Question

19．石墨在材料領(lǐng)域有重要應(yīng)用．某初級石墨中含SiO₂（7.8%）、Al₂O₃（5.1%）、Fe₂O₃（3.1%）和MgO（0.5%）等雜質(zhì)．設(shè)計的提純和綜合應(yīng)用工藝如下：

（注：SiCl₄的沸點是57.6°C，金屬氯化物的沸點均高于150°C）
（1）Si的原子結(jié)構(gòu)示意圖是．
（2）下列說法正確的是abc．
a．酸性：H₂CO₃＞H₂SiO₃         b．原子半徑：O＜Si
c．穩(wěn)定性：H₂O＞CH₄＞SiH₄      d．離子半徑：O^2-＜Al³⁺
（3）向反應(yīng)器中通入Cl₂前，需通一段時間的N₂，主要目的是通入氮氣排盡裝置中的空氣，防止石墨發(fā)生氧化反應(yīng)，減少石墨損失．
（4）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．氣體I中的氯化物主要為SiCl₄．由氣體II中某物質(zhì)得到水玻璃的化學(xué)方程式為SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O．
（5）步驟①為：攪拌、過濾．所得溶液IV中陰離子有AlO₂^-、OH^-、Cl^-．
（6）由溶液IV生成沉淀V的總反應(yīng)的離子方程式為AlO₂^-+CH₃COOCH₂CH₃+2H₂O$\stackrel{△}{→}$CH₃COO^-+CH₃CH₂OH+Al（OH）₃↓．

Answer 1

分析 高溫反應(yīng)后，石墨中氧化物雜質(zhì)均轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氯化物，根據(jù)雜質(zhì)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(yīng)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(yīng)得到沉淀，而氯化鋁與過量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)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，在溶液中加入乙酸乙酯，加熱，乙酸乙酯發(fā)生水解，消耗了氫氧化鈉，溶液堿性減弱，促進了偏鋁根水解，生成氫氧化鋁沉淀，據(jù)此答題．

解答 解：高溫反應(yīng)后，石墨中氧化物雜質(zhì)均轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氯化物，根據(jù)雜質(zhì)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(yīng)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(yīng)得到沉淀，而氯化鋁與過量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)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，在溶液中加入乙酸乙酯，加熱，乙酸乙酯發(fā)生水解，消耗了氫氧化鈉，溶液堿性減弱，促進了偏鋁根水解，生成氫氧化鋁沉淀，
（1）Si是14號元素，原子核外有三個電子層，原子結(jié)構(gòu)示意圖是，故答案為：；
（2）a．碳的非金屬性強于硅，所以酸性：H₂CO₃＞H₂SiO₃，故a正確；
b．硅有三個電子層，氧只有兩個電子層，所以原子半徑：O＜Si，故b正確；
c．元素非金屬性越強，氫化物越穩(wěn)定，所以穩(wěn)定性：H₂O＞CH₄＞SiH₄，故c正確；
d．電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)越多，半徑越小，所以離子半徑：O^2-＞Al³⁺，故d錯誤，
故選：abc；
（3）石墨化學(xué)性質(zhì)在常溫下穩(wěn)定，而在高溫下可與氧氣發(fā)生反應(yīng)，所以通入氮氣排盡裝置中的空氣，防止石墨發(fā)生氧化反應(yīng)，減少石墨損失，
故答案為：通入氮氣排盡裝置中的空氣，防止石墨發(fā)生氧化反應(yīng)，減少石墨損失；
（4）石墨過量高溫反應(yīng)后，石墨中氧化物雜質(zhì)均轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氯化物，根據(jù)雜質(zhì)的含量可知，氣體I中氯化物主要為SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃等，氣體I中氯化物主要為SiCl₄，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(yīng)得到硅酸鈉與氯化鈉，化學(xué)反應(yīng)方程式為：SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O，
故答案為：SiCl₄；SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O；
（5）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(yīng)得到沉淀，而氯化鋁與過量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，攪拌、過濾得到溶液IV，故溶液IV中的陰離子有：AlO₂^-、OH^-、Cl^-，
故答案為：過濾；AlO₂^-、OH^-、Cl^-；
（4）偏鋁酸鈉發(fā)生水解，加入乙酸乙酯除去過量的氫氧化鈉，且加熱條件下水解平衡一直正向移動，得到氫氧化鋁沉淀、醋酸鈉、乙醇，由溶液IV生成沉淀V的總反應(yīng)的離子方程式為：AlO₂^-+CH₃COOCH₂CH₃+2H₂O$\stackrel{△}{→}$CH₃COO^-+CH₃CH₂OH+Al（OH）₃↓，
故答案為：AlO₂^-+CH₃COOCH₂CH₃+2H₂O$\stackrel{△}{→}$CH₃COO^-+CH₃CH₂OH+Al（OH）₃↓．

點評 本題考查物質(zhì)制備分離、閱讀題目獲取信息能力、化學(xué)方程式及離子方程式書寫等，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)及遷移運用能力，難度中等．