Question

【化学——选修2：化学与技术】（15分）碳酸锂用途广泛，可用作陶瓷、药物、催化剂，也是常用的锂离子电池的原料。工业上以锂辉石（Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂，含少量Ca、Mg元素）为原料生产碳酸锂。其部分工艺流程如下： 

已知：①Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂+H₂SO₄（浓）Li₂SO₄+Al₂O₃·H₂O↓
②某些物质的溶解度（S）如下表所示。

（1）从滤渣1中分离出Al₂O₃的部分流程如下图所示，括号表示加入的试剂，方框表示所得到的物质。

则步骤I中反应的离子方程式是                            ，步骤Ⅱ应通入一种气体试剂为       ，步骤II反应完之后需要的操作是           。
（2）已知滤渣2的主要成分有Mg（OH）₂和CaCO₃。向滤液l中加入石灰乳的作用是（用离子方程式表示）                。
（3）向滤液2中加入饱和Na₂CO₃溶液，过滤后，用“热水洗涤”的原因是          。
（4）工业上，将Li₂CO₃粗产品制备成高纯Li₂CO₃的部分工艺如下：
a．将Li₂CO₃溶于盐酸作电解槽的阳极液，LiOH溶液作阴极液，两者用离子选择透过膜隔开，用惰性电极电解。
b．电解后向LiOH溶液中加入过 量NH₄HCO₃溶液，过滤、烘干得高纯Li₂CO₃。
①a中，阳极的电极反应式是                。
②b中，生成Li₂CO₃反应的化学方程式是           。

Answer 1

（1）Al₂O₃ +6H⁺ = 2Al³⁺+3H₂O（2分） NH₃ （2分） 过滤（2分）
（2）Ca(OH)₂ + 2H⁺ = Ca²⁺ + 2H₂O（1.5分）Ca(OH)₂(s) + Mg²⁺Mg(OH)₂(s) +Ca²⁺（1.5分）
（3） Li₂CO₃的溶解度随温度升高而减小，热水洗涤可减少Li₂CO₃的损失（2分）
（4）① 2Cl^－―2e^－＝Cl₂↑（2分）② 2LiOH+2NH₄HCO₃＝Li₂CO₃↓+(NH₄)₂CO₃+2H₂O（2分）

本题考查元素化合物的性质及化学与技术有关知识。（1）用酸将Al₂O₃溶液解，再通入氨气转化为Al(OH)₃沉淀，过滤后灼烧得到Al₂O₃，步骤I中反应的离子方程式是Al₂O₃ +6H⁺ = 2Al³⁺+3H₂O，通入的气体物质是NH₃，步骤II反应完之后需要的操作是过滤。（2）向滤液l中加入石灰乳的作用是调节溶液的pH值并将Mg²⁺转化为难溶的Mg(OH)₂沉淀，反应的离子方程式为Ca(OH)₂ + 2H⁺ = Ca²⁺ + 2H₂O，Ca(OH)₂(s) + Mg²⁺Mg(OH)₂(s) +Ca²⁺。（3）从表中数据可知，Li₂CO₃的溶解度随温度升高而减小，故用热水洗涤能减少Li₂CO₃的损失，保证更高的产率。（4）①Li₂CO₃溶于盐酸，得到LiCl溶液，电解时，阳极Cl^-失电子被子氧化，电极反应式为2Cl^－―2e^－＝Cl₂↑，Li⁺通过半透膜进入阴极区，得到LiOH溶液。②电解后得到LiOH溶液，加入NH₄HCO₃，将LiOH转化为Li₂CO₃，反应的化学方程式是2LiOH+2NH₄HCO₃＝Li₂CO₃↓+(NH₄)₂CO₃+2H₂O。