钠的溶液，写出反应的化学方程式：

 

．
（3）实验室进行过滤操作时，需要用到的主要玻璃仪器有

 

．固体2的主要成分是

 

，溶液1中主要阳离子有

 

．
（4）若该初级石墨原料中含杂质SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和MgO的质量分数依次为7.2%、5.1%、3.2%、2%，则100t初级石墨经充分反应得到的气体1中含CO的体积为

 

L（折算成标准状况）．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：根据图示可知工艺流程为：初级石墨原料的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和MgO与氯气在1500℃条件下反应生成气体ⅠCO、SiCl₄及金属氯化物和纯石墨；将气体Ⅰ降低温度到80℃分离出气体2：CO、SiCl₄和固体1金属氯化物；向固体1中加入过量的氢氧化钠溶液得到含有硅酸根离子、偏铝酸根的溶液1和含有固体2氢氧化铁、氢氧化镁的化合物；然后向溶液1中通入过量二氧化碳得到碳酸氢钠和氢氧化铝、硅酸沉淀，
（1）根据反应中元素的化合价变化判断被氧化的元素；
（2）分离出气体1需要降低温度到80℃；SiCl₄与氢氧化钠溶液反应得到硅酸钠与氯化钠，据此写出反应的化学方程式；
（3）根据过滤操作方法判断需要使用的玻璃仪器名称；根据分析判断固体2的主要成分；溶液1为硅酸钠、偏铝酸钠，主要的阳离子为钠离子；
（4）生成CO的物质的量与SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和MgO中的氧元素的物质的量相等，据此计算出CO的物质的量，再计算出标况下CO的体积．

解答： 解：根据图示可知工艺流程为：初级石墨原料的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和MgO与氯气在1500℃条件下反应生成气体ⅠCO、SiCl₄及金属氯化物和纯石墨；将气体Ⅰ降低温度到80℃分离出气体2：CO、SiCl₄和固体1金属氯化物；向固体1中加入过量的氢氧化钠溶液得到含有硅酸根离子、偏铝酸根的溶液1和含有固体2氢氧化铁、氢氧化镁的化合物；然后向溶液1中通入过量二氧化碳得到碳酸氢钠和氢氧化铝、硅酸沉淀，
（1）气体1为CO、SiCl₄及金属氯化物，初级石墨在1500℃下通入Cl₂，得到CO气体，C元素化合价升高被氧化，则反应中被氧化的元素为C，
故答案为：C；
（2）SiCl₄的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃，则分离出气体四氯化硅需要降低温度到57.6℃～150℃之间，该操作方法为降温；
气体2为SiCl₄，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：降温；SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O；
（3）实验室进行过滤操作时，需要用到的主要玻璃仪器有：漏斗、玻璃棒、烧杯；
固体1为金属氯化物，加入过量氢氧化钠溶液后
故答案为：漏斗、玻璃棒、烧杯；达到的固体2为Fe（OH）₃、Mg（OH）₂沉淀；溶液1为硅酸钠、偏铝酸钠溶液，则溶液1主要阴离子为钠离子，
故答案为：Fe（OH）₃、Mg（OH）₂；Na⁺；
（4）初级石墨中SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和MgO的质量分数依次为7.2%、5.1%、3.2%、2%，100t初级石墨中含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和MgO的质量分别为：7.2t、5.1t、3.2t、2t，物质的量分别为：n（SiO₂）=

7.2×106g

60g/mol

=1.2×10⁵mol、n（Al₂O₃）=

5.1×106g

102g/mol

=5×10⁴mol、n（Fe₂O₃）=

3.2×106g

160g/mol

=2×10⁴mol、n（MgO）=

2×106g

40g/mol

=5×10⁴mol，
根据氧原子守恒，生成CO的物质的量为：n（CO）=n（O）=2n（SiO₂）+3n（Al₂O₃）+3n（Fe₂O₃）+n（MgO）=1.2×10⁵mol×2+5×10⁴mol×3+2×10⁴mol×3+5×10⁴mol=5×10⁵mol，
标准状况下该CO的体积为：22.4L/mol×5×10⁵mol=1.12×10⁷mol，
故答案为：1.12×10⁷mol．

点评：本题考查了物质的分离、提纯方法及其综合应用，题目难度中等，明确工艺流程发生的反应及操作方法为解答关键，试题侧重考查学生的分析、理解能力及化学实验、化学计算能力．