Question

16．锂元素被誉为“能源元素”．锂及锂盐具有的优异性能和特殊功能，在化工、电子、宇航、核能、能源等领域都得到广泛应用．
Ⅰ锂的原子结构示意图为；锂暴露在湿空气中时，会迅速地失去金属光泽、表面开始变黑，更长时间则变成白色．生成的化合物是氮化锂、氢氧化锂，最终生成碳酸锂．写出生成氮化锂的化学方程式6Li+N₂=2Li₃N．
Ⅱ下面是从锂辉石（Li₂O•Al₂O₃•SiO₂）中提出锂的工业流程示意图．

①高温煅烧时的反应原理为：
Li₂O•Al₂O₃•SiO₂+K₂SO₄═K₂O•Al₂O₃•SiO₂+Li₂SO₄
Li₂O•Al₂O₃•SiO₂+Na₂SO₄═Na₂O•Al₂O₃•SiO₂+Li₂SO₄
②锂离子浸取液中含有的金属离子为：K⁺、Na⁺、Li⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Mn²⁺．
③几种金属离子沉淀完全的pH

金属离子	Al（OH）3	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Mn（OH）2
沉淀完全的pH	4.7	9.0	3.2	10.1

④Li₂SO₄、Li₂CO₃在不同温度下的溶解度（g/100g水）

温度 溶解度	10℃	20℃	50℃	80℃
Li2SO4	35.4	34.7	33.1	31.7
Li2CO3	1.43	1.33	1.08	0.85

（1）浸取时使用冷水的原因是Li₂SO₄的溶解度随温度升高而减少，用冷水浸取可以提高浸取率．
（2）滤渣2的主要成分为Al（OH）₃、Fe（OH）₃．
（3）流程中分2次调节pH（pH7～8和pH＞13），有研究者尝试只加一次浓NaOH溶液使pH＞13，结果发现在加饱和碳酸钠溶液沉锂后，随着放置时间延长，白色沉淀增加，最后得到的Li₂CO₃产品中杂质增多．Li₂CO₃产品中的杂质可能是Al（OH）₃，用离子方程式表示其产生的原因Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-．
（4）加热浓缩的作用是提高Li⁺ 浓度和溶液温度，使得Li₂CO₃容易析出．
（5）洗涤Li₂CO₃晶体使用热水．

Answer 1

分析 I．锂的原子核外有2个电子层，各层电子数为2、1；Li与氮气反应生成Li₃N；
Ⅱ．锂辉石（Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂）煅烧后，冷却、研磨，有利于冷水的浸取，抽滤，得到滤渣为硅酸盐，结合锂离子浸取液中含有的金属离子、离子沉淀完全pH，可知加热NaOH浓溶液，调节溶液pH=7～8，Al³⁺、Fe³⁺转化为Al（OH）₃、Fe（OH）₃，抽滤后再加入NaOH浓溶液，调节溶液pH＞13，应是将Mn²⁺转化为沉淀，抽滤后，加热浓缩，加入饱和碳酸钠溶液，由于Li₂CO₃的溶解度远小于Li₂SO₄，会析出Li₂CO₃，由于Li₂CO₃的溶解度随温度升高而减小，用热水洗涤可减少Li₂CO₃的损失，得到最终产物碳酸锂．
（1）Li₂SO₄的溶解度随温度升高而减少；
（2）滤渣2为氢氧化铝、氢氧化铁；
（3）只加一次浓NaOH溶液使pH＞13，会使溶液中Al³⁺转化为AlO₂^-，放置后，空气中二氧化碳与AlO₂^-、水反应生成Al（OH）₃；
（4）Li₂CO₃的溶解度随温度升高而减小，加热浓缩，提高Li⁺ 浓度和溶液温度，利用析出Li₂CO₃；
（5）Li₂CO₃的溶解度随温度升高而减小，应用热水洗涤．

解答 解：I．锂的原子核外有2个电子层，各层电子数为2、1，原子结构示意图为：，Li与氮气反应生成Li₃N，反应方程式为：6Li+N₂=2Li₃N，
故答案为：；6Li+N₂=2Li₃N；
Ⅱ．锂辉石（Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂）煅烧后，冷却、研磨，有利于冷水的浸取，抽滤，得到滤渣为硅酸盐，结合锂离子浸取液中含有的金属离子、离子沉淀完全pH，可知加热NaOH浓溶液，调节溶液pH=7～8，Al³⁺、Fe³⁺转化为Al（OH）₃、Fe（OH）₃，抽滤后再加入NaOH浓溶液，调节溶液pH＞13，应是将Mn²⁺转化为沉淀，抽滤后，加热浓缩，加入饱和碳酸钠溶液，由于Li₂CO₃的溶解度远小于Li₂SO₄，会析出Li₂CO₃，由于Li₂CO₃的溶解度随温度升高而减小，用热水洗涤可减少Li₂CO₃的损失，得到最终产物碳酸锂．
（1）Li₂SO₄的溶解度随温度升高而减少，用冷水浸取可以提高浸取率，故用冷水浸取，
故答案为：Li₂SO₄的溶解度随温度升高而减少，用冷水浸取可以提高浸取率；
（2）由上述分析可知，滤渣2为Al（OH）₃、Fe（OH）₃，
故答案为：Al（OH）₃、Fe（OH）₃；
（3）只加一次浓NaOH溶液使pH＞13，会使溶液中Al³⁺转化为AlO₂^-，放置后，空气中二氧化碳与AlO₂^-、水反应生成Al（OH）₃，Li₂CO₃产品中的杂质可能是Al（OH）₃，相应的离子方程式为：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O、2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-，
故答案为：Al（OH）₃；Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-；
（4）Li₂CO₃的溶解度随温度升高而减小，加热浓缩，提高Li⁺ 浓度和溶液温度，使得Li₂CO₃容易析出，
故答案为：提高Li⁺浓度和溶液温度，使得Li₂CO₃容易析出；
（5）Li₂CO₃的溶解度随温度升高而减小，用热水洗涤可以减少碳酸锂的损耗，
故答案为：热水．

点评 本题考查物质制备实验方案、物质的分离提纯、对操作及条件控制的分析评价、对数据的分析运用等知识，是对学生综合能力的考查，题目难度中等，明确实验目的、实验原理为解答关键，试题培养了学生的分析能力及化学实验能力．