Question

19．工業(yè)上以鋰輝石（Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，含少量Ca，Mg元素）為原料生產(chǎn)碳酸鋰．其部分工業(yè)流程如圖：

已知：①Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;250～300℃\;}}{\;}$Li₂SO₄+Al₂O₃•4SiO₂•H₂O
②某些物質(zhì)的溶解度（S）如表所示．

T/℃	20	40	60	80
S（Li2CO3）/g	1.33	1.17	1.01	0.85
S（Li2SO4）/g	34.2	32.8	31.9	30.7

（1）從濾渣1中分離出Al₂O₃部分的流程如圖2所示，括號表示加入的試劑，方框表示所得的物質(zhì)．則步驟Ⅱ中反應(yīng)的離子方程式是Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺

請寫出Al₂O₃和Na₂CO₃固體在高溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂．
（2）已知濾渣2的主要成分有Mg（OH）₂和CaCO₃．向濾液1中加入石灰乳的作用是（運用化學(xué)平衡原理簡述）Ca（OH）₂?Ca²⁺+2OH^-，Mg²⁺與OH^-結(jié)合生成Ksp很小的Mg（OH）₂沉淀，導(dǎo)致平衡右移，生成Mg（OH）₂沉淀．
（3）最后一個步驟中，用“熱水洗滌”的原因是減少Li₂CO₃的損失．
（4）工業(yè)上，將Li₂CO₃粗品制備成高純Li₂CO₃的部分工藝如下：
a．將Li₂CO₃溶于鹽酸作電解槽的陽極液，LiOH溶液做陰極液，兩者用離子選擇透過膜隔開，用惰性電極電解．
b．電解后向LiOH溶液中加入少量NH₄HCO₃溶液并共熱，過濾、烘干得高純Li₂CO₃．
①a中，陽極的電極反應(yīng)式是2C1^--2e-=Cl₂↑．
②b中，生成Li₂CO₃反應(yīng)的化學(xué)方程式是2LiOH+NH₄HCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Li₂CO₃+NH₃+2H₂O．

Answer 1

分析 鋰輝石（Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，含少量Ca，Mg元素）經(jīng)過研磨、加熱、酸化得到可溶性的硫酸鋰、硫酸鋁和不溶的二氧化硅，經(jīng)過過濾，得到濾渣1二氧化硅，濾液1經(jīng)過調(diào)節(jié)PH值，使溶液得到濾液2Mg（OH）₂和CaCO₃．向濾液1中加入石灰乳以增加Ca²⁺、OH^-的濃度，使Mg（OH）₂、CaCO₃更利于析出，以便形成濾渣2，熱水洗滌Li₂CO₃的溶解度隨溫度升高而減小，可減少Li₂CO₃的損失，得到最終產(chǎn)物碳酸鋰，
（1）步驟Ⅱ中鋁離子與氨水反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，氫氧化鋁不能溶解于弱堿溶液氨水中，氧化鋁和碳酸鈉在高溫下反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和二氧化碳；
（2）石灰乳是氫氧化鈣，提供氫氧根離子和鈣離子，更完全的沉淀鎂離子和碳酸根離子；
（3）依據(jù)圖表分析可知碳酸鋰溶解度隨 溫度升高減小；
（4）①Li₂CO₃溶于鹽酸作電解槽的陽極液，陽極液中離子失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以陽極反應(yīng)為2C1^--2e-=Cl₂↑，陰極反應(yīng)為2H⁺+2e^-=H₂↑．離子選擇透過膜只允許陽離子通過，電解過程中，Li⁺向陰極移動，而陰極電解后富余大量的OH^-，陽極的Li⁺通過離子選擇透過膜到陰極，這樣陰極就得到比較純凈的LiOH．
②電解后向LiOH溶液中加入過量NH₄HCO₃溶液，氫氧化鋰與碳酸氫銨反應(yīng)生成碳酸鋰．

解答 解：鋰輝石（Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，含少量Ca，Mg元素）經(jīng)過研磨、加熱、酸化得到可溶性的硫酸鋰、硫酸鋁和不溶的二氧化硅，經(jīng)過過濾，得到濾渣1二氧化硅，濾液1經(jīng)過調(diào)節(jié)PH值，使溶液得到濾液2Mg（OH）₂和CaCO₃．向濾液1中加入石灰乳以增加Ca²⁺、OH^-的濃度，使Mg（OH）₂、CaCO₃更利于析出，以便形成濾渣2，熱水洗滌Li₂CO₃的溶解度隨溫度升高而減小，可減少Li₂CO₃的損失，得到最終產(chǎn)物碳酸鋰，
（1）鋁離子生成氫氧化鋁的反應(yīng)，氫氧化鋁不能溶解于弱堿溶液氨水中，反應(yīng)離子方程式為：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
氧化鋁和碳酸鈉在高溫下反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂，
故答案為：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂；
（2）石灰乳是氫氧化鈣，提供氫氧根離子和鈣離子，根據(jù)反應(yīng)Ca（OH）₂?Ca²⁺+2OH^-可知，Mg²⁺與OH^-結(jié)合生成Ksp很小的Mg（OH）₂沉淀，導(dǎo)致平衡右移，生成Mg（OH）₂沉淀，
故答案為：Ca（OH）₂?Ca²⁺+2OH^-，Mg²⁺與OH^-結(jié)合生成Ksp很小的Mg（OH）₂沉淀，導(dǎo)致平衡右移，生成Mg（OH）₂沉淀；
（3）向濾液2中加入飽和Na₂CO₃溶液，過濾后，用“熱水洗滌”，圖表中碳酸鋰溶解度隨溫度升高減小，減少沉淀的損失，
故答案為：減少Li₂CO₃的損失；
（4）①Li₂CO₃溶于鹽酸作電解槽的陽極液，陽極液中氯離子失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以陽極反應(yīng)為：2C1^--2e-=Cl₂↑，
故答案為：2C1^--2e-=Cl₂↑；
②電解后向LiOH溶液中加入過量NH₄HCO₃溶液，氫氧化鋰與碳酸氫銨反應(yīng)生成碳酸鋰的方程式為：2LiOH+NH₄HCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Li₂CO₃+NH₃+2H₂O，
故答案為：2LiOH+NH₄HCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Li₂CO₃+NH₃+2H₂O．

點評 本題考查了物質(zhì)生產(chǎn)流程的分析判斷，題目難度中等，根據(jù)流程明確實驗?zāi)康摹�實驗原理為解題關(guān)鍵，注意掌握鋁及其化合物性質(zhì)的應(yīng)用、氧化鋁的提取方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)實驗?zāi)芰Γ?/p>