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．设计的提纯与综合利用工艺如图：（注：SiCl4的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃）活性炭 气体I 80℃冷凝 气体Ⅱ NaOH溶液 含水玻璃的混合溶 过量NaOH溶液酸氢钠溶液 固体Ⅲ 步骤① 溶液IV 加热 →沉淀v -|||-初级 Cl2-|||-石墨1500℃-|||-纯化石 墨→..... 石墨电极（1）向反应器中通入Cl2前，需通一段时间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中的碳氧化物主要为 ____ ．由气体Ⅱ中某物得到水玻璃的化学反应方程式为 ____ ．（3）步骤①为：搅拌、 ____ ．所得溶液Ⅳ中的阴离子有 ____ ．（4）由溶液Ⅳ生成沉淀Ⅴ的总反应的离子方程式为 ____ ，100kg初级石墨最多可能获得Ⅴ的质量为 ____ kg．
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．设计的提纯与综合利用工艺如图：（注：SiCl4的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃）
（1）向反应器中通入Cl2前，需通一段时间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中的碳氧化物主要为 ____ ．由气体Ⅱ中某物得到水玻璃的化学反应方程式为 ____ ．
（3）步骤①为：搅拌、 ____ ．所得溶液Ⅳ中的阴离子有 ____ ．
（4）由溶液Ⅳ生成沉淀Ⅴ的总反应的离子方程式为 ____ ，100kg初级石墨最多可能获得Ⅴ的质量为 ____ kg．
（1）向反应器中通入Cl2前，需通一段时间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中的碳氧化物主要为 ____ ．由气体Ⅱ中某物得到水玻璃的化学反应方程式为 ____ ．
（3）步骤①为：搅拌、 ____ ．所得溶液Ⅳ中的阴离子有 ____ ．
（4）由溶液Ⅳ生成沉淀Ⅴ的总反应的离子方程式为 ____ ，100kg初级石墨最多可能获得Ⅴ的质量为 ____ kg．
题目解答
答案
解：（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：排除装置中的空气；
（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，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$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CH3COO-+CH3CH2OH+Al（OH）3↓，
Al2O3的质量分数为5.1%，则100kg初级石墨中氧化铝的质量=100kg×5.1%=5.1kg，根据Al元素守恒，可知氢氧化铝的质量为$\frac{5.1kg×\frac{54}{102}}{\frac{27}{78}}$=7.8kg，
故答案为：AlO2-+CH3COOCH2CH3+2H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CH3COO-+CH3CH2OH+Al（OH）3↓；7.8．
故答案为：排除装置中的空气；
（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，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$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CH3COO-+CH3CH2OH+Al（OH）3↓，
Al2O3的质量分数为5.1%，则100kg初级石墨中氧化铝的质量=100kg×5.1%=5.1kg，根据Al元素守恒，可知氢氧化铝的质量为$\frac{5.1kg×\frac{54}{102}}{\frac{27}{78}}$=7.8kg，
故答案为：AlO2-+CH3COOCH2CH3+2H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CH3COO-+CH3CH2OH+Al（OH）3↓；7.8．
解析
步骤 1：通入氮气的目的
石墨在高温下可与氧气发生反应，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。
步骤 2：气体I中的碳氧化物
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SiCl_4、AlCl_3、FeCl_3等，气体I中碳氧化物主要为CO。
步骤 3：气体II中某物得到水玻璃的化学反应方程式
SiCl_4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SiCl_4及CO，SiCl_4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：SiCl_4+6NaOH=Na_2SiO_3+4NaCl+3H_2O。
步骤 4：步骤①的操作及溶液IV中的阴离子
金属氯化物的沸点均高于150℃，则固体Ⅲ中存在AlCl_3、FeCl_3、MgCl_2，其中FeCl_3、MgCl_2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：AlO_2^{-}、OH^{-}、Cl^{-}。
步骤 5：由溶液IV生成沉淀V的总反应的离子方程式
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AlO_2^{-}+CH_3COOCH_2CH_3+2H_2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CH_3COO^{-}+CH_3CH_2OH+Al（OH）_3↓。
步骤 6：100kg初级石墨最多可能获得Ⅴ的质量
Al_2O_3的质量分数为5.1%，则100kg初级石墨中氧化铝的质量=100kg×5.1%=5.1kg，根据Al元素守恒，可知氢氧化铝的质量为$\frac{5.1kg×\frac{54}{102}}{\frac{27}{78}}$=7.8kg。
石墨在高温下可与氧气发生反应，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。
步骤 2：气体I中的碳氧化物
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SiCl_4、AlCl_3、FeCl_3等，气体I中碳氧化物主要为CO。
步骤 3：气体II中某物得到水玻璃的化学反应方程式
SiCl_4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SiCl_4及CO，SiCl_4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：SiCl_4+6NaOH=Na_2SiO_3+4NaCl+3H_2O。
步骤 4：步骤①的操作及溶液IV中的阴离子
金属氯化物的沸点均高于150℃，则固体Ⅲ中存在AlCl_3、FeCl_3、MgCl_2，其中FeCl_3、MgCl_2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：AlO_2^{-}、OH^{-}、Cl^{-}。
步骤 5：由溶液IV生成沉淀V的总反应的离子方程式
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AlO_2^{-}+CH_3COOCH_2CH_3+2H_2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CH_3COO^{-}+CH_3CH_2OH+Al（OH）_3↓。
步骤 6：100kg初级石墨最多可能获得Ⅴ的质量
Al_2O_3的质量分数为5.1%，则100kg初级石墨中氧化铝的质量=100kg×5.1%=5.1kg，根据Al元素守恒，可知氢氧化铝的质量为$\frac{5.1kg×\frac{54}{102}}{\frac{27}{78}}$=7.8kg。