Question

15．工業(yè)上以β-鋰輝石（主要成分為L(zhǎng)i₂O•Al₂O₃•4SiO₂）為原材料制備Li₂CO₃的工藝流程如下：

已知：Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺和Mg²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時(shí)，溶液的pH分別為3.2、5.2、9.7和12.4；Li₂SO₄、LiOH和Li₂CO₃在303K下的溶解度分別為34.2g、12.7g和1.3g．
（1）步驟Ⅰ中，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li⁺、SO₄^2-，另含有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等雜質(zhì)，需在攪拌下加入石灰石以調(diào)節(jié)溶液的PH到6.0～6.5，過濾，能除去的部分雜質(zhì)離子是Fe³⁺、Al³⁺，然后分離得到浸出液．
（2）步驟Ⅱ中，將適量的H₂O₂溶液、石灰乳和Na₂CO₃溶液依次加入浸出液中，可除去Fe²⁺等雜質(zhì)金屬離子，用H₂O₂將Fe²⁺除去的離子反應(yīng)方程式Fe²⁺+2H⁺+2H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；步驟Ⅱ所得濾渣主要成分的化學(xué)式是Fe（OH）₃、CaCO₃、Mg（OH）₂．
（3）Na₂SO₄•10H₂O是工業(yè)生產(chǎn)的一種重要化工原料．步驟Ⅲ所得母液溶質(zhì)主要是Na₂SO₄和少量NaOH．可以向母液中加入適量的硫酸（或稀硫酸、濃硫酸），再通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌，得到Na₂SO₄•10H₂O晶體．

Answer 1

分析 已知β-鋰輝石（主要成分為L(zhǎng)i₂O•Al₂O₃•4SiO₂）為原材料制備Li₂CO₃的工藝流程：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂加硫酸，浸取，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li⁺、SO₄^2-，另含有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺等雜質(zhì)，在在攪拌下加入石灰石調(diào)節(jié)pH，使Al³⁺、Fe³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，過濾，再將適量的H₂O₂溶液、石灰乳和Na₂CO₃溶液依次加入浸出液中，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，然后轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，鎂離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鎂沉淀，鈣離子轉(zhuǎn)化為碳酸鈣沉淀，過濾的硫酸鋰溶液，再加飽和碳酸鈉溶液得到碳酸鋰沉淀，過濾得到碳酸鋰，以此解答該題．

解答 解：（1）結(jié)合題干所給信息可知，調(diào)節(jié)溶液的pH到6.0～6.5時(shí)，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺已完全沉淀，對(duì)應(yīng)生成的產(chǎn)物為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，故答案為：Fe³⁺、Al³⁺；
（2）H₂O₂在酸性條件下可以將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再調(diào)節(jié)pH將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀而除去．所以，離子反應(yīng)式為Fe²⁺+2H⁺+2H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；通過加入H₂O₂溶液、石灰乳和Na₂CO₃溶液，剩余的Ca²⁺轉(zhuǎn)化為CaCO₃，而雜質(zhì)Mg²⁺則轉(zhuǎn)化為比微溶物MgCO₃更難溶解的Mg（OH）₂．所以，步驟Ⅱ所得濾渣主要成分是Fe（OH）₃、CaCO₃、Mg（OH）₂，
故答案為：Fe²⁺+2H⁺+2H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；Fe（OH）₃、CaCO₃、Mg（OH）₂；
（3）將NaOH雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為Na₂SO₄，可以向母液中加入適量的H₂SO₄；而為了得到帶結(jié)晶水的Na₂SO₄，可以將溶液蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，
故答案為：硫酸（或稀硫酸、濃硫酸）；蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離提純實(shí)驗(yàn)操作，為高考常見題型，考查考生運(yùn)用金屬元素的有關(guān)知識(shí)分析解決問題的能力，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，題目難度中等，以實(shí)驗(yàn)探究的形式考查元素化合物的性質(zhì)將成為以后高考命題的新亮點(diǎn)．