Question

10．金属锂是原子能工业和新能源工业中的重要物质．工业上常用β-辉锂矿（主要成分是LiAlSi₂O₆，含有少量钙、镁杂质）制备金属锂，其生产流程如下：

已知Li₂CO₃微溶于水．请回答下列问题：
（1）写出LiAlSi₂O₆与硫酸反应的化学方程式2LiAlSi₂O₆+4H₂SO₄=Li₂SO₄+Al₂（SO₄）₃+4H₂SiO₃↓．
（2）沉淀B的主要成分是Al（OH）₃、CaCO₃（写化学式）．
（3）蒸发浓缩Li₂SO₄溶液时，需要使用的硅酸盐质仪器有蒸发皿、酒精灯和玻璃棒．
（4）上述生产流程中蒸发浓缩Li₂SO₄溶液的目的是碳酸锂微溶于水，蒸发浓缩的目的是增大溶液中锂离子浓度，使锂离子浓度与碳酸根离子浓度之积大于Ksp（Li₂CO₃），以便产生碳酸锂沉淀．
（5）金属锂用于锂电池时，常用FeF₃作其正极的活性物质，FeF₃常用FeCl₃与40%HF溶液反应制备．在制备过程中需要选用特制聚四氟乙烯材料的容器进行反应，而不是用普通的玻璃仪器或陶瓷仪器，其原因是SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O（用化学反应方程式表示）．
（6）金属锂可用于储存氢气，其原理是：①2Li+H₂=2LiH，②LiH+H₂O=LiOH+H₂↑．若已知LiH的密度为0.82g•cm^-3，用金属锂吸收224L H₂（标准状况）恰好完全反应，则生成的LiH的体积与被吸收的氢气的体积之比为1：1148（精确到整数）．

Answer 1

分析 本题是工业上用硫酸与β-锂辉矿反应，生成不溶于酸的硅化合物和含少量铝、钙、镁离子的硫酸锂溶液，然后加入氢氧化钙和碳酸钠溶液除去滤液中的铝、钙、镁离子，得到较为纯净的硫酸锂，再将溶液中锂离子转化为溶解度较小碳酸锂，加饱和Na₂CO₃溶液的目的是使Li⁺转化生成Li₂CO₃沉淀，通过恰当方法最终得到单质锂．
（1）LiAlSi₂O₆与硫酸反应，LiAlSi₂O₆可表示为：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，依据氧化物的性质和硫酸发生的反应写出；
（2）用硫酸与β-锂辉矿反应，生成不溶于酸的硅化合物和含少量铝、钙、镁离子的硫酸锂溶液，然后加入氢氧化钙和碳酸钠溶液，除去滤液中的铝、钙、镁离子，得到较为纯净的硫酸锂；
（3）使用的硅酸盐质仪器是指玻璃仪器；
（4）上述生产流程中蒸发浓缩Li₂SO₄溶液的目的是增大锂离子的浓度，在加入碳酸钠溶液后生成碳酸锂沉淀；
（5）氢氟酸与玻璃中的二氧化硅发生反应；
（6）依据密度和质量的关系计算LiH的体积，结合氢气体积计算比值．

解答 解（1）LiAlSi₂O₆与硫酸反应，LiAlSi₂O₆可表示为：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，由氧化物与硫酸的反应定量关系以及流程图中生成硅化合物沉淀可知反应的化学方程式为2LiAlSi₂O₆+4H₂SO₄=Li₂SO₄+Al₂（SO₄）₃+4H₂SiO₃↓，
故答案为：2LiAlSi₂O₆+4H₂SO₄=Li₂SO₄+Al₂（SO₄）₃+4H₂SiO₃↓；
（2）用硫酸与β-锂辉矿反应，生成不溶于酸的硅化合物和含少量铝、钙、镁离子的硫酸锂溶液，然后加入氢氧根和碳酸钠溶液，除去滤液中的铝、钙、镁离子，得到较为纯净的硫酸锂，所以B沉淀为Al（OH）₃、Mg（OH）₂、CaCO₃，由于Mg（OH）₂很少量，因此主要成分是Al（OH）₃、CaCO₃；
故答案为：Al（OH）₃、CaCO₃；
（3）蒸发浓缩Li₂SO₄溶液时，需要使用的硅酸盐质仪器有蒸发皿、玻璃棒、酒精灯，
故答案为：酒精灯；玻璃棒；
（4）碳酸锂微溶于水，上述生产流程中蒸发浓缩Li₂SO₄溶液的目的是增大锂离子的浓度，在加入碳酸钠溶液后，使锂离子浓度与碳酸根离子浓度之积大于Ksp，生成碳酸锂沉淀，
故答案为：碳酸锂微溶于水，蒸发浓缩的目的是增大溶液中锂离子浓度，使锂离子浓度与碳酸根离子浓度之积大于Ksp（Li₂CO₃），以便产生碳酸锂沉淀；
（5）用普通的玻璃仪器或陶瓷仪器，会和氢氟酸发生反应生成四氟化硅和水，反应的化学方程式为SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O，
故答案为：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O；
（6）由反应I，当吸收224LH₂（10mol）时，则生成20molLiH，V=$\frac{m}{p}$=$\frac{20mol×8g/mol}{0.82×1{0}^{3}g/L}$=195.1×10^-3L，$\frac{V（LiH）}{V（{H}_{2}）}$=$\frac{195.1×1{0}^{-3}}{224L}$═1：1148，
故答案为：1148．

点评 本题主要考查物质的分离、电解原理、盐类的水解等，难度难度较大，掌握实验的原理和流程分析是解题的关键．