Question

20．鋰被譽(yù)為“高能金屬”．工業(yè)上用硫酸與β-鋰輝礦（LiAlSi₂O₆和少量鈣鎂雜質(zhì)）在一定條件下反應(yīng)生成Li₂SO₄（以及MgSO₄、硅鋁化合物等物質(zhì)），進(jìn)而制備金屬鋰，其生產(chǎn)流程如下：

（1）用氧化物形式表示LiAlSi₂O₆的組成：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂．
（2）沉淀X主要成分為CaCO₃和Mg（OH）₂．
（3）寫出鹽酸與Li₂CO₃反應(yīng)的離子方程式：Li₂CO₃+2H⁺=2Li⁺+H₂O+CO₂↑．
（4）寫出電解熔融LiCl時(shí)陰極的電極反應(yīng)式：Li⁺+e^-=Li．
（5）流程中兩次使用了Na₂CO₃溶液，試說明前后濃度不同的原因：前者是濃度過大會(huì)使部分Li⁺沉淀；后者是此時(shí)濃度大則有利于Li₂CO₃沉淀的生成．
（6）鋰和氫氣在加熱時(shí)能反應(yīng)生成白色固體氫化鋰，氫化鋰遇到水就立即溶解并釋放出大量的氣體．試寫出氫化鋰遇水反應(yīng)的化學(xué)方程式LiH+H₂O=LiOH+H₂↑．
（7）將鹽酸與Li₂CO₃完全反應(yīng)后的溶液，加熱蒸干得到固體，再將其熔融電解生產(chǎn)鋰．電解時(shí)產(chǎn)生的氯氣中會(huì)混有少量氧氣，原因是加熱蒸干LiCl溶液時(shí)，LiCl有少量水解生成LiOH，受熱分解產(chǎn)生Li₂O，電解時(shí)產(chǎn)生O₂．

Answer 1

分析 工業(yè)上用硫酸與β-鋰輝礦反應(yīng)，生成不溶于酸的硅化合物和含少量鋁、鈣、鎂離子的硫酸鋰溶液，然后加入氫氧化鈣和碳酸鈉溶液除去濾液中的鋁、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，加飽和Na₂CO₃溶液的目的是使Li⁺轉(zhuǎn)化生成Li₂CO₃沉淀，通過恰當(dāng)方法最終得到單質(zhì)鋰．
（1）將硅酸鹽寫成二氧化硅和其它氧化物形式，照例而行，保證原子總數(shù)，化合價(jià)不變，按化合價(jià)分別寫化學(xué)式，如有多個(gè)原子，在前面加上系數(shù)，使之成為倍數(shù)；
（2）溶液中含有鎂離子；
（3）鹽酸與Li₂CO₃反應(yīng)生成氯化鋰，水和二氧化碳；
（4）電解時(shí)陰極得電子；
（5）第一次用碳酸鈉是調(diào)節(jié)pH值，第二次用碳酸鈉是為了沉淀Li₂CO₃；
（6）氫化鋰具有還原性，可與水發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氫氣；
（7）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．

解答 解：（1）LiAlSi₂O₆可表示為：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，故答案為：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂；
（2）溶液中含有鎂離子，氫氧化鎂是沉淀，故答案為：Mg（OH）₂；
（3）鹽酸與Li₂CO₃反應(yīng)的離子方程式Li₂CO₃+2H⁺=2Li⁺+H₂O+CO₂↑，故答案為：Li₂CO₃+2H⁺=2Li⁺+H₂O+CO₂↑；
（4）電解時(shí)陰極得電子，電極方程式為Li⁺+e^-=Li，故答案為：Li⁺+e^-=Li；
（5）碳酸鈉可與酸反應(yīng)，第一次用碳酸鈉可起到調(diào)節(jié)pH值的作用，可沉淀氫氧化鎂，第二次用碳酸鈉時(shí)濃度較大，是為了沉淀Li₂CO₃，
故答案為：濃度過大會(huì)使部分Li⁺ 沉淀；此時(shí)濃度大則有利于Li₂CO₃沉淀的生成；
（6）鋰和氫氣在加熱時(shí)能反應(yīng)生成白色固體氫化鋰，氫化鋰遇到水就立即溶解并釋放出大量的氣體，是氫化鋰和水反應(yīng)生成氫氣和氫氧化鋰，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：LiH+H₂O=LiOH+H₂↑，故答案為：LiH+H₂O=LiOH+H₂↑；
（7）LiCl溶液在加熱易發(fā)生水解生成LiOH和HCl，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，電解時(shí)產(chǎn)生O₂．
故答案為：加熱蒸干LiCl溶液時(shí)，LiCl有少量水解生成LiOH，受熱分解產(chǎn)生Li₂O，電解時(shí)產(chǎn)生O₂．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查物質(zhì)的制備，為高考常見題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，題目涉及物質(zhì)的分離、電解原理、鹽類的水解等，難度難度較大，掌握實(shí)驗(yàn)的原理和流程分析是解題的關(guān)鍵．