Question

碳酸鋰廣泛應(yīng)用與陶瓷和醫(yī)藥等領(lǐng)域，以鋰輝石（主要成分為LiAlSi₂O₆）為原材料制備Li₂CO₃的工藝流程如下：

已知：①2LiAlSi₂O₆+H₂SO₄（濃）=LiSO₄+Al₂O₃?4SiO₂?H₂O
②Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺和Mg²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時，溶液的PH分別為3.2、4.7、9.0和11.1
③某些物質(zhì)的溶解度（S）如下表

t/℃	20	40	60	80
S（Li2CO3）/g	1.33	1.17	1.01	0.85
S（LiSO4）/g	34.2	32.8	31.9	30.7

請回答下列問題：
（1）鋰輝石用濃硫酸浸取之前要粉碎成細(xì)顆粒的目的是

 

（2）濾液a中含有Li⁺、SO₄^2-，另含有Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺等雜質(zhì)，步驟Ⅱ需在攪拌下加入石灰石以調(diào)節(jié)溶液的PH到6.0-6.5，此時沉淀的雜質(zhì)離子有

 

；石灰石調(diào)節(jié)溶液PH的原理的離子方程式為

 

．
（3）步驟Ⅱ在濾液a中加入的除雜劑依次為適量的H₂O₂溶液，石灰乳和Na₂CO₃溶液，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的離子方程式為

 

（4）步驟Ⅲ中加入飽和Na₂CO₃溶液過濾后需要用熱水洗滌的原因是

 

（5）從濾液c中可回收的主要物質(zhì)是

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,制備實驗方案的設(shè)計

專題：實驗設(shè)計題

分析：鋰輝石（主要成分為LiAlSi₂O₆）粉碎加硫酸，浸取、過濾，濾液a中含有Li⁺、SO₄^2-，另含有Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺等雜質(zhì)，加石灰石以調(diào)節(jié)溶液的PH到6.0-6.5，則Fe³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，將適量的H₂O₂溶液、石灰乳和Na₂CO₃溶液依次加入浸出液中，可以除去Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺；在溫度較高時Li₂CO₃的溶解度較小，以沉淀的形式析出；
（1）從反應(yīng)速率的角度來分析；
（2）根據(jù)Fe³⁺、Al³⁺生成沉淀時的pH分析；碳酸鈣與氫離子反應(yīng)生成二氧化碳、水和鈣離子；
（3）H₂O₂把亞鐵離子氧化為鐵離子；
（4）溫度較高時Li₂CO₃的溶解度較��；
（5）濾液c含有鈉離子和硫酸根離子．

解答： 解：鋰輝石（主要成分為LiAlSi₂O₆）粉碎加硫酸，浸取、過濾，濾液a中含有Li⁺、SO₄^2-，另含有Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺等雜質(zhì)，加石灰石以調(diào)節(jié)溶液的PH到6.0-6.5，則Fe³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，將適量的H₂O₂溶液、石灰乳和Na₂CO₃溶液依次加入浸出液中，可以除去Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺；在溫度較高時Li₂CO₃的溶解度較小，以沉淀的形式析出；
（1）固體顆粒越小，化學(xué)反應(yīng)速率越快，同時可使鋰元素盡可能多地溶解到酸中，
故答案為：增大固液接觸面積，加快浸出反應(yīng)速率，提高浸出率；
（2）已知Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺和Mg²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時，溶液的PH分別為3.2、4.7、9.0和11.1
，在攪拌下加入石灰石以調(diào)節(jié)溶液的PH到6.0-6.5，則Fe³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，所以除去的離子為Al³⁺、Fe³⁺；碳酸鈣與氫離子反應(yīng)生成二氧化碳、水和鈣離子，其離子方程式為：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+H₂O+CO₂↑；
故答案：Al³⁺、Fe³⁺；CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+H₂O+CO₂↑；
（3）步驟Ⅱ在濾液a中加入的除雜劑依次為適量的H₂O₂溶液，石灰乳和Na₂CO₃溶液，H₂O₂把亞鐵離子氧化為鐵離子，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（4）有表中數(shù)據(jù)可知，溫度較高時Li₂CO₃的溶解度較小，為了減少洗滌時Li₂CO₃的溶解，加入飽和Na₂CO₃溶液過濾后需要用熱水洗滌；
故答案為：Li₂CO₃的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li₂CO₃的損失；
（5）根據(jù)流程可知前面所加的鈉離子和硫酸根離子在分離過程中沒有被除去，所以濾液c含有鈉離子和硫酸根離子，則濾液c中可回收的主要物質(zhì)是Na₂SO₄；
故答案為：Na₂SO₄．

點評：本題考查了物質(zhì)分離提純實驗操作，涉及離子共存、離子方程式、氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)的鑒別與分離等，考查考生運用金屬元素的有關(guān)知識分析解決問題的能力，題目難度中等．