Question

石墨是一種戰(zhàn)略稀缺資源，初級(jí)石墨原料（含SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和MgO雜質(zhì)）的提純與綜合利用有重要意義，一種工藝流程如圖：

已知：SiCl₄的沸點(diǎn)為57.6℃，金屬氯化物的沸點(diǎn)均高于150℃．
（1）氣體1為CO、SiCl₄及金屬氯化物，初級(jí)石墨在1500℃下通入Cl₂，反應(yīng)中被氧化的元素是

 

．
（2）分離氣體1的操作名稱是

 

，氣體2通入NaOH溶液，可生成含有硅酸鈉的溶液，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

．
（3）實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行過濾操作時(shí)，需要用到的主要玻璃儀器有

 

．固體2的主要成分是

 

，溶液1中主要陽離子有

 

．
（4）若該初級(jí)石墨原料中含雜質(zhì)SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為7.2%、5.1%、3.2%、2%，則100t初級(jí)石墨經(jīng)充分反應(yīng)得到的氣體1中含CO的體積為

 

L（折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：根據(jù)圖示可知工藝流程為：初級(jí)石墨原料的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和MgO與氯氣在1500℃條件下反應(yīng)生成氣體ⅠCO、SiCl₄及金屬氯化物和純石墨；將氣體Ⅰ降低溫度到80℃分離出氣體2：CO、SiCl₄和固體1金屬氯化物；向固體1中加入過量的氫氧化鈉溶液得到含有硅酸根離子、偏鋁酸根的溶液1和含有固體2氫氧化鐵、氫氧化鎂的化合物；然后向溶液1中通入過量二氧化碳得到碳酸氫鈉和氫氧化鋁、硅酸沉淀，
（1）根據(jù)反應(yīng)中元素的化合價(jià)變化判斷被氧化的元素；
（2）分離出氣體1需要降低溫度到80℃；SiCl₄與氫氧化鈉溶液反應(yīng)得到硅酸鈉與氯化鈉，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（3）根據(jù)過濾操作方法判斷需要使用的玻璃儀器名稱；根據(jù)分析判斷固體2的主要成分；溶液1為硅酸鈉、偏鋁酸鈉，主要的陽離子為鈉離子；
（4）生成CO的物質(zhì)的量與SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和MgO中的氧元素的物質(zhì)的量相等，據(jù)此計(jì)算出CO的物質(zhì)的量，再計(jì)算出標(biāo)況下CO的體積．

解答： 解：根據(jù)圖示可知工藝流程為：初級(jí)石墨原料的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和MgO與氯氣在1500℃條件下反應(yīng)生成氣體ⅠCO、SiCl₄及金屬氯化物和純石墨；將氣體Ⅰ降低溫度到80℃分離出氣體2：CO、SiCl₄和固體1金屬氯化物；向固體1中加入過量的氫氧化鈉溶液得到含有硅酸根離子、偏鋁酸根的溶液1和含有固體2氫氧化鐵、氫氧化鎂的化合物；然后向溶液1中通入過量二氧化碳得到碳酸氫鈉和氫氧化鋁、硅酸沉淀，
（1）氣體1為CO、SiCl₄及金屬氯化物，初級(jí)石墨在1500℃下通入Cl₂，得到CO氣體，C元素化合價(jià)升高被氧化，則反應(yīng)中被氧化的元素為C，
故答案為：C；
（2）SiCl₄的沸點(diǎn)為57.6℃，金屬氯化物的沸點(diǎn)均高于150℃，則分離出氣體四氯化硅需要降低溫度到57.6℃～150℃之間，該操作方法為降溫；
氣體2為SiCl₄，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：降溫；SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O；
（3）實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行過濾操作時(shí)，需要用到的主要玻璃儀器有：漏斗、玻璃棒、燒杯；
固體1為金屬氯化物，加入過量氫氧化鈉溶液后
故答案為：漏斗、玻璃棒、燒杯；達(dá)到的固體2為Fe（OH）₃、Mg（OH）₂沉淀；溶液1為硅酸鈉、偏鋁酸鈉溶液，則溶液1主要陰離子為鈉離子，
故答案為：Fe（OH）₃、Mg（OH）₂；Na⁺；
（4）初級(jí)石墨中SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為7.2%、5.1%、3.2%、2%，100t初級(jí)石墨中含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和MgO的質(zhì)量分別為：7.2t、5.1t、3.2t、2t，物質(zhì)的量分別為：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，
根據(jù)氧原子守恒，生成CO的物質(zhì)的量為：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，
標(biāo)準(zhǔn)狀況下該CO的體積為：22.4L/mol×5×10⁵mol=1.12×10⁷mol，
故答案為：1.12×10⁷mol．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)的分離、提純方法及其綜合應(yīng)用，題目難度中等，明確工藝流程發(fā)生的反應(yīng)及操作方法為解答關(guān)鍵，試題側(cè)重考查學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算能力．