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%)、Fe2

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下：

(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______________________________________________，100 kg初级石墨最多可能获得Ⅴ的质量为______kg。

(5)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成如图防腐示意图，并作相应标注。

(1)排除装置中的空气 　

(2)CO　 SiCl₄＋6NaOH===Na₂SiO₃＋4NaCl＋3H₂O 　

(3)过滤　AlO和Cl^－  　

(4)AlO＋CH₃COOCH₂CH₃＋2H₂OCH₃COO^－＋CH₃CH₂OH＋Al(OH)₃↓　7.8 　

(5)

[解析] (1)通入N₂的目的是为了排除装置中的空气(特别是氧气)，防止在高温时石墨与氧气反应。(2)高温反应后，SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO分别转化为SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃、MgCl₂。因为石墨是过量的，故高温条件下，C和SiO₂、Fe₂O₃反应生成的是CO。由于SiCl₄的沸点为57.6 ℃，低于80 ℃，故气体Ⅱ为SiCl₄，在NaOH溶液中水解生成Na₂SiO₃和NaCl: SiCl₄＋6NaOH===Na₂SiO₃＋4NaCl＋3H₂O。(3)AlCl₃、FeCl₃、MgCl₂的沸点均高于150 ℃，在80 ℃下变为固体Ⅲ， AlCl₃、FeCl₃、MgCl₂和过量NaOH反应后生成NaAlO₂、Fe(OH)₃、Mg(OH)₂和NaCl，通过过滤将沉淀Fe(OH)₃和Mg(OH)₂滤出，得到的溶液Ⅳ主要含NaAlO₂和NaCl。(4)NaAlO₂发生水解导致溶液显碱性：NaAlO₂＋2H₂OAl(OH)₃＋NaOH，加入乙酸乙酯后，发生水解：CH₃COOCH₂CH₃＋NaOHCH₃COONa＋CH₃CH₂OH，促使NaAlO₂彻底水解生成Al(OH)₃沉淀。溶液Ⅳ转化为沉淀Ⅴ的反应为NaAlO₂＋2H₂O＋CH₃COOCH₂CH₃Al(OH)₃↓＋CH₃COONa＋CH₃CH₂OH。根据Al原子守恒，可知100 kg初级石墨可得m[Al(OH)₃]＝×2×78 g·mol^－1＝7.8 kg。

(5)水体中铜件的电化学防腐利用了电解保护法，该方法中石墨作阳极，铜件作阴极，即外加电流的阴极保护法；若将石墨与铜件直接相连，形成原电池，则铜作负极被氧化，所以不可采用。