Question

【題目】石墨在材料領域有重要應用。某初級石墨中含SiO2（7.8%）、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等雜質。設計的提純和綜合應用流程如下：

（注：SiCl4的沸點是57.6C，金屬氯化物的沸點均高于150C）

（1）已知1mol石墨完全轉化為金剛石需要吸收1.9kJ的能量。請寫出石墨轉化為金剛石的熱化學反應方程式：

（2）向反應器中通入Cl2前，需通一段時間的N2。高溫反應后，石墨中的氧化物雜質均轉變為相應的氯化物。80℃冷凝的目的是： 由活性炭得到氣體Ⅱ的化學反應方程式為：

（3）加入過量NaOH溶液得到溶液IV的離子反應方程式為：

（4）用化學反應原理解釋得到沉淀V的過程中乙酸乙酯和加熱的作用： 。1kg初級石墨最多可獲得V的質量為 kg。

Answer 1

【答案】（1）C（石墨，S）=C（金剛石，S），△H=+1.9 kJ/mol；（2）將MgCl2、FeCl3、AlCl3等金屬氯化物冷凝為固體，從而與SiCl4分開；2C+SiO2+2Cl2 SiCl4+2CO或2C+SiO2 Si+2CO，Si+2Cl2 SiCl4；（3）Al3++4OH-=AlO2-+2H2O；（4）溶液IV中NaAlO2水解顯堿性，乙酸乙酯消耗NaAlO2水解生成的堿，促進NaAlO2水解生成Al(OH)3；加熱促進水解，加快反應的速率；0.078。

【解析】

試題分析：（1）根據題目中所給信息，熱化學反應方程式為：C（石墨，S）=C（金剛石，S），△H=+1.9 kJ·mol－1；（2）高溫下，Si元素轉化成SiCl4，鐵元素轉化成FeCl3，Mg元素轉化成MgCl2，Al元素轉化成AlCl3，SiCl4沸點是57.6℃，MgCl2、FeCl3、AlCl3沸點均高于150℃，加熱到1500℃，MgCl2、FeCl3、AlCl3、SiCl4全部轉化成氣體I，80℃冷凝，SiCl4還是氣體，而MgCl2、FeCl3、AlCl3狀態是固體，便于與SiCl4分開；氣體II中氣體為SiCl4，因此發生的反應是SiO2＋2C 2CO＋Si，Si＋Cl2 SiCl4；(3)固體III是FeCl3、MgCl2、AlCl3，加入過量NaOH溶液發生離子反應是：Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓、Mg2＋＋2OH－=Mg(OH)2↓、Al3＋＋4OH－=AlO2－＋2H2O；(4)AlO2－＋2H2O Al(OH)3＋OH－，乙酸乙酯在堿中徹底水解，消耗OH－，促進水解，生成Al(OH)3，鹽類水解是吸熱反應，加熱促進水解，加快反應速率；沉淀V是氧化鋁，根據鋁元素守恒，氧化鋁的質量為：1000×5.1%×2×10－3×78/102 =0.078g。