Question

6．已知β鋰輝礦（主要成分為LiAlSi₂O₆，還含有FeO、MgO、CaO等雜質(zhì)），下面是以鋰輝礦為原料來制取金屬鋰的一種工藝流程．

已知：①部分金屬氫氧化物開始沉淀和完全沉淀時的pH：

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

②Li₂CO₃在不同溫度下的溶解度如下表：

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

請回答下列問題：
（1）為了提高β鋰輝礦浸出率可采取措施有適當提高溶液的溫度或粉碎鋰輝礦增大接觸面積或多次浸出或延長浸出時間或多次攪拌．
（2）反應(yīng)Ⅰ發(fā)生主反應(yīng)：2LiAlSi₂O₆+4 H₂SO₄（濃）1Li₂SO₄+Al₂（SO₄）₃+4SiO₂+4 H₂O，根據(jù)題意配平上述方程式．
（3）反應(yīng)Ⅱ加入碳酸鈣的作用是除去反應(yīng)Ⅰ中過量的H₂SO₄；控制pH，使Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀．
（4）反應(yīng)Ⅲ中生成沉淀A成分：Mg（OH）₂、CaCO₃．（填化學(xué)式）
（5）蒸發(fā)濃縮過程中主要發(fā)生離子反應(yīng)方程式：2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓．
（6）洗滌所得Li₂CO₃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．
（7）電解熔融氯化鋰生產(chǎn)鋰時，陽極產(chǎn)生的Cl₂中會混有少量O₂，用電極反應(yīng)式說明原因加熱蒸干LiCl溶液時，LiCl有少量水解生成LiOH，受熱分解生成Li₂O，電解時產(chǎn)生O₂，2O^2--4e^-=O₂↑．

Answer 1

分析 β-鋰輝礦（主要成分為LiAlSi₂O₆，還含有FeO、MgO、CaO等雜質(zhì)）為原料來制取金屬鋰，加入過量濃硫酸溶解β-鋰輝礦，加入碳酸鈣除去過量的硫酸調(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）升溫、增大接觸面積，加快攪拌，增加浸出時間等措施；
（2）LiAlSi₂O₆ 與H₂SO₄（濃）反應(yīng)生成硫酸鋰、硫酸鋁、二氧化硅和水，結(jié)合原子守恒配平得到化學(xué)方程式；
（3）加入CaCO₃，可除去反應(yīng)Ⅰ中過量的H₂SO₄，降低溶液中c（H⁺），根據(jù)pH=5，可使Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀．
（4）反應(yīng)Ⅲ要除去鎂離子，加入過量氫氧化鈣后生成氫氧化鎂沉淀，然后用碳酸鈉除去過量的鈣離子雜質(zhì)，所以沉淀為氫氧化鎂、碳酸鈣；
（5）蒸發(fā)濃縮過程中主要發(fā)生鋰離子結(jié)合碳酸根離子生成碳酸鋰；
（6）由于溫度越高，Li₂CO₃的溶解度越小，所以應(yīng)用熱水洗滌Li₂CO₃．
（7）由于在加熱蒸干LiCl溶液時，會產(chǎn)生少量的LiOH，受熱分解生成Li₂O，所以電解時會產(chǎn)生O₂．

解答 解：（1）將硅酸鹽改為氧化物形式的方法為：依次將各元素寫成氧化物形式，中間用“•”連接，同時要注意氧化物先后順序，為Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，
故答案為：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂；
（2）LiAlSi₂O₆ 與H₂SO₄（濃）反應(yīng)生成硫酸鋰、硫酸鋁、二氧化硅和水，結(jié)合原子守恒配平得到化學(xué)方程式為：2LiAlSi₂O₆+4H₂SO₄（濃）=Li₂SO₄+Al₂（SO₄）₃+4SiO₂↓+4H₂O，
故答案為：2，4，1，Al₂（SO₄）₃，4SiO₂↓，4；
（3）β-鋰輝礦在加入過量濃硫酸后，只有SiO₂不溶，同時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)實驗?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：可除去反應(yīng)Ⅰ中過量的H₂SO₄，降低溶液中c（H⁺），根據(jù)pH=5，可使Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀，
故答案為：除去反應(yīng)Ⅰ中過量的H₂SO₄；控制pH，使Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀；
（4）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時會引入大量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：Mg（OH）₂、CaCO₃；
（5）蒸發(fā)濃縮過程中主要發(fā)生鋰離子結(jié)合碳酸根離子生成碳酸鋰，反應(yīng)的離子方程式為：2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓，
故答案為：2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓；
（6）實驗室里分離固液混合物的操作是過濾，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，Li₂CO₃在較高溫度下溶解度小，用熱水洗滌可減少Li₂CO₃的損耗，
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；
（7）由有氧氣產(chǎn)生可逆推知可能的原因：加熱蒸干LiCl溶液時，LiCl有少量水解生成LiOH，受熱分解生成Li₂O，電解時產(chǎn)生O₂，
故答案為：加熱蒸干LiCl溶液時，LiCl有少量水解生成LiOH，受熱分解生成Li₂O，電解時產(chǎn)生O₂ ；

點評 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)式的書寫、物質(zhì)的分離與提純、離子方程式的書寫等知識，合理分析題中工藝流程是解題關(guān)鍵．