Question

1．以鈷酸鋰（LiCoO₂）為正極材料的鋰離子電池已被廣泛用作便攜式電源，工業(yè)上常以β-鋰輝礦（主要成分為L(zhǎng)iAlSi₂O₆，還含有FeO、MgO、CaO等雜質(zhì)）為原料來(lái)制取金屬鋰，其中一種工藝流程如下：

已知：①部分金屬氫氧化物開(kāi)始沉淀和完全沉淀時(shí)的pH：

氫氧化物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Mg（OH）2
開(kāi)始沉淀pH	2.7	3.7	9.6
完全沉淀pH	3.7	4.7	11

②LiCO₃在不同溫度下的溶解度如下表：回答下列問(wèn)題：

溫度/℃	0	10	20	50	75	100
Li2CO3的溶解度/g	1.539	1.406	1.329	1.181	0.866	0.728

（1）用氧化物形式表示LiAlSi₂O₆的組成：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂；
（2）反應(yīng)Ⅱ中加入碳酸鈣的作用是除去反應(yīng)Ⅰ中過(guò)量的H₂SO₄，控制pH使Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀；
（3）寫(xiě)出反應(yīng)Ⅲ中生成沉淀A的離子方程式：Mg²⁺+2OH^-═Mg（OH）₂↓、Ca²⁺+CO₃^2-═CaCO₃↓；
（4）洗滌所得Li₂O₃沉淀要使用熱水（選填“熱水”或“冷水”），你選擇的理由是Li₂CO₃在較高溫度下溶解度小，用熱水洗滌可減少Li₂CO₃的損耗；
（5）電解熔融氯化鋰生產(chǎn)鋰時(shí)，陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣中會(huì)混有少量氧氣，原因是加熱蒸干LiCl溶液時(shí)，LiCl有少量水解生成LiOH，受熱分解生成Li₂O，電解時(shí)產(chǎn)生O₂．

Answer 1

分析 β-鋰輝礦（主要成分為L(zhǎng)iAlSi₂O₆，還含有FeO、MgO、CaO等雜質(zhì)）為原料來(lái)制取金屬鋰，加入過(guò)量濃硫酸溶解β-鋰輝礦，加入碳酸鈣除去過(guò)量的硫酸調(diào)節(jié)溶液PH=5，使鐵離子和鋁離子沉淀完全，加入水洗過(guò)濾洗去礦泥，然后加入氫氧化鈣和碳酸鈉沉淀鎂離子和鈣離子，過(guò)濾得到溶液中主要是鋰離子的溶液，蒸發(fā)濃縮，加入碳酸鈉沉淀鋰離子生成碳酸鋰，洗滌后加入鹽酸溶解得到純凈的氯化鋰溶液，加熱蒸干得到氯化鋰，電解熔融氯化鋰得到金屬鋰；
（1）根據(jù)元素的化合價(jià)將Li、Al、Si寫(xiě)成氧化物形式，中間用•連接即可；
（2）根據(jù)工藝流程可知，加入碳酸鈣目的是除去硫酸，調(diào)節(jié)溶液pH，除去鐵離子、鋁離子；
（3）反應(yīng)Ⅲ要除去鎂離子，加入過(guò)量氫氧化鈣后生成氫氧化鎂沉淀，然后用碳酸鈉除去過(guò)量的鈣離子雜質(zhì)，所以沉淀為氫氧化鎂、碳酸鈣，據(jù)此寫(xiě)出反應(yīng)的離子方程式；
（4）分離出不溶物方法為過(guò)濾；根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，Li₂CO₃在較高溫度下溶解度小，用熱水洗滌可減少Li₂CO₃的損耗；
（5）根據(jù)蒸干LiCl溶液時(shí)，LiCl有少量水解生成LiOH，氫氧化鋰部分分解生成氧化鋰，電解時(shí)會(huì)生成氫氣．

解答 解：（1）將硅酸鹽改為氧化物形式的方法為：依次將各元素寫(xiě)成氧化物形式，中間用“•”連接，同時(shí)要注意氧化物先后順序，用氧化物形式表示LiAlSi₂O₆的組成為L(zhǎng)i₂O•Al₂O₃•4SiO₂，
故答案為：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂；
（2）由（1）改寫(xiě)可知，β-鋰輝礦在加入過(guò)量濃硫酸后，只有SiO₂不溶，同時(shí)Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，并生成CaSO₄沉淀，所以溶液中含有Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺、Li⁺等離子，依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康目芍�必須除去雜質(zhì)離子，故在反應(yīng)Ⅱ中加入碳酸鈣的作用為：除去反應(yīng)Ⅰ中過(guò)量的H₂SO₄，控制pH使Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀，
故答案為：除去反應(yīng)Ⅰ中過(guò)量的H₂SO₄，控制pH使Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀；
（3）利用題干信息知反應(yīng)Ⅲ要除去Mg²⁺，但在加入沉淀劑Ca（OH）₂時(shí)會(huì)引入大量Ca²⁺，故還需加入Na₂CO₃除去Ca²⁺，即沉淀A為Mg（OH）₂沉淀與CaCO₃沉淀的混合物，反應(yīng)的離子方程式為：Mg²⁺+2OH^-═Mg（OH）₂↓、Ca²⁺+CO₃^2-═CaCO₃↓，
故答案為：Mg²⁺+2OH^-═Mg（OH）₂↓、Ca²⁺+CO₃^2-═CaCO₃↓；
（4）實(shí)驗(yàn)室里分離固液混合物的操作是過(guò)濾，由題中給出Li₂CO₃的溶解度與溫度的關(guān)系，可知洗滌Li₂CO₃沉淀要使用熱水，
故答案為：熱水；Li₂CO₃在較高溫度下溶解度小，用熱水洗滌可減少Li₂CO₃的損耗；
（5）由有氧氣產(chǎn)生可逆推知可能的原因：加熱蒸干LiCl溶液時(shí)，LiCl有少量水解生成LiOH，受熱分解生成Li₂O，電解時(shí)產(chǎn)生O₂，
故答案為：加熱蒸干LiCl溶液時(shí)，LiCl有少量水解生成LiOH，受熱分解生成Li₂O，電解時(shí)產(chǎn)生O₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了工業(yè)上以β-鋰輝礦制取金屬鋰的方法，題目難度中等，試題涉及了化學(xué)式的書(shū)寫(xiě)、物質(zhì)的分離與提純、離子方程式的書(shū)寫(xiě)等知識(shí)，合理分析題中工藝流程是解題關(guān)鍵．