Question

[化學(xué)一選修2：化學(xué)與技術(shù)]
已知：①工業(yè)上用硫酸與β-鋰輝礦（LiAlSi₂O₆和少量鈣鎂雜質(zhì)）反應(yīng)，生成Li₂S0₄、MgS0₄等，最終制備金屬鋰．
②氫氧化鋰在一定溫度下可轉(zhuǎn)化為氧化鋰． 用β-鋰輝礦與硫酸等物質(zhì)制備金屬鋰的工業(yè)流程如圖：

請回答：
（1）沉淀Y的主要成分的化學(xué)式是

 

．
（2）流程中使用了不同濃度的Na₂CO₃溶液，從物質(zhì)溶解度大小的角度解釋其使用的原因

 

（3）操作1涉及的實(shí)驗(yàn)方法是

 

．
（4）寫出用鋁粉還原法制取金屬鋰的化學(xué)反應(yīng)方程式．

 

（5）LiCl溶液加熱蒸干后，所得固體在熔融狀態(tài)下電解制備鋰．電解時產(chǎn)生的氯氣中混有少量氧氣，產(chǎn)生氧氣的原因是

 

（6）目前電池通常使用金屬鋰的優(yōu)點(diǎn)是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：常見金屬元素的單質(zhì)及其化合物的綜合應(yīng)用,原電池和電解池的工作原理,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：電化學(xué)專題,幾種重要的金屬及其化合物

分析：本題是工業(yè)上用硫酸與β-鋰輝礦反應(yīng)，生成不溶于酸的硅鋁化合物和含少量鈣鎂離子的硫酸鋰溶液，然后除去濾液中的鈣鎂離子，得到較為純凈的硫酸鋰，再將溶液中鋰離子轉(zhuǎn)化為溶解度較小碳酸鋰，通過恰當(dāng)方法最終得到單質(zhì)鋰．
（1）加飽和Na₂CO₃溶液的目的是使Li⁺轉(zhuǎn)化生成Li₂CO₃沉淀；
（2）根據(jù)CaCO₃的溶解度比Li₂CO₃��；
（3）操作1涉及的實(shí)驗(yàn)方法是濾去未與鹽酸反應(yīng)的Li₂CO₃；
（4）類似以前學(xué)的鋁熱反應(yīng)，鋁作還原劑；
（5）LiCl溶液加熱蒸干，LiCl水解生成的LiOH，受熱分解產(chǎn)生Li₂O，電解Li₂O的熔融物得到氧氣；
（6）電壓高．比能量大．也就是電量大．耐用．循環(huán)次數(shù)多．質(zhì)量好的1000次沒有問題．無記憶效應(yīng)．自放電少．綠色環(huán)保．使用溫度范圍寬；

解答： 解（1）加飽和Na₂CO₃溶液的目的是使Li⁺轉(zhuǎn)化生成Li₂CO₃沉淀，沉淀Y的主要成分的化學(xué)式是Li₂CO₃，故答案為：Li₂CO₃；
（2）CaCO₃的溶解度比Li₂CO₃小，所以用Na₂CO₃溶液沉淀Li⁺所用的濃度比沉淀Ca²⁺所用的濃度大，
故答案為：CaCO₃的溶解度小于Li₂CO₃，加稀Na₂CO₃溶液既能除去溶液中的Ca²⁺，又不生成Li₂CO₃沉淀，加飽和Na₂CO₃溶液的目的是使Li⁺轉(zhuǎn)化生成Li₂CO₃沉淀．；
（3）鹽酸與Li₂CO₃反應(yīng)的離子方程式Li₂CO₃+2H⁺=2Li⁺+H₂O+CO₂↑，操作1涉及的實(shí)驗(yàn)方法是濾去未與鹽酸反應(yīng)的Li₂CO₃，故答案為：過濾洗滌；
（4）用鋁粉還原法制取金屬鋰的反應(yīng)類似以前學(xué)的鋁熱反應(yīng)，鋁作還原劑，化學(xué)反應(yīng)方程式：2Al+3Li₂O

加熱  .

6Li+Al₂O₃，故答案為：2Al+3Li₂O

加熱  .

6Li+Al₂O₃；
（5）LiCl溶液加熱蒸干，LiCl水解生成LiOH，受熱分解產(chǎn)生Li₂O，實(shí)際上電解的是LiCl和Li₂O的熔融混合物，熔融的Li₂O電解生成氧氣，
故答案為：LiCl溶液在加熱蒸干過程中有部分LiOH生成，LiOH受熱分解為Li₂O，熔融的Li₂O電解生成氧氣．
（6）電壓高，常用的手機(jī)電池在3.7V．普通的堿性電池1.5V．比能量大．也就是電量大．耐用．循環(huán)次數(shù)多．質(zhì)量好的1000次沒有問題．無記憶效應(yīng)．自放電少．綠色環(huán)保．使用溫度范圍寬；
故答案為：鋰的質(zhì)量輕，負(fù)電位高、比能量高；鋰電池為可充電綠色環(huán)保電池．

點(diǎn)評：本題主要考查物質(zhì)的分離、電解原理、鹽類的水解等，難度中等，掌握實(shí)驗(yàn)的原理是解題的關(guān)鍵．