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20.锂被誉为“金属味精”,以LiCoO2为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源.工业上常以β-锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6,还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂.其中一种工艺流程如图:

已知:①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH:
氢氧化物Fe(OH)3Al(OH)3Mg(OH)2
开始沉淀pH2.73.79.6
完全沉淀pH3.74.711
②Li2CO3在不同温度下的溶解度如表:
温度/℃010205075100
Li2CO3的溶解度/g1.5391.4061.3291.1810.8660.728
请回答下列问题:
(1)用氧化物形式表示LiAlSi2O6的组成:Li2O•Al2O3•4SiO2
(2)反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是除去反应Ⅰ中过量的H2SO4;控制pH,使Fe3+、Al3+完全沉淀.
(3)写出反应Ⅲ中生成沉淀A的离子方程式:Mg2++2OH-═Mg(OH)2↓、Ca2++CO32-═CaCO3↓.
(4)反应Ⅳ生成Li2CO3沉淀,写出在实验室中得到Li2CO3沉淀的操作名称过滤,洗涤所得Li2CO3沉淀要使用热水 (选填“热水”或“冷水”),你选择的理由是Li2CO3在较高温度下溶解度小,用热水洗涤可减少Li2CO3的损耗.
(5)电解熔融氯化锂生产锂时,阳极产生的氯气中会混有少量氧气,原因是:加热蒸干LiCl溶液时,LiCl有少量水解生成LiOH,受热分解生成Li2O,电解时产生O2

分析 β-锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6,还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂,加入过量浓硫酸溶解β-锂辉矿,加入碳酸钙除去过量的硫酸调节溶液PH=5,使铁离子和铝离子沉淀完全,加入水洗过滤洗去矿泥,然后加入氢氧化钙和碳酸钠沉淀镁离子和钙离子,过滤得到溶液中主要是锂离子的溶液,蒸发浓缩,加入碳酸钠沉淀锂离子生成碳酸锂,洗涤后加入盐酸溶解得到纯净的氯化锂溶液,加热蒸干得到氯化锂,电解熔融氯化锂得到金属锂,
(1)根据元素的化合价将Li、Al、Si写成氧化物形式,中间用•连接即可;
(2)根据工艺流程可知,加入碳酸钙目的是除去硫酸,调节溶液pH,除去铁离子、铝离子;
(3)反应Ⅲ要除去镁离子,加入过量氢氧化钙后生成氢氧化镁沉淀,然后用碳酸钠除去过量的钙离子杂质,所以沉淀为氢氧化镁、碳酸钙,据此写出反应的离子方程式;
(4)分离出不溶物方法为过滤;根据表中数据可知,Li2CO3在较高温度下溶解度小,用热水洗涤可减少Li2CO3的损耗;
(5)根据蒸干LiCl溶液时,LiCl有少量水解生成LiOH,氢氧化锂部分分解生成氧化锂,电解时会生成氢气.

解答 解:(1)将硅酸盐改为氧化物形式的方法为:依次将各元素写成氧化物形式,中间用“•”连接,同时要注意氧化物先后顺序,为Li2O•Al2O3•4SiO2
故答案为:Li2O•Al2O3•4SiO2
(2)由(1)改写可知,β-锂辉矿在加入过量浓硫酸后,只有SiO2不溶,同时Fe2+被氧化为Fe3+,并生成CaSO4沉淀,所以溶液中含有Fe3+、Al3+、Mg2+、Li+等离子,依据实验目的可知必须除去杂质离子,故在反应Ⅱ中加入碳酸钙的作用为:除去反应Ⅰ中过量的H2SO4;控制pH,使Fe3+、Al3+完全沉淀,
故答案为:除去反应Ⅰ中过量的H2SO4;控制pH,使Fe3+、Al3+完全沉淀;
(3)利用题干信息知反应Ⅲ要除去Mg2+,但在加入沉淀剂Ca(OH)2时会引入大量Ca2+,故还需加入Na2CO3除去Ca2+,即沉淀A为Mg(OH)2沉淀与CaCO3沉淀的混合物,反应的离子方程式为:Mg2++2OH-═Mg(OH)2↓、Ca2++CO32-═CaCO3↓,
故答案为:Mg2++2OH-═Mg(OH)2↓、Ca2++CO32-═CaCO3↓;
(4)实验室里分离固液混合物的操作是过滤,由题中给出Li2CO3的溶解度与温度的关系,可知洗涤Li2CO3沉淀要使用热水,
故答案为:过滤;热水;Li2CO3在较高温度下溶解度小,用热水洗涤可减少Li2CO3的损耗;
(5)由有氧气产生可逆推知可能的原因:加热蒸干LiCl溶液时,LiCl有少量水解生成LiOH,受热分解生成Li2O,电解时产生O2
故答案为:加热蒸干LiCl溶液时,LiCl有少量水解生成LiOH,受热分解生成Li2O,电解时产生O2

点评 本题考查了工业上以β-锂辉矿制取金属锂的方法,题目难度中等,试题涉及了化学式的书写、物质的分离与提纯、离子方程式的书写等知识,合理分析题中工艺流程是解题关键.

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请回答:
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(2)Ⅲ的反应类型为ab(填字母序号);
a.还原反应         b.加成反应         c.氧化反应        d.消去反应
(3)写出下列反应的化学方程式:
Ⅰ:+NaOH$→_{△}^{乙醇}$+NaBr+H2O;
Ⅱ:+HBr$\stackrel{△}{→}$+H2O;
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11.不能用胶体知识理解的现象是(  )
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8.甲、乙两化学活动小组对中学化学教材中“氨的催化氧化”进行了实验探究.
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a.锥形瓶 b.酒精灯 c.烧瓶 d.蒸发皿
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③装置C中发生反应的化学方程式为4NH3+5O2$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H2O.
④若A、B中药品足量,则可以观察到装置F中的实验现象是铜片逐渐溶解,表面有气泡产生,溶液逐渐变蓝,液面上方气体逐渐变红棕色.
⑤该装置存在的主要缺陷是F中液体可能会倒吸,尾气产生的NO2会污染环境.
(2)乙小组认为可将甲小组的装置中A、B部分换成如图2所示装置(其余部分相同)进行实验.
①烧瓶中加入的是过氧化钠固体,则分液漏斗中加入的最佳试剂是浓氨水,U型管中加入的试剂是碱石灰(或氢氧化钠、氧化钙).
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