Question

【題目】工業(yè)上以鋰輝石為原料生產碳酸鋰的部分工業(yè)流程如圖所示：

已知：

①鋰輝石的主要成分為Li2O·Al2O3·4SiO2，其中含少量Ca、Mg元素。

②Li2O·Al2O3·4SiO2+H2SO4(濃)Li2SO4+Al2O3·4SiO2·H2O。

③某些物質的溶解度(S)如下表所示：

回答下列問題：

（1）從濾渣1中分離出Al2O3的流程如下所示：

寫出生成沉淀的離子方程式：___。

（2）已知濾渣2的主要成分有Mg(OH)2和CaCO3。向濾液1中加入石灰乳的作用是___(運用化學平衡原理簡述)。

（3）最后一個步驟中，用“熱水洗滌”的理由是___。

（4）工業(yè)上，將Li2CO3粗品制備成高純Li2CO3的部分工藝如下：

a.將Li2CO3溶于鹽酸作電解槽的陽極液，LiOH溶液作陰極液，兩者用離子選擇性透過膜隔開，用惰性電極電解。

b.電解后向LiOH溶液中加入少量NH4HCO3溶液并共熱，過濾、烘干得高純Li2CO3。

①a中電解時所用的是___(填“陽離子交換膜”或“陰離子交換膜”)。

②電解后，LiOH溶液濃度增大的原因是___。

b中生成Li2CO3反應的化學方程式是___。

（5）磷酸亞鐵鋰電池總反應為FePO4+LiLiFePO4，電池中的固體電解質可傳導Li+，寫出該電池放電時的正極反應：___。

Answer 1

【答案】Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4＋ Ca(OH)2 Ca2++2OH-，Mg2+與OH-結合生成Ksp很小的Mg(OH)2沉淀，導致平衡右移，生成Mg(OH)2沉淀 Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小 陽離子交換膜 陰極氫離子放電，鋰離子向陰極移動 2LiOH+NH4HCO3Li2CO3↓ +2H2O+NH3↑ FePO4＋Li+＋e-===LiFePO4

【解析】

由工業(yè)流程圖可知，鋰輝石經過研磨、加熱、酸化得到可溶性的硫酸鋰、硫酸鋁和不溶的二氧化硅，過濾得到濾液1和含有二氧化硅的濾渣1，向濾液1中加入石灰乳調節(jié)pH值后，再加入碳酸鈉溶液，以增加溶液中Ca2+、OH-的濃度，使Mg（OH）2、CaCO3更利于析出，以便形成濾渣2，向濾液2中加入飽和碳酸鈉溶液，反應生成碳酸鋰沉淀，過濾、熱水洗滌的原因是Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，可減少Li2CO3的損失，得到最終產物碳酸鋰，據(jù)此分析解答。

(1)據(jù)已知信息①可知濾渣1中含有氧化鋁和二氧化硅，氧化鋁是兩性氧化物，而二氧化硅是酸性氧化物，因此首先用鹽酸溶解濾渣1，過濾后得到二氧化硅和氯化鋁的溶液。向濾液中通入足量的氨氣即可生成氫氧化鋁，灼燒氫氧化鋁即可得到氧化鋁，生成沉淀的離子方程式為Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4＋，故答案為：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4＋；

(2)石灰乳中存在氫氧化鈣的溶解平衡Ca(OH)2 Ca2++2OH-，Mg2+與OH-結合生成Ksp很小的Mg(OH)2沉淀，導致平衡右移，生成Mg(OH)2沉淀，而鈣離子與碳酸根結合生成碳酸鈣沉淀，故答案為：Ca(OH)2 Ca2++2OH-，Mg2+與OH-結合生成Ksp很小的Mg(OH)2沉淀，導致平衡右移，生成Mg(OH)2沉淀；

(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)可判斷Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，因此最后一個步驟中，用“熱水洗滌”可以減少固體溶解而造成的損失，故答案為：Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減�。�

(4)①電解池中陽極失去電子發(fā)生氧化反應，陰極氫離子放電，產生氫氧根離子，而鋰離子向陰極移動，故a中電解時所用的是陽離子交換膜，故答案為：陽離子交換膜；

②陰極得到電子，則溶液中的氫離子放電，由于陰極氫離子放電，產生氫氧根離子，而鋰離子向陰極移動，所以電解后，LiOH溶液濃度增大。根據(jù)原子守恒可判斷LiOH溶液中加入少量NH4HCO3溶液并共熱，除得到高純Li2CO3外還有氨氣和水生成，反應的化學方程式為2LiOH+NH4HCO3Li2CO3↓+2H2O+NH3↑，故答案為：陰極氫離子放電，鋰離子向陰極移動；2LiOH+NH4HCO3Li2CO3↓+2H2O+NH3↑；

(5)根據(jù)原電池的工作原理，正極上發(fā)生還原反應，得到電子，因此FePO4在正極上發(fā)生反應，即正極反應式為FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4，故答案為：FePO4＋Li+＋e-===LiFePO4。