Question

11．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•4SiO₂•H₂O↓
②不同温度下Li₂CO₂和Li₂OCO₄的溶解度如表：

T/℃	20	40	60	80
S（Li2CO3）/g	1.33	1.17	1.01	0.85
S（Li2CO4）/g	34.2	32.8	31.9	30.7

（1）过滤时需要的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒、烧杯
（2）滤渣I中分离制取Al₂O₃，其流程如下图所示（括号中均表示加入过量的试剂）：括号内的试剂最好选用D
A．稀盐酸 B．CO₂ C．NaOH溶液 D．NH_yH₂O
滤渣I$→_{I}^{（H+）}$滤液$→_{II}^{（）}$滤渣3$→_{Ⅲ}^{灼烧}$Al₂O₃
步骤Ⅱ中反应的离子方程式为Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺
（3）向滤液Ⅰ中加入石灰水调pH为11的作用是让Mg²⁺生成Mg（OH）₂沉淀，加入Na₂CO₃溶液的作用是让Ca²⁺生成 CaCO₃沉淀，滤渣2的成分是Mg（OH）₂和CaCO₃
（4）向滤液2中加入饱和Na₂CO₃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
（5）工业上用电解法将Li₂CO₃粗品制成高纯LiOH，再向溶液中加入过量NH₄HCO₃溶液可生成高纯Li₂CO₃，写出加入NH₄HCO₃溶液后的反应的化学方程式2LiOH+NH₄HCO₃=Li₂CO₃↓+NH₃•H₂O+H₂O．

Answer 1

分析 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）依据过滤装置和操作步骤选择需要的玻璃仪器；
（2）滤渣I中分离制取Al₂O₃，加入过量酸溶解生成铝盐，加入过量一水合氨沉淀铝离子生成氢氧化铝沉淀，过滤得到滤渣3为氢氧化铝，灼烧得到氧化铝，步骤Ⅱ中反应是铝离子生成氢氧化铝的反应；
（3）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；
（4）依据图表分析可知碳酸锂溶解度随温度升高减小；
（5）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：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）过滤操作是在过滤器中进行，滤液流入烧杯，分离的溶液需沿玻璃棒慢慢注入，需要的玻璃仪器为漏斗、玻璃棒、烧杯，故答案为：漏斗、玻璃棒、烧杯；
（2）滤渣I中分离制取Al₂O₃，加入过量酸溶解生成铝盐，加入过量一水合氨沉淀铝离子生成氢氧化铝沉淀，过滤得到滤渣3为氢氧化铝，灼烧得到氧化铝，步骤Ⅱ中反应是铝离子生成氢氧化铝的反应，反应离子方程式为：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
故答案为：D；Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（3）滤渣Ⅰ为Al₂O₃•4SiO₂•H₂O，滤液加入为石灰乳是氢氧化钙，向滤液Ⅰ中加入石灰水调pH为11的作用是提供氢氧根离子更完全的沉淀镁离子，加入碳酸钠沉淀钙离子，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；
故答案为：让Mg²⁺生成Mg（OH）₂沉淀；让Ca²⁺生成 CaCO₃沉淀；Mg（OH）₂和CaCO₃；
（4）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；
（5）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+NH₄HCO₃=Li₂CO₃↓+NH₃•H₂O+H₂O，
故答案为：2LiOH+NH₄HCO₃=Li₂CO₃↓+NH₃•H₂O+H₂O．

点评 本题考查了物质生产流程的分析判断，流程分析，为高频考点，侧重于学生分析能力，有利于培养学生良好的科学素养，注意把握物质性质的应用，题目侧重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．