Question

10．金屬鋰是原子能工業(yè)和新能源工業(yè)中的重要物質(zhì)．工業(yè)上常用β-輝鋰礦（主要成分是LiAlSi₂O₆，含有少量鈣、鎂雜質(zhì)）制備金屬鋰，其生產(chǎn)流程如下：

已知Li₂CO₃微溶于水．請(qǐng)回答下列問題：
（1）寫出LiAlSi₂O₆與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式2LiAlSi₂O₆+4H₂SO₄=Li₂SO₄+Al₂（SO₄）₃+4H₂SiO₃↓．
（2）沉淀B的主要成分是Al（OH）₃、CaCO₃（寫化學(xué)式）．
（3）蒸發(fā)濃縮Li₂SO₄溶液時(shí)，需要使用的硅酸鹽質(zhì)儀器有蒸發(fā)皿、酒精燈和玻璃棒．
（4）上述生產(chǎn)流程中蒸發(fā)濃縮Li₂SO₄溶液的目的是碳酸鋰微溶于水，蒸發(fā)濃縮的目的是增大溶液中鋰離子濃度，使鋰離子濃度與碳酸根離子濃度之積大于Ksp（Li₂CO₃），以便產(chǎn)生碳酸鋰沉淀．
（5）金屬鋰用于鋰電池時(shí)，常用FeF₃作其正極的活性物質(zhì)，F(xiàn)eF₃常用FeCl₃與40%HF溶液反應(yīng)制備．在制備過程中需要選用特制聚四氟乙烯材料的容器進(jìn)行反應(yīng)，而不是用普通的玻璃儀器或陶瓷儀器，其原因是SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O（用化學(xué)反應(yīng)方程式表示）．
（6）金屬鋰可用于儲(chǔ)存氫氣，其原理是：①2Li+H₂=2LiH，②LiH+H₂O=LiOH+H₂↑．若已知LiH的密度為0.82g•cm^-3，用金屬鋰吸收224L H₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況）恰好完全反應(yīng)，則生成的LiH的體積與被吸收的氫氣的體積之比為1：1148（精確到整數(shù)）．

Answer 1

分析 本題是工業(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）LiAlSi₂O₆與硫酸反應(yīng)，LiAlSi₂O₆可表示為：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，依據(jù)氧化物的性質(zhì)和硫酸發(fā)生的反應(yīng)寫出；
（2）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；
（3）使用的硅酸鹽質(zhì)儀器是指玻璃儀器；
（4）上述生產(chǎn)流程中蒸發(fā)濃縮Li₂SO₄溶液的目的是增大鋰離子的濃度，在加入碳酸鈉溶液后生成碳酸鋰沉淀；
（5）氫氟酸與玻璃中的二氧化硅發(fā)生反應(yīng)；
（6）依據(jù)密度和質(zhì)量的關(guān)系計(jì)算LiH的體積，結(jié)合氫氣體積計(jì)算比值．

解答 解（1）LiAlSi₂O₆與硫酸反應(yīng)，LiAlSi₂O₆可表示為：Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，由氧化物與硫酸的反應(yīng)定量關(guān)系以及流程圖中生成硅化合物沉淀可知反應(yīng)的化學(xué)方程式為2LiAlSi₂O₆+4H₂SO₄=Li₂SO₄+Al₂（SO₄）₃+4H₂SiO₃↓，
故答案為：2LiAlSi₂O₆+4H₂SO₄=Li₂SO₄+Al₂（SO₄）₃+4H₂SiO₃↓；
（2）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，然后加入氫氧根和碳酸鈉溶液，除去濾液中的鋁、鈣、鎂離子，得到較為純凈的硫酸鋰，所以B沉淀為Al（OH）₃、Mg（OH）₂、CaCO₃，由于Mg（OH）₂很少量，因此主要成分是Al（OH）₃、CaCO₃；
故答案為：Al（OH）₃、CaCO₃；
（3）蒸發(fā)濃縮Li₂SO₄溶液時(shí)，需要使用的硅酸鹽質(zhì)儀器有蒸發(fā)皿、玻璃棒、酒精燈，
故答案為：酒精燈；玻璃棒；
（4）碳酸鋰微溶于水，上述生產(chǎn)流程中蒸發(fā)濃縮Li₂SO₄溶液的目的是增大鋰離子的濃度，在加入碳酸鈉溶液后，使鋰離子濃度與碳酸根離子濃度之積大于Ksp，生成碳酸鋰沉淀，
故答案為：碳酸鋰微溶于水，蒸發(fā)濃縮的目的是增大溶液中鋰離子濃度，使鋰離子濃度與碳酸根離子濃度之積大于Ksp（Li₂CO₃），以便產(chǎn)生碳酸鋰沉淀；
（5）用普通的玻璃儀器或陶瓷儀器，會(huì)和氫氟酸發(fā)生反應(yīng)生成四氟化硅和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O，
故答案為：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O；
（6）由反應(yīng)I，當(dāng)吸收224LH₂（10mol）時(shí)，則生成20molLiH，V=$\frac{m}{p}$=$\frac{20mol×8g/mol}{0.82×1{0}^{3}g/L}$=195.1×10^-3L，$\frac{V（LiH）}{V（{H}_{2}）}$=$\frac{195.1×1{0}^{-3}}{224L}$═1：1148，
故答案為：1148．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查物質(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．