Question

【化學-選修2化學與技術】
下圖是工業(yè)上生產碳酸鋰的部分工藝流程，請根據(jù)流程圖及已知信息回答問題．

已知：①鋰輝石主要萬分為Li₂O?Al₂O₃?4SiO₂，含有少量Ca、Mg元素．
②Li₂O?Al₂O₃?4SiO₂+H₂SO₄（濃）

250-300℃  .

Li₂SO₄+Al₂O₃?4SiO₂?H₂O↓
③幾種物質不同溫度下的溶解度．

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）從濾渣1中分離出Al₂O₃的部分流程如下圖所示，括號表示加入的試劑，方框表示所得到的物質．寫出圖中①、②、③表示的各物質，步驟II中反應的離子方程式是

 

．

（2）已知濾渣2的主要成分有Mg（OH）₂和CaCO₃，寫出生成濾渣2反應的離子方程式：

 

．
（3）向濾液2中加入飽和Na₂CO₃，溶液，過濾后，用“熱水洗滌”的原因是

 

．
（4）工業(yè)上，將Li₂CO₃粗品制備成高純Li₂CO₃的部分工藝如下．
①將粗產品Li₂CO₃溶于鹽酸作用解槽的陽極液，LiOH溶液作陰極液，兩者用離子選擇半透膜隔開，用惰性電極電解．陽極的電極反應式是

 

．
②電解后向產品LiOH溶液中加入過量NH₄HCO₃，溶液生成Li₂CO₃反應的化學方程式是

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設計,電解原理,常見金屬元素的單質及其化合物的綜合應用

專題：電化學專題,幾種重要的金屬及其化合物

分析：分析流程鋰輝石主要成分為Li₂O?Al₂O₃?4SiO₂，含有少量Ca、Mg元素，研磨在加熱條件下用濃硫酸酸浸后過濾得到Li₂SO₄，硫酸鎂和硫酸鈣，濾渣Ⅰ為Al₂O₃?4SiO₂?H₂O↓，濾液加入為石灰乳是氫氧化鈣，提供氫氧根離子和鈣離子，加入碳酸鈉沉淀鈣離子，更完全的沉淀鎂離子和碳酸根離子，過濾得到濾液主要是Li₂SO₄，加入飽和碳酸鈉沉淀鋰離子為碳酸鋰，濾渣2主要成分有Mg（OH）₂和CaCO₃；
（1）從濾渣1中分離出Al₂O₃的流程分析，加入酸溶解Al₂O₃?4SiO₂?H₂O，得到硫酸鋁溶液和二氧化硅，過濾得到溶液硫酸鋁，加入氨水或適量氫氧化鈉溶液得到氫氧化鋁沉淀，灼燒得到氧化鋁；步驟Ⅱ中鋁離子與氨水反應生成氫氧化鋁沉淀；
（2）濾渣2的主要成分有Mg（OH）₂和CaCO₃，石灰乳是氫氧化鈣，提供氫氧根離子和鈣離子，更完全的沉淀鎂離子和碳酸根離子，碳酸鈉提供碳酸根離子用來沉淀過量的鈣離子，；
（3）依據(jù)圖表分析可知碳酸鋰溶解度隨 溫度升高減��；
（4）①Li₂CO₃溶于鹽酸作電解槽的陽極液，陽極液中離子失電子，發(fā)生氧化反應，所以陽極反應為2C1^--2e-=Cl₂↑，陰極反應為2H⁺+2e^-=H₂↑．離子選擇透過膜只允許陽離子通過，電解過程中，Li⁺向陰極移動，而陰極電解后富余大量的OH^-，陽極的Li⁺通過離子選擇透過膜到陰極，這樣陰極就得到比較純凈的LiOH．
②電解后向LiOH溶液中加入過量NH₄HCO₃溶液，氫氧化鋰與碳酸氫銨反應生成碳酸鋰．

解答： 解：（1）從濾渣1中分離出Al₂O₃的流程分析，加入酸溶解Al₂O₃?4SiO₂?H₂O，得到鋁鹽溶液和固體二氧化硅，過濾得到溶液硫酸鋁，加入氨水或適量氫氧化鈉溶液得到氫氧化鋁沉淀，灼燒得到氧化鋁；步驟Ⅱ中鋁離子與氨水反應生成氫氧化鋁沉淀，反應離子方程式為：Al³⁺+3NH₃?H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
故答案為：鋁鹽，氨水，Al（OH）₃，Al³⁺+3NH₃?H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（2）石灰乳是氫氧化鈣，提供氫氧根離子和鈣離子，更完全的沉淀鎂離子和碳酸根離子，增加Ca²⁺、OH^-的濃度，有利于Mg（OH）₂、CaCO₃的析出，碳酸鈉能沉淀過量的鈣離子，反應的離子方程式為；Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓
故答案為：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓；
（3）向濾液2中加入飽和Na₂CO₃溶液，過濾后，用“熱水洗滌”，圖表中碳酸鋰溶解度隨溫度升高減小，減少沉淀的損失，
故答案為：Li₂CO₃的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li₂CO₃的損失；
（4））①Li₂CO₃溶于鹽酸作電解槽的陽極液，陽極液中氯離子失電子，發(fā)生氧化反應，所以陽極反應為2C1^--2e-=Cl₂↑，
故答案為：2C1^--2e-=Cl₂↑；
②電解后向LiOH溶液中加入過量NH₄HCO₃溶液，氫氧化鋰與碳酸氫銨反應生成碳酸鋰的方程式為：2LiOH+2NH₄HCO₃=Li₂CO₃+（NH₄）₂CO₃+2H₂O，
故答案為：2LiOH+2NH₄HCO₃=Li₂CO₃+（NH₄）₂CO₃+2H₂O；

點評：本題考查了物質生產流程的分析判斷，流程分析，物質性質的應用是解題關鍵，主要是鋁及其化合物性質的應用，氧化鋁的提取方法，題目難度中等．