Question

1．如图是工业上生产碳酸锂的部分工艺流程，请根据流程图及已知信息回答问题．

已知：①锂辉石主要万分为Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，含有少量Ca、Mg元素．
②Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂+H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;250-300℃\;}}{\;}$Li₂SO₄+Al₂O₃•4SiO₂•H₂O↓
③几种物质不同温度下的溶解度．

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）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．写出图中①、②、③表示的各物质，步骤II中反应的离子方程式是Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．

（2）已知滤渣2的主要成分有Mg（OH）₂和CaCO₃，写出生成滤渣2反应的离子方程式：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓．
（3）向滤液2中加入饱和Na₂CO，溶液，过滤后，用“热水洗涤”的原因是Li₂CO₃的溶解度随温度升高而减小，热水洗涤可减少Li₂CO₃的损失．
（4）工业上，将Li₂CO₃粗品制备成高纯Li₂CO₃的部分工艺如下．
①将粗产品Li₂CO₃溶于盐酸作用解槽的阳极液，LiOH溶液作阴极液，两者用离子选择半透膜隔开，用惰性电极电解．阳极的电极反应式是2C1^--2e-=Cl₂↑．
②电解后向产品LiOH溶液中加入过量NH₄HCO，溶液生成Li₂CO₃反应的化学方程式是2LiOH+2NH₄HCO₃=Li₂CO₃+（NH₄）₂CO₃+2H₂O．

Answer 1

分析 分析流程锂辉石主要成分为Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，含有少量Ca、Mg元素，研磨在加热条件下用浓硫酸酸浸后过滤得到Li₂SO₄，硫酸镁和硫酸钙，滤渣Ⅰ为Al₂O₃•4SiO₂•H₂O↓，滤液加入为石灰乳是氢氧化钙，提供氢氧根离子和钙离子，加入碳酸钠沉淀钙离子，更完全的沉淀镁离子和碳酸根离子，过滤得到滤液主要是Li₂SO₄，加入饱和碳酸钠沉淀锂离子为碳酸锂，滤渣2主要成分有Mg（OH）₂和CaCO₃，
（1）从滤渣1中分离出Al₂O₃的流程分析，加入酸溶解Al₂O₃•4SiO₂•H₂O，得到硫酸铝溶液和二氧化硅，过滤得到溶液硫酸铝，加入氨水或适量氢氧化钠溶液得到氢氧化铝沉淀，灼烧得到氧化铝；步骤Ⅱ中铝离子与氨水反应生成氢氧化铝沉淀；
（2）滤渣2的主要成分有Mg（OH）₂和CaCO₃，石灰乳是氢氧化钙，提供氢氧根离子和钙离子，更完全的沉淀镁离子和碳酸根离子，碳酸钠提供碳酸根离子用来沉淀过量的钙离子，；
（3）依据图表分析可知碳酸锂溶解度随 温度升高减小；
（4）①Li₂CO₃溶于盐酸作电解槽的阳极液，阳极液中离子失电子，发生氧化反应，所以阳极反应为2C1^--2e-=Cl₂↑，阴极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑．离子选择透过膜只允许阳离子通过，电解过程中，Li⁺向阴极移动，而阴极电解后富余大量的OH^-，阳极的Li⁺通过离子选择透过膜到阴极，这样阴极就得到比较纯净的LiOH．
②电解后向LiOH溶液中加入过量NH₄HCO₃溶液，氢氧化锂与碳酸氢铵反应生成碳酸锂．

解答 解：分析流程锂辉石主要成分为Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，含有少量Ca、Mg元素，研磨在加热条件下用浓硫酸酸浸后过滤得到Li₂SO₄，硫酸镁和硫酸钙，滤渣Ⅰ为Al₂O₃•4SiO₂•H₂O↓，滤液加入为石灰乳是氢氧化钙，提供氢氧根离子和钙离子，加入碳酸钠沉淀钙离子，更完全的沉淀镁离子和碳酸根离子，过滤得到滤液主要是Li₂SO₄，加入饱和碳酸钠沉淀锂离子为碳酸锂，滤渣2主要成分有Mg（OH）₂和CaCO₃，
（1）从滤渣1中分离出Al₂O₃的流程分析，加入酸溶解Al₂O₃•4SiO₂•H₂O，得到铝盐溶液和固体二氧化硅，过滤得到溶液硫酸铝，加入氨水或适量氢氧化钠溶液得到氢氧化铝沉淀，灼烧得到氧化铝；步骤Ⅱ中铝离子与氨水反应生成氢氧化铝沉淀，反应离子方程式为：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
故答案为：铝盐，氨水，Al（OH）₃，Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（2）石灰乳是氢氧化钙，提供氢氧根离子和钙离子，更完全的沉淀镁离子和碳酸根离子，增加Ca²⁺、OH^-的浓度，有利于Mg（OH）₂、CaCO₃的析出，碳酸钠能沉淀过量的钙离子，反应的离子方程式为；Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓
故答案为：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓；
（3）向滤液2中加入饱和Na₂CO₃溶液，过滤后，用“热水洗涤”，图表中碳酸锂溶解度随温度升高减小，减少沉淀的损失，
故答案为：Li₂CO₃的溶解度随温度升高而减小，热水洗涤可减少Li₂CO₃的损失；
（4））①Li₂CO₃溶于盐酸作电解槽的阳极液，阳极液中氯离子失电子，发生氧化反应，所以阳极反应为2C1^--2e-=Cl₂↑，
故答案为：2C1^--2e-=Cl₂↑；
②电解后向LiOH溶液中加入过量NH₄HCO₃溶液，氢氧化锂与碳酸氢铵反应生成碳酸锂的方程式为：2LiOH+2NH₄HCO₃=Li₂CO₃+（NH₄）₂CO₃+2H₂O，
故答案为：2LiOH+2NH₄HCO₃=Li₂CO₃+（NH₄）₂CO₃+2H₂O．

点评 本题考查了物质生产流程的分析判断，流程分析，物质性质的应用是解题关键，主要是铝及其化合物性质的应用，氧化铝的提取方法，题目难度中等．