Question

【題目】鋰輝石(主要成分為LiAl(SiO3)2,還含有Fe2O3、MgO、Al2O3等雜質(zhì))是最重要的提鋰礦石原料,工業(yè)上以-鋰輝石為原料制備碳酸鋰,其工藝流程如下:

已知:①-鋰輝石化學(xué)惰性大,除HF外，幾乎不與任何酸堿反應(yīng), -鋰輝石在高溫下可轉(zhuǎn)化為β一鋰輝石,β一鋰輝石具有更高的化學(xué)活性。

②β一鋰輝石可與濃硫酸發(fā)生反應(yīng):2β一LiAl(SiO3)2+ H2SO4(濃)Li2SO4 +Al2O3·4SiO2·H2O。

③部分金屬氫氧化物開始沉淀和完全沉淀的pH如表:

氫氧化物	Fe(OH)3	Al(OH)3	Mg(OH)2
開始沉淀pH	2.7	3.7	9.6
完全沉淀pH	3.7	4.7	11

請回答下列問題:

(1)將LiAl(SiO3)2改寫成氧化物的形式為_______,1000 °C焙燒-鋰輝石的目的為_____.

(2)濾渣2的主要成分為________調(diào)節(jié)pH值的范圍為________。

(3)“除大部分Mg”步驟的離子方程式為______________。

(4)實(shí)驗(yàn)室蒸發(fā)濃縮操作中所需的儀器為酒精燈、鐵架臺(帶鐵圈)、______________。

(5)洗滌過程中檢驗(yàn)沉淀是否洗滌干凈的操作為________________________________。

(6)碳酸鋰是制備鋰離子電池的原料之一,某鋰離子電池以CoP3作為負(fù)極材料，以LiM1.5Ni0.5O4作為正極材料,以可傳導(dǎo)Li+的無機(jī)固體電解質(zhì)c-LATP作為電解液,其工作時電池反應(yīng)為Li1-x Mn0.5Ni0.5O4 + Lix(CoP3 )LiMn1.5Ni0.5O4+(CoP3),則該電池放電時負(fù)極的電極反應(yīng)式為_________________,充電時陽極的電極反應(yīng)式為_____________。

Answer 1

【答案】Li2O·Al2O3·4SiO2 將不與濃硫酸反應(yīng)的α－鋰輝石轉(zhuǎn)化成為能與濃硫酸反應(yīng)的β一鋰輝石 Fe(OH)3、Al(OH)3、CaSO4 4.7≤pH<9.6 Ca(OH)2(s)＋Mg2＋(aq)=Mg(OH)2(s)＋Ca2＋(aq) 蒸發(fā)皿和玻璃棒 取少量最后一次洗滌液于試管中，先加入HCl，再加入BaCl2溶液，若無白色沉淀生成，則證明沉淀洗滌干凈 Lix(CoP3)－xe－=xLi＋＋(CoP3) LiMn1.5Ni0.5O4－xe－=Li1－xMn0.5Ni0.5O4＋xLi＋

【解析】

根據(jù)信息①α－鋰輝石幾乎不與任何酸堿反應(yīng)，α－鋰輝石在高溫下可轉(zhuǎn)化為β－鋰輝石，β－鋰輝石具有更高的化學(xué)活性，1000℃的焙燒的目的是α－鋰輝石→β－鋰輝石，根據(jù)信息②250℃時β－鋰輝石與硫酸發(fā)生反應(yīng)，根據(jù)鋰輝石含有物質(zhì)，以及信息②，SiO2為酸性氧化物，不與硫酸發(fā)生反應(yīng)，即水浸時得到濾渣1為SiO2，濾液中有Li＋、Fe3＋、Mg2＋、Al3＋，根據(jù)流程，調(diào)pH的目的是除去Fe3＋、Al3＋，“除去大部分Mg”將Mg2＋轉(zhuǎn)化成Mg(OH)2，“除鈣鎂”的目的是將多余Ca2＋以CaCO3形式除去，據(jù)此分析；

(1)硅酸鹽改寫成氧化物的形式活潑金屬氧化物·較活潑金屬氧化物·SiO2·H2O，各元素的原子比例不能改變，即LiAl(SiO3)2改寫成氧化物的形式：Li2O·Al2O3·4SiO2；根據(jù)信息①：α-鋰輝石化學(xué)惰性大，除HF外，幾乎不與任何酸堿反應(yīng), α-鋰輝石在高溫下可轉(zhuǎn)化為β一鋰輝石，β一鋰輝石具有更高的化學(xué)活性，因此1000℃焙燒的目的是將不與濃硫酸反應(yīng)的α－鋰輝石轉(zhuǎn)化成為能與濃硫酸反應(yīng)的β一鋰輝石；

(2)根據(jù)流程以及原料中含有成分，得出加入碳酸鈣調(diào)pH的目的是將Fe3＋、Al3＋轉(zhuǎn)化成Fe(OH)3和Al(OH)3，碳酸鈣與硫酸反應(yīng)會生成微溶的硫酸鈣，濾渣2的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3，含有少量的CaCO3和CaSO4；濾渣2主要成分氫氧化鐵和氫氧化鋁，因此需要調(diào)節(jié)pH應(yīng)≥4.7，調(diào)pH，沒有使Mg2＋沉淀出來，因此pH應(yīng)小于3.7，即pH的范圍是4.7≤pH<9.6；

(3)氫氧化鎂為難溶物，氫氧化鈣為微溶物，利用反應(yīng)向著更難溶的方向進(jìn)行，其離子方程式為Ca(OH)2(s)＋Mg2＋(aq)=Mg(OH)2(s)＋Ca2＋(aq)；

(4)蒸發(fā)濃縮需要的儀器有酒精燈、鐵架臺（帶鐵圈）、蒸發(fā)皿和玻璃棒，因此除酒精燈、鐵架臺（帶鐵圈）外，還需要蒸發(fā)皿和玻璃棒；

(5)“沉鋰”發(fā)生Li2SO4＋Na2CO3=Li2CO3↓＋Na2SO4，Li2CO3表面雜質(zhì)含有Na2CO3和Na2SO4，因此檢驗(yàn)沉淀是否洗滌干凈的操作是取少量最后一次洗滌液于試管中，先加入HCl，再加入BaCl2溶液，若無白色沉淀生成，則證明沉淀洗滌干凈；

(6)根據(jù)原電池工作原理，負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，化合價(jià)升高，依據(jù)題意，負(fù)極上的反應(yīng)式為Lix(CoP3)－xe－=xLi＋＋(CoP3)；充電時，電池的正極連接電源的正極，根據(jù)電解原理，陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，即陽極電極反應(yīng)式為LiMn1.5Ni0.5O4－xe－=Li1－xMn0.5Ni0.5O4＋xLi＋。