Question

【題目】鋰及鋰鹽具有的優(yōu)異性能和特殊功能，在化工、電子、宇航、核能、能源等領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用；鋰元素更是被譽(yù)為“能源元素”。

Ⅰ、鋰的原子結(jié)構(gòu)示意圖為___________；鋰在空氣中燃燒，發(fā)出淺藍(lán)色的火焰，放出濃厚的白煙，生成相應(yīng)氧化物____________（填化學(xué)式）。

Ⅱ、鋰經(jīng)常用于制作電池。鋰錳電池的體積小、性能優(yōu)良，是常用的一次電池。該電池反應(yīng)原理如圖所示，其中電解質(zhì)LiClO4溶于混合有機(jī)溶劑中，Li＋通過(guò)電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列問(wèn)題：

（1）外電路的電流方向是由________極流向________極。(填字母)

（2）電池正極反應(yīng)式____________________________________。

（3）是否可用水代替電池中的混合有機(jī)溶劑？________(填“是”或“否”)，用化學(xué)反應(yīng)方程式解釋原因______________________________________________。

Ⅲ、下面是從鋰輝石（Li2O·Al2O3·SiO2）中提取鋰的工業(yè)流程示意圖。

① 高溫煅燒時(shí)的反應(yīng)原理為：Li2OAl2O3SiO2+K2SO4= K2OAl2O3SiO2+Li2SO4；

Li2OAl2O3SiO2+Na2SO4= Na2OAl2O3SiO2+Li2SO4。

②鋰離子浸取液中含有的金屬離子為：K+、Na+、Li+、Fe3+、Fe2+、Al3+、Mn2+ 。

③幾種金屬離子沉淀完全的pH

金屬離子	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在不同溫度下的溶解度（g / 100g水）

溫度 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）浸取時(shí)使用冷水的原因是______________________________________。

（2）濾渣2的主要成分為__________________。

（3）流程中分2次調(diào)節(jié)pH（pH7～8和pH > 13），有研究者嘗試只加一次濃NaOH溶液使pH > 13，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在加飽和碳酸鈉溶液沉鋰后，隨著放置時(shí)間延長(zhǎng)，白色沉淀增加，最后得到的Li2CO3產(chǎn)品中雜質(zhì)增多。Li2CO3產(chǎn)品中的雜質(zhì)可能是__________________，用離子方程式表示其產(chǎn)生的原因_____________________________。

（4）洗滌Li2CO3晶體使用_____________。（填“冷水”或“熱水”）

Answer 1

【答案】Li2ObaMnO2+e-+Li+=LiMnO2否2Li+2H2O=2LiOH+H2↑Li2SO4的溶解度隨溫度升高而減少，用冷水浸取可以提高浸取率Al（OH）3、Fe（OH)3Al（OH）3Al3++4OH-=AlO2-+2H2O；2AlO2-+CO2+3H2O=2Al（OH）3↓+CO32-熱水

【解析】

I．鋰的原子核外有2個(gè)電子層，各層電子數(shù)為2、1；鋰在空氣中燃燒生成氧化鋰；Ⅱ、首先掌握原電池的過(guò)程條件、電極名稱、電極判斷、電極反應(yīng)、溶液中離子的移動(dòng)方向、外電路中電子的移動(dòng)方向、氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)、特征、氧化劑與還原劑等概念。還要清楚加入的物質(zhì)是否還會(huì)發(fā)生其他反應(yīng)，判斷加入物質(zhì)的可行性，最后按要求作答；Ⅲ．鋰輝石（Li2OAl2O34SiO2）煅燒后，冷卻、研磨，有利于冷水的浸取，抽濾，得到濾渣為硅酸鹽，結(jié)合鋰離子浸取液中含有的金屬離子、離子沉淀完全pH，可知加熱NaOH濃溶液，調(diào)節(jié)溶液pH=7～8，Al3+、Fe3+轉(zhuǎn)化為Al（OH）3、Fe（OH）3，抽濾后再加入NaOH濃溶液，調(diào)節(jié)溶液pH>13，應(yīng)是將Mn2+轉(zhuǎn)化為沉淀，抽濾后，加熱濃縮，加入飽和碳酸鈉溶液，由于Li2CO3的溶解度遠(yuǎn)小于Li2SO4，會(huì)析出Li2CO3，由于Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，用熱水洗滌可減少Li2CO3的損失，得到最終產(chǎn)物碳酸鋰。（1）Li2SO4的溶解度隨溫度升高而減少；（2）濾渣2為氫氧化鋁、氫氧化鐵；（3）只加一次濃NaOH溶液使pH>13，會(huì)使溶液中Al3+轉(zhuǎn)化為AlO2-，放置后，空氣中二氧化碳與AlO2-、水反應(yīng)生成Al（OH）3；（4）Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，應(yīng)用熱水洗滌。

I．鋰的原子核外有2個(gè)電子層，各層電子數(shù)為2、1，原子結(jié)構(gòu)示意圖為：，鋰在空氣中燃燒生成Li2O；Ⅱ、（1）外電路的電流方向是由正極b極流向負(fù)極a極；（2）在電池正極b上發(fā)生的電極反應(yīng)式為MnO2+e-+Li+=LiMnO2；（3）不能可用水代替電池中的混合有機(jī)溶劑，用化學(xué)反應(yīng)方程式解釋原因2Li+2H2O=2LiOH+H2↑；Ⅲ．鋰輝石（Li2OAl2O34SiO2）煅燒后，冷卻、研磨，有利于冷水的浸取，抽濾，得到濾渣為硅酸鹽，結(jié)合鋰離子浸取液中含有的金屬離子、離子沉淀完全pH，可知加熱NaOH濃溶液，調(diào)節(jié)溶液pH=7～8，Al3+、Fe3+轉(zhuǎn)化為Al（OH）3、Fe（OH）3，抽濾后再加入NaOH濃溶液，調(diào)節(jié)溶液pH>13，應(yīng)是將Mn2+轉(zhuǎn)化為沉淀，抽濾后，加熱濃縮，加入飽和碳酸鈉溶液，由于Li2CO3的溶解度遠(yuǎn)小于Li2SO4，會(huì)析出Li2CO3，由于Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，用熱水洗滌可減少Li2CO3的損失，得到最終產(chǎn)物碳酸鋰。（1）Li2SO4的溶解度隨溫度升高而減少，用冷水浸取可以提高浸取率，故用冷水浸取；（2）由上述分析可知，濾渣2為Al（OH）3、Fe（OH）3；（3）只加一次濃NaOH溶液使pH>13，會(huì)使溶液中Al3+轉(zhuǎn)化為AlO2-，放置后，空氣中二氧化碳與AlO2-、水反應(yīng)生成Al（OH）3，Li2CO3產(chǎn)品中的雜質(zhì)可能是Al（OH）3，相應(yīng)的離子方程式為：Al3++4OH-=AlO2-+2H2O、2AlO2-+CO2+3H2O=2Al（OH）3↓+CO32-；（4）Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，用熱水洗滌可以減少碳酸鋰的損耗。